SE443401B

SE443401B - BRENSLEBLANDARE

Info

Publication number: SE443401B
Application number: SE7900047A
Authority: SE
Inventors: C M Coats
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1978-01-04
Filing date: 1979-01-03
Publication date: 1986-02-24
Also published as: JPS54132829A; IT7947516A0; IT1113708B; SE7900047L

Description

15 UI UI 40 7900047-7 2 överskridas, om oavsiktlig antändning icke skall inträffa. 15 UI UI 40 7900047-7 2 exceeded, if unintentional ignition does not occur.

Kraven på en effektiv bränsleblandare är sålunda att den dels skall alstra en finfördelad bränsledimma, dels på ett kontrollerbart sätt skall fördela bränslet för att åstad- komma homogen spridning på så kort sträcka som möjligt, men inom ett förändringsområde av driftsbetingelser.The requirements for an efficient fuel mixer are thus that it must generate a finely divided fuel mist and distribute the fuel in a controllable manner in order to achieve a homogeneous spread over as short a distance as possible, but within a change range of operating conditions.

Enligt uppfinningen tillföres högtrycksluft vid samma ställe som bränslestrålarna eller obetydligt nedströms i för- hållande till dem på samma radíella plan i förhållande till rörledningens längdaxel i ändamål att åstadkomma fullgod finfördelning av bränslet och den nödvändiga kontrollen av bränslets placerande i en luftström. Bränslets inträngning i luftströmmen under sådana förhållanden kan beräknas och ändras att passa olika driftsbetingelser.According to the invention, high-pressure air is supplied at the same place as the fuel jets or insignificantly downstream in relation to them on the same radial plane relative to the longitudinal axis of the pipeline in order to achieve adequate atomization of the fuel and the necessary control of fuel placement in an air stream. The penetration of the fuel into the air stream under such conditions can be calculated and changed to suit different operating conditions.

Brånsleblandren enligt uppfinningen innefattar ett luftrör, ett flertal bränsleinjektorer, som med inbördes mellanrum är anbragta utefter luftrörets omkrets, samt luft- inlopp belägna i huvudsak vid samma ställe som bränsleinjek- torerna eller omedelbart nedströms i förhållande till dem i omkretsled mitt för varandra för inblâsning av högtrycks- luft vinkelrätt in i luftröret.The fuel injectors according to the invention comprise an air pipe, a plurality of fuel injectors, which are arranged at mutual intervals along the circumference of the air pipe, and air inlets located substantially at the same place as the fuel injectors or immediately downstream relative to them in circumferential direction opposite to each other high pressure air perpendicular to the trachea.

I en utföringsform utmatas bränsle med en axiell kompo- sant i en nedströmsriktning i förhållande till flödet genom luftröret.In one embodiment, fuel is discharged with an axial component in a downstream direction relative to the flow through the trachea.

I det följande beskrives utföringsexempel på uppfinningena med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 visar en längdsektion av en bränsleblandare enligt uppfin- ningen; fig. 2 visar en sektion efter I-I i fig. 1; fig. 3 visar i större skala ett parti av fig. 1, íllustrerande arrangemanget för insprutning av bränsle och högtrycksluft; fiv. 4a visar en vy liknande fig. 3, illustrerande ett annat . E arrangemang för insprutning av bränsle och luft; fig. 4b visar en sektion efter IV-IV i fig. 4a; fig. 5 och 6 visar andra vyer motsvarande fig. 3 och 4a, illustrerande andra alternativa arrangemang för insprutning av bränsle och luft.In the following, exemplary embodiments of the inventions are described with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a fuel mixer according to the invention; Fig. 2 shows a section after I-I in Fig. 1; Fig. 3 shows on a larger scale a portion of Fig. 1, illustrating the arrangement for injecting fuel and high pressure air; fiv. Fig. 4a shows a view similar to Fig. 3, illustrating another. E arrangements for fuel and air injection; Fig. 4b shows a section after IV-IV in Fig. 4a; Figures 5 and 6 show other views corresponding to Figures 3 and 4a, illustrating other alternative arrangements for injecting fuel and air.

