DE102021131596A1

DE102021131596A1 - Brennkammer mit verbesserter primärbrennkammerzone

Info

Publication number: DE102021131596A1
Application number: DE102021131596.4A
Authority: DE
Inventors: Luca Tentorio; Imon-Kalyan Bagchi
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG; Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG; Rolls Royce PLC
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-06-09
Also published as: GB202019221D0; CN114593442A; FR3117193A1; GB2601563A

Abstract

Magerbrennkammer (16) mit einer Vielzahl von Magereinspritzdüsen (50), die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm (52) und einen Magereinspritzdüsenkopf (54) mit einer Magereinspritzdüsenspitze (72) aufweisen, wobei der Magereinspritzdüsenkopf eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse aufweist, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse koaxial zur und radial außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse angeordnet ist; und mit einer Brennkammer (60), die sich entlang einer axialen Richtung (62) erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand (64), eine radial äußere ringförmige Wand (66) und eine Tragplatte (68) umfasst, die die Größe und Form der Brennkammer definiert, wobei die Brennkammer eine erste Verbrennungszone (80) und eine zweite Verbrennungszone (82) umfasst.)

Description

Bereich der Offenbarung
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf Verbrennungsanlagen und insbesondere auf Magerbrennkammern für Gasturbinentriebwerke für Luftfahrt, Industrie- und Schifffahrtsanwendungen.
Technischer Hintergrund
Ein Gasturbinentriebwerk für Luftfahrzeuganwendungen umfasst in der Regel in axialer Anordnung einen Fan, einen oder mehrere Verdichter, ein Verbrennungssystem und eine oder mehrere Turbinen. Das Verbrennungssystem umfasst in der Regel eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzdüsen mit Kraftstoffsprühdüsen, die Kraftstoff- und Luftströme kombinieren und Sprays von zerstäubtem flüssigem Kraftstoff in eine Brennkammer erzeugen. Das Gemisch aus Luft und zerstäubtem flüssigen Kraftstoff wird anschließend in der Brennkammer verbrannt. Die dabei entstehenden heißen Verbrennungsprodukte expandieren durch eine oder mehrere Turbinen und treiben diese an.
Es gibt eine Notwendigkeit, die Umweltauswirkungen von Gasturbinentriebwerken in Bezug auf Kohlenstoffemissionen und Stickoxide (NOx), die sich bei hohen Temperaturen bilden und mit steigender Temperatur exponentiell zunehmen, zu verringern.
Um das Problem der NOx-Emissionen anzugehen, wurde die „Magerverbrennung“ eingeführt. Bei der Magerverbrennung ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR) höher als das stöchiometrische Verhältnis, wodurch die Verbrennungstemperatur innerhalb der Grenzen gehalten werden kann, die für die Verringerung der NOx-Produktion bekannt sind.
Allerdings könnte eine relativ niedrige Verbrennungstemperatur zu einer unvollständigen oder schwachen Verbrennung führen, was wiederum die Bildung anderer Schadstoffe wie Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC) und/oder eine instabile Flamme und Rütteln zur Folge haben könnte, was wiederum je nach Frequenz des Rüttelns zum Versagen von Bauteilen im Triebwerk und / oder zu Unannehmlichkeiten für die Fahrgäste führen könnte.
Gasturbinentriebwerke für Industrie- und Schifffahrtsanwendungen stehen vor ähnlichen Herausforderungen wie Gasturbinentriebwerke für Luftfahrtanwendungen.
Es besteht daher die Notwendigkeit, ein Magerverbrennungssystem für Luftfahr- zeug, Industrie- und Schiffstriebwerke bereitzustellen, das es ermöglicht, die NOx-, CO- und UHC-Emissionen des Motors zu verringern und die Betriebsfähigkeit des Motors zu verbessern.
Zusammenfassung der Offenbarung
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Magerbrennkammer bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Magereinspritzdüsen, die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm und einen Magereinspritzdüsenkopf mit einer Magereinspritzdüsenspitze umfassen, wobei die Magereinspritzdüsenspitze einen Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser (d) aufweist, wobei der Magereinspritzdüsenkopf eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse umfasst, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse koaxial und radial außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse angeordnet ist; und eine Brennkammer, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand, eine radial äußere ringförmige Wand und eine Tragplatte („meter panel“) umfasst, die stromaufwärts der radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wand mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die zur Aufnahme der Magereinspritzdüsenspitzen angepasst sind. Die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte definieren dabei die Größe und Form der Brennkammer, wobei die Brennkammer eine Brennkammerlänge (L) aufweist und eine erste Verbrennungszone mit einer ersten Verbrennungszonenlänge (Z) und einer ersten Verbrennungszonentiefe (D) und eine zweite Verbrennungszone mit einer zweiten Verbrennungszonentiefe (L-Z) umfasst, die stromabwärts der ersten Verbrennungszone angeordnet ist. Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt ist ein Verhältnis L/D zwischen der Brennkammerlänge und der ersten Verbrennungszonentiefe kleiner als 2.0.
In der vorliegenden Offenlegung beziehen sich „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ auf den Kraftstoff- und Luftstrom durch die Brennkammer und „vorne“ und „hinten“ auf die Magerbrennkammer, d. h. die Magereinspritzdüsen befinden sich vorne und die Brennkammer hinten.
Die vorliegenden Erfinder haben eine einzigartige dimensionslose Parameterkombination für die Brennkammer gefunden, die es ermöglicht, die Aerodynamik der Brennkammer so zu entwickeln, dass die Verbrennungseffizienz optimiert und NOX und Rauch minimiert werden. Die erfindungsgemäße Magerbrennkammer ermöglicht es, dass sich in der ersten Verbrennungszone der Brennkammer eine sogenannte S-förmige Rezirkulationszone ausbildet, die es der Pilotkraftstoffdüse ermöglicht, die Verbrennung der Hauptkraftstoffdüse zu unterstützen. Insbesondere haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass eine offenbarungsgemäße Brennkammer es ermöglicht, dass das von der Pilotkraftstoffeinspritzdüse kommende Verbrennungsgemisch aus Pilotkraftstoff und Luft eine S-förmige Strömungsrezirkulation ausbildet. Im Einzelnen kann das von der Pilotkraftstoffeinspritzdüse kommende brennende Gemisch aus Pilotkraftstoff und Luft an einem Stagnationspunkt in der ersten Verbrennungszone ankommen, wo die lokale Geschwindigkeit des Pilotkraftstoff- und Luftgemischs gleich Null ist, in Richtung der Magereinspritzdüsen zurückfließen und (aufgrund des niedrigen statischen Drucks im Hauptstrom) zu den radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wänden der Brennkammer umgeleitet werden, um sich mit dem von der Hauptkraftstoffdüse kommenden brennenden Gemisch aus Hauptkraftstoff und Luft zu verbinden und dessen Verbrennung zu unterstützen. Mit anderen Worten, das brennende Gemisch aus Pilotkraftstoffeinspritzdüse und Luft kann entlang einer S-förmigen Bahn fließen.
Der Fachmann weiß, dass bei der Konstruktion einer Brennkammer für eine Magerbrennkammer aerodynamische Untersuchungen für jede Brennkammergröße durchgeführt werden müssen, um die Aerodynamik des Kraftstoff-Luft-Gemisches und die Verbrennung zu optimieren. Die Erfinder haben überraschenderweise herausgefunden, dass eine offenbarungsgemäße Magerbrennkammer nach oben und unten skaliert werden kann, ohne die Verbrennungseffizienz zu beeinträchtigen. Mit anderen Worten, da das Verhältnis L/D dimensionslos ist, kann für einen großen Größenbereich der Brennkammer der Magerbrennkammer die S-förmige Rezirkulationszone innerhalb der ersten Verbrennungszone offenbarungsgemäß effektiv und effizient ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine offenbarungsgemäße Magerbrennkammer für Triebwerke ausgelegt sein, die in kleine, mittlere und große Luftfahrzeuge eingebaut werden können.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zur ersten Verbrennungszonentiefe D weniger als 1,9, beispielsweise weniger als 1,8, oder weniger als 1,75, oder weniger als 1,70, oder weniger als 1,65, oder weniger als 1,60 betragen. Das Verhältnis L/D zwischen der Brennkammerlänge L und der ersten Verbrennungszonentiefe D kann größer als 1,0 sein, z. B. größer als 1,05 oder größer als 1,10 oder größer als 1,15 oder größer als 1,20 oder größer als 1,25.
Der Magereinspritzdüsenkopf kann sich im Allgemeinen entlang einer axialen Richtung erstrecken, wobei die Längsrichtung einen Kippwinkel („cant angle“) α_kipp mit der axialen Richtung bildet und der Kippwinkel α_kipp zwischen 0° und 10° liegt.
Die Brennkammer kann sich in axialer Richtung zwischen der Tragplatte (stromaufwärts) und einem ringförmigen Auslass (stromabwärts) erstrecken, durch den das verbrannte Gas die Brennkammer verlässt. Der ringförmige Auslass kann zwischen der radial inneren ringförmigen Wand und der radial äußeren ringförmigen Wand der Brennkammer angeordnet sein und durch diese definiert sein. In der vorliegenden Offenlegung kann die Brennkammerlänge (L) als axialer Abstand zwischen der Tragplatte und dem ringförmigen Auslass definiert werden.
Die radial äußere ringförmige Wand kann sich im Wesentlichen in axialer Richtung zwischen der Tragplatte und dem ringförmigen Auslass erstrecken. In Ausführungsformen kann die radial äußere ringförmige Wand mit der axialen Richtung einen Außenwinkel α_außen bilden, wobei der Außenwinkel α_außen zwischen 0° und 15° liegt, beispielsweise zwischen 0° und 12°, oder zwischen 0° und 10°, oder zwischen 3° und 15°, oder zwischen 5° und 15°.
Die radial äußere ringförmige Wand kann aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil bestehen. Der erste Teil der radial äußeren ringförmigen Wand kann stromaufwärts vom zweiten Teil der radial äußeren ringförmigen Wand angeordnet sein. Der erste und der zweite Teil der radial äußeren ringförmigen Wand können kollinear zueinander ausgerichtet sein.
Die radial innere ringförmige Wand kann aus einem ersten Teil und einem zweiten Teil bestehen. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann stromaufwärts vom zweiten Teil der radial inneren ringförmigen Wand angeordnet sein. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann mit der Tragplatte verbunden sein. Der zweite Teil der radial inneren ringförmigen Wand und der zweite Teil der radial äußeren ringförmigen Wand können den ringförmigen Auslass der Brennkammer definieren. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann winkelig zum zweiten Teil der radial inneren ringförmigen Wand angeordnet sein. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann parallel zur radial äußeren ringförmigen Wand verlaufen. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann parallel zur axialen Richtung verlaufen.
Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand, der erste Teil der radial äußeren ringförmigen Wand und die Tragplatte bilden die erste Verbrennungszone.
In der vorliegenden Offenbarung kann die erste Verbrennungszonenlänge (Z) als axiale Länge der ersten Verbrennungszone definiert werden. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann die erste Verbrennungszonenlänge (Z) definieren. Der erste Teil der radial äußeren ringförmigen Wand kann die erste Verbrennungszonenlänge (Z) definieren. Der erste Teil der radial inneren ringförmigen Wand und der erste Teil der radial äußeren ringförmigen Wand können die gleiche Länge in axialer Richtung haben.
In der vorliegenden Offenbarung kann die erste Verbrennungszonentiefe (D) als radialer Abstand zwischen dem ersten Teil der radial inneren ringförmigen Wand und dem ersten Teil der radial äußeren ringförmigen Wand definiert werden. Der hier verwendete Begriff „radial“ kann sich auf die Richtung beziehen, die senkrecht zu dem ersten Teil der radial inneren ringförmigen Wand und dem ersten Teil der radial äußeren ringförmigen Wand verläuft.
Der zweite Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann in Richtung des zweiten Teils der radial äußeren ringförmigen Wand in stromabwärtiger Richtung konvergieren. In Ausführungsformen kann der zweite Teil der radial inneren ringförmigen Wand mit dem ersten Teil der radial inneren ringförmigen Wand einen Innenwinkel α_innen bilden, wobei der Innenwinkel ainnen zwischen 15° und50 ° liegt, beispielsweise zwischen 15° und 45°, oder zwischen 15° und 40°, oder zwischen 20° und 50°, oder zwischen 25° und 50°, oder zwischen 25° und 45°, oder zwischen 25° und 40°.
Der zweite Teil der radial inneren ringförmigen Wand und der zweite Teil der radial äußeren ringförmigen Wand können die zweite Verbrennungszone bilden. Die zweite Verbrennungszone kann sich zwischen der ersten Verbrennungszone und dem ringförmigen Auslass der Brennkammer erstrecken. Die zweite Verbrennungszone ist stromabwärts der ersten Verbrennungszone angeordnet. Die zweite Verbrennungszone erstreckt sich über die zweite Verbrennungszonenlänge (L-Z). Der zweite Teil der radial äußeren ringförmigen Wand kann sich über eine Länge erstrecken, die der Länge der zweiten Verbrennungszone (L-Z) entspricht. Der zweite Teil der radial inneren ringförmigen Wand kann sich über eine Länge erstrecken, die gleich (L-Z) / cos(α_innen) ist.
Die jeweiligen Innenflächen der radial inneren ringförmigen Wand, der radial äußeren ringförmigen Wand und der Tragplatte können die Größe und Form der Brennkammer bestimmen, in der die Verbrennung stattfindet. In der Literatur werden die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte als Verbrennungsauskleidungen bezeichnet. In bestimmten Ausführungsformen können die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte jeweils mit Kacheln versehen sein. Die Kacheln können die jeweiligen Innenflächen der radial inneren ringförmigen Wand, der radial äußeren ringförmigen Wand und der Tragplatte definieren und somit die Größe und Form der Brennkammer bestimmen, in der die Verbrennung stattfindet. Die Kacheln, oder mit anderen Worten die Innenflächen, der radial inneren ringförmigen Wand, der radial äußeren ringförmigen Wand und der Tragplatte können dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer zugewandt sein und mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder den Verbrennungsgasen in Kontakt sein.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben auch festgestellt, dass andere dimensionslose Parameter bei der Auslegung einer Brennkammer für eine Magerbrennkammer mit verbessertem Verbrennungswirkungsgrad von Vorteil sein können.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 5 sein, beispielsweise kleiner als 4,5 oder kleiner als 4 oder kleiner als 3,5 oder kleiner als 3 oder kleiner als 2,8 oder kleiner als 2,6 oder kleiner als 2,5 oder kleiner als 2,45 oder kleiner als 2,4. Das Verhältnis L/d zwischen der Brennkammerlänge L und dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,5 sein, beispielsweise größer als 1,7, oder größer als 1,8, oder größer als 1,85, oder größer als 1,9, oder größer als 2,0.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis D/d der Ersten Verbrennungszonentiefe zum Einspritzdüsenkopf-Durchmesser d kleiner als 2,4 sein, z. B. kleiner als 2,3 oder kleiner als 2,2 oder kleiner als 2,1, oder kleiner als 2,0. Das Verhältnis D/d der Ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,2 sein. Das Verhältnis D/d der Ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,3, beispielsweise größer als 1,4 oder größer als 1,5 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d weniger als 1,40, beispielsweise weniger als 1,35, oder weniger als 1,30, oder weniger als 1,25 oder weniger als 1,20 betragen. Das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,70, z. B. größer als 0,75, oder größer als 0,80, oder größer als 0,85 oder größer als 0,90 sein.
Da die Verhältnisse L/d der Brennkammerlänge L zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d, D/d der Ersten Verbrennungszonentiefe zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d und Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d alle dimensionslos sind, können sie alle für Magerbrennkammern und entsprechende Brennkammern eines breiten Größenbereichs gelten und zur Bildung der S-förmigen Rezirkulationszone innerhalb der ersten Verbrennungszone beitragen, wie der Fachmann zu wertschätzen weiß.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Magerbrennkammer bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Magereinspritzdüsen, die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm und einen Magereinspritzdüsenkopf mit einer Magereinspritzdüsenspitze umfassen, wobei die Magereinspritzdüsenspitze einen Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser (d) aufweist, wobei der Magereinspritzdüsenkopf eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse umfasst, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse koaxial und radial außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse angeordnet ist; und eine Brennkammer, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand, eine radial äußere ringförmige Wand und eine Tragplatte aufweist, ferner stromaufwärts der radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wand mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die zur Aufnahme der Magereinspritzdüsenspitzen geeignet sind. Die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte definieren die Größe und Form der Brennkammer, wobei die Brennkammer eine Brennkammerlänge (L) hat und eine erste Verbrennungszone mit einer ersten Verbrennungszonenlänge (Z) und einer ersten Verbrennungszonentiefe (D) und eine zweite Verbrennungszone mit einer zweiten Verbrennungszonentiefe (L-Z) umfasst, die stromabwärts der ersten Verbrennungszone angeordnet ist. Gemäß dem zweiten Aspekt ist ein Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser des Magereinspritzdüsenkopfes kleiner als 2,4.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis D/d ersten Verbrennungszonentiefe D zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 2,3, z. B. kleiner als 2,2, oder kleiner als 2,1 oder kleiner als 2,0. Das Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,2, beispielsweise größer als 1,3 oder größer als 1,4 oder größer als 1,5 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 5 sein, beispielsweise kleiner als 4,5 oder kleiner als 4 oder kleiner als 3,5 oder kleiner als 3 oder kleiner als 2,8 oder kleiner als 2,6 oder kleiner als 2,5 oder kleiner als 2,45 oder kleiner als 2,4. Das Verhältnis L/d zwischen der Brennkammerlänge L und dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,8, beispielsweise größer als 1,85, oder größer als 1,9 oder größer als 2,0 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d weniger als 1,40, beispielsweise weniger als 1,35, oder weniger als 1,30, oder weniger als 1,25 oder weniger als 1,20 betragen. Das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,70, z. B. größer als 0,75, oder größer als 0,80, oder größer als 0,85 oder größer als 0,90 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zur ersten Verbrennungszonentiefe D weniger als 2,0, beispielsweise weniger als 1,9 oder weniger als 1,8 oder weniger als 1,75 oder weniger als 1,70 oder weniger als 1,65 oder weniger als 1,60 betragen. Das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zu der ersten Verbrennungszonentiefe D kann größer als 1,0 sein, z. B. größer als 1,05, oder größer als 1,10, oder größer als 1,15, oder größer als 1,20, oder größer als 1,25.
Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Magerbrennkammer bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Magereinspritzdüsen, die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm und einen Magereinspritzdüsenkopf mit einer Magereinspritzdüsenspitze umfassen, wobei die Magereinspritzdüsenspitze einen Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser (d) aufweist, wobei der Magereinspritzdüsenkopf eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse umfasst, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse koaxial und radial außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse angeordnet ist; und eine Brennkammer, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand, eine radial äußere ringförmige Wand und eine Tragplatte umfasst, die stromaufwärts der radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wand mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die zur Aufnahme der Magereinspritzdüsenspitzen ausgebildet sind. Die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte definieren die Größe und Form der Brennkammer, wobei die Brennkammer eine Brennkammerlänge (L) hat und eine erste Verbrennungszone mit einer ersten Verbrennungszonenlänge (Z) und einer ersten Verbrennungszonentiefe (D) und eine zweite Verbrennungszone mit einer zweiten Verbrennungszonentiefe (L-Z) umfasst, die stromabwärts der ersten Verbrennungszone angeordnet ist. Gemäß dem dritten Aspekt ist ein Verhältnis L/d der Brennkammerlänge zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser kleiner als 5.
Das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann weniger als 4,5, beispielsweise weniger als 4, oder weniger als 3,5, oder weniger als 3, oder weniger als 2,8, oder weniger als 2,6, oder weniger als 2,5, oder weniger als 2,45, oder weniger als 2,4 betragen. Das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,5 sein, beispielsweise größer als 1,7, oder größer als 1,8, oder größer als 1,85, oder größer als 1,9, oder größer als 2,0.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis D/d ersten Verbrennungszonentiefe D zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d weniger als 2,4, beispielsweise weniger als 2,3, oder weniger als 2,2, oder weniger als 2,1 oder weniger als 2,0 betragen. Das Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,2, z. B. größer als 1,3 oder größer als 1,4 oder größer als 1,5 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zur ersten Verbrennungszonentiefe D weniger als 2,0, beispielsweise weniger als 1,9 oder weniger als 1,8 oder weniger als 1,75 oder weniger als 1,70 oder weniger als 1,65 oder weniger als 1,60 betragen. Das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zu der ersten Verbrennungszonentiefe D kann größer als 1,0 sein, z. B. größer als 1,05, oder größer als 1,10, oder größer als 1,15, oder größer als 1,20, oder größer als 1,25.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d weniger als 1,40, beispielsweise weniger als 1,35, oder weniger als 1,30, oder weniger als 1,25 oder weniger als 1,20 betragen. Das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,70, z. B. größer als 0,75, oder größer als 0,80, oder größer als 0,85 oder größer als 0,90 sein.
In Ausführungsformen kann die Magerbrennkammer des oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Aspekts einen Vordiffusor umfassen, der stromaufwärts vom Magereinspritzdüsenkopf angeordnet ist und die Brennkammer mit komprimierter Luft versorgen kann. In der Literatur wird der Vordiffusor auch einfach als Diffusor bezeichnet. Der Vordiffusor kann allgemein ringförmig sein und radial innere und äußere Wände aufweisen, die einen Auslass für die Komprimierte Luft bilden. In der vorliegenden Offenbarung kann ein Dunstabstand („damp gap“) (g) als axialer Abstand zwischen einem Mittelpunkt zwischen den radial inneren und radial äußeren Wänden des Vordiffusors am Auslass und einem Mittelpunkt zwischen den radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wänden der Brennkammer an der Tragplatte definiert werden. Das Verhältnis g/d des Dunstabstands g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann weniger als 1,30, z. B. weniger als 1,25 oder weniger als 1,2 oder weniger als 1,15 betragen. Das Verhältnis g/d des Dunstabstand g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,65, z. B. größer als 0,7, oder größer als 0,75, oder größer als 0,8, oder größer als 0,85 sein.
Der Fachmann versteht dabei, dass auch das Verhältnis g/d des Dunstabstands g zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d dimensionslos ist und für Magerbrennkammern sowie entsprechende Brennkammern in einem weiten Größenbereich gelten kann und zur Bildung der S-förmigen Rezirkulationszone innerhalb der ersten Verbrennungszone beitragen kann.
Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Magerbrennkammer bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Magereinspritzdüsen, die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm und einen Magereinspritzdüsenkopf mit einer Magereinspritzdüsenspitze umfassen, wobei die Magereinspritzdüsenspitze einen Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser(d) aufweist, wobei der Magereinspritzdüsenkopf eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse umfasst, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse koaxial und radial außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse angeordnet ist; und eine Brennkammer, die sich entlang einer axialen Richtung erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand, eine radial äußere ringförmige Wand und eine Tragplatte umfasst, die stromaufwärts der radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wand mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist, die zur Aufnahme der Magereinspritzdüsenspitzen ausgebildet sind. Die radial innere ringförmige Wand, die radial äußere ringförmige Wand und die Tragplatte definieren die Größe und Form der Brennkammer. Die Magerbrennkammer des vierten Aspekts umfasst ferner einen Vordiffusor, der stromaufwärts des Magereinspritzdüsenkopfes angeordnet ist und dazu dient, die Brennkammer mit komprimierter Luft zu versorgen. Der Vordiffusor ist im Allgemeinen ringförmig und umfasst radial verlaufende innere und radial verlaufende äußere Wände, die einen Auslass für die Komprimierte Luft bilden. Ein Dunstabstand (g) ist definiert als axialer Abstand zwischen einem Mittelpunkt zwischen den radial inneren und radial äußeren Wänden des Vordiffusors an dem Auslass und einem Mittelpunkt zwischen den radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wänden der Brennkammer an der Tragplatte, wobei ein Verhältnis g/d des Dunstabstands zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser des Magereinspritzdüsenkopfes kleiner als 1,30 ist.
Das Verhältnis g/d des Dunstabstand g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann weniger als 1,25, beispielsweise weniger als 1,2 oder weniger als 1,15 betragen. Das Verhältnis g/d des Dunstabstand g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,65, beispielsweise größer als 0,7, oder größer als 0,75, oder größer als 0,8 oder größer als 0,85 sein.
Die Brennkammer der Magerbrennkammer des vierten Aspekts weist eine Brennkammerlänge (L) auf und kann eine erste Verbrennungszone mit einer ersten Verbrennungszonenlänge (Z) und einer zweiten Verbrennungszonentiefe (D) sowie eine zweite Verbrennungszone mit einer zweiten Verbrennungszonentiefe (L-Z) definieren, die stromabwärts von der ersten Verbrennungszone angeordnet ist.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe D zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 2,4, z. B. kleiner als 2,3, oder kleiner als 2,2, oder kleiner als 2,1 oder kleiner als 2,0 sein. Das Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,2, z. B. größer als 1,3 oder größer als 1,4 oder größer als 1,5 sein.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zur ersten Verbrennungszonentiefe D weniger als 2,0, beispielsweise weniger als 1,9 oder weniger als 1,8 oder weniger als 1,75 oder weniger als 1,70 oder weniger als 1,65 oder weniger als 1,60 betragen. Das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zu der ersten Verbrennungszonentiefe D kann größer als 1,0 sein, z. B. größer als 1,05, oder größer als 1,10, oder größer als 1,15, oder größer als 1,20, oder größer als 1,25.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 5 sein, beispielsweise kleiner als 4,5 oder kleiner als 4 oder kleiner als 3,5 oder kleiner als 3 oder kleiner als 2,8 oder kleiner als 2,6 oder kleiner als 2,5 oder kleiner als 2,45 oder kleiner als 2,4. Das Verhältnis L/d der der Brennkammerlänge L zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 1,5 sein, beispielsweise größer als 1,7, oder größer als 1,8, oder größer als 1,85, oder größer als 1,9, oder größer als 2,0.
In Ausführungsformen kann das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d weniger als 1,40, beispielsweise weniger als 1,35, oder weniger als 1,30, oder weniger als 1,25 oder weniger als 1,20 betragen. Das Verhältnis Z/d der Verbrennungszonenlänge Z zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kann größer als 0,70, z. B. größer als 0,75, oder größer als 0,80, oder größer als 0,85 oder größer als 0,90 sein.
Gemäß einem fünften Aspekt wird ein Gasturbinentriebwerk mit einer Magerbrennkammer gemäß einem der oben beschriebenen Aspekte bereitgestellt.
Bei dem Gasturbinentriebwerk des fünften Aspekts kann es sich um ein Gasturbinentriebwerk für Luftfahrt, Industrie- und Schifffahrtsanwendungen handeln.
In Ausführungsformen kann das Gasturbinentriebwerk ferner umfassen: einen Triebwerkskern mit einem Verdichter, einer Brennkammer, einer Turbine und einer Kernwelle, die die Turbine mit dem Verdichter verbindet; und einen stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordneten Fan, wobei der Fan eine Vielzahl von Schaufelblättern umfasst, wobei die Brennkammer der Magerbrennkammer gemäß einem der ersten, zweiten, dritten und vierten Aspekte entspricht.
Der Verdichter und die Turbine können sich um eine Hauptrotationsachse des Triebwerks drehen, und die axiale Richtung der Brennkammer kann parallel zur Hauptrotationsachse des Triebwerks verlaufen.
Wie bereits erwähnt, kann die Magerbrennkammer gemäß der Offenbarung für Triebwerke ausgelegt sein, die für den Einbau in kleine, mittlere und große Luftfahrzeuge geeignet sind. Dementsprechend kann der Fan des Gasturbinentriebwerks gemäß dem fünften Aspekt einen Fandurchmesser aufweisen, der größer ist als (oder in der Größenordnung von): 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (etwa 100 Zoll), 260 cm, 270 cm (etwa 105 Zoll), 280 cm (etwa 110 Zoll), 290 cm (etwa 115 Zoll), 300 cm (etwa 120 Zoll), 310 cm, 320 cm (etwa 125 Zoll), 330 cm (etwa 130 Zoll), 340 cm (etwa 135 Zoll), 350 cm, 360 cm (etwa 140 Zoll), 370 cm (etwa 145 Zoll), 380 cm (etwa 150 Zoll), 390 cm (etwa 155 Zoll), 400 cm, 410 cm (etwa 160 Zoll) oder 420 cm (etwa 165 Zoll). Der Fandurchmesser kann in einem Bereich liegen, der durch zwei beliebige der im vorhergehenden Satz genannten Werte begrenzt wird (d. h. die Werte können obere oder untere Grenzen bilden), beispielsweise im Bereich von 240 cm bis 280 cm oder 330 cm bis 380 cm.
Vorkehrungen im Sinne der vorliegenden Offenbarung können insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, für Fans von Vorteil sein, die über ein Getriebe angetrieben werden. Dementsprechend kann das Gasturbinentriebwerk ein Getriebe umfassen, das einen Antrieb über die Kernwelle erhält und diesen an den Fan abgibt, um den Fan mit einer niedrigeren Drehzahl als die der Kernwelle anzutreiben. Der Antrieb des Getriebes kann direkt von der Kernwelle oder indirekt von der Kernwelle erfolgen, beispielsweise über eine Stirnwelle und/oder ein Zahnrad. Die Kernwelle kann die Turbine und den Verdichter starr verbinden, so dass die Turbine und der Verdichter mit der gleichen Drehzahl rotieren (wobei der Fan mit einer niedrigeren Drehzahl rotiert).
Das hier beschriebene und/oder beanspruchte Gasturbinentriebwerk kann jede geeignete allgemeine Architektur aufweisen. Zum Beispiel kann das Gasturbinentriebwerk eine beliebige Anzahl von Wellen haben, die Turbinen und Verdichter verbinden, zum Beispiel eine, zwei oder drei Wellen. Rein beispielhaft kann die mit der Kernwelle verbundene Turbine eine erste Turbine sein, der mit der Kernwelle verbundene Verdichter kann ein erster Verdichter sein, und die Kernwelle kann eine erste Kernwelle sein. Der Triebwerkskern kann ferner eine zweite Turbine, einen zweiten Verdichter und eine zweite Kernwelle umfassen, wobei die zweite Turbine mit dem zweiten Verdichter verbindet. Die zweite Turbine, der zweite Verdichter und die zweite Kernwelle können so angeordnet sein, dass sie sich mit einer höheren Drehzahl drehen als die erste Kernwelle.
In einer solchen Anordnung kann der zweite Verdichter axial stromabwärts des ersten Verdichters angeordnet sein. Der zweite Verdichter kann so angeordnet sein, dass er den Strom des ersten Verdichters aufnimmt (z. B. direkt, z. B. über eine allgemein ringförmige Leitung).
Das Getriebe kann so ausgebildet sein, dass es von der Kernwelle angetrieben wird (z. B. im Betrieb), die mit der niedrigsten Drehzahl rotiert (z. B. die erste Kernwelle im obigen Beispiel). Zum Beispiel kann das Getriebe so ausgebildet sein, dass es nur von der Kernwelle angetrieben wird, die so konfiguriert ist, dass sie sich (zum Beispiel im Betrieb) mit der niedrigsten Drehzahl dreht (zum Beispiel nur die erste Kernwelle und nicht die zweite Kernwelle im obigen Beispiel). Alternativ kann das Getriebe so eingerichtet sein, dass es von einer oder mehreren Wellen angetrieben wird, z. B. von der ersten und/oder zweiten Welle im obigen Beispiel.
Bei dem Getriebe kann es sich um ein Untersetzungsgetriebe handeln (d. h. die Ausgangsdrehzahl zum Fan hat eine geringere Drehzahl als der Eingangsdrehzahl von der Kernwelle). Es kann jeder Getriebetyp verwendet werden. Das Getriebe kann beispielsweise ein „Planeten-“ oder „Sternrad“-Getriebe sein, wie an anderer Stelle in diesem Dokument näher beschrieben. Das Getriebe kann ein beliebiges Untersetzungsverhältnis haben (definiert als die Drehzahl der Eingangswelle geteilt durch die Drehzahl der Ausgangswelle), z. B. größer als 2,5, z. B. im Bereich von 3 bis 4,2, oder 3,2 bis 3,8, z. B. in der Größenordnung von oder mindestens 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1 oder 4,2. Das Übersetzungsverhältnis kann z. B. zwischen zwei der im vorstehenden Satz genannten Werte liegen. Rein beispielhaft kann das Getriebe ein „Sternrad“-Getriebe mit einer Übersetzung im Bereich von 3,1 oder 3,2 bis 3,8 sein.
Gemäß einem Aspekt wird ein Luftfahrzeug mit einem Gasturbinentriebwerk, wie hierin beschrieben und/oder beansprucht, bereitgestellt. Das Luftfahrzeug nach diesem Aspekt ist das Luftfahrzeug, für das das Gasturbinentriebwerk zur Anbringung vorgesehen ist.
Der Fachmann wird verstehen, dass ein Merkmal oder ein Parameter, das bzw. der in Bezug auf einen der oben genannten Aspekte beschrieben wird, auch auf jeden anderen Aspekt angewendet werden kann, sofern sich diese nicht gegenseitig ausschließen. Darüber hinaus kann jedes hier beschriebene Merkmal oder jeder hier beschriebene Parameter auf jeden Aspekt angewandt und/oder mit jedem anderen hier beschriebenen Merkmal oder Parameter kombiniert werden, sofern sich diese nicht gegenseitig ausschließen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei:

1 eine Seitenschnittansicht eines Gasturbinentriebwerks ist;
2 eine Seitenschnittgroßansicht eines stromaufwärtigen Abschnitts des Gasturbinentriebwerks der 1 ist;
3 eine zum Teil weggeschnitte Ansicht eines Getriebes für ein Gasturbinentriebwerk ist;
4 eine partielle Rückansicht einer Magerbrennkammer in Übereinstimmung mit der Offenbarung ist;
5 eine Seitenschnittansicht der Magerbrennkammer der 4 entlang der Pfeile A-A ist; und
6 eine schematische Darstellung einer S-förmigen Strömungsrezirkulation in einer ersten Verbrennungszone der Magerbrennkammer der 4 und 5 ist.

Detaillierte Beschreibung der Offenbarung
1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk, das allgemein mit 10 bezeichnet ist und eine Hauptrotationsachse 9 aufweist. Das Triebwerk 10 umfasst einen Lufteinlass 12 und einen antreibenden Fan mit einer Vielzahl von Schaufelblättern 23, der zwei Luftströme erzeugt: einen Kernluftstrom A und einen Bypass-Luftstrom B. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Triebwerkskern 11, der den Kernluftstrom A empfängt. Der Triebwerkskern 11 umfasst in axialer Reihe einen Niederdruckverdichter 14, einen Hochdruckverdichter 15, eine Verbrennungseinrichtung mit einer Magerbrennkammer 16, eine Hochdruckturbine 17, eine Niederdruckturbine 19 und eine Kernauslassdüse 20. Das Gasturbinentriebwerk 10 ist im Allgemeinen von einer Gondel 21 umgeben, die einen Bypass-Kanal 22 und eine Bypass-Abgasdüse 18 aufweist. Der Bypass-Luftstrom B strömt durch den Bypass-Kanal 22. Der Fan ist über eine Welle 26 und ein Planetengetriebe 30 mit der Niederdruckturbine 19 verbunden und wird von dieser angetrieben.
Im Betrieb wird der Kernluftstrom A durch den Niederdruckverdichter 14 beschleunigt und verdichtet und in den Hochdruckverdichter 15 geleitet, wo eine weitere Verdichtung stattfindet. Die aus dem Hochdruckverdichter 15 austretende Komprimierte Luft wird in die Verbrennungseinrichtung 16 geleitet, wo sie mit Kraftstoff vermischt und das Gemisch verbrannt wird. Die dabei entstehenden heißen Verbrennungsprodukte expandieren dann durch die Hoch- und Niederdruckturbinen 17, 19 und treiben diese an, bevor sie durch die Düse 20 ausgestoßen werden, um einen Vortrieb zu erzeugen. Die Hochdruckturbine 17 treibt den Hochdruckverdichter 15 über eine geeignete Verbindungswelle 27 an. Der Fan sorgt im Allgemeinen für den größten Teil des Antriebsschubs. Das Planetengetriebe 30 ist ein Untersetzungsgetriebe.
Es ist zu beachten, dass die hier verwendeten Begriffe „Niederdruckturbine“ und „Niederdruckverdichter“ die Turbinenstufen mit dem niedrigsten Druck und die Verdichterstufen mit dem niedrigsten Druck (d. h. ohne den Fan) bzw. die Turbinen- und Verdichterstufen bezeichnen, die durch die Verbindungswelle 26 mit der niedrigsten Drehzahl im Triebwerk miteinander verbunden sind (d. h. ohne die Getriebeausgangswelle, die den Fan antreibt). In der Literatur werden die „Niederdruckturbine“ und der „Niederdruckverdichter“, auf die hier Bezug genommen wird, auch als „Mitteldruckturbine“ und „Mitteldruckverdichter“ bezeichnet. Wird eine solche alternative Nomenklatur verwendet, so kann der Fan als erste Verdichtungsstufe bzw. als Stufe mit dem niedrigsten Druck bezeichnet werden.
Andere Gasturbinentriebwerke, auf die die vorliegende Offenbarung angewendet werden kann, können andere Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise können solche Triebwerke eine andere Anzahl von Verbindungswellen (z. B. zwei) und/oder eine andere Anzahl von Verdichtern und/oder Turbinen aufweisen. Ferner kann das Triebwerk ein Triebwerk ohne Getriebe sein, d. h. das Triebwerk kann kein Getriebe im Antriebsstrang von der Turbine zum Verdichter und/oder Fan aufweisen.
In 2 ist das Getriebe 30 des Gasturbinentriebwerks 10 ausführlicher dargestellt. Die Niederdruckturbine 19 (siehe 1) treibt die Welle 26 an, die mit einem Sonnenrad 28 des Planetengetriebes 30 gekoppelt ist. Radial außerhalb des Sonnenrads 28 und mit diesem verzahnt sind eine Vielzahl von Planetenrädern 32 angeordnet, die durch einen Planetenträger 34 miteinander verbunden sind. Der Planetenträger 34 zwingt die Planetenräder 32, sich synchron um das Sonnenrad 28 zu drehen, wobei jedes Planetenrad 32 um seine eigene Achse rotieren kann. Der Planetenträger 34 ist über Verbindungsmittel 36 mit dem Fan 23 gekoppelt, um dessen Rotation um die Triebwerksachse 9 anzutreiben. Radial außerhalb der Planetenräder 32 und mit diesen verzahnt befindet sich ein Hohlrad oder Hohlrad 38, das über Gestänge 40 mit einer ortsfesten Tragstruktur 24 gekoppelt ist.
Das Planetengetriebe 30 ist in 3 beispielhaft und detailliert dargestellt. Das Sonnenrad 28, die Planetenräder 32 und das Hohlrad 38 weisen an ihrem Umfang jeweils eine Verzahnung auf, die mit den anderen Zahnrädern ineinandergreift. Der Übersichtlichkeit halber sind in 3 jedoch nur beispielhafte Teile der Zähne dargestellt. Es sind vier Planetenräder 32 dargestellt, obwohl es für den erfahrenen Leser offensichtlich ist, dass mehr oder weniger Planetenräder 32 im Rahmen der beanspruchten Erfindung vorgesehen sein können. Praktische Anwendungen eines Planetengetriebes 30 umfassen im Allgemeinen mindestens drei Planetenräder 32.
Bei dem in den 2 und 3 beispielhaft dargestellten Planetengetriebe 30 handelt es sich um ein Planetengetriebe, bei dem der Planetenträger 34 über Verbindungsmittel 36 mit einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei das Hohlrad 38 feststeht. Es kann jedoch auch jeder andere geeignete Typ eines Planetengetriebes 30 verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann das Planetengetriebe 30 sternförmig angeordnet sein, wobei der Planetenträger 34 fixiert ist und das Hohlrad 38 sich drehen kann. In einer solchen Anordnung wird der Fan 23 durch das Hohlrad 38 angetrieben. Als weiteres alternatives Beispiel kann das Getriebe 30 ein Differentialgetriebe sein, bei dem sowohl das Hohlrad 38 als auch der Planetenträger 34 drehbar sind.
Es versteht sich, dass die in 2 und 3 gezeigte Anordnung lediglich beispielhaft ist und verschiedene Alternativen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen. Dementsprechend erstreckt sich die vorliegende Offenbarung auf ein Gasturbinentriebwerk mit einer beliebigen Anordnung von Getriebearten (z. B. Stern- oder Planetengetriebe), Tragstrukturen, Eingangs- und Ausgangswellenanordnung und Lagerstellen.
Die 4 und 5 zeigen die Magerbrennkammer 16 in größerem Detail.
Die Magerbrennkammer 16 umfasst eine Vielzahl von Kraftstoffzuführungsarmen 50, die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm 52 und einen Magereinspritzdüsenkopf 54 umfassen. Der Kraftstoffzuführungsarm 52 führt dem Magereinspritzdüsenkopf 54, in dem Kraftstoff und Luft gemischt werden, Kraftstoff von einem Verteilersystem (nicht abgebildet) zu.
Der Magereinspritzdüsenkopf 54 besteht aus einer Pilotkraftstoffeinspritzdüse 56 und einer radial äußeren Hauptkraftstoffeinspritzdüse 58. Die Hauptkraftstoffeinspritzdüse 58 ist koaxial um die Pilotkraftstoffeinspritzdüse 56 angeordnet. Der Magereinspritzdüsenkopf 54 umfasst außerdem Luftverwirbler (der Einfachheit halber nicht dargestellt). Nach bekannten Anordnungen kann der Magereinspritzdüsenkopf 54 drei, vier oder fünf Luftverwirbler umfassen, die für die Erzeugung von Wirbelluftströmen sorgen, die den Kraftstoff aus den Pilotkraftstoffeinspritzdüsen und den Hauptkraftstoffeinspritzdüsen zerstäuben. Die Luftverwirbler können Wirbelschaufeln umfassen.
Beispielsweise kann sich bei einer Anordnung mit drei Luftverwirblern die Pilotkraftstoffeinspritzdüse zwischen inneren und äußeren Luftverwirblern und die Hauptkraftstoffeinspritzdüse ebenfalls zwischen inneren und äußeren Luftverwirblern angeordnet sein, wobei der äußere Luftverwirbler der Pilotkraftstoffeinspritzdüse den inneren Luftverwirbler der Hauptkraftstoffeinspritzdüse darstellt. Bei einer Anordnung mit vier Luftverwirblern teilen sich die Pilotkraftstoffeinspritzdüse und die Hauptkraftstoffeinspritzdüse keine Luftverwirbler, so dass sowohl die Pilotkraftstoffeinspritzdüse als auch die Hauptkraftstoffeinspritzdüse jeweils einen eigenen Satz innerer und äußerer Luftverwirbler aufweisen. Bei einer Anordnung mit fünf Luftverwirblern ist ein zusätzlicher Luftverwirbler zwischen dem äußeren Luftverwirbler der Pilotkraftstoffeinspritzdüse und dem inneren Luftverwirbler der Hauptkraftstoffeinspritzdüse vorgesehen.
Die Magerbrennkammer 16 umfasst ferner eine Brennkammer 60, die sich in einer axialen Richtung 62 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform verläuft die axiale Richtung 62 im Wesentlichen parallel zur Hauptrotationsachse 9 des Triebwerks. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann die axiale Richtung 62 in einer nicht-parallelen Richtung zur Hauptrotationsachse 9 des Triebwerks verlaufen. Mit anderen Worten, die Brennkammern können sich winkelig zur axialen Richtung 62 erstrecken, zum Beispiel in einem Winkel zwischen 0° und 20°.
Die Brennkammer 60 umfasst eine radial innere ringförmige Wand 64, eine radial äußere ringförmige Wand 66 und eine Tragplatte („meter panel“) 68, die stromaufwärts der radial inneren und radial äußeren ringförmigen Wand 64, 66 angeordnet ist. Axial gegenüber der Tragplatte 68 weist die Brennkammer 60 einen ringförmigen Auslass 67 auf, durch den das verbrannte Gas die Brennkammer 60 verlässt. Der ringförmige Auslass ist zwischen den jeweiligen stromabwärtigen Endabschnitten der radial inneren ringförmigen Wand 64 und der radial äußeren ringförmigen Wand 66 der Brennkammer 60 definiert. Mit anderen Worten: Die Brennkammer 60 erstreckt sich axial von der stromaufwärts gelegenen Tragplatte 68 und dem stromabwärts gelegenen ringförmigen Auslass 67 über eine Länge L.
Die Tragplatte 68 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen 70 zur Aufnahme der Magereinspritzdüsen 50 versehen. Im Einzelnen sind die Magereinspritzdüsen 50 mit der Tragplatte 68 an Magereinspritzdüsenspitze 72 des Magereinspritzdüsenkopfs 54 verbunden, der koaxial in der Öffnung 70 eingelassen ist.
Der Magereinspritzdüsenkopf 54 kann sich im Allgemeinen entlang einer Längsrichtung 55 erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform ist die Längsrichtung 55 parallel zur axialen Richtung 62. Mit anderen Worten, der zwischen der Längsrichtung 55 und der axialen Richtung 62 definierte Kippwinkel α_kipp beträgt 0°. In einer nicht dargestellten Ausführungsform muss der Magereinspritzdüsenkopf 54 nicht koaxial mit der Öffnung 70 sein, oder mit anderen Worten, der Kippwinkel α_kipp kann von 0° abweichen, beispielsweise zwischen 0° und 10° liegen.
Die Magereinspritzdüsen 50 sind so konfiguriert, dass sie Kraftstoff und Luft in die Brennkammer 50 einspritzen. An der Tragplatte 68 ist in der Mitte zwischen der radial inneren ringförmigen Wand 64 und der radial äußeren ringförmigen Wand 66 ein Mittelpunkt 69 an der Tragplatte definiert.
Die Magereinspritzdüsenspitze 72 weist einen Magereinspritzdüsenspitzendurchmesser d auf, der dem Durchmesser der Öffnung 70 entspricht.
Die radial innere ringförmige Wand 64 und die radial äußere ringförmige Wand 66 sind an ihren stromaufwärts gelegenen Endabschnitten mit der Tragplatte 68 verbunden. Die radial innere ringförmige Wand 64, die radial äußere ringförmige Wand 66 und die Tragplatte 68 definieren mit ihren jeweiligen Innenflächen die Größe und Form der Brennkammer 60.
In nicht dargestellten Ausführungsformen können die radial innere ringförmige Wand 64, die radial äußere ringförmige Wand 66 und die Tragplatte 68 jeweils entsprechende Kacheln umfassen. Falls vorhanden, definieren die Kacheln die jeweiligen Innenflächen der radial inneren ringförmigen Wand 64, der radial äußeren ringförmigen Wand 66 und der Tragplatte 68 und damit die Größe und Form der Brennkammer 60, in der die Verbrennung stattfindet. Die Kacheln bzw. die Innenflächen der radial inneren ringförmigen Wand 64, der radial äußeren ringförmigen Wand 66 und der Tragplatte 68 sind dem Verbrennungsprozess in der Brennkammer 60 zugewandt und stehen in Kontakt mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder den Verbrennungsgasen.
Die radial äußere ringförmige Wand 66 erstreckt sich im Wesentlichen in axialer Richtung zwischen der Tragplatte 68 und dem ringförmigen Auslass 67. Mit anderen Worten, die radial äußere ringförmige Wand 66 bildet mit der axialen Richtung 62 einen Außenwinkel α_außen, der im Wesentlichen gleich 0° ist. In nicht dargestellten Ausführungsformen kann sich die radial äußere ringförmige Wand 66 entlang einer Richtung erstrecken, die mit der axialen Richtung 62 einen von 0° Außenwinkel α_außen bildet, der beispielsweise zwischen 0° und 15° liegt.
Die radial äußere ringförmige Wand 66 besteht aus einem ersten Teil 74 und einem zweiten Teil 75. Der erste Teil 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 ist stromaufwärts des zweiten Teils 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 angeordnet. Ein stromaufwärtiger Teil des ersten Teils 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 ist mit der Tragplatte 68 verbunden. Ein stromabwärts gelegener Endabschnitt des zweiten Teils 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 definiert den ringförmigen Auslass 67 der Brennkammer 60. In der dargestellten Ausführungsform sind der erste Teil 74 und der zweite Teil 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 einstückig und entlang der axialen Richtung 62 kollinear zueinander ausgerichtet.
Die radial innere ringförmige Wand 64 besteht aus einem ersten Teil 76 und einem zweiten Teil 77. Der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist stromaufwärts vom zweiten Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 angeordnet. Ein stromaufwärts angeordneter Abschnitt des ersten Teils 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist mit der Tragplatte 68 verbunden. Ein stromabwärts gelegener Endabschnitt des zweiten Teils 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 definiert zusammen mit dem stromabwärts gelegenen Endabschnitt des zweiten Teils 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 den ringförmigen Auslass 67 der Brennkammer 60. Der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist in einem Winkel zum zweiten Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 angeordnet. Der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist im Allgemeinen parallel zur axialen Richtung 62 angeordnet. Der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist im Allgemeinen parallel zu dem ersten Teil 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 angeordnet. Der zweite Teil 75 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist in Richtung der radial äußeren ringförmigen Wand 66 in stromabwärtiger Richtung konvergierend, um den ringförmigen Auslass 67 zu bilden. Der zweite Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 ist in einem Winkel zu dem ersten Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 angeordnet. Außerdem bildet der zweite Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 einen Innenwinkel ainnen mit dem ersten Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64. Der Innenwinkel ainnen liegt im Allgemeinen zwischen 25° und 40°. Da der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 76 und die radial äußere ringförmige Wand 74 im Allgemeinen parallel zur axialen Richtung 62 verlaufen, ist der zweite Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 unter dem Innenwinkel α_innen zur axialen Richtung 62 und zur radial äußeren ringförmigen Wand 74 angeordnet.
Die Brennkammer 60 umfasst eine erste Verbrennungszone 80 und eine zweite Verbrennungszone 82.
Die erste Verbrennungszone 80 wird durch den ersten Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64, den ersten Teil 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 und die Tragplatte 68 begrenzt. Die primäre Verbrennungszone 80 ist im Querschnitt ringförmig und erstreckt sich axial von der Tragplatte 68 über eine Länge Z. In der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich sowohl der erste Teil 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 als auch der erste Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 axial über die Länge Z. Darüber hinaus erstreckt sich die primäre Verbrennungszone 80 radial, d. h. in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung 62, über eine Tiefe D zwischen dem ersten Teil 76 der radial inneren ringförmigen Wand 64 und dem ersten Teil 74 der radial äußeren ringförmigen Wand 66.
Die zweite Verbrennungszone 82, die stromabwärts der ersten Verbrennungszone 80 angeordnet ist, wird durch den zweiten Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 und den zweiten Teil 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 begrenzt. In der Praxis erstreckt sich die zweite Verbrennungszone 82 von einem stromabwärtigen Endabschnitt der ersten Verbrennungszone 80 bis zum ringförmigen Auslass 67. Die zweite Verbrennungszone 82 erstreckt sich in axialer Richtung über eine Länge L-Z. In der beschriebenen Ausführungsform erstreckt sich der zweite Teil 75 der radial äußeren ringförmigen Wand 66 über die gleiche Länge L-Z und der zweite Teil 77 der radial inneren ringförmigen Wand 64 über eine Länge gleich (L-Z) x sin ainnen. Die zweite Verbrennungszone 82 ist ring- und kegelstumpfförmig und konvergiert stromabwärts in Richtung des ringförmigen Auslasses 67.
Die Brennkammer 60 ist so dimensioniert, dass das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge L zu der ersten Verbrennungszonentiefe D kleiner als 2,0, z. B. kleiner als 1,60, und größer als 1,0, z. B. größer als 1,25, ist. Das Verhältnis L/D, das kleiner als 2,0, z. B. kleiner als 1,60, und größer als 1,0, z. B. größer als 1,25, ist, ermöglicht es, die Aerodynamik des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das von den Haupt- und Pilotkraftstoffeinspritzdüsen 56, 58 und dem entsprechenden Luftverwirblern kommt, zu optimieren und die Verbrennungseffizienz zu erhöhen.
Dies wird anhand von 6 näher erläutert.
Das Kraftstoff-Luft-Gemisch bewegt sich in der ersten Verbrennungszone 80 entlang einer so genannten S-förmigen Flugbahn 86. Das von der Magereinspritzdüsenspitze 72 kommende Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisch erreicht einen Stagnationspunkt SP, an dem die lokale Geschwindigkeit des Geschwindigkeit des Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisches gleich Null ist, und wird anschließend nach hinten in Richtung der radial äußeren und radial inneren ringförmigen Wand 74, 76 umgelenkt (aufgrund des niedrigen statischen Drucks Hauptkraftstoff- und Luft-Gemisches 84 ausgeübt wird), wo das Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisch in Kontakt mit dem Hauptkraftstoff- und Luft-Gemisch 84 tritt und dessen Verbrennung unterstützt/stabilisiert.
Das Verhältnis L/D, das kleiner als 2,0, z. B. kleiner als 1,60, und größer als 1,0, z. B. größer als 1,25, ist, ermöglicht die S-förmige Strömungsrezirkulation des Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisches innerhalb der ersten Verbrennungszone 80. Mit anderen Worten, der Stagnationspunkt SP des Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisches befindet sich innerhalb der ersten Verbrennungszone 80 und das Pilotkraftstoff- und Luft-Gemisch vermischt sich mit dem Hauptkraftstoff- und Luft-Gemisch 84 innerhalb der ersten Verbrennungszone 80.
Andere dimensionslose Parameter können sich positiv auf die Bildung der S-förmigen Flugbahn des Kraftstoff- und Luft-Gemisches 86 innerhalb der ersten Verbrennungszone 80 auswirken.
Die Brennkammer 60 kann so dimensioniert sein, dass das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge L zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 5 oder kleiner als 2,5 und größer als 1,5 oder größer als 2,0 ist. In einer Ausführungsform kann die Brennkammer 60 ein Verhältnis L/d von 3.5.
Darüber hinaus kann die Brennkammer 60 so dimensioniert sein, dass das Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe D zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d des Magereinspritzdüsenkopfes zwischen 1,2 und 2,4, vorzugsweise zwischen 2,0 und 2,4 liegt. In einer Ausführungsform kann die Brennkammer 60 ein Verhältnis D/d von 2,2 aufweisen.
Außerdem kann die Brennkammer 60 so dimensioniert sein, dass das Verhältnis Z/d der ersten Verbrennungszonenlänge Z zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d größer als 0,70 und kleiner als 1,40 ist, vorzugsweise zwischen 0,9 und 1,25 liegt. In einer Ausführungsform kann die Brennkammer 60 ein Verhältnis Z/d von 1.05 haben.
Die oben genannten Verhältnisse (L/d, D/d und Z/d) können dazu beitragen, die Aerodynamik des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das aus den Haupt- und Pilotkraftstoffeinspritzdüsen 56, 58 und dem entsprechenden Luftverwirbler kommt, zu optimieren und die Verbrennungseffizienz zu erhöhen.
Es ist zu beachten, dass alle oben genannten Verhältnisse (L/D, L/d, D/d und Z/d) dimensionslos sind und daher für Magerbrennkammern eines breiten Größenbereichs gelten. Beispielsweise kann D zwischen 90 mm und 150 mm, z. B. zwischen 110 mm und 140 mm, d zwischen 60 mm und 100 mm, z. B. zwischen 70 mm und 85 mm, Z zwischen 50 mm und 130 mm, z. B. zwischen 60 mm und 110 mm, und L zwischen 100 mm und 200 mm liegen.
Die Magerbrennkammer 16 umfasst ferner einen Vordiffusor 90 zur Versorgung des Magereinspritzdüsenkopfs 54 mit komprimierter Luft aus dem Hochdruckverdichter 15. Der Vordiffusor ist ringförmig und umfasst eine radial innere Wand 92 und eine radial äußere Wand 94, die einen Auslass 96 für die komprimierte Luft bilden. Ein Vordiffusor-Mittelpunkt 98 ist in der Mitte zwischen der radial inneren Wand 92 und der radial äußeren Wand 94 am Auslass 96 definiert.
Der Vordiffusor 90 ist stromaufwärts des Magereinspritzdüsenkopfes 54 in einem Abstand g (Dunstabstand) von der Tragplatte 68 angeordnet. Der Dunstabstand g ist definiert als axialer Abstand zwischen dem Vordiffusor-Mittelpunkt 98 und dem Tragplatten-Mittelpunkt 69. Der Vordiffusor 90 ist von der Brennkammer 60 so beabstandet, dass das Verhältnis g/d des Dunstabstands g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 1,30, z. B. kleiner als 1,15, und größer als 0,65, z. B. größer als 0,85, sein kann. In einer Ausführungsform kann die Brennkammer 60 ein Verhältnis g/d von 1,05 aufweisen.
Die Anordnung des Vordiffusors 90 in einem solchen Abstand von der Tragplatte 68, dass das Verhältnis g/d des Dunstabstands g zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser d kleiner als 1,30 und größer als 0,65 sein kann, kann die Aerodynamik des Pilot- und Hauptkraftstoff-Luft-Gemischs in der Brennkammer 60 und insbesondere in der ersten Verbrennungszone 80 weiter verbessern.
Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf ein Turbofan-Gasturbinentriebwerk beschrieben wurde, ist es ebenso möglich, die vorliegende Offenbarung bei einem Turbojet-Gasturbinentriebwerk, einem Turbowellen-Gasturbinentriebwerk oder einem Turbo-Prop-Gasturbinentriebwerk anzuwenden. Obwohl die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf ein Luftfahrtgasturbinentriebwerk beschrieben wurde, ist es ebenso möglich, die vorliegende Offenbarung bei einem Schiffsgasturbinentriebwerk oder einem industriellen Gasturbinentriebwerk zu verwenden.

Claims

Magerbrennkammer (16), die Folgendes umfasst: - eine Vielzahl von Magereinspritzdüsen (50), die jeweils einen Kraftstoffzuführungsarm (52) und einen Magereinspritzdüsenkopf (54) mit einer Magereinspritzdüsenspitze (72) aufweisen, wobei die Magereinspritzdüsenspitze (72) einen Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser (d) aufweist, wobei der Magereinspritzdüsenkopf (54) eine Pilotkraftstoffeinspritzdüse (56) und eine Hauptkraftstoffeinspritzdüse (58) umfasst, wobei die Hauptkraftstoffeinspritzdüse (58) koaxial zur Pilotkraftstoffeinspritzdüse (56) und in radialer Richtung außerhalb der Pilotkraftstoffeinspritzdüse (56) angeordnet ist; und - eine Brennkammer (60), die sich entlang einer axialen Richtung (62) erstreckt und eine radial innere ringförmige Wand (64), eine radial äußere ringförmige Wand (66) und eine Tragplatte (68) umfasst, die stromaufwärts von der radial inneren Wand (64) und von der radial äußeren ringförmigen Wand (66) angeordnet ist und die mit einer Vielzahl von Öffnungen (70) versehen ist, die zur Aufnahme der Magereinspritzdüsenspitzen (72) ausgebildet sind, wobei die radial innere ringförmige Wand (64), die radial äußere ringförmige Wand (66) und die Tragplatte (68) die Größe und Form der Brennkammer (60) definieren, wobei die Brennkammer (60) eine Brennkammerlänge (L) aufweist und eine erste Verbrennungszone (80) mit einer ersten Verbrennungszonenlänge (Z) und einer ersten Verbrennungszonentiefe (D) und eine zweite Verbrennungszone (82) mit einer zweiten Verbrennungszonenlänge (L-Z) umfasst, die stromabwärts der ersten Verbrennungszone (80) angeordnet ist; wobei das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge zur ersten Verbrennungszonentiefe kleiner ist als 2,0 ist.
Magerbrennkammer nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge zur ersten Verbrennungszonentiefe weniger als 1,6 beträgt.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis L/D der Brennkammerlänge zur ersten Verbrennungszonentiefe größer als 1,0, vorzugsweise größer als 1,25 ist.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser kleiner als 5, vorzugsweise kleiner als 3 ist; und/oder wobei das Verhältnis L/d der Brennkammerlänge zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser größer als 1,5, vorzugsweise größer als 2,0 ist.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser kleiner als 2,4, vorzugsweise kleiner als 2,0 ist; und/oder wobei ein Verhältnis D/d der ersten Verbrennungszonentiefe zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser größer als 1,2, vorzugsweise größer als 1,5 ist.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis Z/d der ersten Verbrennungszonenlänge zum Durchmesser der Magereinspritzdüsenspitze kleiner als 1,40, vorzugsweise kleiner als 1,20 ist; und/oder wobei das Verhältnis Z/d der ersten Verbrennungszonenlänge Z zum Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser größer als 0,70, vorzugsweise größer als 0,90 ist.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Vordiffusor (90) aufweist, der stromaufwärts von dem Magereinspritzdüsenkopf (54) angeordnet ist und der dazu eingerichtet ist, die Brennkammer (60) mit komprimierter Luft zu versorgen, wobei der Vordiffusor (90) im allgemeinen ringförmig ist und radial innere und radial äußere Wände (92, 94) aufweist, die einen Auslass (96) definieren, wobei ein Dunstabstand (g) als axialer Abstand zwischen einem Mittelpunkt (98) zwischen den radial inneren und radial äußeren Wänden (92, 94) des Vordiffusors (90) am Auslass (96) und einem Mittelpunkt (69) zwischen den radial inneren und radial äußeren Wänden (92, 94) der Brennkammer (60) an der Tragplatte (68) definiert ist, wobei ein Verhältnis g/d von dem Dunstabstand zu dem Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser kleiner als 1,3, vorzugsweise kleiner als 1,15 ist.
Magerbrennkammer nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der das Verhältnis g/d zwischen dem Dunstabstand und dem Durchmesser der Magereinspritzdüsenspitzen-Durchmesser größer als 0,65, vorzugsweise größer als 0,85 ist.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radial äußere ringförmige Wand (66) der Brennkammer (60) mit der axialen Richtung (62) einen Außenwinkel α_außen bildet, wobei der Außenwinkel α_außen zwischen 0° und 15° liegt.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radial innere ringförmige Wand (64) der Brennkammer (60) einen ersten Teil (76) und einen zweiten Teil (77) aufweist, wobei der zweite Teil (77) mit dem ersten Teil (76) einen Innenwinkel α_innen bildet, der zwischen 15° und 50°, vorzugsweise zwischen 25° und 40° liegt.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Magereinspritzdüsenkopf (54) im Allgemeinen entlang einer Längsrichtung (55) erstreckt, wobei die Längsrichtung (55) mit der axialen Richtung (62) einen Kippwinkel α_kipp bildet, wobei der Kippwinkel α_kipp zwischen 0° und 10° liegt.
Magerbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radial innere ringförmige Wand (64), die radial äußere ringförmige Wand (66) und die Tragplatte (68) jeweils mit Kacheln versehen sind, wobei die Kacheln die entsprechenden Innenflächen der radial inneren ringförmigen Wand (64), der radial äußeren ringförmigen Wand (66) und der Tragplatte (68) definieren.
Gasturbinentriebwerk (10) mit einer Magerbrennkammer (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Gasturbinentriebwerk nach dem vorhergehenden Anspruch, das außerdem Folgendes umfasst: - einen Triebwerkskern (11) mit einem Verdichter (14), einer Brennkammer, einer Turbine (19) und einer Kernwelle (26), die die Turbine (19) mit dem Verdichter (14) verbindet, - einen stromaufwärts des Triebwerkskerns angeordneten Fan, der mehrere Schaufelblätter (23) umfasst, wobei die Brennkammer die Magerbrennkammer (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 14, bei dem sich der Verdichter (14) und die Turbine (19) um eine Hauptrotationsachse (9) des Triebwerks drehen, wobei die axiale Richtung (62) der Brennkammer (60) parallel zur Hauptrotationsachse (9) des Triebwerks verläuft.