DE1081277B

DE1081277B - Zweistrombrennkammer fuer Gasturbinen, insbesondere Gasturbinen-Strahltriebwerke

Info

Publication number: DE1081277B
Application number: DEE16318A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Johann Endres
Original assignee: Dr-Ing Johann Endres
Current assignee: Dr-Ing Johann Endres
Priority date: 1958-08-16
Filing date: 1958-08-16
Publication date: 1960-05-05

Description

Zweistrombrennkammer für Gasturbinen, insbesondere Gasturbinen-Strahltriebwerke Gasturbineri-Strahltriebwerke mit Zwischenerhitzung, insbesondere im inneren Verbrennungskreis von Zweikreis-Strahltriebwerken, zur Verbesserung von Schubleistung und Wirkungsgrad sind in verschiedenen Veröffentlichungen bekanntgeworden. Die Frage nach einer optimalen Lösung für die Anordnung einer Zwischenerhitzung ist wegen des zusätzlichen Bauaufwands jedoch noch völlig ungeklärt. So ist eine Anordnung bekannt, bei der eine zweite Brennkammer zwischen der ersten und zweiten Turbinenstufe angeordnet ist, die zu einer untragbaren Baulänge des Triebwerks führt. Auch die auf eine Direkteinspritzung in den Gasstrom vor der Niederdruckturbinenstufe im Gegenstrom- oder Tangentialstromverfahren hinzielenden Vorschläge erscheinen ebenfalls problematisch und verlangen ebenfalls zusätzliche Baulängen für die Ausbildung des Verbrennungs- und Mischraums zwischen erster und zweiter Turbinenstufe.
Die vorliegende Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Vorschläge durch die Anordnung einer kombinierten Zweistrombrennkammer, die in zwei, im wesentlichen koaxial zueinander angeordnete und von Parallelströmen durchflossene Teilbrennräume aufgeteilt ist.
Zwar ist bereits eine Zweistrombrennkammer bekanntgeworden, bei der die nebeneinander angeordneten Einzelbrennräume von Parallelströmen mit gleichen Eintrittsdrücken beaufschlagt werden, wobei der eine Brennraum ein in der Temperatur eingeschränktes Arbeitsmittel der einzigen Turbine zuleitet, während der andere Brennraum temperaturmäßig uneingeschränkte Schubgase führt. Die. Betreibung eines Strahltriebwerks mit Zwischenerhitzung ist mit dieser bekannten Anordnung-nicht möglich.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung des an sich; bekannten Arbeitsprozesses mit Haupt- und Zwischenerhitzung der eine Brennraum als Hauptbrennraum mit Hochdruckluft beaufschlagt wird und mit seinen Abgasen die Hochdruckturbine speist, der andere als Zwischenerhitzungs= brennraum mit unter einem Teildruck stehender Luft beschickt wird und die Niederdruckturbine speist.
Ferner ist nach der Erfindung der Hauptbrennraum, bei Ausbildung als an sich bekannte Ringbrennkanimer, an seinem Umfang zwischen den Hauptbrennern radial eingebuchtet, wobei in diesen Einbuchtungen jeweils die Brenner der außen um den Hauptbrennraum gelegten, ebenfalls ringförmigen Zwischenerhitzungskammer angeordnet sind.
Dient die Zweistrom-Brennkammer zur Erhitzung und Zwischenerhitzung der Primärkreisabgase eines Zweikreisstrahltriebwerks mit mehrstufiger Verdichtunz im Primärkreis und mit einer mechanisch unabhängigen Losturbine für den Antrieb des Sekundärverdichters, dann ist erfindungsgemäß der Hauptbrennraum in an sich bekannter Weise mit der Endstufe des Primärverdichters und der Zwischenerhitzungsbrennraurn, der die Losturbine speist, mit einer stromauf gelegenen Zwischenstufe des Primärverdichters verbunden.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Zweikreisstrahltriebwerk dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Es sind lediglich die zum Verständnis des Erfindungsgedankens erforderlichen grundlegenden technischen Merkmale dargestellt: - Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das Triebwerk entlang der Linie I-I mit Darstellung der beiden Brennkammerströme; -Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch die Brennkammeranordnung.
Die durch den Einlaufdiffusor 1 nach Fig. 1 eintretende Stauluft wird durch den Verdichter 2 auf den Optimaldruck des Sekundärkreises 3 und durch den Verdichter 4 auf den Optimaldruck der Zweistrom-Brennkammer 5 verdichtet. Die Brennkammer ist in einen äußeren Zwischenerhitzungsbrennraum 6 und einen inneren Hauptbrennraum 7 aufgeteilt, die mit unterschiedlichen Verdichtungsdrücken beaufschlagt sind. Der Zwischenerhitzungsbrennraum 6 arbeitet mit dem Druck einer Zwischenstufe 8 des Primärverdichters, während die innen gelegene Hauptbrennkammer 7 mit dem Druck der Endstufe 9 des Primärkreises beaufschlagt wird. Die innere Hauptbrennkammer 7 arbeitet mit den Kraftstoffdüsen 10 in bekannter Weise auf die nachgeschaltete Turbine 11, die über die Hohlwelle 12 den Primärkreisverdichter 4 antreibt. Der äußere Zwischenerhitzungsbrennraum 6 mit den Kraftstoffdüsen 13 arbeitet über den Umgehungskanal 14 und über den Abgasstrom 15 der ersten Turbinenstufe als Zwischenerhitzung auf die Losturbine 16, die ihre Leistung über die Welle 17 auf den Verdichter 2 des Sekundärkreises überträgt. Das Triebwerk ist in bekannter Weise als Zweiwellentriebwerk ausgebildet. Die Abgase des Primärkreises werden durch die Düse 18 ausgestoßen. Im Sekundärkreis wird zweckmäßigerweise zur Verbesserung von Schubleistung und Wirkungsgrad eine Zusatzverbrennung 19 angeordnet, wodurch Temperatur und Geschwindigkeit des Treibstrahls im Sekundärkreis vergrößert werden. Die Impulsmasse des Sekundärkreises wird durch die Düse 20 ausgestoßen.
In Fig.2 zeigt ein Querschnitt durch die Brennkammer die Aufteilung in die innere Hauptbrennkammer 7 mit den Kraftstoffdüsen 10 und den äußeren Zwischenerhitzungsbrennraum 6 mit den Kraftstoffdüsen 13.
Diese neuartige Ausbildung der Zwischenerhitzung vermeidet zusätzliche Baulängen und schafft bei vollständigem Druckausgleich zwischen Brennkammerstrom und Abgasstrom ideale Verhältnisse für die Zwischenerhitzung des Gases auf eine optimale Temperatur und die Erreichung der angestrebten isothermen Verbrennung. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Verbrennungsluft für die Losturbine nur mit dem erforderlichen Teildruckverhältnis verdichtet werden muß. Da es sich bei der Zweistrombrennkammer um bekannte und erprobte Bauelemente handelt, lassen sich beide Brennkammerströme verbrennungsmäßig betriebssicher beherrschen. Die Vorteile der Erfindung liegen einmal in der realisierbaren Lösung für die Anordnung einer Zwischenerhitzung mit ihrem Einfluß auf die Schubleistung und den Wirkungsgrad auf der Grundlage bekannter Konstruktionselemente und in der Beaufschlagung der Teilbrennkammer für die Zwischenerhitzung mit einem Verdichtungsdruckv erhältnis, das dem Druckverhältnis des Abgasstroms hinter der ersten Turbinenstufe vor der Losturbine entspricht. Dadurch wird die Verdichterleistung im Primärverbrennungskreis reduziert und der Wirkungsgrad weiter verbessert. Der gesamte Primärkreis arbeitet mit optimaler Auslegung als reines Wellentriebwerk. Die Schuberzeugung ist vollständig auf derx Sekundärkreis gelegt. In Verbindung mit der Zusatzverbrennung im Sekundärkreis wird damit eine Leistungseinheit geschaffen, die hinsichtlich Schubleistung und Wirkungsgrad auf absolut optimale Verhältnisse ausgelegt werden kann. Der Wirkungsweise nach handelt es sich bei dem Triebwerk der vorgeschlagenen Bauart um ein aufgeladenes Staustrahltriebwerk im Sekundärkreis, das mit einer Gasturbine in komplexer Bauart kombiniert ist und dessen Stärke in der Leistungskonzentration und in der Erreichbarkeit sehr hoher Fluggeschwindigkeiten bei wirtschaftlichen Kraftstoffverbräuchen liegt.
Das System der Zweistrombrennkammer läßt sich natürlich auch auf die Zusatzverbrennung im Sekundärkreis anwenden, oder es kann auf der Grundlage der vorliegenden Erfindung eine kombinierte Brennkammer für alle drei Verbrennungsvorgänge entwikkelt werden, einschließlich stationärer oder fahrbarer Anlagen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zweistrom-Brennkammer für Gasturbinen, insbesondere Gastu.rhinenrStrahltriebwerke, die in zwei, im wesentlichen koaxial zueinander angeordnete und von Parallelströmen durchflossene Teilbrennräume aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, da.ß zur Durchführung eines an sich bekannten Arbeitsprozesses mit Haupt- und Zwischenerhitzung der eine Brennraum als Hauptbrennraum mit Hochdruckluft beaufschlagt wird und mit seinen Abgasen, die Hochdruckturbine speist, der andere als Zwischenerhitzungsbrennraum mit unter einem Teildruck stehender Luft beschickt wird und die Niederdruckturbine speist.
2. Zweistrom-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbrennraum (7) bei Ausbildung als an sich bekannte Ringbrennkammer an seinem Umfang zwischen. den Hauptbrennern (10) radial eingebuchtet ist und in diesen Einbuchtungen jeweils die Brenner (13) der außen; um den Hauptbrennraum gelegten, ebenfalls ringförmigen Zwischenerhitzungskammer (6) angeordnet sind.
3. Zweistrom-Brennkammer nach Anspruch 1 und 2 zur Erhitzung und Zwischenerhitzung der Primärkreisabgase eines Zweikrensstrahltriebwerkes mit mehrstufiger Verdichtung im Primärkrens und mechanisch unabhängiger Losturbine für den Antrieb des Sekundärverdichters, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbrennraum (7) in an sich bekannter Weise mit,der Endstufe (9) des Primärverdichters (4) und der Zwischenerhitzungsb:rennraum (6) mit einer stromauf gelegenen Zwischenstufe (8) des Primärverdichters verbunden ist und die Losturbnne speist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 263 472; französische Patentschrift Nr. 940 373.