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Publication number: DED0020528MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 25. Mai 1955 Bekanntgeniacht am 21. Juni 1956 Registration date : May 25, 1955 Announced on June 21, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Brennkraftturbinen, Treibgaserzeuger, Heißluftstrahltriebwerke u. dgl., bei welcher innerhalb der Kammer ein Stauscheibe angeordnet ist, um im Kern der Kammer einen die Vermischung des vor der Stauscheibe zuigeführten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und dadurch aiuich den Verbrennungsvorgang selbst begünstigenden Ringwirbel ze erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Brennkammer der beschriebenen Art, bei welcher der Verbrennungsluft außerdem beim Eintritt in die Kammer durch eine Einlauispirale oder ein Schaufelgitter eine uim die Längsachse der Kammer drehende Bewegung erteilt wird.The invention relates to a combustion chamber for internal combustion turbines, propellant gas generators, Hot air jet engines and the like, in which a baffle plate is arranged within the chamber, in order to ensure the mixing of the fuel supplied in front of the baffle in the core of the chamber with the combustion air and thus aiuich the combustion process itself favoring ring vortices generate ze. In particular, the invention relates to a combustion chamber of the type described which of the combustion air also enters the chamber through an inlet spiral or a vane grille is imparted a rotating motion along the longitudinal axis of the chamber.

Bei den bisher vorgeschlagenen Brennkammern dieser Art wird der Brennstoff der Verbrennungsluft vor der Stauscheibe unmittelbar beigemischt. Es hat sich gezeigt, daß diese Art der Beimischung des Brennstoffes trotz der Unterstützung durch den oben erwähnten Ringwirbel und gegebenenfalls ao durch den der Verbrennungsluft erteilten Drall nicht ausreicht, uim eine einwandfreie Verbrennung insbesondere kohlenstoffreicherer Brennstoffe auf kürzestem Wege zu erzielen. Durch die Erfindung wird dieser Mangel beseitigt. V ,In the previously proposed combustion chambers of this type, the fuel is the combustion air mixed in directly in front of the baffle. It has been shown that this type of admixture of the fuel despite the support of the above-mentioned ring vortex and possibly ao due to the swirl imparted to the combustion air, it is insufficient for proper combustion in particular to achieve high-carbon fuels in the shortest possible way. Through the invention this deficiency is eliminated. V,

Die Erfindung geht von der. Erkenntnis aus, daß es mit der Stauscheibe allein nicht gelingt, einen Ringwirbel von ausreichender „Intensität, insbesondere in seinem der Hauptstr.ömiuingsrichtung entgegengesetzt gerichteten inneren Teil zu erzeugen, um eine genügend schnelle und gründliche Mischung des zugeführten Brennstoffes mit der A^erbrennungsluft zu erhalten. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß innerhalb der Brenn- The invention is based on the. Realization from the fact that it is not possible to use the baffle plate alone Ring vortex of sufficient intensity, especially in its opposite direction to the main flow direction directed inner part to produce a sufficiently quick and thorough Mixing of the supplied fuel with the combustion air. The invention accordingly consists in that within the fuel

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kammer, vorzugsweise inmitten des Ringwirbels, ein in der Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsluft gesehen vor der Stauscheibe mündendes Blasrohr angeordnet ist, durch welches dem Brennkammerkern entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Hauptverbrennungsluft Zusatzluft zugeführt wird, um di'e kinetische Energie des Ringwirbels zu vergrößern. Dieser Zusatzluft wird zweckmäßig der Brennstoff bereits vor ihrem Austritt in die Brennkammer beigemischt, so daß in den Ringwirbel bereits ein Vorgemisch von Brennstoff und Zusatzluft eingeblasen wird.chamber, preferably in the middle of the vortex, one in the main flow direction of the combustion air seen in front of the baffle opening blowpipe is arranged through which the combustion chamber core Additional air is supplied opposite to the direction of flow of the main combustion air to increase the kinetic energy of the vortex. This additional air is the fuel is expediently mixed in before it exits the combustion chamber, so that in the ring vortex already has a premix of fuel and additional air is blown in.

Weitere Einzelheiten, insbesondere hinsichtlich der praktischen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. In den Abb. 1 bis 4 der Zeichnung ist jeweils eine mit der Erfindung versehene Brennkammer im Längsschnitt sehaubildlich dargestellt. Further details, in particular with regard to the practical implementation options of the invention, emerge from the following description of several exemplary embodiments on the basis of Drawing. In Figs. 1 to 4 of the drawing is each a combustion chamber provided with the invention is shown diagrammatically in longitudinal section.

In Abb. ι wird die Hauptverbrennungsluft der Brennkammer 5 aus der Leitung 6 durch eine Einlaufspirale 7 zugeführt, so daß sie zusätzlich zu ihrer Längsbewegung durch die Brennkammer eine Drehbewegung am deren Längsachse 8 erhält, wie durch den Pfeil 9 angedeutet. In dem Kern der so entstehenden sehrauibenlinienförmigen Bewegung der Luft ist quer zuir Längsachse 8 der Brennkammer eine Stauscheibe 10 angeordnet, die von einem mittig in die Brennkammer hineinragenden RohrIn Fig. Ι the main combustion air is the Combustion chamber 5 fed from the line 6 through an inlet spiral 7, so that they in addition to their longitudinal movement through the combustion chamber receives a rotary movement on the longitudinal axis 8 thereof, as indicated by the arrow 9. At the core of the resulting very rough-line movement of the Air is transverse to the longitudinal axis 8 of the combustion chamber a baffle plate 10 is arranged by a tube projecting centrally into the combustion chamber

11 getragen wird. Durch die Stauscheibe¹10 wird im Brennkammerkern eine partielle Rückströmung der Luft erzeugt, SO' daiß sich der Schraubenlinien^ förmigen Bewegung derselben ein durch die Pfeile 12 angedeuteter Ringwirbel überlagert, in den hinein der Brennstoff in weiter unten noch näher angegebener Weise eingeführt wird.11 is worn. The vane ¹ 10 is a partial backflow of air in the combustion chamber core generated SO 'Daiss the helical ^ shaped movement thereof an indicated by the arrows 12 annular fluidized superimposed into the fuel is introduced in greater detail below the manner indicated in the.

Gemäß der Erfindung wird dem Kern des Ringwirbels 12 nun durch das bei 13 vor der Stauscheibe 10 mündende Rohr 11 Zusatzluft in Richtung des Pfeiles 14 entgegengesetzt zur allgemeinen Fortbewegungsriehtiuing 15 der Hauptverbrennungshiift zugeführt. Diese Zusatzluft kann der gleichen Druickquelle entstammen wie die Hauptverbrennungsluft, beispielsweise einem der Brennkammer vorgeschalteten Verdichter. Sie kann auch von einem besonderen Verdichter geliefert oder einer höneren Verdichtungsstufe des für beide Luftarten gemeinsamen Verdichters entnommen werden als die Hauptverbrennungsluft. Durch das Einblasen der Zusatzluft in den Kern des RingwirbelsAccording to the invention, the core of the annular vortex 12 is now through the at 13 in front of the baffle plate 10 opening pipe 11 additional air in the direction of arrow 14 opposite to the general direction of locomotion 15 of the main incineration lift fed. This additional air can come from the same source of pressure as the main combustion air, for example a compressor upstream of the combustion chamber. You can also from a special compressor or a higher compression level for both types of air common compressor are taken as the main combustion air. By blowing in the additional air into the core of the vortex

12 wird dessen kinetische Energie erheblich gesteigert, so daß eine wesentlich bessere Durchwirbelung des eingeführten Brennstoffes mit der Hauptmasse der Verbrennungsluft lund dadurch eine schnellere und vollständigere Verbrennuing desselben auf kleinstem Raum erfolgt als durch den nur mit Hilfe der Stauscheibe 10 allein erzeugten Wirbel.12 its kinetic energy is increased considerably, so that a much better turbulence of the imported fuel with the The bulk of the combustion air results in faster and more complete combustion the same takes place in a very small space than that generated by the baffle plate 10 alone Whirl.

Die Zuführung des gasförmigen odler flüssigen Brennstoffes erfolgt durch die Leitung 16, an deren Ende gegebenenfalls eine geeignete Spritzdüse 17 angeordnet ist, bereits innerhalb des Blasrohres 11 für die Zusatzluft, so daß aius der Mündung 13 des Blasrohres bereits ein Vorgemisch in die Brennkammer eintritt und dadurch der Verbrennungsvorgang in an sich bekannter Weise weiter beschleunigt wird. Das auf seinem weiteren .Wege durch die Brennkammer restlos ausbrennende Gemisch gelangt dann mit der überschüssigen, durch die Brenngase ebenfalls miterhitzten Luft in eine hier nicht dargestellte Arbeitsmaschine, beispielsweise in die Laufradsehaufeln einer Turbine, wo die den Gasen durch die Erhitzung zugeführte Energie in bekannter Weise in mechanische Arbeit umgewandelt wird.The supply of the gaseous or liquid fuel takes place through the line 16, on which At the end, a suitable spray nozzle 17 is optionally arranged, already within the blowpipe 11 for the additional air, so that aius the mouth 13 of the blowpipe is already a premix in the combustion chamber occurs and thereby further accelerates the combustion process in a manner known per se will. The mixture that burns out completely on its way through the combustion chamber then enters a with the excess air, which is also heated by the combustion gases Working machine not shown here, for example in the impeller blades of a turbine, where the energy supplied to the gases by heating in a known manner into mechanical work is converted.

Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorher beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß das Zuführungsrohr 21 für die Zusatzluft von der Eingangsseite 20 der Brennkammer 5 her in diese eingeführt ist und daß vor der Mündung 22 des Rohres 21 an die Stauscheibe 10 ein zylindrischer Führungsteil 23 angefügt ist, der zusammen mit der Staiuischeibe einen napfförmigen Vorsatzkörper zur Umlenkung des aus dem Rohr 21 austretenden Vorgemisches um i8o° in die Richtung der Pfeile 14 bildet. Außerdem mündet in diesem Fall die ZuführungsleitungThe embodiment shown in Fig. 2 differs from that previously described in essentially in that the supply pipe 21 for the additional air from the input side 20 of the Combustion chamber 5 is introduced into this and that in front of the mouth 22 of the tube 21 on the baffle plate 10 a cylindrical guide part 23 is attached, which together with the Staiuischeibe a cup-shaped attachment for deflecting the premix emerging from the pipe 21 i8o ° in the direction of arrows 14 forms. Besides that in this case the feed line opens

26 für den Brennstoff bereits in der Nähe der Eingangsseite 20 der Brennkammer in das Rohr 21 für die Zusatzluft. Da dieses in der Flammzone der Brennkammer liegende Rohr während des Betriebes stark erhitzt wird, verdampft in ihm der in dem Vorgemisch enthaltene Brennstoff bereits restlos, bevor er in die Brennkammer gelangt, was zur weiteren Beschleunigung und Verbesserung des Verbrennungsvorganges in der Brennkammer selbst beiträgt. In das Rohr 21 ist vor der Mündung der Brennstoffzuleituing 26 außerdem ein beispielsweise aus schraubenförmig verdrehten, speichenartig angeordneten Blechstreifen bestehender Einsatzteil26 for the fuel already in the vicinity of the input side 20 of the combustion chamber in the tube 21 for the additional air. Because this pipe is in the flame zone of the combustion chamber during operation is strongly heated, the fuel contained in the premix evaporates in it completely, before it gets into the combustion chamber, which further speeds up and improves the Combustion process in the combustion chamber itself contributes. In the tube 21 is in front of the mouth of the Fuel supply line 26 also comprises, for example, a helically twisted, spoke-like arrangement Sheet metal strip of existing insert

27 angebracht, durch den eine intensive Verwirbelung der Zusatzluft vor ihrer Mischung mit dem Brennstoff erfolgt. Dieser Wirbeleinsatz dient gleichzeitig als Träger für das freie Ende der Brennstoffzuleitung 26 innerhalb des Rohres 21. Durch die beschriebenen Maßnahmen kann die Länge der Brennkammer 5 so weit verringert werden, daß diese gegebenenfalls bereits an der Stauscheibe 10 enden und der von letzterer freigelassene Ringquerschnitt 28 unmittelbar den Einlaufquerschnitt für ein hinter der Stauscheibe angeordnetes Turbinenlaufrad bilden kann.27 attached, through which an intense turbulence the additional air takes place before it is mixed with the fuel. This vortex insert is used at the same time as a carrier for the free end of the fuel supply line 26 within the tube 21. Through the measures described, the length of the combustion chamber 5 can be reduced to such an extent that that this may already end at the baffle plate 10 and the one left free by the latter Ring cross-section 28 directly the inlet cross-section for a arranged behind the baffle plate Turbine impeller can form.

Abb. 3 zeigt eine Abänderung der zuletzt beschriebenen Ausführung insofern, als hier die Hauptverbrennungsluft der Brennkammer nicht durch eine Einlaufspirale mit tangentialer Richtungskomponente, sondern axial duirch ein Rohr 30 zugeführt wird. Der Verbrennungsluft wird in diesem Fall der Drall um die Längsachse 8 der Kammer diulrch einen am Einlaßen die 20 der Kammer angeordneten Kranz von radialen Leitschaufeln 31 erteilt, deren Nabe 32 das Zuführungsrohr 33 für die Zusatzluft trägt. Die Brennstoffzuleitung 26 wird auch hier wieder von einem im Rohr 33 angeordneten Wirbeleinsatz 27 getragen.Fig. 3 shows a modification of the last described embodiment in so far as here the Main combustion air of the combustion chamber not through an inlet spiral with a tangential directional component, but axially through a pipe 30 is fed. In this case, the combustion air becomes the swirl around the longitudinal axis 8 of the Chamber diulrch one at the inlet the 20 of the chamber arranged ring of radial guide vanes 31 granted, the hub 32 of which is the feed pipe 33 for the additional air carries. The fuel feed line 26 is here again arranged in the pipe 33 by a pipe Vertebral insert 27 worn.

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In Abb. 4 ist die Anwendung der Erfindung an einem Staustrahltriebwerk gezeigt. Die unter der Einwirkung der Fluggeschwindigkeit in der Fangdüse 34 gestaute Luft erhält beim Durchströmen des Leitschaufelgitters 31 wieder. den gewünschten Drall um die Längsachse 8 der Brennkammer 5. Die ringförmige Stauscheibe 10 und der zylindrische Führungsteil 23 für die Zusatzluft sind bei dieser Ausführungsform mit einem Führiungsteil 35 für die abströmenden Brenngase zu; einem etwa pilzförmigen Hohlkörper 36 vereingt, der während des Betriebes eine verhältnismäßig hohe , Temperatur annimmt und außer dem Rohr 33 auch seinerseits zur schnelleren Verdampfung des eingeführten Brennstoffes beiträgt. Die übrigen Einzelheiten hinsichtlich der Luft- luind Brennstofführung innerhalb der Kammer 5 sind hier die gleichen wie bei der Ausführung nach Abb. 3.·· Der Teil 36 kann ebenso wie die Teile 10 lund 23 in den vorher beschriebenen Ausführungsformen auf dem Blasrohr 21 bzw. 33 mittels an diesem radial angeordneter Blechstege befestigt sein.In Fig. 4 the application of the invention to a ramjet engine is shown. The one under the The effect of the airspeed in the collecting nozzle 34 retains air that has jammed when it flows through it of the guide vane grid 31 again. the desired twist about the longitudinal axis 8 of the combustion chamber 5. The annular baffle 10 and the cylindrical Guide part 23 for the additional air are in this embodiment with a guide part 35 for the outflowing fuel gases to; an approximately mushroom-shaped hollow body 36 united, which during the Operation assumes a relatively high temperature and, in addition to the pipe 33, also in turn contributes to faster evaporation of the imported fuel. The rest of the details with regard to the air-luind fuel flow within the chamber 5 are the same here as in the embodiment according to Fig. 3. ·· The part 36 can as well as parts 10 and 23 in those previously described Embodiments on the blowpipe 21 or 33 by means of radially arranged thereon Be attached sheet metal webs.

Claims

Patent claims:

i. Combustion chamber for internal combustion turbines, propellant gas zippers, hot air jet engines and the like with a baffle plate for generating an annular vortex within the chamber possibly with a further device to the combustion air as it enters giving the combustion chamber a twist on the longitudinal axis of the chamber, characterized in that that within the combustion chamber, preferably in the middle of the vortex, one in the Main flow direction of the combustion air seen in front of the baffle is arranged opening blowpipe, dtuirch which the combustion chamber core opposite to the direction of flow of the main combustion air, additional air is supplied to increase the kinetic energy of the vortex.

2. Device on a combustion chamber according to claim 1, characterized in that the Fuel for the additional air before it is discharged is mixed into the combustion chamber, so that a premix is already in the ring vortex is blown in by fuel and additional air.

3. Combustion chamber according spoke 1 or 2, characterized in that the feed pipe (11) for the additional air from the outlet side of the combustion chamber (5) through the baffle plate (10) protrudes through into the combustion chamber.

4. Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the feed pipe (21) for the additional air from the inlet side (20) of the combustion chamber (5) protrudes into the latter, is passed axially through the entire length of the combustion chamber and in front of the Staimscheibe (10) opens into a cylindrical guide part (23) in which the deflection of the Additional air takes place before it enters the combustion chamber.

5. Device on a combustion chamber according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the introduction of the fuel into the blowpipe (11 or 21 or 33) is already in takes place a considerable distance before its confluence (13 or 22) in the combustion chamber.

6. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that in the blowpipe (21 or 33). preferably the introduction line (26) for the fuel Surrounding insert (27) which may hold it in the blowpipe for turbulence the additional air is arranged.

7. Combustion chamber according to one of the preceding claims, in particular in connection with a ramjet engine, characterized in that the annular baffle plate (10) and the cylindrical guide part (23) for the additional air with a guide part (35) for the outflowing combustion gases are combined to form an approximately mushroom-shaped hollow body (36). '

1 sheet of drawings