DE930051C - Fuel evaporator for gas turbine engines - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer für flüssigen Brennstoff für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken mit einer die Strömungsrichtung umkehrenden, in die Brennkammer eingebauten Verdampfungsleitung.The invention relates to a liquid fuel evaporator for combustion chambers of Gas turbine engines with a flow direction reversing built into the combustion chamber Evaporation line.

Um eine feine Verteilung des in die Brennkammer eingespritzten Brennstoffes sicherzustellen, läßt man den zerstäubten Brennstoff eine beheizte Leitung durchströmen, in der er verdampft wird.To ensure a fine distribution of the fuel injected into the combustion chamber, the atomized fuel is allowed to flow through a heated line in which it is evaporated.

ίο Solche Verdampfer haben unterschiedliche Gestalt. Bei einer bekannten Ausführung wurde bereits vorgeschlagen, zwischen einer Wand der Brennkammer und einer davon in Abstand liegenden Wand eine im Querschnitt ringförmige Verdampfungsleitung anzuordnen, die an ihrem der Brennkammer zu-' gekehrten Ende einen im Querschnitt etwa L-förmigen Trog aufweist, der die Strömungsrichtung des Brenngemisches vor seinem Eintritt in die Brennkammer nochmals umkehrt. Hierbei werden jedoch nur eine Wand der ringförmigen Verdampfungsleitung und nur eine Trogwand von der Brennkammerflamme unmittelbar berührt und erhitzt, und das aus Luft und verdampftem Brennstoff bestehende Brenngemisch strömt nur an einer Seite der ringförmigen Verdampfungsleitung in die Brennkammer.ίο Such vaporizers have different shapes. In a known embodiment, it has already been proposed between a wall of the combustion chamber and a wall spaced therefrom an evaporation conduit which is annular in cross section to arrange the end facing the combustion chamber about a cross-section Has an L-shaped trough, which controls the direction of flow of the fuel mixture before it enters the combustion chamber reverses again. In this case, however, only one wall of the annular evaporation line is used and only one trough wall is directly in contact with and heated by the combustion chamber flame, and the fuel mixture consisting of air and vaporized fuel flows through only one Side of the annular evaporation line into the combustion chamber.

Die Erfindung ist auf eine verbesserte Ausführung des Verdampfers gerichtet, durch die eine schnellere Verdampfung des Brennstoffes, eine stärkere Vorwärmung der Verbrennungsluft und ein besseres Einströmen des Brenngemisches in die Brennkammer erzielt werden. Der Verdampfer nach der Erfindung ist nämlich so ausgebildet, daß beide Wände der ringförmigen Verdampfungsleitung von der Brennkammerflamme unmittelbar erhitzt werden, wobei die Verdampfungsleitung nicht anThe invention is directed to an improved embodiment of the evaporator, by means of which a faster evaporation of the fuel, greater preheating of the combustion air and a Better flow of the combustion mixture into the combustion chamber can be achieved. The vaporizer according to the invention is namely designed so that both walls of the annular evaporation line directly heated by the combustion chamber flame, with the evaporation line not connected

einer Seitenwand der Brennkammer, sondern inmitten der Brennkammer liegt und zwei ringförmige Auslässe aufweist, aus denen das' Brenngemisch mit gegen die Zuführungsrichtung umgekehrter Strömungsrichtung in die Brennkammer einströmt. Die ringförmige Verdampfungsleitung mündet hierbei ebenfalls an ihrem der Brennkammer zugekehrten inneren Ende in einen die Strömungsrichtung umkehrenden ringförmigen Trog, und die Erfindungone side wall of the combustion chamber, but in the middle of the combustion chamber and two ring-shaped Has outlets, from which the 'fuel mixture with opposite to the direction of flow opposite to the direction of flow flows into the combustion chamber. The annular evaporation line opens out here likewise at its inner end facing the combustion chamber in a direction reversing the flow direction annular trough, and the invention

ίο kennzeichnet ,sich dadurch, daß der ringförmige Trog einen U-förmigen Querschnitt aufweist und mit seinen Wänden die ringförmige Verdampfungsleitung auf beiden Seiten in Abstand derart umschließt, daß zwischen den Trogwänden und den Wänden der Verdampfungsleitung axiale Durchlässe für den Brennstoff gebildet sind.ίο indicates that the ring-shaped The trough has a U-shaped cross-section and its walls surround the annular evaporation line at a distance on both sides in such a way that that between the trough walls and the walls of the evaporation line axial passages are formed for the fuel.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel desThe drawing shows an embodiment of the

Verdampfers nach der Erfindung, und zwar zeigt Fig. ι eine Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerks für Flugzeuge, das teilweise aufgeschnitten ist, um die ringförmige Brennkammer mit dem. Verdampfer zu zeigen,Evaporator according to the invention, namely Fig. Ι shows a side view of a gas turbine engine for aircraft, which is partially cut open to the annular combustion chamber with the. Evaporator to show,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der aufgeschnittenen ringförmigen Brennkammer mit dem Verdampfer.Fig. 2 is a partial perspective view of the cut open annular combustion chamber with the Evaporator.

In dem Triebwerk wird die von links eintretende Luft durch den Verdichter 10 verdichtet und strömt dann durch einen Diffusor 12m eine Verbrennungseinrichtung. Der in diese Einrichtung eingespritzte flüssige Brennstoff verbrennt hier in dem Luftstrom, und die Verbrennungsgase gelangen mit wesentlich höherer Geschwindigkeit in die Turbine 13, die den Verdichter antreibt. Die nach hinten durch die Düse 14 aus der Turbine austretenden Gase werden für den Vortrieb ausgenutzt.In the engine, the air entering from the left is compressed by the compressor 10 and flows then through a diffuser 12m a combustion device. The one injected into this facility Liquid fuel burns here in the air stream, and the combustion gases get along with substantially higher speed in the turbine 13, which drives the compressor. The back through the nozzle 14 gases emerging from the turbine are used for propulsion.

Die Verbrennungseinrichtung selbst besteht aus einer ringförmigen Brennkammer, die durch eine innere Wand 15 und eine äußere Wand 16 begrenzt wird, die gleichachsig mit dem üblichen Mittelträger des Triebwerks angeordnet sind. Ein ringförmiges Flammrohr ist zwischen den Wänden der Brennkammer vorgesehen, und zwar wird es durch eine innere und eine äußere Wand 18 bzw. 19 gebildet, die die Wände der Brennkammer mit geringem Abstand auskleiden. In der Flammenzone ist in das Flammrohr ein die beiden Wände miteinander verbindender durchlöcherter Ring 20 vorgesehen, der durch einen inneren; und einen äußeren Randflansch 2o_a und 2o& an den Flammrohrwänden 18 bzw. 19 befestigt ist. Eine mittlere, im Querschnitt etwa U-förmige Vertiefung 2Pc, die der Strömung entgegengerichtet ist, ist mit einer Reihe Brennstoff- und Lufteinlaßöffnungen 21 versehen. Eine an den Enden offene ringförmige Leitung, die durch eine innere Wand 22 und eine äußere Wand 23 gebildet wird, erstreckt sich von den Seitenwänden der Vertiefung 2O_C, an der sie befestigt ist, in Strömungsrichtung. Um das in Strömungsrichtung hintere Ende dieser Leitung ist von hinten ein im Querschnitt U-förmiger Trog 24 derart übergestülpt, daß das geschlossene Ende 2^_c dieses Troges noch etwas Abstand von den hinteren Enden der Wände 22 und 23 hat. Die beiden Wände 24_a und 24& dieses Troges sind in Längsrichtung wellig ausgebildet, und die von den Außensieiten'des Troges gesehen konkaven Teile25 dieser Wände berühren die Wände 22 und 23 der ringförmigen Leitung und sind vorzugsweise an einigen Stellen mit ihnen fest verbunden. Die anderen Teile 26, die von den Außenseiten des Troges gesehen konvex und von innen her gesehen konkav sind, bilden parallele Strömungskanäle mit den Wänden der ringförmigen Leitung.The combustion device itself consists of an annular combustion chamber which is delimited by an inner wall 15 and an outer wall 16 which are arranged coaxially with the usual central support of the engine. An annular flame tube is provided between the walls of the combustion chamber, namely it is formed by an inner and an outer wall 18 and 19, which line the walls of the combustion chamber at a small distance. In the flame zone, a perforated ring 20 connecting the two walls to one another is provided in the flame tube, which ring 20 is provided with an inner; and an outer peripheral flange 2o _a and 2o & is attached to the flame tube walls 18 and 19, respectively. A central depression 2Pc, approximately U-shaped in cross section, which is directed in the opposite direction to the flow, is provided with a series of fuel and air inlet openings 21. An open-ended annular conduit, which is formed by an inner wall 22 and an outer wall 23, extends _{in the direction of flow from the side walls of the recess 20 C} to which it is attached. Around the rear end of this line in the direction of flow, a trough 24 with a U-shaped cross-section is slipped over from behind in such a way that the closed end 2 ^ _{c of} this trough still has some distance from the rear ends of the walls 22 and 23. The two walls 24 _a and 24 & of this trough are wavy in the longitudinal direction, and the concave parts 25 of these walls seen from the outer sides of the trough touch the walls 22 and 23 of the ring-shaped line and are preferably firmly connected to them at some points. The other parts 26, which are convex when viewed from the outside of the trough and concave when viewed from the inside, form parallel flow channels with the walls of the annular duct.

