Verbrennungseinrichtung. Die Erfindung bezieht sieh auf eine Ver brennungseinrichtung für die Verbrennung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff in einem Luftstrom. Sie ist besonders (ob schon nicht ausschliesslich) für die Verbren- mung von flüssigem Brennstoff in einer einen Kompressor und eine Gasturbine auf weisenden Krafteinheit vorgesehen. Die be sondere zur Zeit in Aussieht gcnommene An- wenldung der Erfindung ist eine Verbren nungskammer für Flugzeugtriebwerke mit. einem Luftkompressor, einer Mehrzahl durch diesen belieferte Verbrennungskammern und einer Gasturbine, welche von den Verbren nungsprodukten angetrieben wird und ihrer seits den Kompressor antreibt.
Bei solchen Triebwerken weist jede Verbrennungskammer gewöhnlich eine zylindrische äussere Kammer, in welche Luft an einem Ende eintritt und ein inneres Flammenrohr voll geringerem Durchmesser auf, in welches die Luft vom Ringraum zwischen der Kammer und dem Flammenrohr hineingeht; das letztere entlädt sich an einem Ende im wesentlichen axial.
Die Erreichung einer Verbrennung mit gänstigem Wirkungsgrad über einen grossen Bereich des Mischungaverhältnisses und unter verschiedenen Arbeitsbedingungen ist all sich ein schwieriges technisches Problem, wenn Be grenzungen des Volumens, hohe Luftge schwindigkeiten und die Notwendigkeit der Verhinderung voll Kohlenstoffniedersellägen und starke Örtliche Erhitzung in Betracht gezogen werden müssen. Zudem sollten Verän derungen der Temperatur über einen Quer schnitt des Stromes mögliehst klein sein.
Es ist gebräuchlich, den in ein Flammen rohr eintretenden Luftstrom als von zwei oder sogar drei Arten anzusehen; Primärluft ist der Teil der ganzen durch die Einrichtung hindurchgehenden Luftmenge, welche erfor derlich ist, um die Verbrennung unter allen Betriebsbedingungen aufreehtzuerhalten. Sekundärluft ist derjenige Teil, welcher zu sätzlich zur Primärluft erforderlich ist, um sowohl vollständige Verbrennung zu erzielen als auch als Verdünnungsmittel all wirken, und Tertiärluft ist, wenn vorhanden, solche Luft, welche nur zur Verdünnung dient. Ver dünnungsluft ist natürlich Luft über dieje nige hinaus, welche für die Verbrennung erforderlich ist.
Der Zweck der Erfindung bestellt darin, eine Verbrennungseinrichtung vorzusehen, welelle bei entsprechender Ausbildung ein richtiges Gleichgewicht zwischen Primär-, Sekundär- und Tert.iärluftstrom hat und diese so steuert, dass die V erteilen, des Luftstromes für die Verbrennung giinsti, ist.
Zu diesem Zweck weist die Verbrennungs- einrichtung gemäss vorliegender Erfindung ein Flaminenrohr auf, dessen eines Ende für das Ausströmen der Verbrennungsprodukte offen ist und dessen anderes Ende durch einen mit Öffnungen für Primärluft ver sehenen Abschluss geschlossen ist, mit Mitteln für die Einführung von Brennstoff in das Rohr, mit weiteren Öffnungen für Primärluft in der Rohrwand am geschlossenen Ende, und mit Öffnungen für Sekundärluft in dieser Wand näher dem offenen Ende als die Pri märluftöffnungen, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens einigen der Primärluftöffnun gen Luftleitmittel zugeordnet sind, welche zum grösseren Teil ausserhalb des Rohres lie gen und so ausgebildet sind, dass sie der Pri märluft einen zum Brennstoffstrom koaxialen Wirbel erteilen, und dass wenigstens einigen der Sekundärluftöflnungen Luftleitmittel zu geordnet sind, welche zum grösseren Teil ausserhalb des Rohres liegen.
Die Öffnungen und zugehörigen Luftleit- mittel können in kreisförmigen Reihen gleich mässig voneinander entfernt, am Flammen roter herum angeordnet sein. Ausser den Öff nungen, welche Luftleitmittel besitzen, sind vorteilhaft andere Öffnungen ohne Luftleit- mittel vorgesehen, welche hauptsächlich gegen das offene Rohrende verteilt sind. Die Luft- leitmittel einer Reihe Öffnungen können in Drehrichtung entgegengesetzt zu denjenigen einer benachbarten Reihe gerichtet sein.
Die Luftleitmittel können Kanäle von rechteck- förmigem, in der Durchflussrichtung abneh mendem Querschnitt aufweisen.
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden eine Verbrennungskammer für ein Flugzeugtriebwerk beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt eines Flammen- roteres und der zugehörigen Teile zusammen mit der Art der Anordnung, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Aussen ansicht des Flammenroteres, Fig. 3 einen Teilschnitt eines Luftleit- mittels und Fig. 4 ein Strahltriebwerk für Flugzeuge, welches eine Anzahl Verbrennungskammern aufweist.
In Fig. 4, auf welche zuerst Bezug genom men wird, saugt ein Kompressorrotor 22 eines doppelseitig beaufschlagten Zentrifugalkom- pressors Luft durch Lufteinlässe 23 an, und die komprimierte Luft wird vom Kompressor- gehäuse 24 dtrch Auslässe 25 zu einer Mehr zahl von miteinander verbundenen Verbren nungskammern 1 befördert, welehe symme trisch in einer kreisförmigen Reihe uni die Achse des Kompressors 22 angeordnet sind. Jede Kammer 1 weist ein Flammenroter S auf, das mit passenden Öffnungen versehen ist, durch welche die Luft eintritt. Vermittels eines Brenners 4 wird Brennstoff unter Druck von einer Vorratsquelle und einer Pumpe 26 in das Flammenrobr 8 eingespritzt und die Mischung entzündet, z.
B. mittel einer elektrischen Zündkerze. Die gasför migen Verbrennungsprodukte werden dann durch gekrümmte Leitungen 5 zu der Düsen anordnung 6 einer Turbine 31 gefördert, wel che auf derselben Welle 32 wieder Kompres sorrotor 22 angeordnet ist. Die heissen Gase treiben also die Turbine 31, welche ihrerseits den Rotor 22 antreibt, und die Gase strömen nach dem Hindurchgehen durch die Turbine 31 in eine Ringleitung 33, die zwischen einer konischen Haube 34 und einem Strahlrohr 35 gebildet sind, und werden schliesslieh durch den Auslass 36 des Strahlrohres 35 in die Atmosphäre ausgestossen und bilden auf diese Weise einen Vortriebsstrahl.
Das Flammenroter 8 ist in grösserem Mass stab in Fig. 1 gezeigt. Jede Verbrennungs kammer besteht aus einer zylindrisehen Wan dung 1 mit einem Lufteinlass 2 und mit einem geschlossenen, halbkugelförmigen Ende 3, durch welches sieh ein Brenner 4 axial erstreckt, dessen Zweck darin bestellt, flüs sigen Brennstoff einzuspritzen und zu zer stäuben. Vom Innern der Verbrennungskam mer 1 geht ein gekrümmtes Leitrohr 5 aus, welches die Verbrennungsprodukte seitlich aus der Kammer 1 zu den Düsen 6 der Gas turbine 31 (Fug. 4) leitet. Die seitliche Luft leitung 7 führt von der Verbrennungskammer 1 zu einer #leicben benaebbarten Kammer.
Koaxial innerhalb der Kammer 1 ist das Flaininenrohr angeordnet. Dieses. besteht aus einem Bleebkörper 8, der in der Form eines rohrförmi"en kontinuierlichen Zvlinders mit einem offenen Ende bei 9 tiergestellt ist, wel- ebes teleskopa.rtig im entsprechenden offenen Ende des Leitrohres 5 gleitbar ist.
Das andere Ende des Flammenrohres 8 ist wirksam durch einen Abschluss 10 geschlossen, welcher klei nere, auf einem Kreis angeordnete Durchbre chungen 11 besitzt. Der Abschluss 10 besitzt auch ein axiales mittleres Loch, das mit einer einwärts sieh erstreckenden Traghülse ver sehen ist, durch welchen sieh der Brenner 4 erstreckt. Ausserhalb des Abschlusses 10 ist auch ein kegelstumpfförmiger Schirm 12 mit einer verhältnismässig grossen mittleren Öff nung vorhanden.
Der Raum zwischen den Ele nenten 10 und 12 dient als Verteihungslei- tung, um Primärluft zum Eintritt 13 der Luftleitkanäle 14 zu führen, welche in einer kreisförmigen Reihe in gleichen Abständen voneinander um das Flammenrohr angeordnet sind und in Öffnungen in der Wandung des Flammenrohres endigen, wobei die Richtung der Kanäle tangential zur Rohrwandung ist. Die durch die Kanäle 14 eintretende Luft ist ein kleiner Teil des Hauptluftstromes und bil det, wenn sie das Innere des Flammenrohres 8 erreicht, einen zum Brennstoffstrom koaxialen Wirbel.
Diese mit dem eingespritzten Brenn stoff gemischte Luft verbrennt im Bereich des geschlossenen Endes des Flammenrohres, wo eine verhältnismässig reiche Mischung vor handen ist, deren Verbrennung bei allen vorgesehenen Betriebsbedingungen sich selbst aufrechterhält und die Primärverbrennung- darstellt. Die Aufrechterhaltung der Primär verbrennung scheint im weiteren eine Folge davon zu sein, dass die Wirbelung eine Um kehr der Strömung erzeugt, welche im Kern des Wirbels gegen die Brennstoffeinführ mittel hin gerichtet ist, wodurch eine gewisse Flammengrösse im Bereich der Brennstoffeinspritzung stets aufrechterhal ten bleibt.
Jenseits des Bereiches der Primärverbrennung sind im Flammenrohr Öffnungen für die Einführung von Sekun därluft vorgesehen. Einige derselben sind durch gewöhnliche Löcher 15 gebildet, anderen Öffnungen 16 und 17 jedoch sind Luftleitkanäle 16A, 17A von rechteckigem Querschnitt zugeordnet. Die Öffnungen 16 sind in einer kreisförmigen Reihe am Flam- menrohr herum angeordnet, und es wurde als vorteilhaft gefunden, denselben eine den Ka nälen 14 entgegengesetzte Richtung zu geben. Die Kanäle 17A sind wieder in einer kreis förmigen Reihe angeordnet und axial von den Kanälen 16A entfernt und sind zu diesen ent gegengesetzt gerichtet, d. h. sie haben die selbe Richtung wie die Kanäle 14.
Die letzten Öffnungen in Abwärtsstromrichtung sind etwas verlängerte Löcher 18, welche Form am passendsten für die Einführung von Tertiär luft in diesen Bereich gefunden wurde.
Das Flammenrohr, dessen offenes Ende 9 gegen jede Bewegung, mit Ausnahme der axialen, durch seinen Gleitsitz unterstützt ist, kann in der Nähe seines geschlossenen Endes durch verschiedene Mittel getragen werden. In gewissen Fällen kann es durch die Bren ner 4 oder irgend welche rohrförmige Bren- nerträger wie 4A. getragen werden. Es kann. auch durch eine Zündkerze, z. B. 19, oder im Falle einer Verbrennungskammer, die keine solche Kerze hat, einen Bolzen, der den Platz der Zündkerze einnimmt, getragen werden.
Ferner kann es durch ein Rohr 20, welches eine Verbindung zwischen dem Innern des Flammenrohres S und einem gleichen benach barten Flammenrohr einer benachbarten Ver brennungskammer bildet, getragen werden. Wie ersichtlich, liegt das Rohr 20 innerhalb der Leitung 7 und kann darin durch eine durchbrochene Platte 21 gestützt werden, wel- ehe in eine Verbindung der Leitung 7 ein gesetzt. ist.
Die allgemeine Form der Kanäle ist durch Fig. 3 veranschaulicht, aus welcher ersicht lich ist, dass der Querschnitt eines Kanals in der Fliessrichtung abnimmt und dass der Auf bau des Kanals zum \"i@össeren Teil ausserhalb der Bohrung des Flammenrohres liegt, wobei der einzige innere Vorsprung so zur Rich tung der Wirbelung der Gase in dem Flain- menrohr geneigt und so hinreichend durch . den Luftstrom im Kanal gekühlt wird dass er infolge der Verbrenntuig nicht.
beschädigt wird. Zudem ist er so an geordnet, dass er keine wesentliche Turbu lenz im Rohr hervorruft. Die Kanäle 14 unterscheiden sich von der in Fig. 3 darge stellten Form nur dadurch, dass die Luftein trittsöffnung seitlich angeordnet ist, wie bei 13 in Fig. 2 am klarsten ersichtlich ist.
AUS der beschriebenen Konstruktion ist ersichtlich, dass das Flammenrohr als Ganzes in die Verbrennungskammer 1 vor dem end gültigen Zusammenbau eingebaut werden kann. Soweit als das Flammenrohr selbst betrachtet wird, wird im allgemeinen das ge schlossene Ende als das der Luftströmung ent gegengesetzte Ende und das offene Ende 9 als das in der Luftströmung liegende Ende an gesehen.