DE3310984A1

DE3310984A1 - FUEL INJECTOR FOR GAS TURBINE ENGINES

Info

Publication number: DE3310984A1
Application number: DE19833310984
Authority: DE
Inventors: Richard Edward Coventry Pollard; Jeffrey Douglas Willis
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1982-04-22
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS58193025A; FR2525692A1; GB2119077A; GB2119077B

Description

Fuel injector for gas turbine engines

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoff injektor für Gasturbinentriebwerke und sie stellt eine Weiterentwicklung jenes Brennstoffinjektors dar, der in der GB-PS 14 27 146 der Anmelderin beschrieben ist.The invention relates to a fuel injector for gas turbine engines and it represents a further development of the fuel injector that is used in GB-PS 14 27 146 of the applicant is described.

In dieser britischen Patentschrift ist ein Brennstoffinjektor dargestellt, der einen zentralen Kanal aufweist, dem eine aus Kraftstoff und Luft bestehende Strömung zugeführt wird, wobei ein Ablenkkörper benachbart zum stromabwärtigen Ende des Kanals vorgesehen ist, der zusammen mit dem Ende des Kanals einen radial nach außen gerichteten Auslaß für das Kraftstoff-Luftgemisch bildet, das über das Rohr zugeführt wird. Eine Abschirmung umschließt den zentralen Kanal und bildet einen ringförmigen äußeren Kanal, durch den Luft strömt, die stromauf des Ringauslasses des zentralen Kanals ausgeblasen wird. Diese Bauart von Brennstoffinjektoren soll in Verbindung mit der Brennkammer,in der der Injektor eingebaut wird, zwei benachbarte im Gegensinn umlaufende Toruswirbel bilden, von denen der stromaufwärts liegende ein reiches Kraftstoffgemisch aufweist und der stromabwärtige ein mageres Gemisch enthält. Um die Emission von Stickoxiden zu vermindern, sollte das Luft-Kraftstoffverhältnis im stromaufwärtigen Wirbel bei etwa 8 : 1 liegen und im stromabwärtigen Wirbel bei etwa 25 : 1 .In this British patent a fuel injector is shown which has a central channel to which a flow consisting of fuel and air is supplied, with a baffle adjacent is provided to the downstream end of the channel, which together with the end of the channel a radially outwardly directed outlet for the fuel-air mixture forms, which is fed through the pipe. A shield surrounds and forms the central channel an annular outer channel through which air flows, the upstream of the annular outlet of the central Channel is blown out. This type of fuel injector should be used in conjunction with the combustion chamber, in which the injector is installed form two neighboring torus vortices rotating in opposite directions, of which the the upstream has a rich fuel mixture and the downstream contains a lean mixture. In order to reduce the emission of nitrogen oxides, the air-fuel ratio should be in the upstream Vortices are around 8: 1 and in the downstream vortex around 25: 1.

Es hat sich in der praxis gezeigt, daß die Luft-Kraftstoffgemische in den beiden Wirbeln nicht immer so verlaufen, wie dies erwünscht ist. Der stromaufwärtige Wirbel tendiert dazu, weniger reich an Brennstoff zuIt has been shown in practice that the air-fuel mixture in the two vertebrae do not always proceed as is desired. The upstream Vortex tends to be less fuel-rich too

sein, und der stromabwärtige Wirbel tendiert dazu, ein Gemisch zu führen, was nicht so mager ist wie es erwünscht ist. Dies bedeutet, daß Brennstoff zwischen diesen beiden Wirbeln wandert oder eine unproportionale Verteilung von Brennstoff aus dem Brennstoff injektor in die Wirbel hinein erfolgt.and the downstream vortex tends to have a mixture that is not as lean as it is desired. This means that fuel is traveling between these two eddies, or one Disproportionate distribution of fuel from the fuel injector into the vortex takes place.

Bei der Schaffung des Brennstoffinjektors gemäß GB-PS 14 27 146 ging man davon aus, daß sämtlicher Kraftstoff vom Injektor in den stromaufwärtigen Wirbel gelangt, während der stromabwärtige Wirbel Brennstoff in unverbrannter und/oder teilweise verbrannter Form auf dem stromaufwärtigen Wirbel erhält. Es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Teil des Brennstoffes vom Brennstoff injektor, der nach dem stromaufwärtigen Wirbel gelangen sollte, direkt in den stromabwärtigen Wirbel einfließt und dadurch das Mischungsverhältnis im stromaufwärtigen Wirbel schwächt und das Mischungsverhältnis im stromabwärtigen Wirbel anreichert. Eine solche Fehl verteilung hat schädliche Auswirkungen im Hinblick auf die Emission von Stickoxiden, im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Verbrennung und ein Auslöschen bei Schwachlast.In creating the fuel injector according to GB-PS 14 27 146 it was assumed that all fuel from the injector into the upstream Vortex arrives, while the downstream vortex fuel in unburned and / or partially burned Preserves shape on the upstream vortex. However, it has been shown that some of the fuel from the fuel injector, which should go after the upstream vortex, directly into the downstream eddy flows in and thereby weakens the mixing ratio in the upstream eddy and the mixing ratio enriches in the downstream vortex. Such a maldistribution has harmful effects Effects with regard to the emission of nitrogen oxides, with regard to the efficiency of the combustion and a light load extinction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Brennstoff injektor gemäß der JJ-S-PS 14 27 146 derart zu verbessern, daß die Brennstoff Verhältnisse in den beiden Wirbeln feinfühliger gesteuert werden können.The invention is based on the object of improving the fuel injector according to JJ-S-PS 14 27 146 in such a way that that the fuel ratios in the two vortices can be controlled more sensitively.

Der Ablenkkörper am Ende des zentralen Kanals hat sich bei dem bekannten Brennstoff injektor als unnötig komplex und kostspielig im Hinblick auf seine Formgebung erwiesen. Der Erfindung liegt daher weiter die AufgabeThe baffle at the end of the central channel has proven to be unnecessarily complex in the known fuel injector and proven costly to shape. The invention therefore also has the object

zugrunde, diesen Ablenkkörper einfacher und weniger kostspielig auszubilden.based on making this baffle easier and less expensive.

Die Erfindung geht aus von einem Brennstoff injektor für Gasturbinentriebwerke zur Einspritzung von Luft und Kraftstoff in eine Brennkammer, mit einem Mittelkanal, der ein offenes stromaufwärtiges und ein offenes stromabwärtiges Ende aufweist, mit einem Ablenkkörper, der benachbart zu dem stromabwärtigen Ende des Zentralkanals liegt, wobei der Ablenkkörper und das stromabwärtige Ende zusammen einen nach außen gerichteten ringförmigen Auslaß bilden und mit einem Abschirmkörper, der den zentralen Kanal wenigstens teilweise umgibt und einen Ringkanal bildet. Hierbei wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß der zentrale Kanal und der Ringkanal so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie eine Luftströmung vom Kompressor des Triebwerks empfangen, in dem der Brennstoff injektor angeordnet ist, daß der zentrale Kanal außerdem so angeordnet ist, daß er eine Kraftstoffströmung von einer Kraftstoffdüse empfängt, daß der nach außen gerichtete ringförmige Auslaß über seinen gesamten Umfang konvergiert und in einer Ausströmöffnung mündet, die sowohl nach außen als auch stromauf gerichtet ist, um im wesentlichen das gesamte Luftkraftstoffgemisch, das aus der Ausströmöffnung austritt, in einen stromauf wärtigen Toruswirbel innerhalb der Brennkammer zu richten, und daß außerdem ein zweiter stromabwärtiger Toruswirbel in der Brennkammer benachbart zu dem stromaufwärtigen Wirbel vorhanden ist, dessen Drehrichtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des anderen Wirbels verläuft.The invention is based on a fuel injector for gas turbine engines for the injection of air and fuel into a combustion chamber, with a central duct, which has an open upstream and an open downstream end, with a Baffle located adjacent the downstream end of the central duct, the baffle and the downstream end together form an outwardly directed annular outlet and with a Shielding body which at least partially surrounds the central channel and forms an annular channel. Here the object set is achieved in that the central channel and the annular channel are arranged and formed are that they receive a flow of air from the compressor of the engine in which the fuel injector is arranged that the central channel is also arranged to have a flow of fuel from a The fuel nozzle receives the outwardly directed annular outlet converging over its entire circumference and opens into an outflow opening which is directed both outwards and upstream to im essentially the total air-fuel mixture that exiting from the discharge opening into an upstream toroidal vortex within the combustion chamber direct, and that also a second downstream Torus vortex is present in the combustion chamber adjacent to the upstream vortex whose direction of rotation is present runs opposite to the direction of rotation of the other vertebra.

Der Brennstoff injektor kann außerdem eine Lippe am stromabwärtigen Ende des zentralen Kanals aufweisen, die zusammen mit dem Ablenkkörper die Ausströmöffnung definiert und außerdem dazu dient, die Luft aus dem Ringkanal weg von der Luftbrennstoffmischung abzulenken, die die Ausströmöffnung verläßt.The fuel injector may also have a lip at the downstream end of the central channel, which, together with the deflector body, defines the outflow opening and also serves to convey the air divert from the annular channel away from the air-fuel mixture exiting the exhaust port.

Der zentrale Kanal kann außerdem einen Drosselring am stromaufwärtigen Ende aufweisen, um die Bewegungsgröße ' der Luft-Kraftstoffmischung im zentralen Kanal zu vermindern .The central channel may also have a restriction ring at the upstream end to reduce the amount of movement. to reduce the air-fuel mixture in the central duct .

Wenn der Brennstoff injektor in einer Brennkammer angeordnet wird, hat die Brennkammer vorzugsweise einen Einlaß in der Wand, um eine Luftströmung sowohl nach dem stromaufwärtigen als auch nach dem stromabwärtigen Wirbel zu leiten und die Ausströmöffnung des Brennstoffs wird nach einem Punkt stromauf des Lufteinlasses in den stromaufwärtigen Wirbel hinein gerichtet.When the fuel injector is placed in a combustion chamber the combustion chamber preferably has an inlet in the wall to allow air flow to both the upstream as well as downstream vortex and the exhaust port of the fuel is directed into the upstream vortex to a point upstream of the air inlet.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigenThe following is an embodiment of the invention described with reference to the drawing. Show in the drawing

Fig. 1 eine Ansicht des Brennstoffinjektors und der Brennkammer gemäß einem Stande der Technik, wie er durch die GB-PS 14 27 146 repräsentiert ist;Fig. 1 is a view of the fuel injector and the combustion chamber according to a state of the art, as defined by GB-PS 14 27 146 is represented;

Fig. 2 eine Einzelheit eines Teils des Zentralkanals und des Ablenkkörpers des Brennstoffinjektors gemäß Fig. 1;Figure 2 is a detail of part of the central duct and deflector of the fuel injector according to FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einesFig. 3 is a schematic representation of a

Gasturbinentriebwerks mit einem Brennstoffinjektor gemäß der Erfindung;Gas turbine engine with a fuel injector according to the invention;

Fig. 4 in größerem Maßstab eine schematische Ansicht eines Teils der Brennkammer und des Brennstoffinjektors des Gasturbinentriebwerks nach Fig. 1;4 shows, on a larger scale, a schematic view of part of the combustion chamber and the fuel injector of the gas turbine engine of Figure 1;

Fig. 5 eine Schnittansicht des Brennstoffinjektors gemäß Fig. 4 in größerem Maßstab;FIG. 5 shows a sectional view of the fuel injector according to FIG. 4 on a larger scale; FIG.

Fig. 6 eine Einzelheit des Lufteinlaßringes der Brennkammer gemäß Fig. 4.FIG. 6 shows a detail of the air inlet ring of the combustion chamber according to FIG. 4.

Gemäß dem Brennstoff injektor 10, der den Stand der Technik repräsentiert und in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, empfängt ein zentraler Kanal 12 Brennstoff von einer Düse 14 und Luft vom Triebwerkskompressor. Ein Ablenkkörper 16 und eine äußere Ummantelung 18 bilden zusammen mit der Kanalwandung des Zentralkanals einen Ringluftkanal 20. Das stromabwärtige Ende des Zentralkanals bildet zusammen mit dem Ablenkkörper 16 einen radial gerichteten Auslaß 22 für das Brennstoffluftgemisch, welches in die Brennkammer 24 gelangt, wo der Brennstoff injektor angeordnet ist.According to the fuel injector 10, which represents the prior art and is shown in FIGS. 1 and 2 A central duct 12 receives fuel from a nozzle 14 and air from the engine compressor. A deflector body 16 and an outer casing 18 together with the duct wall form the central duct an annular air duct 20. The downstream end of the central duct forms together with the deflector body 16 a radially directed outlet 22 for the fuel-air mixture, which enters the combustion chamber 24 where the fuel injector is arranged.

Das Luft-Kraftstoffgemisch tritt radial aus, um einen stromaufwärtigen Toruswirbel 26 zu erzeugen, der durch einen nicht dargestellten Zünder gezündet wird und das verbrennende Kraftstoff-Luftgemisch wird in einen stromabwärtigen Wirbel 28 eingesaugt, der zum Teil durch die Strömung vom Injektor 16 und zum Teil durch die Ver-The air-fuel mixture exits radially by one to generate upstream toroidal vortex 26, which is ignited by an igniter (not shown) and the burning fuel-air mixture is turned into a downstream Vortex 28 sucked in, which is partly due to the flow from the injector 16 and partly due to the

dünnungsluft erzeugt wird, die durch Öffnungen 30 in die Brennkammer eintritt.Dilution air is generated through openings 30 enters the combustion chamber.

Wie im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich, weist das stromabwärtige Ende des Kanals 12 eine nach innen gerichtete Lippe 32 auf, die bewirkt, daß die Brennstofftropfen an der Kanalwand in der Luftströmung durch den Kanal abgeführt werden. Der Ablenkkörper 16 besitzt eine nach stromauf gerichtete Oberfläche 34, die zusammen mit der inneren Oberfläche des Kanals 12 einen glatten konvergierenden Kanal für das Luft-Kraftstoffgemisch bildet. An der Lippe 32 sind die radialen Abmessungen dieses Kanals vermindert, und die Strö mung wird nach außen abgelenkt und gelangt nach einem ringförmigen konvergierenden Abschnitt bevor sie wiederum umgelenkt wird, um durch einen Auslaß 22 zu entweichen. Der konvergente Abschnitt 36 umfaßt sukzessive verminderte Querschnitte A und B. Diesen folgt eine Strömungsablenkung und ein glatter konvergierender übergang nach den ringförmigen Öffnungen 22, aus denen das Luft-Kraftstoffgemisch in einer Richtung im wesentlichen radial gegenüber der Achsrichtung ausgeblasen wird. Die äußeren Teile des Ablenkkörpers 16 sind so gestaltet, daß der darauf auftreffenden Mischung eine im wesentlichen stromauf und radial nach außen gerichtete Strömungskomponente aufgeprägt wird, die zusammen mit dem stromab gerichteten Moment der übrigen Strömung, z.B. der Strömung aus dem Ringkanal 20 bewirkt, daß die Strömung vom Auslaß im wesentlichen radial verläuft.As can be seen in detail from FIG. 2, the downstream end of the channel 12 has an inward direction directed lip 32, which causes the fuel droplets on the duct wall in the air flow be discharged through the canal. The baffle 16 has an upstream surface 34, which together with the inner surface of the channel 12 form a smooth converging channel for the air-fuel mixture forms. At the lip 32, the radial dimensions of this channel are reduced, and the flow is deflected outwards and reaches an annular converging section before it is deflected again to escape through an outlet 22. The convergent section 36 comprises successively reduced cross-sections A and B. These are followed by a flow deflection and a smooth one converging transition after the annular openings 22, from which the air-fuel mixture in one direction is blown out substantially radially with respect to the axial direction. The outer parts of the Deflectors 16 are designed so that the mixture impinging thereon is substantially upstream and radially outwardly directed flow component is impressed, which together with the downstream Moment of the remaining flow, e.g. the flow from the annular channel 20, causes the flow from the outlet runs essentially radially.

Die Öffnung 22 wird durch eine Lippe 38 am Kanal 12 definiert und sie ist eine ringförmige öffnung, deren Ebene im wesentlichen normal zur Längsachse des Triebwerks verläuft. Die Lage des Auslasses 22 trägt dazu bei zu gewährleisten, daß der Ausfluß des Brennstoffinjektors radial verläuft.The opening 22 is defined by a lip 38 on the channel 12 and it is an annular opening, the plane of which is essentially normal to the longitudinal axis of the engine. The location of the outlet 22 helps ensure that the fuel injector flow is radial.

Die Anordnung von Auslaß 22 und der relativ komplex gestaltete konvergierende Kanal, der nach dem Auslaß führt, sind einer beträchtlichen Beanspruchung unterworfen und das Luftkraftstoffgemisch muß in rein radialer Richtung austreten. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Anordnung gemäß Fig. 1 und 2 keine vollständig befriedigende Verbrennung ergibt. Insbesondere kann das Luft-KraftstoffVerhältnis in den beiden Wirbeln in unerwünschter Weise weniger reich an Brennstoff bzw. weniger schwach an Brennstoff im stromaufwärt igen bzw. stromabwärtigen Wirbel sein. Außerdem ist die innere Oberfläche des Ablenkkörpers 16 und das Ende des zentralen Kanals 12, die die Form des Auslaßkanals definieren, unnötig kompliziert und teuer in der HerstellungThe arrangement of outlet 22 and the relatively complex shaped converging channel that follows the outlet leads are subject to considerable stress and the air-fuel mixture must be in pure emerge in the radial direction. Experience has shown that the arrangement according to FIGS. 1 and 2 is not complete results in satisfactory combustion. In particular, the air-fuel ratio in the two vortices undesirably less rich in fuel or less weak in fuel in the upstream resp. downstream eddy. Also is the inner surface of the deflector 16 and the end of the central Passages 12, which define the shape of the outlet passage, are unnecessarily complicated and expensive to manufacture

Im folgenden wird auf die Figuren 3, 4, 5 und 6 Bezug genommen, in denen entsprechende Bauteile und Einzelheiten mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 bezeichnet sind, abgesehen davon, daß diesen Bezugszeichen eine 1 vorausgestellt ist. Ein Brennstoffinjektor 110 liegt innerhalb einer Brennkammer 124 eines Gasturbinentriebwerks 100.Reference is made below to FIGS. 3, 4, 5 and 6, in which corresponding components and details are designated by the same reference numerals as in Fig. 1 and 2, except that these Reference numeral 1 is preceded. A fuel injector 110 resides within a combustor 124 a gas turbine engine 100.

Der Brennstoff injektor weist einen zentralen Kanal 112, eine Brennstoffdüse 114, ein Ablenkorgan 116 undThe fuel injector has a central channel 112, a fuel nozzle 114, a deflector 116 and

Abschirmung 118 sowie einen Ringkanal 120 auf. Um die Herstellung des Ablenkkörpers 116 in Vergleich mit dem Ablenkkörper 16 zu vereinfachen, der kostspielig und schwierig herzustellen war, ist der Ablenkkörper 116 größtenteils von mehreren flachen Oberflächen gebildet, die an ihren Verbindungsstellen miteinander verbunden sind. Dadurch ergeben sich nicht etwa Nachteile gegenüber der bekannten Anordnung, sondern sogar Vorteile. Insbesondere ist die Gestalt des konvergierenden Kanals, der nach der öffnung 122 führt, durch zwei flache kreisringförmige Oberflächen 122a und 122 b gebildet, die in einem stumpfen Winkel aneinander stoßen und an ihrer Stoßstelle miteinander verbunden sind. In ähnlicher Weise ist die äußere Oberfläche des Ablenkkörpers aus flachen Oberflächen 122c und 122d zusammengesetzt, und all diese Teile tragen zur Vereinfachung der Herstellung bei. Am stromabwärtigen Ende hat der zentrale Kanal eine Lippe 140, die mit dem Ablenkkörper 116 zusammen eine Auslaßöffnung 122 bildet, die in Richtung stromauf nach außen weist. Die Lippe 140 dient außerdem dazu, die Luft aus dem Ringkanal 120 von der Luft-Kraftstoffmischung abzulenken, die die öffnung 122 verläßt, und diese wird in den stromaufwärtigen Wirbel 126 eingeleitet.Shield 118 and an annular channel 120. To compare the manufacture of the baffle 116 To simplify with the baffle 16, which was costly and difficult to manufacture, is the baffle 116 largely formed by several flat surfaces which at their junctures are connected to each other. This does not result in any disadvantages compared to the known arrangement, but even advantages. In particular, there is the shape of the converging channel which follows the opening 122 leads, formed by two flat annular surfaces 122a and 122b that are at an obtuse angle butt against each other and are connected to one another at their joint. Similarly, the outer Surface of the baffle composed of flat surfaces 122c and 122d, and all these parts help to simplify manufacturing. On the downstream The end of the central channel has a lip 140 which, together with the baffle 116, forms an outlet opening 122 forms which faces outward in the upstream direction. The lip 140 also serves to keep the air out from the annular channel 120 from the air-fuel mixture deflect, which leaves the opening 122, and this will introduced into the upstream vortex 126.

Ein Begrenzungsring 142 ist am stromaufwärtigen Ende des zentralen Kanals angebracht, um die Bewegungsgröße des Luft-Kraftstoffgemischs zu verringern, das durch den Zentralkanal abfließt, was dazu beiträgt, im wesentlichen die gesamte Luft-Kraftstoffmischung und insbesondere die Kraftstoffkomponente direkt in den stromaufwärtigen Wirbel 126 zu fördern. Die Wand der Brennkammer 124 besitzt einen Lufteinlaß 130, der demA restriction ring 142 is at the upstream end of the central duct to reduce the amount of air-fuel movement moving through the central channel drains, which contributes to substantially all of the air-fuel mixture and in particular the fuel component directly in the upstream Promote vortex 126. The wall of the combustion chamber 124 has an air inlet 130, the

Einlaß 30 entspricht aber eine andere Form hat, wie.dies im einzelnen aus Figur 6 ersichtlich ist. Der Lufteinlaß 130 hat die Gestalt eines Kühlringes und besitzt mehrere nach stromauf weisende Öffnungen 130a und eine Gruppe von stromab gerichteten Öffnungen 130b. Eine Reihe von zentralen Öffnungen 130c kann ebenfalls vorgesehen werden, um eine Luftströmung zu liefern, die den am weitesten nach innen einstehenden Teil des Ringes kühlt. Ein wichtiges Merkmal der Anordnung des Brennstoffinjektors 110 und der Brennkammer 134 ist die Anordnung einer Ausströmöffnung 122 und des Lufteinlasses 130. Damit die Anordnung ordnungsgemäß arbeiten kann, sollte die Ausströmöffnung des Brennstoffinjektors nach einem Punkt gerichtet werden, der stromauf der Öffnung 130a des Lufteinlasses liegt. Im Betrieb empfangen Brennstoff injektor und brennkammer eine Luftströmung vom Kompressor des Triebwerks 100 und der Brennstoff injektor empfängt außerdem Kraftstoff aus der Kraftstoffdüse 114. Eine Luftkraftstoffmischung strömt über die öffnung 122 in einer Richtung stromauf nach außen in einen stromaufwärtigen Wirbel 126 ein. Im wesentlichen das gesamte Luft-Kraftstoffgemisch und insbesondere die Kraftstoffkomponente treten direkt in diesen Wirbel ein, so daß der Kraftstoff in dem stromabwärtigen Wirbel 128 empfangen wird, entweder in unverbrannter oder teilweise verbrannter Form vom stromaufwärt igen Wirbel aus. Der stromaufwärtige Wirbel empfängt außerdem Luft aus dem Ringkanal 120 und den Einlassen 130a und dies führt dazu, daß der Wirbel aufrecht erhalten wird. Die Lippe 182 wirkt als Ablenkvorrichtung für die den Ringkanal 120 ver-Inlet 30 corresponds but has a different shape, as can be seen in detail from FIG is. The air inlet 130 has the shape of a cooling ring and has several upstream Openings 130a and a group of downstream openings 130b. A series of central openings 130c can also be provided to provide airflow that is furthest inwardly protruding part of the ring cools. An important feature of the layout of the fuel injector 110 and the combustion chamber 134 is the arrangement of an outflow opening 122 and the air inlet 130. In order for the assembly to work properly, the fuel injector's exhaust port should be directed to a point upstream of the opening 130a of the air inlet. Operational The fuel injector and combustor receive a flow of air from the compressor of the engine 100 and the fuel injector also receives fuel from the fuel nozzle 114. An air-fuel mixture flows via the opening 122 in an upstream direction outwardly into an upstream vortex 126. Essentially the entire air-fuel mixture and especially the fuel component step directly into this vortex so that the fuel is received in the downstream vortex 128, either in unburned or partially burned form from the upstream vortex. The upstream Vortex also receives air from the annular channel 120 and the inlets 130a and this results in the Vortex is maintained. The lip 182 acts as a deflection device for the ring channel 120

lassende Luft und stabilisiert diese Strömung, und dadurch wird das Eintreten in den oberen Wirbel gefördert und verhindert, daß die Strömung auf die Luft-Kraftstoffmischung auftrifft, die aus der Öffnung 122 austritt. Der Begrenzungsring 134 vermindert die Bewegungsgröße der Luft-Kraftstoff mischung im Zentralkanal derart, daß das rein radial gerichtete Moment der Mischung, die die Öffnung verläßt, vermindert wird und dies trägt dazu bei, daß im wesentlichen die gesamte Luft-Kraftstoffmischung in den stromaufwärtigen Wirbel 126 eintritt. Diese Anordnung liefert zwei axial angeordnete Rezirkulationen entgegengesetzter Drehrichtung, in denen das Kraftstoff-Luftverhältnis des stromaufwärtigen Wirbels ein reiches Kraftstoffgemisch mit einem Verhältnis von etwa 8/1 ist, während das Luft-Kraftstoff verhältnis in dem stromabwärtigen Wirbel ein schwaches Gemisch mit etwa 25/1 ist. Die Wirkung dieser Anordnung besteht darin, daß die Stickoxid-Emissionen um einen Faktor von 1/3 bei einem Gesamt-Luft-Kraftstoffverhältnis von 55/1 vermindert werden, im Vergleich mit einer Anordnung, wie sie in der GB-PS 14 27 146 beschrieben ist. Es wird auch der Wirkungsgrad der Verbrennung bei Leerlaufdrehzahl um 6% verbessert und das Auslöschen bei schwachem Luft-Kraftstoff verhältnis um den Faktor von 3 erhöht.letting air and stabilizing this flow, and thereby entering the upper Promotes vortices and prevents the flow from impinging on the air-fuel mixture that is coming out the opening 122 exits. The restriction ring 134 reduces the amount of movement of the air-fuel mixture in the central channel in such a way that the purely radial moment of the mixture leaving the opening is reduced and this contributes to substantially all of the air-fuel mixture enters upstream vortex 126. This arrangement provides two axially arranged recirculations opposite direction of rotation in which the air-fuel ratio of the upstream Vortex a rich mixture of fuel with a ratio of about 8/1, while the air-fuel ratio in the downstream vortex is a weak mixture of about 25/1. The effect of this arrangement is to reduce nitrogen oxide emissions by a factor of 1/3 for an overall air-fuel ratio can be reduced by 55/1, in comparison with an arrangement as described in GB-PS 14 27 146. It will also be the Combustion efficiency at idle speed improved by 6% and the extinction when the air-fuel is weak ratio increased by a factor of 3.

Es wird angenommen, daß die wesentliche Verbesserung von der anderen Formgebung des Ablenkkörpers herrührt, während der Rest der Verbesserung mehr oder weniger gleichmäßig auf das Konto der Lippe 140 und des Begrenzungsringes 142 geht.It is believed that the major improvement comes from the different shape of the deflector, while the rest of the improvement is more or less evenly accounted for by the lip 140 and the limiting ring 142 goes.

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Claims

Patent Attorneys- «·" * Dipl.-Ing. Curt Wallach

European patent representative Dipl.-lng. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 Munich 2 Kaufingerstraße 8 Telephone (0 89) 2 60 80 78 Telex 5 29 513 wakai d

_Date: March 25, 1983

Rolls-Royce Limited Our reference: 17 650 - 'K / Ap

Buckingham Gate
London SW1E 6AT
England

Fuel injector for gas turbine engines Patent claims:

Fuel injector for gas turbine engines to inject air and fuel into a combustion chamber, with a central channel that has an open upstream and an open has downstream end, with a baffle adjacent to the downstream End of the central channel lies, with the baffle and the downstream end together form an outwardly directed annular outlet and with a shielding body, which at least partially surrounds the central channel and forms an annular channel, characterized in that the central channel and the annular duct are arranged and configured to provide a flow of air from the compressor of the engine received, in which the fuel injector is arranged, that the central channel is also arranged to receive a flow of fuel from a fuel nozzle so that the outwardly directed annular outlet

J I U

converges over its entire circumference and opens into an outflow opening, which both is directed outwards as well as upstream in order to mix substantially all of the air-fuel, that emerges from the outflow opening into an upstream toroidal vortex within of the combustion chamber and that there is also a second downstream toroidal vortex in the Combustion chamber is present adjacent to the upstream vortex, the direction of rotation of which is opposite runs to the direction of rotation of the other vertebra.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that one outwards pointing lip is provided at the end of the central channel, and that the lip and the Exteriors of the baffle define the outflow opening, with the lip also used for deflection the air that exits the ring channel is used.

Fuel injector according to Claim 1, characterized in that in the central channel a flow resistance is provided in the upstream end to the amount of movement of the Air-fuel mixture in the central channel to change .

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the surface of the baffle on which the air-fuel mixture impinging from the central channel comprises at least two flat surfaces that are at an angle are inclined to one another by more than 90 ° and merge into one another at their joint.