DE1015271B - Hauptbrennkammer fuer Gasturbinen mit Zuendkammer - Google Patents

Hauptbrennkammer fuer Gasturbinen mit Zuendkammer

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DE1015271B
DE1015271B DEA24567A DEA0024567A DE1015271B DE 1015271 B DE1015271 B DE 1015271B DE A24567 A DEA24567 A DE A24567A DE A0024567 A DEA0024567 A DE A0024567A DE 1015271 B DE1015271 B DE 1015271B
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DE
Germany
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ignition chamber
chamber
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air
combustion
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DEA24567A
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English (en)
Inventor
Morris Amos Stokes
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Armstrong Siddeley Motors Ltd
Original Assignee
Armstrong Siddeley Motors Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Description

  • Hauptbrennkammer für Gasturbinen mit Zündkammer Die Erfindung bezieht sich auf eine Hauptbrennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, die mit einem Flammrohr versehen ist, entlang dessen Außenseite Verdünnungs- oder Sekundärluft vom Verdichteraustritt zum Turbineneinlaß strömt, wobei- das Flammrohr an seinem stromaufwärtigen Ende ein Wirbelblech oder eine Endplatte besitzt, die auf ihrer stromabwärts gelegenen Seite wenigstens ein J- oder L-förmiges Rohr aufweist, in dessen stromaufwärts gelegenes Ende Kraftstoff zusammen mit Primärluft eingespritzt wird und das außerdem eine Anzahl von Zuführorganen zum Flammrohr für die Verbrennungsluft besitzt, und wobei das Flammrohr an der stromaufwärts gelegenen Seite der Endplatte eine Zündkammer aufweist, die an ihrem stromaufwärtigen Ende eine Öffnung für die Zufuhr von. Primärluft besitzt.
  • In einer Hauptbrennkammer, die einen Kranz von rohrförmigen Flammrohren enthält, die um die Achse der Brennkammer herum angeordnet sind, besitzt die Endplatte die Gestalt einer Scheibe oder eines entsprechenden Teils und liegt am stromaufwärtigen Ende eines jeden Flammrohres. Bei einer Ringbrennkammer hat die Endplatte die Gestalt eines Ringes und liegt am stromaufwärtigen Ende des einzigen ringförmigen Flammrohres.
  • Bei bekannten Ausführungen dieser Bauform, die als Verdampferbrennkammer bezeichnet wird, wird an einer in der Mitte zwischen den L-förmig gebogenen Verdampferrohren liegenden Stelle flüssiger Kraftstoff zugeführt und mit Hilfe einer Zündkerze gezündet.
  • Bei einer anderen Ausführungsform ist ein vor dem Wirbelblech liegender Raum als Zündkammer vorgesehen, in dem mit Hilfe einer als Fackelzünder bekannten Vorrichtung eine Zündflamme erzeugt wird. In diesem Raum wird also e-in mit Hilfe einer üblichen Zündkerze gezündeter Brennstoffstrahl eingespritzt, ohne daß dieser Strahl vorher mit Primärluft gemischt wird.
  • Ziel der Erfindung ist es, verbesserte Mittel zur Zündung des in die Hauptbrennkammer eingeblasenen Kraftstoff-Luft-Gemisches zu schaffen.
  • Gemäß der Erfindung ist die Zündkammer als eine von den Bauteilen der Brennkammer gesonderte, in sich geschlossene bauliche Einheit ausgebildet und mit an sich bekannten Mitteln, nämlich einem Wirbelblech, einer Kraftstoffdüse und einer Zündvorrichtung versehen; außerdem ist aber wenigstens eine Öffnung in der Zündkammer vorgesehen, durch die, zur Unterstützung der Verbrennung des Startkraftstoffes, Sekundärluft zugeführt wird, bevor die Flamme durch den Auslaß der Zündkammer tritt. Die Zündkammer ist also mit sämtlichen Mitteln versehen, die eine übliche Einze.lbrennkammer für ein Strahltriebwerk kennzeichnen, so daß eine Zündkammer gemäß der Erfindung als eine vollwertige Brennkammer angesehen werden kann.
  • Nur die Verwendung einer vollständigen Brennkammer als Zündkammer gewährleistet, daß das aus der Zündkammer austretende Gemisch so viel Sauerstoff enthält, daß für dieses Gemisch kein weiterer Sauerstoff erforderlich ist, der sonst aus der Zone entnommen werden müßte, in der das dampfförmige Kraftstoff-Luft-Gemisch des Hauptbrennstoffs vorliegt.
  • Weiterhin wird dadurch, daß die Zündkammer als in sich geschlossene Einheit ausgebildet ist, die Möglichkeit geschaffen, die Zündkammer bei bereits vorhandenen Brennkammern nachträglich einzubauen und ohne zusätzlichen Bauaufwand an der für die Zündung günstigsten Stelle anzubringen. Wenn die Zündkammer nicht in Betrieb ist, ist die Luftströmung gegenüber dem Zustand vor dem Einbau der Zündkammer nicht verändert.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird, wenn wegen des Vorhandenseins einer Mehrzahl von J-förmigen Rohren und weiteren Mitteln zur Zufuhr der Verbrennungsluft unzureichend Raum auf der Endplatte für das unabhängige Anbringen der Zündkammer vorhanden ist, wenigstens eines der weiteren Mittel für die Zufuhr von Verbrennungsluft durch eine wie oben beschriebene Zündkammer ersetzt, wobei die Öffnungen für die Primär- und Sekundärluft so gewählt sind, daß sie, wenn das Triebwerk normal arbeitet, ohne daß die Zündkammer als solche in Betrieb ist, eine Luftströmung ermöglichen, die im wesentlichen die gleiche ist, wie die des ---nannten weiteren Mittels zur Zufuhr von Verbrennungsluft, das durch die Zündkammer ersetzt wurde.
  • Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann die. Zufuhr der Primärluft zur Zündkammer in der Nähe des Kraftstoffstrahles mit Sauerstoff aus irgendeiner geeigneten Quelle angereichert werden.
  • Die Erfindung wird in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im folgenden im einzelnen beschrieben.
  • Fig. 1 ist ein, Längsschnitt durch einen Teil einer Ringbrennkammer mit einer Mehrzahl von J-förmigen Rohren und weiteren Mitteln zur Zufuhr von Verbrennungsluft, die mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zündkammer ausgerüstet ist, wobei der Schnitt entlang der Linie 1-1 der Fig. 2 gelegt ist; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1, bei dem jedoch die J-förmigen Rohre in der Ansicht dargestellt sind; Fig: 3 ist ein vergrößerter Teilschnitt der in Fig. 1 dargestellten Zündkammer; Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Zündkammer von rechts; Fig. 5 stellt einen der Fig. 3 entsprechenden Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform einer Zündkammer dar.
  • In den Fig. 1 und 2 ist eine Ringbrennkammer dargestellt, die mit einem Flammrohr versehen ist, das radial im Abstand von inneren und äußeren koaxialen Gehäusen 11 und 12 liegt, die einen kreisringförmigen Durchlaß für die Luft festlegen, die von einem nicht dargestellten Verdichter kommend bei 13 eintritt. Das dargestellte Flammrohr liegt zwischen einer Anzahl von inneren, koaxialen, einander überlappenden Ringen 14, 15, 16, 17 und 18 und einer Anzahl von äußeren, koaxialen, einander überlappenden Ringen 14a, 15a, 16a, 17a und. 18a. Abstandsringe 19, die den Durchtritt der Luft aus dem kreisringförmigen Durchlaß in das Innere des Flammrohres gestatten, um dieses mit einem Kühlluftfi.lm zu versehen, sind zwischen die benachbarten Enden der inneren und äußeren Ringe, wo sich diese überlappen, angeordnet.
  • Die Ringe 18 und 18 a legen einen kreisringförmigen Auslaß zur nicht dargestellten Turbine fest. Die Ringe 16, 16a, 17 und 17a sind - wie dargestellt - mit Öffnungen 20 versehen, durch die Kühlluft für die Hauptverbrennung zugeführt wird.
  • Die Ringe 14, 14a halten mit ihren äußeren und inneren Umfängen abdichtend eine kreisringförmige Endplatte 21, die wiederum eine Mehrzahl von J-förmigen Rohren 22 trägt, die sich in stromabwärtiger Richtung erstrecken. Die offenen stromaufwärts gelegenen Enden 22a dieser Rohre ragen durch die Platte hindurch, um die Primärluft für die Hauptverbrennung und ebenfalls den Hauptkraftstoff aufzunehmen, der durch Rohre zugeführt wird, von denen eines in Fig. 1 bei 23 angedeutet ist. Die stromabwärts gelegenen Enden 22 b dieser Rohre sind stromaufwärts gerichtet und liegen der stromabwärts liegenden Seite der Endplatte gegenüber.
  • An geeigneten Stellen zwischen den stromaufwärts gelegenen Enden 22 a trägt die Endplatte eine Mehrzahl von Mitteln 24 für die Zufuhr von Sekundärluft, die zweckmäßigerweise die Gestalt von Fingerhüten besitzen, die an ihren stromabwärts gelegenen Enden mit Schlitzen 24d versehen sind. An Stelle eines oder mehrerer dieser Mittel 24 sind erfindungsgemäße Zündkammern angebracht. Bei einer Ringbrennkammer sollten wenigstens zwei vorgesehen sein (obwohl, da ein Teil der Endplatte in den Fig. 1 und 2 weggelassen ist, nur eine Zündkammer dargestellt ist), so daß die Zündung auch dann noch sichergestellt ist, wenn eine Zündkammer aus irgendeinem Grunde ausfallen sollte.
  • Die Zündkammer ist bei 25 angedeutet und liegt stromaufwärts der Endplatte 21. Die Kammer hat eine in der Mitte liegende Öffnung 26 für die Primärluft, stromabwärts dieser Öffnung liegt ein Wirbelblech 27, um das die Primärluft herumströmen muß. Ein zylindrisches Blech 28 umgibt das Wirbelblech 27 mit einem kreisringförmigen Spalt, der in der zugeführten. Primärluft einen wünschenswerten Druckabfall bewirkt. Das Blech 28 ist mit einem radialen Flansch versehen., der an dem Blechteil 29, der die Öffnung 26 umgibt, mit einer Anzahl von Nieten 30 befestigt ist, deren andere Enden das Wirbelblech 27 halten.
  • Bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Konstruktion der Zündkammer wird der Startkraftstoff aus einer Düse 31, die am Ende der Zuführleitung 32 liegt, in stromabwärtiger Richtung durch eine in der Mitte liegende scharfkantige Öffnung 33 im Wirbelblech 27 in die Nähe einer Hochspannungszündvorrichtung 34 eingespritzt. Die Zündvorrichtung liegt an einer Stelle der Zündkammer, Zvo die Primärluft hinter dem Wirbelblech 27 zurückströmt. Stromabwärts der Zündvorrichtung ist die Zündkammer mit Öffnungen 35 für die Zufuhr von Sekundärluft versehen.
  • Durch diese Konstruktion der Zündkammer tritt aus ihrer Austrittsöffnung 36, die fest in dem Loch der Endplatte 21 liegt, eine Flamme in den angrenzenden Teil des stromabwärtigen Endes des Flammrohres aus, der gerade stromabwärts der genannten Endplatte liegt.
  • Rund um die Hauptbrennkammer können in Abständen Einspritzdüsen 37 vorgesehen sein, aus denen Kraftstoff in das Flammrohr eingespritzt werden kann, um die Zündung an den Stellen, an denen keine Zündvorrichtung liegt, zu erleichtern und zu beschleunigen, d. h. die Zündflamme von Auslaß 36 der Zündkammer mit kleinstmöglicher Verzögerung auszubreiten.
  • Wie bereits erwähnt, kann die Zündung in einer Weise, die noch zufriedenstellender ist, dadurch sichergestellt werden, daß eine Zufuhr von Sauerstoff vorgesehen wird, die die Zufuhr von Primärluft zu den Zündkammern ergänzt. Eine derartige Konstruktion ist in Fig. 5 dargestellt, in der die Zuführleitung 32 für den Startkraftstoff in einem koaxial dazu liegenden Rohr 38 für die Sauerstoffzufuhr liegt, das in einer Einspritzdüse endet. Diese Düse ist kreisringförmig und liegt zwischen dem Umfang der Kraftstoffdüse 31 und einer seitlichen Öffnung am stromabwärtigen Ende des Rohres 38. Das Rohr 38 ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit einem Anschluß 39 für die Sauerstoffzufuhr versehen. Der Anschluß 39 ist - wie dargestellt - ein Teil eines Endteils 40, der in das Rohr 38 eingesetzt ist, die Zuführleitung 32 für den Kraftstoff trägt und mit einem Anschluß 41 für eine nicht dargestellte Kraftstoffleitung versehen ist.
  • Offensichtlich müßten bei einer Hauptbrennkammer, die eine Mehrzahl, von axial liegenden Flammrohren enthält, wenigstens zwei Flammrohre mit Zündkammern versehen sein. Dabei können sämtliche Flammrohre .durch Verbindungsrohre miteinander verbunden sein und, falls es gewünscht wird, mit Hilfeinspritzvorrichtungen versehen sein, um bei der Zündung der Flamme schnell auszubreiten.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hauptbrennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, die mit einem Flammrohr versehen ist, entlang dessen Außenseite Verdünnungs- oder Sekundärluft vom Verdichteraust.ritt zum Turbineneinlaß strömt, wobei das Flammrohr an seinem stromaufwärtigen Ende ein Wirbelblech oder eine Endplatte besitzt, die auf ihrer stromabwärts gelegenen Seite wenigstens ein J- oder L-förmiges Rohr aufweist, in dessen stromaufwärts gelegenes Ende Kraftstoff zusammen mit Primärluft eingespritzt wird und das außerdem eine Anzahl von Zuführorganen zum Flammrohr für die Verbrennungsluft besitzt, und wobei das Flammrohr an der stromaufwärts gelegenen Seite der Endplatte eine Zündkammer aufweist, die an ihrem stromaufwärtigen Ende eine Öffnung für die Zufuhr von Primärluft besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (25) als eine von den Bauteilen der Brennkammer gesonderte, in sich geschlossene bauliche Einheit ausgebildet ist, die stromaufwärts des Mittels (27, 28) zur Turbulenzerzeugung und innerhalb des üblichen Flammrohrgehäuses liegt, weiterhin gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Mittel (27, 28) zur Turbulenzerzeugung innerhalb der Zündkammer (25) durch das (33) in an sich bekannter Weise eine Düse (31) Startkraftstoff in die Primärluft einspritzt, die an dem genannten Mittel zur Turbulenzerzeugung vorbeiströmt, eine an sich bekannte Zündvorrichtung (34), in deren Nähe dieser Startkraftstoff gezündet wird, und wenigstens durch eine Öffnung (35) in der Zündkammer für die Zufuhr von Sekundärluft zur Unterstützung der Verbrennung des Startkraftstoffes, bevor die Flamme durch den Auslaß (36) der Zündkammer (25) tritt.
  2. 2. Hauptbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der weiteren Zuführorgane (24) für die Verbrennungsluft durch eine Zündkammer (25) -ersetzt wird, wobei die Öffnung (26, 35) der Zündkammer für die Primär-und Sekundärluft so gewählt sind, daß sie, wenn das Triebwerk normal arbeitet, ohne daß die Zündkammer als solche in Betrieb ist, eine Luftströmung ermöglichen, die im wesentlichen die gleiche ist wie die des genannten weiteren Mittels (24) zur Zufuhr von Verbrennungsluft, das durch die Zündkammer ersetzt ist.
  3. 3. Hauptbrennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Primärluft zur Zündkammer (25) in der Nähe des Kraftstoffstrahles (31) mit Sauerstoff aus irgendeiner geeigneten Quelle (beispielsweise 38, 39) angereichert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 816 038; französische Patentschrift Nr. 970 988; britische Patentschrift Nr. 660 775. Entgegengehaltene ältere Rechte: Deutsches Patent Nr. 768 049.
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Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2417147A1 (de) * 1974-04-03 1975-10-16 Bbc Sulzer Turbomaschinen Gasturbinenbrennvorrichtung und verfahren zum betrieb der vorrichtung
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DE816038C (de) * 1948-07-31 1951-10-08 Armstrong Siddeley Motors Ltd Brennkammeranordnung fuer Gasturbinen
GB660775A (en) * 1948-12-24 1951-11-14 Frederick Denison Morgan Willi An improved combustion and ignition apparatus for a gas turbine engine
DE768049C (de) * 1940-12-20 1955-06-02 Messerschmitt Boelkow Blohm Gasturbinen-Brennkammer fuer Gleichdruckverbrennung mit Brennmuffel

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