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Brennkakammer-Gasluftmischer
Gegenstand der Erfindung bildet ein Brennkammer-Gasluftmischer für Gasturbinen, der durch Schaufeln gebildet wird, die in den Öffnungen am Umfang der Mischvorrichtung angeordnet sind und in den Mischraum eingreifen.
In den Gasturbinen-Brennkammern wird die Luft auf die Art erhitzt, dass die durch die Verbrennung des Brennstoffes entstehenden Verbrennungsprodukte mit der Luft zu einer Mischung vermischt werden, die aus der Brennkammer in die Turbine als Treibgas strömt. Es ist hiebei sehr wichtig, dass die Temperatur dieser Gase am Austritt-aus der Kammer über den ganzen Querschnitt gleichförmig ist. Der derzeitige Stand der Technik ist nicht in der Lage, dieses Problem zufriedenstellend zu lösen. Zum Ausgleich des Temperaturfeldes werden verschiedene Konstruktionen von Deflektoren verwendet. Diese Deflektoren werden im wesentlichen durch Rohre kreisförmigen oder eines andern Querschnittes gebildet, die in den Mischraum der Brennkammer eingreifen und die Kaltluft aus dem äusseren Raum der Brennkammer an die Stellen der Höchsttemperaturen einführen.
Die Anordnung dieser Deflektoren wird an Modellen festgestellt, was jedoch noch keinesfalls die Gewähr leistet, dass die Lage dieser Deflektoren in der wirklichen Kammer richtig, und dass das Wärmefeld ausgeglichen sein wird.
Es wurden auch schon solche Deflektoren vorgeschlagen, bei denen die freien Querschnitte bzw. die Durchflussflächen veränderbar sind. Damit ändert sich aber auch die Zuführung der Brenngase auch mengenmässig. Im Sinne einer wirtschaftlichen Regelung ist aber anzustreben, nur die Richtung der Zuführung der Brenngase zu regeln, damit nur die Bedingungen im. Inneren der Brennkammer einer Regelung unterzogen werden. Massgebend hiefür ist die geeignete Form der Schaufeln. Erfindungsgemäss wird nun der wirtschaftlichste und wirkùngsvollste Mischeffekt dadurch erreicht, dass die in den Mischraum eingreifenden Schaufeln entweder als Flachschaufeln oder als einen tropfenförmigen. Querschnitt aufweisende und mit einer Spalte für den Durchgang der Kühlluft versehene'Hohlschaufeln ausgebildet sind, wobei sie vorteilhaft drehbar verstellbar sind.
Diese erfindungsgemässe Einrichtung ergibt eine einwandfreie Verwirbelung im Mischraum durch geeignete Einstellung jeder Schaufel unter dem erforderlichen Winkel zur Strömungsrichtung der Brenngase.
Hiedurch wird auch die Gastemperatur am Kammeraustritt über den ganzen Querschnitt gleichförmig.
Die aerodynamische Wirkung der Schaufeln bewirkt in dem Mischraum eine Wirbelung und dadurch auch eine vollkommene Durchmischung der heissen Verbrennungsprodukte mit der Kaltluft, die durch die Mischöffnungen um die Schaufeln herum in. den Mischraum hineinströmt, wodurch die eigentlichen Schaufeln gekühlt werden und die Kühlluft mit den heissen Verbrennungsprodukten intensiv vermischt wird.
Ein praktisches Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Fig. 1-6 der Zeichnung schematisch dargestellt. Hiebei stellt Fig. 1 einen Längsschnitt in der Ebene A-A aus Fig. 2 durch den Mischteil der Brennkammer dar ; Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene B-B aus Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch die flache Mischschaufel und eine Ansicht auf die Lufteintrittsöffnung, durch welche die Luft entlang der Schaufel in den Mischraum einströmt ; Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Misch- öffnung : Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der hohlen Mischschaufel. Fig. 6 zeigt eine Einspannung der Schaufel.
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In der Brennkammer 1 mit dem Flammrohr 2 und dem Gasluftmischer 3 strömen die Luft (Strömungs- richtung in dem ringförmigen Raum 7 strichliert gezeichnet) und die Verbrennungsprodukte (Strömungs- richtung strichpunktiert), die durch Verbrennen des Brennstoff-Luftgemisches entstehen, aus dem Verbrennungsraum 8 in den Mischraum 4, wo die Schaufeln der Mischung eine rotierende Bewegung erteilen. Die Mischschaufeln können entweder als Flachschaufeln 5 oder als Hohlschaufeln 9, die in Fig. 5 dargestellt sind, mit einer Spalte 10 für den Durchgang der Kühlluft ausgeführt werden. Die Kühlluft strömt durch die Öffnung 6 entlang der Flachschaufeln 5, gegebenenfalls im Innern der Hohlschaufel 9 und durch die Spalte 10, in den Mischraum 4 und erhält die Temperatur der Schaufeln an der annehmbaren Höhe.
Die Kaltluft wird vollkommen mit den heissen Verbrennungsprodukten vermischt und am Austritt 11 aus der Verbrennungskammer 1 gleicht sie das Temperaturfeld aus. Die Mischschaufeln können fest oder drehbar ausgeführt werden, um verschiedene Mischintensität zu erzielen. Die Schaufeln für wenig belastete Kammern sind flach ausgeführt, wie in den Fig. 3 und 4 angedeutet.
Die Schaufeln der stark belasteten Kammern sind hohl und in Tropfenform ausgeführt, wie in Fig. 5 dargestelit. Dadurch wird auch deren Kühlung verbessert und die Festigkeit erhöht.
In Fig. 6 ist schliesslich ein konstruktives Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Schaufelbefestigung dargestellt. Die Schaufel 5 wird hier durch einen mit der Schaufel verbundenen Gewindebolzen mit Mutter 12 in einer Büchse festgespannt, die mit der Brennkammer 1 fest verbunden ist.