Der Brennstoff wird der ringförmigen Leitung 22, 23 durch Düsen 27 zugeführt, die an einem Brennstoffleitungsring sitzen, der in der Nähe der U-förmigen Vertiefung des Ringes 20 angeordnet ist. Die Düsen ragen durch die in diesem Ring vorgesehenen Öffnungen 21 hindurch oder spritzen zum mindesten den Brennstoff durch diese Öffnungen. Die durch den Diffusor 12 eintretende Luft iströmt ebenfalls durch diese Öffnungen rund um die Düsen oder den eingespritzten Brennstoffstrahl herum. Das dabei entstehende Gemisch strömt dann durch die aus den Wänden 22 und 23 gebildete ringförmige Leitung und wird durch das geschlossene Ende 24_C des Troges 24 um die hinteren Kanten der Wände 22 und 23 herum in die entgegengesetzte Richtung umgelenkt und strömt dann in die vielen Kanäle, die durch die gewellten Trogwände und die Wände 22 und 23 der ringförmigen Leitung gebildet werden. Die welligen Wände und damit die Kanäle enden in Strömungsrichtung der Luft kurz hinter dem Befestigungsring 2O, und das Gemisch aus Luft und dem Brennstoff, der inzwischen durch die Wärme der den Trog ständig umgebenden Flamme verdampft ist, gelangt bei dem Austritt aus den Kanälen in den Luftstrom, der durch die Öffnungen des Befestigungsringes in das Flammrohr eintritt, und wird in ihm verbrannt, wodurch die Flamme aufrechterhalten wird.The fuel is supplied to the ring-shaped line 22, 23 through nozzles 27 which are located on a fuel line ring which is arranged in the vicinity of the U-shaped recess in the ring 20. The nozzles protrude through the openings 21 provided in this ring or at least spray the fuel through these openings. The air entering through the diffuser 12 also flows through these openings around the nozzles or the injected fuel jet. The resulting mixture then flows through the annular conduit formed by the walls 22 and 23 and is _{deflected by the closed end 24 C of} the trough 24 around the rear edges of the walls 22 and 23 in the opposite direction and then flows into the many channels formed by the corrugated trough walls and the walls 22 and 23 of the annular duct. The wavy walls and thus the channels end in the flow direction of the air just behind the fastening ring 2O, and the mixture of air and the fuel, which has meanwhile evaporated by the heat of the flame constantly surrounding the trough, arrives at the outlet from the channels in the Air flow that enters the flame tube through the openings of the fastening ring and is burned in it, thereby maintaining the flame.

Obwohl die vorstehende Beschreibung sich auf einen Verdampfer bezieht, der in eine ringförmige Brennkammer eingebaut ist, leuchtet es ein, daß ein Verdampfer von grundsätzlich dem gleichen Aufbau mit vorteilhafter Wirkung auch in einer rohrförmigen Brennkammer verwendet werden könnte. Der Aufbau würde genau der gleiche sein mit dem Unterschied, daß die inneren Wände des Flammrohres und der Brennkammer und der Längsträger fehlen würden und der Befestigungsring 20 durch leinen kreisförmigen, durchlöcherten Deckel ersetzt würde.Although the above description refers to an evaporator that is in an annular Combustion chamber is built in, it stands to reason that an evaporator is basically the same Construction can also be used to advantage in a tubular combustion chamber could. The construction would be exactly the same except that the inner walls of the Flame tube and the combustion chamber and the longitudinal beam would be missing and the fastening ring 20 perforated by circular, circular lines Lid would be replaced.

Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich natürlich nur um ein bevorzugtes Beispiel, und Änderungen in der Größe, Form und Anordnung der Teile können vorgenommen werden, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen zu werden braucht.The illustrated embodiment is of course only a preferred example, and changes in the size, shape and arrangement of the parts can be made without leaving the scope of the invention.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: i. Brennstoffverdampfer für Gasturbinentriebwerke mit einer in die ringförmige Brennkammer eingebauten ringförmigen Ver-i. Fuel evaporator for gas turbine engines with one in the annular combustion chamber built-in ring-shaped dampfungsleitung, die an ihrem der Brennkammer zugekehrten inneren Ende in einen die Strömungsrichtung umkehrenden ringförmigen Trog mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Trog (24) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und die ringförmige Verdampfungsleitung (22, 23) mit seinen Wänden auf beiden Seiten in Abstand derart umschließt, daß zwischen den Trogwänden und den Wänden der Verdampfungsleitung axiale Durchlässe für den Brennstoff gebildet sind.steam line, which at its inner end facing the combustion chamber into a the direction of flow reversing the annular trough opens, characterized in that, that the annular trough (24) has a U-shaped cross section and the annular Encloses evaporation line (22, 23) with its walls on both sides at a distance in such a way that that between the trough walls and the walls of the evaporation line axial passages for the fuel are formed. 2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige, im Querschnitt U-förmige Trog (24) in Umfangsrichtung gewellte Seitenwände (24,,, 24a) aufweist, die mit ihren der ringförmigen Verdampfungsleitung (22,23) zugekehrten Wellenteilen die Wände dieser Verdampfungsleitung berühren und hierdurch voneinander getrennte, axiale Durchtrittskanäle für den Brennstoff zwischen den Trogwänden und den Wänden der Verdampfungsleitung bilden.2. Evaporator according to claim 1, characterized in that that the annular trough (24), which is U-shaped in cross section, has side walls (24 ,,, 24a) which are corrugated in the circumferential direction, the with their the annular evaporation line (22,23) facing the shaft parts Walls of this evaporation line touch and thereby separated, axial Passage channels for the fuel between the trough walls and the walls of the evaporation line form. 3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Verdampfungsleitung (22,23) an einem innerhalb as der Brennkammer (15, 16) angeordneten Befestigungsring (20) angebracht ist.3. Evaporator according to claim 1 or 2, characterized in that the annular evaporation line (22,23) on a fastening ring arranged within the combustion chamber (15, 16) (20) is attached. 4. Verdampfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsring (20) durchlöchert ist und sich zwischen der ringförmigen Verdampfungsleitung (22, 23) und einer Wand (18 oder 19) erstreckt, die die Brennkammer (15, 16) auskleidet, so daß Luft an dem Verdampfer entlangstreichen kann, wobei der Befestigungsring Luft- und Brennstoff-■öffnungen (21) in dem Teil (20_c) aufweist, der zwischen den Wänden (22, 23) der ringförmigen Verdampfungsleitung liegt.4. Evaporator according to claim 3, characterized in that the fastening ring (20) is perforated and extends between the annular evaporation line (22, 23) and a wall (18 or 19) which lines the combustion chamber (15, 16), so that air can brush along the evaporator, the fastening ring having air and fuel openings (21) in the part (20 _c ) which lies between the walls (22, 23) of the annular evaporation line. 5. Verdampfer nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der der ringförmigen Verdampfungsleitung zugekehrten Teile (25) der welligen Trogwände (24a oder 24z,) an der benachbarten Wand (22 bzw. 23) der ringförmigen Verdampfungsleitung befestigt sind. 5. Evaporator according to claim 2, 3 or 4, characterized in that at least some the parts (25) of the wavy trough walls facing the annular evaporation line (24a or 24z,) on the adjacent wall (22 or 23) of the annular evaporation line are attached. Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 807 450.Referred publications:
German patent specification No. 807 450. Hierzu ι Blatt ZeichnungenFor this purpose ι sheet of drawings © 509522 6.55© 509522 6.55