DE1926295B2

DE1926295B2 - Flammrohr für eine Ringbrennkammer

Info

Publication number: DE1926295B2
Application number: DE1926295A
Authority: DE
Inventors: Lowell Jackson Melrose Mass. Pierce
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-05-24
Filing date: 1969-05-22
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE1926295A1; FR2009294A1; US3512359A; DE1926295C3; GB1260557A; BE733540A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flammrohr für eine Ringbrennkammer, das ein geschlossenes Kopfende, öffnungen auf dem Umfang und ein offenes Austrittsende aufweist und mit zahlreichen Lufteintrittskanälen mit Drallerzeugern und mit Brennstoffeinspritzvorrichtungen versehen ist, die Brennstoff in das Flammrohrinnere sprühen.

Eine Brennkammer, die besonders für Strahltriebwerke oder für andere Anwendungsbereiche bei Flugkörpern für hohe Geschwindigkeiten eingesetzt wird, ist den verschiedensten Umgebungsbedingungen unterworfen und mv£ daher den unterschiedlichsten Anforderungen, die mit diesen Bedingungen verbunden sind, genügen.- Die Brennkammer wird im allgemeinen von einem sich schnell bewegenden Grwtrom durchflossen ^ und muß nicht nur für die Zündung des Brennstoffes in einem sich schnell bewegenden Gasstrom geeignet sein, sondern muß auch einen kontinuierlichen Verbrennungsprozeß und eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes in einer relativ kurzen Zeitspanne ermöglichen.

Mit dem Aufkommen noch höherer Fluggeschwindigkeiten mit Strahltriebwerken und dem Bestreben, d^;e Leistung pro Volumeneinheit der Brennkammer zu erhöhen, wurden erhebliche Anstrengungen unternom- « men, um dabei eine wirtschaftliche Betriebsweise zu erreichen. Die grundlegenden Probleme der Luftzuführung und der Brennstoffverbrennung werden jedoch komplizierter wegen der Notwendigkeit, bei einer optimalen Anfangsverbrennung und optimalen Kühl· Charakteristiken größere Luftmengen bei höheren Geschwindigkeiten in der Brennkammer vorzusehen. Dies erfordert die Einhaltung eines bestimmten Luftstromverlaufes. Bei einer ringförmigen Brennkammer sind die Zündung und die allgemeine Verbrennungssteuerung schwierig, da eine relativ kleine Zone für die Zündung zur Verfügung steht und erhebliche Störungen der einzelnen Luftströmungen und des Verbrennungsprozesses vorhanden sind.

Bei der Lösung einiger dieser Probleme, die mit der Zündung und der Verbrennungssteuerung verbunden sind, ist es bereits bekannt (US-PS 27 20 080) zur Erzielung einer besseren Mischung, Verbrennung und Steuerung der Verbrennung in einer ringförmigen Brennkammer eine kreisförmig angeordnete Reihe von ⁶^ Drallerzeugern am geschlossenen F.ncle des Flammrohres vorzusehen. Dabei wird allen Drallerzeugern Brennstoff zugeführt und mit einer begrenzten Menge Luft gemischt, um eine Zündung zu ermöglichen, wobei die restliche Luft, die zur Verbrennung notwendig ist, durch Öffnungen im Flammrohr zugeführt wird. Es ist jedoch festgestellt worden, daß zwischen den Drallbereichen außerhalb des Einflußbereiches der Drallerzeuger die Luft unmittelbar stromab fließt Dieser Teil der Strömung enthält einen hohen Prozentsatz unverbrannten Brennstoffs, der nicht genügend mit den umgewälzten Gasen vermischt worden ist Demzufolge verläßt ein Teil des Brennstoffes die Brennkammer, ohne verbrannt zu werden. Deshalb entstehen ein schlechter Verbrennungswirkungsgrad, ein ungleiches Temperaturprofil, hohe Flammrohrkopftemperaturen und hohe Spitzentempera turfaktoren.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Flammrohr für eine Ringbrennkammer zu schaffen, bei dem ein Luftströmungsverlauf für eine optimale Vermischung von Luft und Brennstoff erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Flammrohr der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einspritzvorrichtungen nur in einige, aber nicht alle Drallerzeuger eingesetzt sind.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiei der Erfindung sind die Einspritzvorrichtungen in jedem zweiten Drallerzeuger eingesetzt

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die keine Einspritzvorrichtungen aufweisenden Drallerzeuger als zusätzliche Mischeinrichtungen wirken, die den Luftströmungsverlauf im Flammrohr derart beeinflussen, daß eine innige Vermischung von Luft und Brennstoff stattfindet. Hierdurch wird eine vollständige Verbrennung am Kopfende des Flammrohres erreicht.

Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Teilquerschnitt des bevorzugten Aüsführungsbeispiels einer ringförmigen Brennkammer,

F i g. 2 eine geschnittene Teilanvrht einer bekannten Brennkammer entlang der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 eine geschnittene Teilansic?it der Brennkammer nach Fig. 1,

Fig.4 einen Teilquerschnitt der bekannten kreisförmig angeordneten Reihe von Drallerzeugern und

F i g. 5 einen Teilquerschnitt einer kreisförmig angeordneten Reihe von Drallerzeugern gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine ringförmige Brennkammer 10 dargestellt, die ein mit öffnungen versehenes ringförmiges Flammrohr 11 besitzt, das innerhalb eines ringförmigen Gehäuses 12 konzentrisch angeordnet ist. Pas ringförmige Flammrohr 11 weist ein geschlossenes Kopfende 13 und ein offenes Austrittsende 14 auf und ist so angeordnet, daß ein Luftstrom durch das Gehäuse 12 von dem Kopfende 13 des Flammrohrs 11 zum Austrittsende 14 geführt wird. Das Kopfende 13 umfaßt eine kreisförmig angeordnete Reihe von Drallerzeugern 20, von denen einige mit öffnungen 15 versehen sind, die Brennstoffdüsen 16 aufnehmen, um das Flammrohr mit Brennstoff versorgen zu können. Einem Strömungskanal 17 wird von einem nicht dargestellten Kompressor Luft zugeführt, die in das mit öffnungen versehene Flammrohr einströmt, um sich mit dem Brennstoff zu vermischen.

Der Drallerzeuger 20 besitzt einen kappenförmigen Körper oder eine Schale 21. Drallerzeuger sind im weitesten Sinne bekannt: sie können die verschieden-

sten Formen, wie etwa den Körper 21, annehmen und konisch, kegejstumpfförmig oder sphärisch sein. Sie können ebene, gekrümmte oder konkav gewölbte Leitflächen aufweisen. Dem Drallerzeuger kommt hinsichtlich seiner örtlichen Anordnung und seiner Wirkung eine größere Bedeutung zu als seiner besonderen Ausbildung.

In Fig.3 sind mehrere Drallerzeuger 20 gezeigt, die im Kopfende des Flammrohres 11 in gleichen Abständen um iiiren Umfang herum angeordnet sind. Innerhalb einiger der Drallerzeuger 20' sind Brennstoff-Einspritzdüsen 16 vorgesehen. Die Brennstoffdüse 16 kann von beliebiger und bekannter Art sein, um eine konische Brennstoffverspriihung axial in die Brennkammer hinein zu ermöglichen. Die Einspritzdüsen sind abwechselnd angeordnet, wobei die Drallerzeuger 20", die keine Brennstoffdüsen aufnehmen, sich auf beiden Seiten eines Drallerzeugers mit Einspritzdüse befinden. Allgemein kann irgendeine Düsenanordnung vorgesehen sein, vorausgesetzt, daß zwei Drallerzeuger 20, die auf einem Umfangskreis nebeneinander angeordnet sind, nicht beide mit einer Brennstoffdüse 16 versehen sind.

Die Verbrennungscharakteristiken der Brennkammer 10 gemäß F i g. 1 sind von der Ausbildung des Luftstromverlaufs abhängig, der durch das Zusammenwirken der Luft entwickelt wird, die durch die Drallerzeuger und Öffnungen in das Flammrohr eintritt. Das Flammrohr 11 besitzt mehrere Reihen von Öffnungen 24 am äußeren Umfang und Öffnungen 26 am inneren Umfang. Diese öffnungen 24 und 26 sind mit Leitflächen 28 versehen, die der durchströmenden Luft eine Richtungsstabilität verleihen. Die Drallerzeuger 20 erteilen dem in das Flammrohr einströmenden Brennstoff und der Luft eine Drallbewegung.

In Fi g. 5 sind der Strömungsverlauf der Luft und des Brennstoffes dargestellt. Alle Drallerzeuger 20' und 20" gemäß F i g. 5 besitzen Öffnungen 30 als Lufteinlaß. Die Drallerzeuger 20' haben eingebaute Brennstoffdüsen 16, die Brennstoff in das Flammrohrinnere einsprühen. Wegen der Drallerzeuger 20" wird der durch die Brennstoffdüsen 16 eintretenden Brennstoff vollständig mit der Luft vermischt, die durch die Öffnungen 30 gelangt, wie durch die Pfeile angedeutet ist Die aus den Drallerzeugern austretenden Luftströme werden so geleitet, daß sie mit einer großen Scherwirkung aufeinanderstoßen, wodurch die Mi»':wirkung hervorgerufen wird.

Das Zusammenwirken drallbehafteter Ströme aus den reinen Lufteinlässen und aus den Luft-Brennstoffeinlässen bewirkt eine optimale Verbrennung bei einer diskreten Luft-Brennstoffzuführung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flammrohr für eine Ringbrennkammer, das ein geschlossenes Kopfende, öffnungen auf dem Umfang und ein offenes Austrittsende aufweist und am Kopfende mit zahlreichen Lufteintrittskanälen mit Drallerzeugern und mit Brennstoffeinspritzvorrichtungen versehen ist, die Brennstoff in das Flammrohrinnere sprühen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtungen (16) nur in "> einige (20'), aber nicht alle Drallerzeuger (20) eingesetzt sind.

2. Brennkammerauskleidung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzvorrichtungen (16) in jeden zweiten Drallerzeuger (20') >5 eingesetzt sind.