Den i fig. 1 och 2 visade bränsleblandaren innefattar ett cirkulärt luftrör 1 med ett trattformat inlopp 2 vid en ände och en fläns 3 vid den andra änden. En strömningsriktare 20 är anbragt i röret nära tratten. En ringformad insprutníngs-_ fläns 4 med en inncrdiameter, som svarar mot röret 1, är 10 15 20 25 35 40 3 7900047-7 fästad vid flänsen 3, och ett blandningsrör 5 är i sin tur fästat vid insprutningsflänsen medelst en fläns 6. Flänsarna 3, 4 och 6 sammanhålles på konventionellt sätt medelst bultar (icke visade). Innerdíametern av blandningsröret 5 är mindre än innerdiametern av röret 1 och är vidgad vid sin flänsför- sedda ände i ändamål att åstadkomma en jämn övergång. Rikt- ningen av luftströmmen genom blandaren är markerad med pilarna MA .The fuel mixer shown in Figs. 1 and 2 comprises a circular air pipe 1 with a funnel-shaped inlet 2 at one end and a flange 3 at the other end. A flow converter 20 is located in the tube near the funnel. An annular injection flange 4 with an injection diameter corresponding to the tube 1 is attached to the flange 3, and a mixing tube 5 is in turn attached to the injection flange by means of a flange 6. The flanges 3, 4 and 6 are held together in a conventional manner by means of bolts (not shown). The inner diameter of the mixing tube 5 is smaller than the inner diameter of the tube 1 and is widened at its flanged end in order to provide a smooth transition. The direction of the air flow through the mixer is marked with the arrows MA.

Insprutningsflänsen 4 har tre utefter omkretsen med inbördes mellanrum anbragta fickor 7, som sträcker sig radiellt inåt från dess yttre omkrets (fig. 2). Bränsleinjektorerna 8, som är koaxiellt anbragta i fickorna 7, sträcker sig in i den mittbelägna öppningen av ínsprutníngsflänsen 4.The injection flange 4 has three pockets 7 arranged at mutual intervals along the circumference, which extend radially inwards from its outer circumference (Fig. 2). The fuel injectors 8, which are coaxially arranged in the pockets 7, extend into the central opening of the injection flange 4.

Bränsleinjektorerna 8 utgöres av rör, som är tillslutna vid sina radiella innerändar, såsom visas i fig. 3. Fyra hål 9 med inbördes mellanrum, som är axiella i förhållande till. injektorn, är borrade i väggen av varje injektor nära de till- slutna ändarna i insprutningsflänsens mittbelägna öppning och är riktade nedströms i förhållande till luftflödet genom blandaren. Omedelbart nedströms i förhållande till varje injektor och i samma radiella plan sträcker sig öppningar 10 från bottnen av respektive fickor 7 in i insprutningsflänsens mittbelägna öppning. Injektorerna 8 och fickorna 7 är anslutna till ett förråd av flytande bränsle respektive förråd av hög- trycksluft.The fuel injectors 8 consist of tubes which are closed at their radial inner ends, as shown in Fig. 3. Four holes 9 at mutual intervals, which are axial in relation to. the injector, are drilled in the wall of each injector near the closed ends in the central opening of the injection flange and are directed downstream of the air flow through the mixer. Immediately downstream of each injector and in the same radial plane, openings 10 extend from the bottom of the respective pockets 7 into the central opening of the injection flange. The injectors 8 and the pockets 7 are connected to a supply of liquid fuel and a supply of high-pressure air, respectively.

Vid drift strömmar flytande bränsle genom injektorerna 8, såsom visas medelst pilen F i fig. 3, och utströmmar genom hålen 9, där bränslet möter strålar av luft, som med hög hastighet strömmar från fickorna 7 genom öppningarna 10 såsom visas medelst pilen A. Luftströmmarna med hög hastighet fin- -fördelar och medbríngar bränslet och transporterar det genom röret utefter en krökt bana, såsom visas medelst de streckade linjerna T. Bränslet fínfördclas ytterligare och blandas med luftflödet från röret 1 under passagen genom blandníngsrörct 5 i ändamål att åstadkomma en i huvudsak jämn fördelning vid utloppet därifrån.In operation, liquid fuel flows through the injectors 8, as shown by the arrow F in Fig. 3, and flows out through the holes 9, where the fuel meets jets of air flowing at high speed from the pockets 7 through the openings 10 as shown by the arrow A. The air currents at high speed fines and entrains the fuel and transports it through the tube along a curved path, as shown by the dashed lines T. The fuel is further comminuted and mixed with the air flow from the tube 1 during the passage through the mixing tube 5 in order to provide a substantially even distribution at the outlet therefrom.

