DE1291166B - Brennkammer, insbesondere Staustrahlbrennkammer oder Nachbrennkammer fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Brennkammer, insbe- rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es

sondere Staustrahlbrennkammer oder Nachbrenn- , zeigt -

kammer für Strahltriebwerke, mit mindestens zwei Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die

Abschnitten, von denen der stromabwärts liegende Brennkammer eines Strahltriebwerks,

Abschnitt eine höhere Temperaturbeständigkeit als 5 Fig. 2 einen ähnlichen Längsschnitt durch ein

der stromaufwärts liegende Abschnitt hat, und mit anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

einer Brennstoffeinspritzvorrichtung. F i g. 3 die Steuereinrichtung für das in F i g. 1 ge-

Bei Brennkammern für Strahltriebwerke ist es zeigte Triebwerk.

bereits bekannt, demjenigen Teil der Brennkammer, Das in F i g. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist der den höchsten Temperaturen ausgesetzt ist, eine io einen Kanal! auf, in den Luft m Richtung des Pfeils 2 höhere Temperaturbeständigkeit zu verleihen. Dies von einem Staustrahllufteinlaß (nicht gezeigt) eingeschieht entweder durch Kühlung des entsprechen- strömt. Bis zu einer Fluggeschwindigkeit von ungeden Abschnitts der .Brennkammerwand oder durch fähr Mach 3 kann die Strömung von einem Verdichentsprechende Werkstoffwahl. ter unterstützt werden. Der Kanal weist einen durch

Bei Strahltriebwerken für sehr hohe Fluggeschwin- 15 eine verstellbare Strahldüse 3 gebildeten Auslauf auf, digkeiten (Mach 3 und mehr) schien eine derartige dessen Wände aus hochtemperaturf estern Material Anordnung nicht sinnvoll, weil bei diesen Triebwer- bestehen und der unter Umständen mit Kanälen zur ken die Stelle der höchsten Verbrennungstemperatur Kühlung versehen ist. Ein Teil des stromaufwärts bei verschiedenen Flugbedingungen in axialer Rieh- der Düse liegenden Kanals bildet eine Brennkammer, rung wandert. Dies rührt daher, daß in diesem Fall 20 deren Länge für eine vollständige Verbrennung selbst der Verbrennungsprozeß wesentlich von der stromauf bei den ungünstigsten Bedingungen (eine vor der der Brennkammer herrschenden Temperatur der Ver- Brennkammer herrschende Verbrennungslufttempebrennungsluft abhängt, und zwar derart, daß bei ratur von etwa 10° C) ausreicht, zunehmender Fluggeschwindigkeit (also bei wachsen- Die Verbrennung findet in einem ersten Abschnitt 4 der Temperatur vor der Brennkammer) der zur Ver- 25 der Brennkammer statt, wenn die stromaufwärts der brennung benötigte axiale Raum kleiner wird. Mit Brennkammer herrschende Lufttemperatur unter anderen Worten: bei hoher Fluggeschwindigkeit fin- 600° C liegt, d. h. bei Fluggeschwindigkeiten bis undet die gesamte Verbrennung in einem verhältnis-. gefähr Mach 4; für die Wände dieses Teils der Brennmäßig kurzen axialen Raum statt, während bei nied- kammer genügt es, daß sie mit einem aus Luft beriger Fluggeschwindigkeit die gesamte Brennkammer 30 stehenden Kühlfilm gekühlt werden, wie es heute allzur Verbrennung benötigt wird, so daß man prak- gemein üblich ist. Zu diesem Zweck ist die Wand tisch gezwungen ist, die ganze Brennkammer hoch- mit einer Reihe von Einsätzen 5 versehen, die mit temperaturbeständig auszubilden. Abstand zur Wand des Kanals angeordnet sind und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei somit einen Kühlraum 6 bilden. Die Einsätze 5 über-Brennkammem von Strahltriebwerken für extrem 35 lappen sich derart, daß stromabwärts gerichtete hohe Fluggeschwindigkeiten dafür zu sorgen, daß nur Spalte 7 gebildet werden, durch die die Kühlluft einein bestimmter Teil der Brennkammer für die höheren strömen kann.

