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Ringbrennkammer für Gasturbinen
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mehreren, sich an die trichterförmigen Teile anschliessenden, hintereinander angeordneten ringförmigen Teilen besteht.
Brennkammern dieser Art sind bekannt. In den trichterförmigen Teilen ist je eine Kraftstoffeinspritzdüse in einer am Anfang des trichterförmigen Teiles angeordneten Dralleinrichtung zentriert. Die trichterförmigen Teile dienen der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Aufbereitung und sind aus zwei Mänteln gebildet.
Der äussere Mantel ist kegelstumpfförmig ausgebildet und mit dem anschliessenden ringförmigen Teil verbunden. Der innere Mantel erweitert sich hyperbelförmig in Strömungsrichtung. Er ist kürzer als der äussere Mantel und so im äusseren Mantel eingesetzt, dass an seiner Austrittsseite ein ringförmiger Spalt zum äusseren Mantel entsteht. Der zum Verbrennen notwendige Kraftstoff tritt jeweils durch die Einspritzdüsen in die trichterförmigen Teile ein. Der innere und äussere Mantel weist Löcher zum Durchtritt von primärer Verbrennungsluft auf. Gleichzeitig gelangt durch die eintrittsseitig angeordnete Dralleinrichtung sowie durch den von beiden Mänteln des trichterförmigen Teiles gebildeten Ringspalt Luft in den Innenraum der trichterförmigen Teile.
Der sich an die trichterförmigen Teile anschliessende ringförmige Teil dient der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und ist aus einem äusseren und einem inneren Mantel gebildet, die mit Löchern zum Durchtritt von Verbrennungsluft versehen sind. Die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches wird im Übergang von den trichterförrnigen Teilen zu dem nachfolgenden ringförmigen Teil eingeleitet. An diesen ringförmigen Teil der Brennkammer schliesst sich ein weiterer, der Durchströmung der Verbrennungsgase dienender, aus zwei Mänteln bestehender ringförmiger Teil an, dessen äusserer und Innerer Mantel in den Ringraum hineinragende, taschenförmige Teile zur Zuführung von Kaltluft aufweist.
Der innere und äussere Mantel des an die trichterförmigen Teile anschliessenden ringförmigen Teiles greift über die trichterförmigen Teile mit radialem Abstand, so dass jeweils ein Ringspalt gebildet wird. Durch diese Ringspalte tritt Luft zur Kühlung der Innenseite der Mäntel in die Brennkammer ein. Die Mäntel des nachfolgenden ringförmigen Teiles greifen ebenfalls über den vorangehenden Teil mit radialem Abstand und bilden somit einen Ringspalt, durch den ebenfalls Luft zur Kühlung der Mäntel in die Brennkammer eintritt.
Derartige Brennkammern weisen zwar einen günstigen Ausbrandwirkungsgrad auf, die sogenannte Lebensdauer ist jedoch gering, da einzelne Bauteile den auftretenden hohen Temperaturen nicht standhalten. So hat sich gezeigt, dass sich am Ende der inneren Mäntel der trichterförmigen Teile, d. h. der Teil der Brennkammer, in dem die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird, Deforma- tionen und Verbrennungserscheinungen des Materials ergeben, obwohl Luft durch den von beiden Mänteln eines jeden trichterförmigen Teiles gebildeten Ringspalt strömt und diese, vorzugsweise aber den inneren Mantel kühlt.
Weitere Deformationen und Verbrennungserscheinungen können bei Vollastbetrieb der Brennkammer
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auch an den in die Brennkammer hineinragenden taschenförmigen Teilen auftreten, die der Zufuhr von Kaltluft zwecks Temperatursenkung und Beeinflussung der Temperaturverteilung dienen. Die Luft niedrigerer Temperatur, die durch die von dem vorangehenden ringförmigen Teil und den diesen Teil mit radialem Abstand übergreifenden Enden des äusseren und inneren Mantels des der Durchströmung der Verbrennungsgase dienenden ringförmigen Teiles gebildeten Ringspalte hindurchtritt und den ringförmigen Teil von innen bis zu den taschenförmigen Teilen kühlend bestreicht, kann die Deformationen und Verbrennungserscheinungen des Materials nicht verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkammer zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer bei günstigem Ausbrandwirkungsgrad aufweist, womit die Nachteile der Brennkammern vorgenannter Art beseitigt werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der an die trichterförmigen Teile sich anschliessende ringförmige Teil mit halbkreisförmigem-in Strömungsrichtung offenem Querschnitt-ausgebildet ist und an seiner entgegen der Strömungsrichtung gerichteten Stirnseite der Anzahl und dem grössten Durchmesser der trichterförmigen Teile entsprechende, rohrartige Stutzen aufweist, die in Strömungsrichtung hyperbelartig erweitert sind sowie anschliessend strömungsgünstig in den halbkreisförmigen Querschnitt des ringförmigen Teiles übergehen. Die trichterförmigen Teile brauchen somit nur eine solche Länge aufweisen, die erforderlich ist, um das Kraftstoff-Luftgemisch aufzubereiten. Die Verbrennung wird innerhalb der Stutzen des sich an die trichterförmigen Teile anschliessenden ringförmigen Teiles eingeleitet.
Der Übergang von den trichterförmigen Teilen zu den Stutzen ist somit von den auftretenden Verbrennungstemperaturen nicht mehr gefährdet.
Die trichterförmigen Teile können aus einem in an sich bekannter Weise in Strömungsrichtung sich hyperbelförmig erweiternden Mantel bestehen und in die Stutzen des anschliessenden ringförmigen Teiles mit halbkreisförmigem, in Strömungsrichtung offenem Querschnitt mit ihrem strömungsseitigen Ende unter radialem Abstand eingeschoben sowie mit Abstand haltenden flachen Blechen. Stegen od. dgl. befestigt sein. Hiebei werden die noch etwas temperaturbeanspruchten Enden der trichterförmigen Teile direkt von Luft niedriger Temperatur (Verdichterendtemperatur) frei angeströmt und gekühlt, so dass Deformationen und Verbrennungserscheinungen des Materials mit Sicherheit nicht mehr auftreten können.
Gleichzeitig wird eine insbesondere bei Gasturbinen für Flugzeuge gewünschte Gewichtssenkung durch Wegfall des äusseren Mantels der bekannten trichterförmigen Teile unter Beibehaltung des günstigen Ausbrandwirkungsgrades durch den sich in Strömungsrichtung hyperbelförmig erweiternden Mantel erreicht.
In den Stutzen des ringförmigen Teiles mit halbkreisförmigem-in Strömungsrichtung offenem- Querschnitt sowie in dessen Stirnseite und im Mantel der trichterförmigen Teile können an sich bekannte Löcher, Schlitze od. dgl. zum Durchlass von Verbrennungsluft angeordnet sein. Die durch diese Löcher, Schlitze od. dgl. einströmende Verbrennungsluft bestreicht gleichfalls die Teile als dünne Luftschicht niedriger Temperatur von innen und trägt somit gleichzeitig zur Kühlung dieser Teile bei.
Um den günstigen Ausbrandwirkungsgrad der bekannten Brennkammern zu erhalten, können darüber hinaus der äussere und innere Mantel des sich an den ringförmigen-mit den Stutzen versehenen-Teil anschliessenden, der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches dienenden ringförmigen Teiles der Brennkammer mit an sich bekannten Löchern zum Durchtritt für Verbrennungsluft versehen sein.
Der der Zuführung von Kaltluft dienende, mit in die Brennkammer hineinragenden taschenförmigen Teilen versehene aus Innen-und Aussenmantel bestehende ringförmige Teil der Brennkamme kans vor den taschenförmigen Teilen in Strömungsrichtung liegende Schlitze aufweisen. Durch diese Schlitze kann Sekundärluft in die Brennkammer eintreten, die den äusseren und inneren Mantel des ringförmigen Teiles von innen als dünne Luftschicht bestreicht und insbesondere die den heissen Verbrennungsgasen ausgesetzten Kanten der taschenförmigen Teile kühlt, so dass auch hier keine Deformationen oder Verbrennungserscheinungen des Materials auftreten können.
In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Brennkammer besteht aus mehreren, um die Brennkammerlängsachse angeordneten trichterförmigen Teilen 1 und mehreren, sich an die trichterförmigen Teile 1 anschliessenden, hintereinander angeordneten ringförmigen Teilen 2,3 und 4. Die trichterförmigen Teile 1 sind aus einem in Strömungsrichtung sich hyperbelförmig erweiternden Mantel 5 gebildet, in dem Löcher 6 zur Zufuhr von Luft angeordnet sind. Im vorderen Abschnitt der trichterförmigen Teile 1 ist je eine Dralleinrichtung 7 angeordnet, in der jeweils eine Einspritzdüse 8 zentriert ist. Durch die Einspritzdüse 8 gelangt Kraftstoff in feinver- sprühtem Zustand in die trichterförmigen Teile 1 und breitet sich hohlkegelförmig aus.
Gleichzeitig strömt Luft durch die Dralleinrichtung 7 und die Löcher 6 ein und bewirkt eine Durchwirbelung der Kraftstoffteilchen mit der Luft. Dabei wird innerhalb der trichterförmigen Teile ein Kraftstoff-Luftgemisch aufbereitet, d. h. der Kraftstoff wird mit der zur Verbrennung notwendigen Luft vermengt.
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An die trichterförmigen Teile 1 schliesst sich der ringförmige Teil 2 an. der mit halbkreisförmigem in Strömungsrichtung offenem - Querschnitt ausgebildet ist und an seiner entgegen der Strömungsrichtung gerichteten Stirnseite der Anzahl und dem grössten Durchmesser der trichterförmigen Teile 1 entsprechende rohrartige Stutzen 9 aufweist. Die Stutzen 9 sind in Strömungsrichtung anfangs hyperbelartig erweitert und gehen anschliessend strömungsgünstig in den halbkreisförmigen Querschnitt des ringförmigen Teiles 2 über. In der Stirnseite des ringförmigen Teiles 2 sowie in dessen Stutzen 9 sind Löcher 10 ange- ordnet. Die trichterförmigen Teile 1 sind unter Belassung eines radialen Ringspaltes in die Stutzen 9 eingeschoben und durch Abstandsstücke 11 gehalten. Durch diese Ringspalte sowie durch die Löcher 10 strömt die zur Verbrennung notwendige Luft ein.
Im Bereich des ringförmigen Teiles 2 wird das in den trichterförmigen Teilen 1 aufbereitete Kraftstoff-Luftgemisch durch bekannte Zündeinrichtungen gezün- det. Im kontinuierlichen Betrieb der Brennkammer stellt sich die Verbrennungseinleitung im Bereich der Stutzen 9 ein.
In den ringförmigen Teil 2 schliesst sich der aus einem äusseren und einem inneren Mantel 12,13 gebildete ringförmige Teil 3 an. Der äussere und innere Mantel 12, 13 des ringförmigen Teiles 3 weist an seinem vorderen Ende stirnseitig beginnende schräge Schlitze 14 auf und greift mit radialem Abstand über den ringförmigen Teil 2. Die Mäntel 12, 13 sind auf dem ringförmigen Teil 2 mit Abstandsstücken
15 gehalten und mit Löchern 16 zum Durchtritt von Verbrennungsluft versehen. Weitere Luft tritt durch die vom ringförmigen Teil 2 und dem äusseren und inneren Mantel 12, 13 gebildeten Ringspalte in die Brennkammer ein und strömt als dünne Luftschicht am äusseren und inneren Mantel 12, 13 von innen küh- lend entlang.
Während innerhalb des durch den ringförmigen Teil 2 gebildeten Abschnittes der Brennkammer die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches eingeleitet wird, erfolgt somit die volle Verbrennung in dem ringförmigen Teil 3.
An den ringförmigen Teil 3 schliesst sich der aus einem äusseren und inneren Mantel 17, 18 gebildete, der Durchströmung der Verbrennungsgase dienende ringförmige Teil 4 mit in Strömungsrichtung abnehmendem Durchmesser an. Der äussere und innere Mantel 17, 18 weist an seinem vorderen Ende an der Stirnseite beginnende schräge Schlitze 19 auf und greift mit radialem Abstand über den vorangehenden ringförmigen Teil 3. Die Mäntel 17, 18 sind auf dem ringförmigen Teil 3 mit Abstandsstücken 20 gehalten. Die Mäntel 17, 18 weisen taschenförmige. in den Durchströmraum hineinragende Teile 21 auf, die Kaltluft zur Temperatursenkung und Beeinflussung der Temperaturverteilung in den Ringraum führen.
Vor den taschenförmigen Teilen 21 sind im äusseren und inneren Mantel 17, 18 des ringförmigen Teiles 4 in Strömungsrichtung liegende Schlitze 22 angeordnet, durch die Luft zur Kühlung der von den heissen Verbrennungsgasen gefährdeten Kanten der taschenförmigen Teile 21 einströmt. Gleichzeitig tritt durch die von den äusseren und inneren Mänteln der ringförmigen Teile 3 und 4 gebildeten Ringspalte und durch die schrägen Schlitze 19 Luft in die Brennkammer ein und strömt als kühlende Luftschicht von innen am äusseren und inneren Mantel 17, 18 entlang.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ringbrennkammer für Gasturbinen, bestehend aus mehreren um die Brennkammerlängsachse angeordneten, sich in Strömungsrichtung erweiternden, die Kraftstoff-Luftgemisch-Aufbereitung dienenden trichterförmigen Teilen und mehreren, sich an die trichterförmigen Teile anschliessenden, hintereinander angeordneten, der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches und der Durchströmung der Verbrennungsgase dienenden ringförmigen Teilen. wobei die Kraftstoffeinspritzdüse in einer am Anfang des trichterförmigen Teiles angeordneten Dralleinrichtung zentriert ist und in dem der Durchströmung dienenden ringförmigen Teil taschenförmige Luftkanäle zur Zuführung von Kaltluft vorgesehen sind, dadurch ge- kennzeichnet.
dass der an die trichterförmigen Teile (1) sich anschliessende ringförmige Teil (2) mit halbkreisförmigem, in Strömungsrichtung offenem Querschnitt ausgebildet ist und an seiner entgegen der Strömungsrichtung gerichteten Stirnseite der Anzahl und dem grössten Durchmesser der trichterförmigen Teile entsprechende, rohrartige Stutzen (9) aufweist, die in Strömungsrichtung anfangs hyperbelartig erweitert sind sowie anschliessend strömungsgünstig in den halbkreisförmigen Querschnitt des ringförmigen Teiles übergehen.