Optimala prestanda kan erhållas inom ett vidsträckt område av driftsbetingelser genom att ändra flödet av hög- hastighetsluft och därigenom kompensera ändringar i temperatur, tryck, bränsleflöde eller luftflöde genom röret 1. Det har 10 15 20 25 30 40 7900047-7 4 befunnits, att ändamålsenlig blandning kan åstadkommas med ett blandningsrör, vars längd är i huvudsak lika med dess dubbla diameter under det att den längd, vid vilken oavsiktlig antändning sannolikt kan inträffa, är avgjort större än nämnda längd.Optimal performance can be obtained within a wide range of operating conditions by changing the flow of high velocity air and thereby compensating for changes in temperature, pressure, fuel flow or air flow through the pipe 1. It has been found that expedient mixing can be effected with a mixing tube, the length of which is substantially equal to its double diameter, while the length at which inadvertent ignition is likely to occur is decidedly greater than said length.

Olika andra arrangemang av injektorerna kan förekomma.Various other arrangements of the injectors may occur.

Exempelvis kan deras antal ökas, dock företrädesvis till udda antal för att undvika diametrala lägen, vilka kan leda till lokala överkoncentrationer.For example, their number can be increased, but preferably to odd numbers to avoid diametrical positions, which can lead to local overconcentrations.

Antalet hål 9 i fig. 3 kan ökas eller minskas, och alternativa arrangemang av injektorerna visas i fig. 4a och 4b, 5 och 6, i vilka figurer samma hänvisningsbeteckningar användes för att beteckna motsvarande komponenter som i de föregående figurerna.The number of holes 9 in Fig. 3 can be increased or decreased, and alternative arrangements of the injectors are shown in Figs. 4a and 4b, 5 and 6, in which figures the same reference numerals are used to denote corresponding components as in the preceding figures.

I alla dessa arrangemang är en öppning 11, som förbinder fickan 7 med huvudluftröret, anbragt koaxiellt med injektorn 8 i stället för nedströms i förhållande till denna. I arrange- manget enligt fig. 4a och 4b är injektorn öppen vid sin radíella innerände, vilken är tillplattad t.ex. genom stukning, i ändamål att tudela öppningen 11, så att högtrycksluft kan strömma på vardera sidan av den breda bränslestrâle, som ut- strömmar från ínjektorn, varigenom sålunda bränslet bättre medbringas av högtrycksluften. Injektorn sträcker sig icke in i huvudluftröret.In all these arrangements, an opening 11 connecting the pocket 7 to the main air tube is arranged coaxially with the injector 8 instead of downstream relative thereto. In the arrangement according to Figs. 4a and 4b, the injector is open at its radially inner end, which is flattened e.g. by spraining, for the purpose of dividing the opening 11, so that high-pressure air can flow on either side of the wide jet of fuel flowing out of the injector, whereby the fuel is thus better carried by the high-pressure air. The injector does not extend into the main trachea.

Fig. S visar en injektor 8, som slutar strax före öppningen 11 och är öppen i änden men har en strypning 12, som utgöres av en liten borrning, som genom öppningen 11 avger en mycket fin bränslestrâle, som medbringas av den därigenom passerande luften till huvudluftröret.Fig. S shows an injector 8, which ends just before the opening 11 and is open at the end but has a choke 12, which consists of a small bore, which through the opening 11 emits a very fine jet of fuel, which is carried by the air passing through it to the main trachea.

Fig. 6 visar en injektor 8, som är försedd med ett rör .13 med liten inncrdiameter, vilket är anbragt koaxiellt inuti injcktorn och slutar vid injektorns öppna ände, varvid extra högtrycksluft kan inblåsas vid mitten av en bränslestràle, som utströmmar från injektorn, innan den passerar genom öpp- ningen 11 till huvudluftröret.Fig. 6 shows an injector 8 provided with a tube 13 having a small inner diameter, which is arranged coaxially inside the injector tower and terminates at the open end of the injector, whereby extra high-pressure air can be blown in at the center of a fuel jet flowing out of the injector before it passes through the opening 11 to the main air duct.

