DE1066053B

DE1066053B - Flammenstabilisierungseinrichtung

Info

Publication number: DE1066053B
Application number: DENDAT1066053D
Authority: DE
Inventors: Neuilly-sur-Seine Seine und Benjamin Jean Marcel Salmon Suresnes Seine Jean Henry Bertin (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Publication date: 1959-09-24

Description

kl. 46g 2/03

INTERNAT. KL. F 02 k

PATENTAMT

S48683Ia/46g

ANME LDETAG: ll.MAI 1956

BEKANNTMACHUNG
DERANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 24. SEPTEMBER 1959

Das Haüptpatent betrifft eine Einrichtung zum Halten und Stabilisieren der Flamme in einer von einem Strom hoher Geschwindigkeit durchströmten Brennkammer mittels gasförmiger Schirme, die von quer in den Strom eindringenden Hilfsstrahlen gebildet werden, welche durch düsenartige Blasöffnungen erzeugt werden, die mit Luft oder einem anderen Gas gespeist werden, dessen Druck höher als der in der Brennkammer herrschende Druck ist, wobei die Luft oder das Gas einer außerhalb der Brennkammer angeordneten Quelle entnommen und vorzugsweise mit Brennstoff versetzt ist.

Es ist festgestellt worden, daß bei gewissen Brennkammern, oder Verbrennungsdüsen, insbesondere bei Nachverbrennungskammern von Strahltriebwerken, durch die Verbrennung starke Vibrationen entstehen, welche rasch zu Beschädigungen führen können.

Zweck der Erfindung ist, bei einer Verbrennungseinrichtung gemäß dem Hauptpatent Vorkehrungen zu treffen, welche derartige Vibrationen zu verhindern gestatten.

Gemäß der Erfindung sind die düsenartigen Blasöffnungen, welche die gasförmigen Schirme erzeugen, über wenigstens . zwei getrennte, in Richtung des Stromes aufeinanderfolgende Zonen verteilt, wobei die Anordnung dieser düsenärtigen Blasöffnungen derart ist, daß die Stromfäden des Stromes mindestens auf einen der durch die düsenärtigen Blasöffnungen erzeugten querverlaufenden Gasstrahlen treffen. ■

In jeder dieser Zonen kann die Verteilung des den gasförmigen Schirm bildenden Hilfsgases gleichförmig sein, so daß der Schirm den ganzen Querschnitt der Brennkammer einnimmt. Die Mittel zum Ausblasen des Hilfsgases umfassen dann entweder eine kontinu- ■ ierliche düsenartige Blasöffnung, wie z. B. einen Schlitz, oder eine oder mehrere Reihen von gleich^ mäßig verteilten Blasöffnungen..

Es kann auch eine diskontinuierliche oder ungleichförmige Verteilung des Hilfsgases in jeder der Zonen vorgesehen werden, indem die düsenartigen Blasöffnungen in jeder der Zonen ungleichförmig verteilt angeordnet werden, wobei die Blasöffnungen in bestimmten Sektoren der Zonen stärker konzentriert sind.

Es ist eine Verbrennungseinrichtung bekannt, bei welcher in dem durch die Brennkammer hindurchgehenden Strom ein fester konischer Schirm derart angeordnet ist, daß er in dem Strom Wirbelbewegungen verursacht, indem aus dem Strom selbst Gas entnommen und durch in dem festen Schirm vorgesehene Löcher auf die Außenseite des Schirms hinter einer Prallwand geführt wird. Demgegenüber handelt es sich bei der Erfindung um gasförmige Schirme, die im Bedarfsfall quer in den Strom durch düsenartige Flammenstabilisierungseinrichtung

Zusatz zum Patent 1 049 640

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de

Construction de Moteurs d'Aviation,

Paris

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 13. Mai 1955

Jean Henry Bertin, Neuilly-sur-Seine, und Benjamin Jean Marcel Salmon,

Suresnes, Seine (Frankreich), sind als Erfinder genannt worden

Blasöffnungen erzeugt werden, welche mit einem unter Druck stehenden Hilfsgas gespeist werden, das einer außerhalb der Brennkammer angeordneten Quelle entnommen wird.

Die Erfindung'wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. -^: Fig. 1 bis 4 sind schematische, schaubildliche Darstellungen von verschiedenen, teilweise aufgeschnittenen Ausführungsformen der Erfindung in Anwendung auf eine Nachverbrennungsdüse eines Strahltriebwerkes; .

Fig. 5 ist ein Teilschnitt in einer durch die Achse der Düse hindurchgehenden Ebene;

Fig. 6 ist ein axialer Schnitt durch eine Nachverbrennungsdüse, bei welcher das die Schirme erzeugende Hilfsmedium außerdem eine Kühlung des die düsenartigen Blasleitungen enthaltenden Teiles gewährleistet.

In der Zeichnung ist der besondere Fall dargestellt, in welchem die zum Erzeugen der Mediumschirme dienenden düsenartigen Blasleitungen in einem Körper 1 angeordnet sind, welcher sich längs der Achse der Brennkammer 2 erstreckt. Ein solcher Körper ist allgemein bei Nachverbrennungsdüsen von Strahltriebwerken vorgesehen, um hinter der Turbine (einige

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ihrer Schaufeln sind iwjdieryZekftnnng/jmit 3 bezeichnet) eine aerodynamisch" "ausgebildete Kappe (Abströmkonus) zu bilden, welche das Strömen der aus der Turbine kommenden .Gase .,gege.n. die Austritts-., öffriung: der- Düse; erleichtert¹.' ,,DieseAusf ülirungsf orni i.M jedoch nicht die einzig"'niogli'che; die düsenartigen Blasleitungen -könnten auch in anderer Weise angeordnet sein, beispielsweise an der Wandung der Düse oder¹. in/Ringen ;ödeF'änderen in der Nachverbrennungskammer angeordneten. T.eilen._:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die düsenaKtigen Leitungen in dem Körper: 1; in."zwei ::Ebenen.!angeordnet sind, welche senkrecht zu der Achse A-A_ der ,Düse 2 verlaufen und deren Schnittpunkt P₁ bzw. P₂ mit der Achse in einem bestimmten Abstand X- ..yoneinander_; liegen. In. jeder dieser ■ Ebenen' (der" Ausdruck" »Ebene« ist im vorliegenden Zusammenhang;tfiättelic-h- nicht im genauen geometrischen Sinne einer dickenlosen Fläche zu verstehen) sind drei Kränze von düsenartigen Leitungen vorhanden, "welche von hrdie Wandung des Körpers 1 gebohrten kleinen Löchern 4 gebildet sind und mit einem Hilfsmedium, beispielsweise Luft gespeist werden, die dem Verdichter des Triebwerkes entnommen und innerhalb des Körpers !"vorgesehenen Sammelräumen 5 (vgl. . Fig; 5) zugeführt wird. .;Die Blasleitungen können derart .orientiert sein, daß aus ihnen Strahlen/ (Fig.5) senkrecht zur RichtungF des durch die Düse hindurchgehenden Gasstromes-austreten. Sie können aber auch "in bezug auf den Gasstrom stromaufwärts oder stromabwärts "geneigt sein. Sie können als Entspannurigsleitungen-^:iausgebildet^r sein, die dem Hilfsmedium das Maximum an Bewegungsgröße erteilen, um sein Eindringen in den Gasstrom zu begünstigen, indem ihnen rohrförniige Teile 6 von einer bestimmten Länge (Fig. 5) zugeordnet werden, die in dem Körper 1 befestigt sind. .

Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei. welcher die Löcher 4 in jeder der durch die Punkte P₁ und P₂ gehenden Ebenen gleichmäßig verteilt sind. Es ist gefunden worden, daß, wenn dem Abstand L zwischen diesen Ebenen ein geeigneter Wert gegeben wird, der für jede Art von Brennkammer experimentell ermittelt werden kann, es möglich ist, die Vibrationen zu unterdrücken, was sich zweifellos durch einen Einfluß auf die Fortpflanzung der. Druckwellen erklären'läßt, welche während der Verbrennung erzeugt werden. . Es werden mindestens,: zwei aufeinanderfolgende Flammenfronten an verschiedenen Stellen erzeugt, die zur Überlagerung von wenigstens zwei Vibrationszuständen führen, welche sich für eine zweckentsprechende Ausgangsstelle der. Flammenfronten entgegenwirken und ihre Einflüsse aufheben können. ^:

Es können auch mehr als zwei Ebenen mit gleichen oder ungleichen Zwischenräumen zwischen den aufeinanderfolgenden Ebenen vorgesehen werden. Dabei kann sich der Neigungswinkel der düsenartigen Blasleitungen von einer Ebene, zur anderen ändern. . . Die in Fig. 2 wiedergegebene Ausführungsform unterscheidet sich von de;r. vorstehend beschriebenen dadurch, daß die Verteilung der düsenartigen Blasleitungen in jeder der durch P₁ und P₂ hindurchgehenden Ebenen eine diskontinuierliche ist. In der durch P₁ gehenden Ebene z. B. sind zwei gegenüberliegende Sektoren mit einem Zentriwinkel α vorhanden, über die sich die Löcher 4 erstrecken, während die durch P₂ gehende Ebene in ähnlicher Weise zwei Löcher-Sektoren mit einem Zentriwinkel β enthält, welche den lochfreien Sektoren β in der durch P₁ gehenden Ebene entsprechen. Die Winkel et und β kön-, ..nen_; gleich V(gO°) oder verschieden sein. Um die Wirbelung, welche durch die Mediumschirme erzeugt wird, die von einer Ebene zur anderen durch Sektoren getrennt sind, homogener zu machen, ist es vor- ;5' zuziehen, ■ die \ Sektoren sich etwas überlappen zu lasseh, beispielsweise um 10°.

Es sei bemerkt, daß bei gewissen Strahltriebwerken die restliche Drehung des Gasstromes am Ausgang der Turbine dazu führen kann, die Winkelverschiebung der Lochsektoren von einer Ebene zur anderen zu verändern. Wenn aber der Gasstrom zwischen der durch P₁ gehenden Ebene und der durch P₂ gehenden Ebene eine Viertelumdrehung ausführt, dürfen die Sektoren, welche ,,in. diesen Ebenen liegen und von denen angenommen ist, daß sie einen Zentriwinkel von 90° einschließen, überhaupt nicht gegeneinander versetzt sein,. sondern' müssen: geometrisch hintereinanderliegen;-um.;sämtliche Stromfäden während ihrer spiralförmigen Bewegung zu beeinflussen. ' >

ao Bei ;der, in: Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungs-• form sind! die Löcher in Sektoren angeordnet, die gemäß Teilen'von rSpiralen ,.aufeinanderfolgen. Wenn man den Verlauf um den-Körper 1 herum. verfolgt,: dann trifft man nacheinander auf .einen spiralforftiigen Sektor, S₁,' der einten", Zentriwinkel 1 "umfaßt, einen ,, Sektor S₂- mit- einem _;Winkel,a₂, einen Sektor s_s mit einem Winkel a₃ und einen Sektor i₄ mit einem Winkel a₄. Das Ende Z₁ des Sektors J₁ liegt auf der gleichen Erzeugenden bzw. auf dem gleichen Meridian des Körpers 1 wie der Anfang .Q₂ des Sektors S₂ usw., wobei aber zwischen Z₁ und O₂ längs dieser Erzeugenden bzw. dieses Meridians ein zweckentsprechender Abstand vorhanden ist. Wie, oben bereits erwähnt, kann es jedoch vorteilhaft sein,.:den Sektoren in der Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Achse der Düse eine geringe Überlappung, beispielsweise von 10°, zu geben. .■.'.■.

Bei der in Fig. 4 wiedergegebenen abgeänderten

Ausführungsförm weisen einige Sektoren, wie z. B.

die Sektoren J₁ und J₂, anstatt völlig frei von Löchern

zu sein, nur eine kleine Anzahl solcher Löcher auf, und jeder dieser Sektoren liegt gegenüber einem Sektor, wie dem Sektor S₁ bzw. s₂ der anderen Ebene, in welchem mehrere Reihen von Löchern vorgesehen

♦5 sind; dabei ändert sich vorzugsweise die Dichte der Löcher von einem Sektor zu dem benachbarten Sektor progressiv, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist.