Verbrennungstemperaturen ausgelegt werden muß. Wenn Brennstoff eingespritzt wird, findet auch Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im immer eine Verbrennung im zweiten Teil 8 der Brenn-Betrieb der Brennkammer die Lage der Brennstoff- 4° kammer statt; in diesem Abschnitt können die Vereinspritzstelle in Abhängigkeit von der stromauf der brennungstemperaturen Werte bis zu 2000° C errei-Brennkammer herrschenden Verbrennungslufttempe- chen.~Die Wände dieses Teils der Brennkammer beratur axial derart veränderbar ist, daß die höchsten stehen daher aus hochtemperaturfesten keramischen Verbrennungstemperaturen stets nur in dem stromab Elementen?), die auf Rohren 10 angeordnet sind, liegenden Abschnitt der Brennkammer auftreten. 45 Durch die Rohre 10 fließt flüssiger Brennstoff, der

Es ist bereits bekannt, Brennstoff an axial hinter- von einer Sammelleitung 11 kommt. Die Länge dieses emanderKegenden Stellen einzuspritzen, um eine Brennkammerabschnitts reicht zur vollständigen Vergleichmäßigere Verbrennung zu erzielen (USA.- brennung aus, wenn die stromaufwärts von der Patentschrift 3 024 606). Bei einem anderen bekann- Brennkammer herrschende Verbrermungslufttempeten Nachbrenner (schweizerische Patentschrift 50 ratur über 600° C liegt. In diesem Fall gelangt Brenn-294 466) sind eine erste Hilfseinspritzvorrichtung, stoff von den Rohren 10 über eine Anordnung von eine Haupteinspritzvorrichtung und eine zweite. - Dreiwegeventilen 13 in Düsen 14, die den Brennstoff Hilfseinspritzvorrichtung aus demselben Grund axial an einer Stelle, die etwas oberhalb des Teils 8 der hintereinander angeordnet. In Verbindung mit dieser Brennkammer liegt, schräg zur Strömungsrichtung in Anordnung ist es bekannt, die Brennstoffzuführung 55 den Kanal einspritzen. Die unter Umständen dampfin Abhängigkeit von der hinter der Turbine, vor dem... fönnigen Brennstoffstrahlen erzeugen genügend Tur-Nachbrenner herrschenden Temperatur zu regem, um bulenz, so daß im Teil 8 der Brennkammer sich eine eine Überhitzung der Brennkammer zu verhindern. stabile Verbrennung auch ohne Flammenhalter auf-Es handelt sich jedoch dabei um die allgemein bauen kann.

übliche Mengenregelung für die Brennstoffzufuhr, 60 Bei Verbrennungslufttemperaturen unter 600° C

während bei der Erfindung der Ort der Verbrennung würden die Düsen 14 allein keine stabile Verbrennung

gesteuert wird. ermöglichen. In diesem Fall werden sie daher durch

Die erfindungsgemäße Brennkammer benötigt ein übliches Einspritz- und Flammenhaltersystem wesentlich weniger Material, das die extrem hohen unterstützt, das am stromaufwärts liegenden Ende Verbrennungstemperaturen aushalten muß, was im 65 des ersten Abschnitts 4 der Brennkammer angeord-Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und gegebenen- net ist. Dieses System besteht aus Brennstoffeinspritzfalls auf das Gewicht von Bedeutung ist. düsen 15, die stromaufwärts von mehreren kreisför-

An Hand der Zeichnungen werden zwei Ausfüh- migen und radialen Flammenhalterelementen 16 lie-

gen. Der Brennstoff wird den Einspritzdüsen 15 von den Dreiwegeventilen 13 durch Rohr 17 zugeführt, wenn die Verbrennungslufttemperatur unterhalb von 600° C liegt. In diesem Fall wird die Brennstoffzufuhr zu den Düsen 14 abgeschaltet oder zumindest verringert.