Prov med bränsleblandare enligt uppfinningen har visat en anmärkníngsvärd förmåga till "nedgång" ("turn-down"), var- vid det visat sig möjligt att åstadkomma tändning vid ett tryck av 100-200 kPa och att öka trycket till över 2 MPa med bibe- hållande av konstant huvudluftflödeshastighet och förhållande 10 15 20 5 7900047-7 bränsle/luft, varvid erhålles effektiv förbränning med låg halt av kväveoxider helt enkelt genom att hålla ett konstant effektiv- dynamiskt tryckförhållande mellan det finfördelande flödet och huvudluftflödet. Erfarenheterna från andra bränsle- blandningssystem visar att deras förmåga till "nedgång" är mycket mera begränsad.Tests with fuel mixers according to the invention have shown a remarkable ability to "turn-down", whereby it has been found possible to effect ignition at a pressure of 100-200 kPa and to increase the pressure to over 2 MPa with bibe maintaining a constant main air flow rate and fuel / air ratio, whereby efficient combustion with a low content of nitrogen oxides is obtained simply by maintaining a constant efficient-dynamic pressure ratio between the atomizing flow and the main air flow. Experience from other fuel mixing systems shows that their ability to "decline" is much more limited.

En bränsleblandare enligt uppfinningen kan med lätthet anpassas för automatisk styrning, eventuellt medelst en enkel mekanisk regulator, men sannolikt krävs ett elektroniskt styrsystem för noggrann reglering av driften med ett minimum av högtrycksluftförbrukning_ Det kan i vissa fall vara fördelaktigt att utbyta blandningsröret mot ett kärnrör för att undvika alltför stora lokala bränslekoncentrationer, som kan uppstå nära ett rörs centrumlinje till följd av alltför stor inträngning av otill- räckligt finfördelat bränsle.A fuel mixer according to the invention can easily be adapted for automatic control, possibly by means of a simple mechanical regulator, but an electronic control system is probably required for precise control of the operation with a minimum of high pressure air consumption_ In some cases it may be advantageous to replace the mixing pipe with a core pipe. Avoid excessive local fuel concentrations, which can occur near the center line of a pipe due to excessive penetration of insufficient atomized fuel.

Bränsleblandare enligt uppfinningen är lämpliga att användas tillsammans med olika förbränníngssystcm såsom t.ex. panneldstäder, katalytiska förbränningsrcaktorer, eller i gasturbiner. I det sistnämnda fallet kan kravet på högt tryck av finfördelande luft utesluta användning vid flygmotorer, men inom industrin och eventuellt för marinmotorer kan uppfin- z ningen vara användbar.Fuel mixers according to the invention are suitable for use together with various combustion systems such as e.g. boiler fireplaces, catalytic combustion reactors, or in gas turbines. In the latter case, the requirement for high pressure of atomizing air may preclude use in aircraft engines, but in industry and possibly for marine engines the invention may be useful.

Claims

7900047-7 b Patent claims

Fuel mixer, characterized in that it comprises an air pipe (1), a plurality of fuel injectors (8), which are arranged at mutual intervals along the circumference around the air pipe, and air inlets (10) arranged substantially on the same place as the fuel injectors and circumferentially in the same plane, which air inlets (10) are arranged to blow high-pressure air perpendicular into the air pipe (1).

Fuel mixer according to claim 1, characterized in that the fuel injectors (8) are arranged to discharge fuel with an axial component in a downstream direction in relation to the air flow through the air pipe (1).

Fuel mixer according to claim 2, characterized in that the fuel injectors (8) comprise pipes extending into the air pipe (1) and each having at least one downstream fuel discharge opening (9).

A fuel mixer according to claim 1, characterized in that an odd number of fuel injectors (8) are arranged to discharge fuel substantially radially into the air pipe (1).

S. Fuel mixer according to claim 4, characterized in that the air inlets (11) are coaxial with resp. fuel injectors (8).

A fuel mixer according to claim 4 or 5, characterized in that the air inlets (11) substantially surround the fuel injectors (8). ,

Fuel mixer according to Claim 5 or 6, characterized in that the fuel injectors (8) are arranged to discharge fuel through the air inlets (11).