DE1181989B - Zuendbrenner mit einseitig offener Brennkammer, insbesondere fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F 02 c

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 46f-13

1181989
S81980Ia/46f
10. Oktober 1962
19. November 1964

Die Erfindung betrifft einen Zündbrenner mit einseitig offener Brennkammer, die von einem Ringraum umgeben ist, in welchem zuströmende Druckluft mittels eines elektrischen Widerstands erwärmt wird, die an ihrem geschlossenen Ende Verbindungs-Öffnungen zum Ringraum hin hat und mittig eine Einspritzdüse für den Zündbrennstoff und stromabwärts davon eine Zündeinrichtung aufweist.

Es sind bereits verschiedene Zündeinrichtungen für Brennstoff-Luft-Gemische bekannt. Nach der deutsehen Auslegeschrift 1 064 760 ist die Brennkammer eines Rückstoßantriebs in eine Vorkammer und eine Hauptbrennkammer unterteilt. In der Vorkammer sind zwei Heizwiderstände angeordnet, welche die Verbrennungsluft vorwärmen und den Brennstoff verdampfen und so die Zündung des Gemisches durch die Zündkerze begünstigen. Die Zündkerze besteht aus zwei den Zündfunken erzeugenden Elektroden. Das in der Vorkammer entflammte Gasgemisch tritt als Flammenstrahl in die Hauptbrennkammer und entzündet dort den von dem Injektor versprühten Brennstoff.

Nach der deutschen Patentschrift 1 060 194 ist ein Zündkopf mit Zufuhreinrichtungen für den Hilfszündbrennstoff, die Verbrennungsluft und den elekirischen Zündstrom bekannt. Der Hilfsbrennstoff trifft als Strahl auf eine konkave Fläche, wird dabei zerstäubt und gelangt mit Luft vermischt zwischen segmentartige Elektroden, wo die Zündung erfolgt. Die so gezündete Flamme zündet dann sekundär das Brennstoffgemisch in der Hauptkammer.

Nach der USA.-Patentschrift 2 648 951 ist eine Zündvorrichtung bekannt, die mit äußerst geringer elektrischer Energie auskommt. Zur Zündung in der Hauptkammer wird eine Kappe aus hochfeuerfestem Metall benutzt, die ihrerseits durch ein Brennstoffgemisch, beispielsweise Knallgas, auf Weißglut gebracht wird. Die Zündung dieses Hilfsgemisches erfolgt durch einen kleinen, durch eine Trockenbatterie hocherhitzten elektrischen Widerstand.

Es ist ferner aus der deutschen Patentschrift 1 008 963 und der Zusatzanmeldung 1 089 218 eine Zündvorrichtung für Strahltriebwerke bekannt, die aus einer Hilfsbrennkammer und einer Hauptbrennkammer besteht. Vor dem Eintritt in die Hauptbrennkammer wird die Luft in der Hilfsbrennkammer erwärmt und die Treibstoff-Luft-Mischung an einem weißglühenden, elektrischen Widerstand vorbeigeführt, der die Zündung gewährleistet. Die so gebildete Zündflamme dringt quer in die Hauptbrennkammer in das Rückströmgebiet eines Brenners ein und bewirkt dort die Zündung. Das Rückströmgebiet Zündbrenner mit einseitig offener
Brennkammer, insbesondere für Strahltriebwerke

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de Construction

de Moteurs d'Aviation, Paris

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Pierre Jean Victor Negre, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 11. Oktober 1961 (875 658)

ist dabei die Gegend hinter einem Hindernis in der Strömung, wo die Stromfäden infolge des Hindernisses eine Gegenströmung ausführen und so eine starke Turbulenz erzeugen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der bekannten Zündvorrichtungen, so daß deren Verhalten auch unter ungünstigen Arbeitsbedingungen, nämlich in großer Höhe, also in dünner Atmosphäre, nicht zu beanstanden ist. Insbesondere sollen die Strömungen der erwärmten Luft einerseits und der Brennstoffmischung andererseits in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und es soll längs des Strömungsweges die Strömungsgeschwindigkeit einer die Zündung begünstigenden Verlangsamung unterworfen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Brennkammer die Form eines stromabwärts erweiterten Kegels und der umgebende Ringraum die Außenform etwa eines Zylinders hat, dessen Wand nahe seiner Verbindungsstelle mit dem weiten Ende des Kegels mindestens eine Öffnung für zuströmende Druckluft aufweist. Durch diese Ausbildung der Brennkammer und des Ringraums nimmt der Strömungsquerschnitt von der Lufteintrittsöflnung bis zur Ausgangsöffnung des entzündeten Gemisches fortlaufend zu, so daß die Strömungsgeschwindigkeit gebremst wird.

Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß sich der mit rohrförmigen Isolierelementen versehene elektrische Heizwiderstand im Ringraum der Länge

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nach in Spiralform erstreckt. Durch diese isolierte Heizspirale kann die von außen eingepreßte Druckluft auch dann geheizt werden, wenn der Zündbrenner außer Betrieb ist. Durch die ständig heiße Luft und die so von außen beheizte Brennkammer wird die Neuzündung des Brennstoffgemisches nach einer Betriebsunterbrechung sehr begünstigt. Die Isolierung der einzelnen Spiralen untereinander erhöht die Betriebssicherheit und die Lebensdauer dieser Heizung.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Zündbrenner eine sich in Spiralform quer durch die Brennkammer erstreckende und zuströmseitig von einem rinnenförmigen Flammenschirm abgedeckte Zündeinrichtung auf. Die Abschirmung des blanken Zünddrahtes erhöht die Lebensdauer dieses thermisch und mechanisch sehr stark beanspruchten Elements. Zweckmäßigerweise sind der Draht der elektrischen Widerstandsheizung in dem Ringraum und der Zünddraht in der Brennkammer hintereinandergeschallet, wobei ihre durch die kegelige Trennwand reichende Verbindung gegenüber dieser Wand elektrisch isoliert ist.

Die folgende Beschreibung der Zeichnung bezieht sich lediglich auf ein Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 und 2 sind schematische Längsschnitte durch eine erfindungsgemäße Ausführungsart, wobei der Schnitt nach Fig. J länss eier Linie I-I in F ί g. 2 verläuft und derjenige nach F ί g. 2 längs der Linie II-II in Fig. 1.

Der in der Zeichnung dargestellte Zündbrenner 1 ist an einen Anbauflansch 2 angelötet, an dem mit Hilfe von Schrauben 4 unter Zwischenschaltung einer Dichtung 5 ein Kopf 3 zur Speisung mit elektrischem Strom und Brennstoff befestigt ist.

Der Zündbrenner 1 besteht aus einem zylindrischen Rohrstück 6 und einer dünnen konischen Wandung 7, die im Inneren des Rohrstückes koaxial angeordnet ist. Diese konische Wandung 7 ruht mit ihrer Grundfläche auf einem inneren Bund 8 des Rohrstückes 6, wobei ein Stift 9 die gegenseitige Lage der beiden Teile 6 und 7 festlegt. Die konische Wandung 7 wird mittels eines zylindrischen Körpers 10, der mit dem Zuführungskopf 3 ein Stück bildet, zentriert.

Am abströmseitigen Ende des Rohrstücks 6 ist eine Öffnung 11 für den Eintritt kalter Luft angeordnet, während Öffnungen 12 für den Eintritt warmer Luft am oberen Teil der konischen Wandung 7 angebracht sind. Die Luft dringt von der öffnung 11 a strömungsaufwärts zu den öffnungen 12; die Strömungsrichtung der Luft im Strahltriebwerk ist mit dem Pfeil F angezeigt.

Ein Stromzufuhrteil 13 ist mittels Schrauben 14 an dem Zuführungskopf 3 befestigt. Jede Klemme 15 der beiden Drähte 16 dieses Stromzufuhrteils wird durch den Druck zweier Schrauben 17 und 18 auf jeweils am Kopf 3 sitzenden Anschlußklemmen festgehalten. Die elektrische Isolierung dieser Anschlußklemmen und die Dichtheit der Brennkammer an der Durchgangsöffnung sind durch Scheiben 20 und 21 und eine Hülse 22, sichergestellt. Eine Platte 23, die durch eine Schraube 24 gehalten ist, gestattet den Zugang zu diesen Anschlußklemmen.

Von einer dieser Klemmen 19 geht ein metallischer Heizdraht 25 aus, der von rohrförmigen Isolierelementen 25 a umgeben ist, die gemäß der Krümmung des Drahtes verlaufen, welcher sich im Inneren des ringförmigen, durch das Rohrstück 6 und die konische Wandung 7 begrenzten Raums A windet. Infolge ihrer Krümmung können sich diese Isolierelemente 25 a nicht um den Draht 25 unter dem Einfluß von Vibrationen drehen. Eine Abnutzung dieses Drahtes durch Reibung ist somit vermieden.

Der Draht 25 durchdringt die konische Wandung 7 unter Zwischenschaltung eines Isolierteils 26, das in einem Loch dieser Wandung eingesetzt ist.

ίο Der Draht verläuft daraufhin blank und windet sich in Spiralen 27 quer durch den konischen, durch die Wandung 7 begrenzten Raum B. Das Ende 28 des Drahtes ist z. B. mittels Silber an einem Punkt, der diametral in dem Raum B gegenüberliegt, angelötet.

Dieses Ende 28 ist so im Hinblick auf den Eintritt 11 der Luft angeordnet, daß das Kühlen der Lötverbindung begünstigt ist. Zu der anderen Anschluß-Klemme 19 des Heizdrahtes 25 führt ein starker Draht 29, der an der konischen Wandung 7 angelötet ist. Der Stromrückweg ist somit durch diesen Draht 29 und das Material der konischen Wandung hergestellt.

Ein Flammenschirm 30 in Form einer Rinne ist an der konischen Wandung 7 vor den Spiralen befestigt.

Der Zuführungskopf 3 enthält zwei Anschlußteile 31 für den Brennstoffeinlaß, ein Filter 32 und Leitungen 33, um den Brennstoff einem Sammler 34 ζuζ 11 Ie 1**2in, tä*=r mi t seiner- Einspritzdüse .3£5 über Ö*I— nungen 37 verbunden ist. Diese Düse ist in den zylindrischen Ansatz 10 unter Zwischenschaltung einer Unterlegscheibe 36 geschraubt. In zusammengebautem Zustand ist die Vorrichtung in einer zu diesem Zweck in der Brennkammer des Strahltriebwerks angeordneten Ausbuchtung angebracht. Ein äußerer zylindrischer Ansatz erlaubt die Befestigung des Flansches 2 mittels Schrauben, nachdem eine (nicht dargestellte) Dichtung zwischengeschaltet ist.

Die Durchtrittsöffnung in der Wand 38 der Mischkammer hat solche Abmessungen, daß die Zündvorrichtung nicht die Bewegungen der Mischkammer, die von der Wärmeausdehnung herrühren, hemmt.

Das Stromzufuhrteil 13 wird am Ausgang des üblicherweise bei Strahltriebwerken vorgesehenen Reglers angeschlossen und das eine oder andere der Anschlußteile 31 wird mit der Brennstoffleitung verbunden. Je nach der Seite des Triebwerks, wo die Vorrichtung angeordnet ist, wird das geeignete Anschlußteil 31 verwendet, während das andere verschlossen wird. Es ist auch möglich, eine doppelte Zuführung von Brennstoff zu bewerkstelligen. Die vorstehend beschriebene Zündvorrichtung arbeitet in folgender Weise: Die Sekundärluft der Brennkammer des Triebwerks, die in Richtung des Pfeils F strömt, dringt durch die öffnung 11 in den ersten Raum A ein, wo sie auf Grund des zunehmenden Querschnitts dieses Raums verlangsamt und mittels des elektrischen Widerstands erwärmt wird. Sie tritt durch die Löcher in den zweiten Raum B ein, in den durch die Düse 35 unter Druck Brennstoff eingespritzt wird. Die Unterschiede von Geschwindigkeit, Temperatur und Druck der Luft und des Brennstoffs, stellen die Vermischung sicher.

Für einen im Betrieb gegebenen Einspritzdruck ist die Einspritzdüse so einzustellen, daß eine solche dosierte Mischungsmenge in dem zentralen Teil des Raums B einströmt und den Flammenschirm 30 beaufschlagt, daß das für die Zündung geeignete

Mischungsverhältnis in dem Rückströmgebiet des Flammenschirms, d. h. im Strömungsschatten des Schirms 30 erreicht wird. Dieses Rückströmgebiet schützt außerdem den blanken Widerstand 27 vor unmittelbarer Berührung mit dem Brennstoff, erhält ihn glühend, begünstigt das Erhalten einer intensiven Mischung, indem ein Überschuß an Brennstoff vermieden wird, und verlängert schließlich die Berührung von Brennstoffmischung und Widerstand. Aus diesen verschiedenen Gründen ist die Zündung ohne Schwierigkeiten sichergestellt.

Die Flamme verläßt die Vorrichtung durch deren Öffnung 38 senkrecht zur Strömungsrichtung F und dringt ins Innere der Hauptbrennkammer des Strahltriebwerks in das Rückströmgebiet eines Brenners ein. Die Mischung der Primärluft und des Brennstoffs während des Laufs findet in diesem Verbrennungsgebiet durch Überschlag der Flamme der Zündvorrichtung zum Brenner hin statt. Von dort breitet sich die Verbrennung über die ganze Brennkammer des Strahltriebwerks aus.

Bemerkenswert ist, daß der Eintritt 11 der Luft in die Vorrichtung unter dem vollen Druck erfolgt, um in maximaler Weise die Energie der strömenden Luft auszunutzen, während der Ausgang 38 der Flamme unter statischem Druck erfolgt, um dieser Flamme zu gestatten, frei den örtlichen Strömungen, die auf diese einwirken, zu folgen.

Gleichermaßen ist es bemerkenswert, daß die Luft und die Brennstoffmischung in den beiden Räumen A und B in umgekehrter Richtung strömen. Außerdem rufen die auf Grund der Konizität der Trennwandung 7 zunehmenden Querschnitte dieser Räume gemäß der Strömungsrichtung eine Verlangsamung der Strömung hervor, was die Zündung begünstigt. Die geringe Stärke der Wandung 7 gestattet schließlich einen leichten Austausch der durch die Widerstände erzeugten Wärme.

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung weist zahlreiche Vorteile auf, nämlich rasche Zündung durch eine rationelle Verwendung der zugeführten Energie, Nichtverkohlen der Teile und insbesondere der Einspritzdüse dank des großen Ausgangsquerschnitts, der den freien Zutritt der Luft in das Innere des Raums B, ihre Berührung mit der inneren Wandung und das leichte Ausströmen von überschüssigem Brennstoff erlaubt, geringer Verbrauch an Elektrizität, insbesondere infolge des leichten Wärmeaustauschs zwischen den beiden Räumen, keine Störung der Temperaturverteilung im Eintrittsabschnitt der Turbine dank der vollständigen Aufnahme des Zündbrenners im äußeren Teil der Brennkammer, leichtes Ausbauen und Auswechseln.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zündbrenner mit einseitig offener Brennkammer, die von einem Ringraum umgeben ist, in welchem zuströmende Druckluft mittels eines elektrischen Widerstands erwärmt wird, die an ihrem geschlossenen Ende Verbindungsöffnungen zum Ringraum hin hat und mittig eine Einspritzdüse für den Zündbrennstoff und stromabwärts davon eine Zündeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (B) die Form eines stromabwärts erweiterten Kegels (7) und der umgebende Ringraum (A) die Außenform etwa eines Zylinders hat, dessen Wand (6) nahe seiner Verbindungsstelle (8) mit dem weiten Ende des Kegels mindestens eine öffnung (11) für zuströmende Druckluft aufweist.

2. Zündbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der mit rohrförmigen Isolierelementen (25 a) versehene elektrische Heizwiderstand (25) im Ringraum (A) der Länge nach in Spiralform erstreckt.

3. Zündbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zündeinrichtung (27) in Spiralform quer durch die Brennkammer (B) erstreckt und zuströmseitig von einem rinnenförmigen Flammenschirm (30) abgedeckt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1060 194;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1064 760;
USA.-Patentschrift Nr. 2 648 951.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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