Es sei bemerkt, daß bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Körper 1 nicht die übliche kontinuierlich verlaufende, konische oder spitzbogenförmige Gestalt hat, sondern einen zwischenliegenden Teil i besitzt, welcher zylindrisch oder nur schwach konisch ausgebildet ist, und in welchem die düsenartigen Blasleitungen oder -öffnungen derart angeordnet sind, daß das relative Eindringen der Hilfsstrahlen in den zu beeinflussenden Gasstrom für alle Blasöffnungen trotz ihrer Verteilung über die Länge des Körpers 1 im wesentlichen das gleiche ist. In einer und derselben Zone können die Blasöffnungen gleiche oder verschiedene Orientierungen haben.

Fig. 6 zeigt, auf welche Weise ein Umlauf der Luft,

welche die Mediumschirme erzeugt, bewirkt werden kann, um eine Kühlung der Wandung des Körpers 1 zu gewährleisten. Die Luft, die__beispielsweise dem

Verdichtet^ des Triebw^rjcgs_jentnommen wln^geiärlgt

durcn~eme Leitung 8 in eine am Ende des Körpers 1 angeordnete Kammer 9 und geht von ""da" ~zu' den Kränzen von düsenartigeri Blasleitungen 4, wobei sie durch einen ringförmigen Kanal 10 hindurchgeht, der zwischen der Wandung des Körpers 1 und einer im

Abstand verlaufenden Innenwandung 11 gebildet ist. Die Wandung des Körpers 1 erfährt auf diese Weise eine wirksame Kühlung.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann der Brennstoff, der in der Brennkammer verbrannt werden soll, ganz oder teilweise in die Luft eingespritzt werden, welche alle oder einen Teil der die Mediumschirme erzeugenden düsenartigen Leitungen oder öffnungen speist. Wenn ein Teil des Brennstoffes in dieser Weise eingeführt wird, kann die karburierte Luft, welche aus den öffnungen oder aus einigen von ihnen austritt, vor der Hauptverbrennung gezündet werden, um eine Leitflamme zu erzeugen.

Claims

Patentansprüche=

1. Einrichtung zum Halten und Stabilisieren der Flamme in einer von einem Strom hoher Geschwindigkeit durchströmten Brennkammer mittels gasförmiger Schirme, die von quer in den Strom eindringenden Hilfsstrahlen gebildet werden, welche durch düsenartige Blasöffnungen erzeugt werden, die mit Luft oder einem anderen Gas gespeist werden, dessen Druck höher als der in der Brennkammer herrschende Druck ist, wobei die Luft oder das Gas einer außerhalb der Brennkammer angeordneten Quelle entnommen und vorzugsweise mit Brennstoff versetzt ist, nach Patent 1 049 640, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Blasöffnungen (4) über wenigstens zwei getrennte, in Richtung des Stromes aufeinanderfolgende Zonen (P₁, P₂) verteilt sind und die Anordnung dieser düsenartigen Blasöffnungen derart ist, daß die Stromfäden des Stromes mindestens auf einen der durch die düsenartigen Blasöffnungen erzeugten querverlaufenden Gasstrahlen treffen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ungleichförmige Verteilung der düsen

artigen Blasöffnungen (4) in jeder der Zonen (P₁, P₂), wobei die düsenartigen Blasöffnungen in bestimmten Sektoren der Zonen (α in der Zone P₁, β in der Zone P₂) stärker konzentriert sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektoren (^₂') der Konzentration der düsenartigen Blasöffnungen (4) der einen Zone mit Bezug auf die Sektoren (S₁) der anderen Zone im Winkel versetzt sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Blasöffnungen (4) über einen oder mehrere Teile einer Spirale verteilt sind (Fig. 3).

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Blasöffnungen (4) in einem zentralen Körper (1) vorgesehen sind, welcher auf der Achse der Brennkammer und bei einer Nachverbrennungskammer auf der des Turbinenstrahltriebwerkes hinter dem Turbinenrad (3) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Körper (1) allgemein die Form eines Konus hat, dessen Spitze in Stromabwärtsrichtung weist, und daß die düsenartigen Blasöffnungen (4) sich in einem eine zylindrische oder schwach konische Gestalt besitzenden Zwischenabschnitt (i) des zentralen Körpers (1) befinden.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die düsenartigen Blasöffnungen (4) über Kanäle (9,10) gespeist werden, die in der Nähe der Wandung des zentralen Körpers (1) angeordnet sind, so daß das durch die Kanäle unter Druck hindurchströmende gasförmige Medium an der Wandung entlangstreicht und sie kühlt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 529 506.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen