-
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.