Die Ventile 13 werden durch eine Temperaturmeßvorrichtung 12, die sich stromaufwärts der Brennkammer befindet, gesteuert. Die Steuereinrichtung ist in F i g. 3 genauer dargestellt. Die Temperaturmeßvorrichtung 12 besteht aus einem Quecksilber enthaltenden Bourdon-Rohr 40, das einen bei 42 schwenkbar gelagerten Ventilkörper 41 betätigt, wodurch der Querschnitt des Auslaßendes eines Rohres 43 verändert wird. Dem Einlaß dieses Rohrs wird durch eine feste Drosselstelle 44 Stauluft zugeführt. Der Druck P innerhalb des Rohrs hängt somit von der Temperatur der Temperaturmeßvorrichtung 12 und von dem Gesamtdruck der Stauluft ab. Mit diesem Druck P wird ein Kolben 45 beaufschlagt, der auf eine Feder 46 einwirkt; die Bewegungen des Kolbens dienen dazu, eine Schaufel 47 innerhalb des Ventils 13 zu drehen und damit den Brennstoff über das Rohr 17 den Einspritzdüsen 15 oder über ein Rohr 18 den Einspritzdüsen 14 zuzuführen.

Während eines Übergangsbereichs kann unter Umständen beiden Einspritzdüsen Brennstoff zugeführt werden.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sind die Kanalwände genau wie in F i g. 1 ausgelegt; in diesem Fall wird jedoch eine einzige Einspritzvorrichtung verwendet, die längs des Kanals axial verschiebbar ist. Diese Einspritzvorrichtung besteht aus einem kreisförmigen, doppelwandigen Flammenhalter 20, dessen innere Wand mit Löchern versehen ist, damit Brennstoff durch radiale Arme 21 von einem Rohr 22 zugeführt werden kann. Das Rohr 22 verläuft entlang des Kanals und trägt einen Kolben 23, der in einem Zylinder 24 arbeitet. Der Zylinder 24 wird im Kanal durch hohle radiale Arme 25 abgestützt, durch die Brennstoff von den Kühlrohren 10 der Wand des Abschnitts 8 der Brennkammer zugeführt wird. Der Brennstoff gelangt durch Öffnungen 26 in den Kolben 23. Der Zylinder 24 weist außerdem einen vorderen Abschnitt 24 α auf, der durch radiale Arme 27 abgestützt wird und in dem ein Kolben 28 gleitbar gelagert ist. Der Kolben 28 ist durch eine Stange 29 mit dem Kolben 23 verbunden. Vor dem Kolben 28 befindet sich im Zylinder 24 α eine Substanz 30, die bei sehr hoher Verbrennungslufttemperatur (wenn der Flammenhalter 20 in die strichpunktiert dargestellte Lage bewegt werden soll) genügend Dampfdruck entwickelt, um die Kraft einer Feder 31 zu überwinden. Die Feder bewegt die Einspritzvorrichtung zurück, wenn die Verbrennungslufttemperatur unter einen vorgegebenen Wert fällt.

Die Anordnung kann auch derart gewählt werden, daß der Kolben 28 etwas größer als der Kolben 23 ist, so daß die Einspritzvorrichtung durch den Brennstoffdruck nach vorn gedrückt wird.

Es versteht sich von selbst, daß die Brennstoffeinspritzvorrichtung 20 beispielsweise auch durch ein Servofluid, das von einer Temperaturmeßeinrichtung oder einem Geschwindigkeitsmesser gesteuert wird, bewegt werden kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennkammer, insbesondere Staustrahlbrennkammer oder Nachbrennkammer für Strahltriebwerke, mit mindestens zwei Abschnitten, von denen der stromabwärts liegende Abschnitt eine höhere Temperaturbeständigkeit als der stromaufwärts liegende Abschnitt hat, und mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß im Betrieb der Brennkammer die Lage der Brennstoffeinspritzstellen in Abhängigkeit von der stromauf der Brennkammer herrschenden Verbrennungslufttemperatur axial derart veränderbar ist, daß die höchste Verbrennungstemperatur stets nur in dem stromab liegenden Abschnitt (8) der Brennkammer auftritt.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, bei der die Brennstoffeinspritzvorrichtung aus mehreren in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Einspritzdüsen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderbarkeit der Lage der Einspritzstellen durch Zu- bzw. Abschalten der einzelnen Einspritzdüsen erfolgt (Fig. 1).

3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderbarkeit der Lage der Einspritzstellen durch axiale Verschiebung der Einspritzvorrichtung erfolgt (F i g. 2).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen