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Brennkammer für Gasströmungsmaschinen, insbesondere zur Verwendung
bei Luftfahrzeugen ' Die Wände von Brennkammern, in denen 1 gasförmige, flüssige
oderstaubförmige Brenn-Stoffe unter Zutritt von Luft verbrennen, werden in der Regel
aus feuerfesten Steinen herg estellt.
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Bei Brennkammern, die für Flugzeugtriebwerke bestimmt sind, scheidet
die Verwendung feuerfester Steine wegen des hohen Baugerichtes von vornherein aus.
Diese Wände müssen aus Blech hergestellt werden, :einem Werkstoff also, der durchaus
nicht feuerfest ist. und es entsteht die Aufgabe, diesen Werk-Stoff vor der Zerstörung
durch die heißen Brenngase zu, schützen.
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. Erschwert wird die Lösung dieser Aufgabe noch durch die Forderung,
dal3 beim Bau von Flugzeugtriebwerken die höchstmögliche Leistung bei geringstem
Stirnwiderstand erzielt werden inuß. Für die Größe des Stirnwiderstandes eines l#'lugzeugtricb«-erkes
ist aber der Querschnitt der in dem Triebwerk ver«-endeten Brenukammern insofern
von ausschlaggebender Bedeutung;, als die um die Turbinenwelle Herum angeordneten
ßrennkaminern !in wesentlichen die Hauptabmessungen der Triebwerkstirnfläche bestimmen.
Die Triebwerkstirnfläche darf nur einen geringen Teil des Luftschraubenkreises ausmachen
und soll möglichst noch wesentlich etwa über die Nabenbaube einer Verstelluftschraube
hinausragen, damit der durch die Luftschraubenflügel erzeugte Strahl ungehindert
nach rückwärts abfließen kann.
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. Die vorliegende Erfindung hat die Auf-' gäbe, eine aus Blechbestehende
Brennkammer für den forcierten Betrieb in Flugzeugtriebwerken zu schaffen, welche
ohne Erhöhung des Stirnwiderstandes einer noch -%veiter gesteigerten Belastung gewachsen
ist.
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Es ist eine Brennhammer bekannt, in deren Blechmantel Löcher .ausgestanzt
sind, welche den Brcnnkamrrerinnenraum, mit einem die Trennkammer umgebenden Mantelkühlraum
verbinden. Der Maritelkülilratun ist auf der Turbinenseite durch eine ringförmige
Wand verschlossen und steht auf der Brennerseite finit einem Luftverdichter. welcher
die Kühlluft liefert, in Verbindung. Die gesamte, in
Richtung von
Mantellinien ankommende Kühlluftmenge wird unter Änderung ihrer Strömungsrichtung
um go° dem Brennkammerinnenraum zugeführt und-trifft dort ebenfalls unter einem
Winkel von etwa. go° äuf die ins Richtung der Brennkammerlängsachse strömenden Brenngase,
wodurch eine vollkommene Vermischung _ der Kühlluftströme mit dem Brenngasstrom
erzeugt wird.
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Der Nachteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß das gesamte Brenngas-Kühlluft-Gemisch
auf die der Brennkammerwandung zuträgliche Temperatur abgekühlt werden muß. Es kann
daher die geforderte Höchstbelastung auf diese Weise nicht erzielt werden.
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Diese Forderung wird erfindungsgemäß,> bei einer aus Blech bestehenden,
für Flugzeugtriebwerke bestimmten Brennkammer finit einem Brennraum, um, den ein
Kühlluftstrom geleitet wird, aus welchem durch im Brennmantel angeordnete öffnungen
Luftströme in das innere 'des Brennraumes gelangen, dadurch erfüllt, daß diese öffnungen
zwecks Erzielung eines beschlossenen Kühlschleiers als breite Spalte zwischen sich
überdeckenden Rändern: aufeinanderfolgender Teile der Brennkammerraumwandungen ausgebildet
sind. Die Erfindung soll allein in den vorgeschlagenen besonderen Ausführungsformen
zur Erzielung des beschlossenen Kühlschleiers bestehen.
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Durch die :Erfindung wird ein betriebssicher %virkender Schutz der
Brennkammerblechwände vor dem zu heißen Brenngasstrom erzielt, und zwar unter Verzicht
auf die bekannte, die Leistung der Brennkammer vermindernde, aber mit Rücksicht
auf die Brentihammerwandung bisher für unumgänglich notwendig gehaltene Herabsetzung
der Temperatur des gesamten Brennkammerstromes. Der geschlossene Kühlschleier ermöglicht
es, die Leistung der Brennkammer heraufzusetzen, ohne deren Querschnitt, d. h. den
Stirnwiderstand, zu vergrößern.
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Aus dem Bau von Brennmuffeln ist es zwar bekannt, etwa innerhalb der
Hälfte der Erstrekkung eines Brennmutfelmantels nasenförmige, nach innen gerichtete
Einbuchtungen einzustanzen, durch welche Kühlluft aus dem die I3rennmuftel umgebenden
Arbeitsluftstrom entnommen wird und in den Brennmuffelinnenraum gelangt (dabei soll
unter Brenntnutiel ein in dem Arbeitsluftstrom .einer Drennkammer angeordneter hohler
Staukörpervcrstanden sein, der den Arbeitsluftstrom in der Weise teilt, daß ein
geringerer `feil in das Innere der meist konisch ausgebildeten Breiitimultel eintritt
und hier infolge der konischen Erweiterung dies Querschnittes eine Verminderung
ihrer Geschwindigkeit und damit die zur Einleitung . des Verbrennungsvorganges notwendige
Druckerhöhung bewirkt, während der größere Teil des Arbeitsluftstromes zunächst
in dien zwischen Brennkammerinnenwand und Brennmuffelaußemvand gebildeten Ringraum
abgedrängt wird, sich nach Umströmen der Brennmuffel mit dem aus dieser austretenden
vorverbrannten Kraftstoff-Luftstrom mischt und die - vollständige Verbrennung des
Kraftstoffes herbeiführt); durch diese nasenförmigen Einbuchtungen wird jedoch die
Bildung eitles geschlossenen Kühlschleiers weder beabsichtigt noch erreicht.
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Die nasenförmigen Erhöhungen geben nämlich im Innern der Brennmuffel
Anlaß zu Wirbeln, welche die Bildung einer Isolierschicht von vornherein vereiteln.
Außerdem bleiben zwischen den einzeln in die Brennmuffelwand hineingedrückten Nasen
Stege des Blechmantels übrig, hinter welchen die Zufuhr zusätzlicher Kühlluft unterbrochen
ist. Da die Höchstbelastung einer Brennkammer aber immer nur nach Maßgabe der meist
gefährdeten Stelle erfolgen kann, müßte sie sich in diesem Falle nach den Stellen
der Prennmuffelwand richten, die im Kühlluftschatten liegen; sie dürfte demnach
flicht höher sein als bei seiner Brennmuffel mit einem Brennraum ohne Zusatzluft,
wodurch ihr Platzbedarf jedoch zu groß werden würde.
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Damit scheidet auch die etwaige hbertragung dieser bei Brennmuffeln
bekanntenEinrichtung auf den Erfindungsgegenstand zur Lösung der vorliegenden Aufgabe
aus.
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Das gleiche gilt für eine im Maschinenbau bekannte Düse, die unmittelbar
vor dem Läufer der Gasturbine angeordnet und mit einem Ringspalt versehen ist, durch
den Kühlluft derart austritt, daß. der heiße Gasstrahl in einem Mantel von Kühlluft
gekühlt wird. Bei einer derartigen Anordnung wird lediglich der als Ausströmdüse
ausgebildete Austritt der Brennkammer vor der Einwirkung der heißen Gase geschätzt,
während die unter wesentlich höherer Wärmebeanspruchung stehende Br.ennkammerwand
ungekühlt bleibt. -In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
in den Brennraum hineinragende, zur Lenkung des Brenngasstromes bestimmte Wände
oder Rippen an der dem Brennraum zugekehrten Kante mit einer Üffnung versehen sind,
durch welche Kühlluft in den Brennraum eintreten kann. Dabei ist es möglich, dafa
an die Rippen Zuführungsleitungen angeschlossen sind, derenEintrittsöllnungen von
dem der Brennkammer zuströmenden Luftstrom getrolien werden.
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Aut der Zeichnung ist der Gegenstand der Erlindung in abb. i und 2
in je einem Längsschnitt durch eine Brennkatniiier für citie Gasturbine beispielsweise
veranschaulicht.
]),er Brennraum i der Brennkammer des Ausf"uhrungsheispieles
nach Abb. i wird von einer Wand 2 aus Blech, insbesondere Stahlblech, umschlossen.
Auf der einen Längsseite der Bnennka:n,mer wird dem Brennraum durch zwei Zuführungseinrichtungen
3 flüssiger, gag- oder staubförmiger Brennstoff sowie durch Eintrittsöffnungen q.
Verbrennungsluft zugeführt. Die Brennkammer 2 ist von einem Mantel s umschlossen:
Der zwischen den Wänden 2 und 5 liegende Raum 8 wird in Richtung der Pfeile x von
Verbrennungs-und Kehlluft durchströmt, die während des Betriebes von :einem Gebläse
oder auch, falls die Gasturbine auf einem schnell bewegten Fahrzeug, z. B. einem
Luftfahrzeug, angeordnet- ist, vom Fahrtwind geliefert wird. -An den der Brennstoffzuführung
gegenüberliegenden Seiten ist die Brennraumwand 2 mit Luftdurchtrittsöffnungen 6
versehen. Die öffnun-;gen entstehen dadurch, daß die einander benachbarten Ränder
je zweier aufeinanderfolgender Mantelbleche. .übereinandergreifen, und zwar derart,
daß zwischen diesen Rändern ein Spalt verbleibt, dessen eine der einströmenden Luft
zugekehrte Kante 7 in den Kühlluftraum 8 hineinragt, so daß .eine kurze kanalartige,
zur Kammerwand parallele Führung für die hindurchtretende Luft gebildet wird. Durch
die öffnungen 6 tritt sonach aus dem Mantels Kühlluft in das Innere der Brennkarximer
z in solcher Richtung ein, daß sie atx der Innenseite der Brennraumwand entlang
streicht. `Die Eintrittspalte 6 erstreckt sich in der Wand 2 quer zu der in der
Zeichnung durch Pfeile angedeuteten Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsgase
im Brennraum i, so daß die Kühlluft in den Brennraum i in der gleichen Richtung
einströmt, in der die Brenngase strömen. Durch die Ausbildung der Brennkammer gemäß
der- Erfindung wird die Innenseite der Brennraumwand von einer 'ständig sich erneuernden
Kühlschicht bespült, welche eine den Werkstoff zerstörende Wärmeeinwirkung der Brenngase
von der Brennraumwand fernhält.
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In den Brennraum i i der Brennkammer des Ausführungsbeispieles nach
Abb.2 Tagt zwischen je zwei Brennstoffzuführungseinirichtungen 12 eine aus Stahlblech
bestehende Rippe 13 hinein, die zur Beeinflussung der Strömung der Brenngase dient.
Die vorteilhaft gleichfalls aus Stahlblechen bestehende Wandung 1.1 des Brennraumes
1 i ist von` einem Mantel 15 umgeben, der in Richtung der Pfeile y von Luft durchströmt
wird, die zur Kühlung der Brennraumwandung dient. Die Lippen 13 weisen im Innern
Hohlräume 16' auf, welche quer zum Brenngasstrom die ganze Breite des Brennraumes
einnehmen. Auf der dem Brennraume abgewandten Seite schließt sich an den Hohlraum
16 jeder Rippe eine . Zuführungsleitung 18 an, deren eine öffnung i9 im Lufteintritt
zur Brennkammer liegt und hier von dem noch kühlen Luftstrome beaufschlagt . wird.
In gleicher Richtung mit den Leitungen i S verlaufende Kanäle 2o dienen dazu, den
Brennstoffzuführungseinrichtungen 12 die Verbrennungsluft zuzuleiten. Die von den.öffnungen
i9 aufgefangene Frischluft strömt durch die Leitungen 18 in die Hohlräume 16 der
Rippen 13, wo sie durch Wärmeaufnahme eine Kühlwirkung hervorruft.
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An der in den Brennraum hineinragenden Kante der Rippen münden die
Hohlräume 16 mit öffnungen 17 in das Innere des Brennraumes, so daß die Kühlluft
durch diese öffnungen in den Brennraum austritt. Hierbei wird dadurch eine Schutzwirkung
erzielt, daß *der Kühlluftstrom in der auf der Zeichnung angedeuteten Weise den
Strom .der Brenngase von der Rippenkante abdrängt und den Werkstoff der Rippen an
dieser besonders gefährdeten Stelle vor Zerstörung durch die-Wärmeeinwirkung bewahren
kann. -