DE1088290B - Brennervorrichtung fuer Gasturbinen- oder Strahltriebwerksbrennkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine für Gasturbinen- oder Strahltriebwerksbrennkammer bestimmte B rennervorrichtung, die Rohre aufweist, deren Wandungen in der Nähe einer Flammenzone liegen und durch welche ein Gemisch von Luft und zu verdampfendem Brennstoff strömt, wobei diese Rohre das Luft-Brennstoffdampf-Gemisch in Berührung mit einer Flamme führen, die hinter einem Schirm aufrechterhalten wird, welcher die Flamme gegen den in die Brennkammer eintretenden Luftstrom schützt.

Es ist eine Brennervorrichtung bekannt, bei welcher ein für die Zündflamme bestimmtes Luft-Brennstoff-Gemisch durch in der Nähe einer Verbrennungszone angeordnete Rohre geführt wird, um den Brennstoff zu verdampfen, während das für die Hauptverbrennung bestimmte Luft-Brennstoff-Gemisch unter der Wirkung des mit hoher Geschwindigkeit durch die Brennkammer hindurchgehenden Luftstromes in die Hauptverbrennungszone geführt wird.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung wird Brennstoff in Rohre eingeführt, die von Luft hoher Geschwindigkeit durchströmt werden. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird dann hinter einen Schirm geführt, hinter dem jedoch keine Zündflamme aufrechterhalten wird, und tritt schließlich aus parallel verlaufenden Rohren aus.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Brenner vorrichtung der eingangs genannten Art, bei welcher mit Luft gemischter Brennstoff in Rohren verdampft wird, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß eine große Verdampfungsfläche, eine weitgehende Kühlung der Rohre und die Bildung einer kurzen und gut stabilisierten Flamme für die Hauptverbren¹-nung erhalten werden, wodurch der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht und ein einwandfreies Arbeiten der Brennkammer auch bei niedrigen Drücken, d. h. in großen Flughöhen, gewährleistet wird.

Gemäß der Erfindung sind die Rohre in zwei Reihen angeordnet und liegen mit ihren Einlaßöffnungen auf zwei konzentrischen Kreisen, wobei die den Einlaßöffnungen benachbarten Enden der Rohre miteinander durch den Schirm verbunden sind, der die Form eines Ringes hat und der den Raum zwischen den beiden konzentrischen Kreisen einnimmt.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Rohre zu jeweils in einer Axialebene der Brennkammer liegenden Paaren zusammengefaßt, wobei die Rohre eines Paares zwischen sich einen in Stromabwärtsrichtung geöffneten Winkel bilden und ihre hinteren Enden entweder gegen das Innere des so gebildeten Winkels umgebogen oder mit Ablenkflächen versehen sind, so daß zwei einander entgegenwirkende Ströme von aus Luft und Brennstoffdampf bestehendem Gemisch erzeugt werden, die eine inten-

Brennervorrictitung für Gasturbinenöder Strahltriebwerksbrennkammern

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude

et de Construction de Moteurs d'Aviation,

Paris

Vertreter: Dr. E. Wiegand, München 15,

und Dipl.-Ing. W. Niemann, Hamburg 1, Ballindamm 26,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 1. Februar 1957

Franck Guillaume Michel Ferrie,

Couturier Cachan, Seine (Frankreich),

ist als Erfinder genannt worden

2

sive Wirbelbewegung hervorrufen. Die umgebogenen Enden der Rohre jedes in einer Ebene liegenden Paares können miteinander durch einen radialen Rohrteil gleichen Durchmessers verbunden sein, der Öffnungen aufweist, durch welche das aus Luft und verdampftem Brennstoff bestehende Gemisch austritt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Rohre in Form eines Gatters angeordnet, so daß sie als Verdampfer und zugleich als zusätzlicher Flammenstabilisator dienen, welcher durch die Verdampfung des Brennstoffs gekühlt wird und sich daher vollständig in einer sehr heißen Zone befinden kann.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Teillängsschnitt durch eine ringförmige Brennkammer mit einer Brennervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch die Brennkammer mit der Brennervorrichtung, in Richtung des Pfeiles X von Fig. 1 gesehen;

Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der ßrennervorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Brennervorrichtung.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform der Brennerrorrichtung ist am Eingang

009 589/136

Claims (11)

1. - ■"■■■■ ■ * . ., ⁴

   der ringförmigen Brennkammer 1 (deren Achse auf ~ so gewählt werden, daß sie der größten Dampf erzeu-

   der Schnittlinie der die Fig. 2 begrenzenden radialen gung entspricht.

   Ebenen a-a, b-b liegt) ein als Ring ausgebildeter Die Hauptmenge des durch die Injektoren 8 und 9

   Schirm 2 von V-förmigem-Querschnitt angeordnet* der . zerstäubten Brennstoffs kann auf dem ganzen Weg

   als Zündflammenstabilisator wirkt und dessen weites 5 durch die Brennkammer verbrannt werden. Beim

   Ende in Stromabwärtsrichtung weist. An der Innen- Durchgang dieses Stromes durch die Zone, die durch

   und Außenflanke des ringförmigen Schirmes 2 sind die Flamme erhitzt wird, welche durch das in den

   Rohre 3 bzw. 11 mit ihren vorderen Enden befestigt. Rohren 3, 11 erzeugte Luft-Brennstoffdampf-Gemisch

   Diese Rohre 3, 11' sind zu jeweils in einer Axialebene unterhalten wird, werden die auf dem ersten Teil des

   der Brennkammer liegenden: Paaren zusammengefaßt, io Weges des Stromes nicht verbrannten Brennstoffteil-

   so daß sie zwei Reihen bilden und ihre Einlaßöffnun- chen sicher verdampft.

   gen auf zwei konzentrischen Kreisen liegen. Die hin- Bei der in Fig. 3 dargestellten abgeänderten Austeren Enden der Rohre 3, 11 jedes Paares, das somit führungsform der Brennervorrichtung sind an der Ineinen in Stromabwärtsrichtung geöffneten Winkel bil- nen- und Außenflanke eines ringförmigen Flammendet, sind miteinander durch einen radialen Rohrteil 15 Stabilisierungsschirmes 13 von V-förmigem Quer-12 gleichen Durchmessers verbunden, der mit Öff- schnitt zwei Reihen kurzer Rohre 14 bzw. 15 angenungen4 versehen ist, die, -je nach dem besonderen schweißt, die je an ihren freien Enden mit einer nach Fall, in" stromaufwärts oder/und stromabwärts bzw. innen gebogenen Ablenkfläche 16 versehen sind. Inseitlich verlaufende Richtungen weisen können. nerhalb des mit Luftdurchlässen versehenen Schirmes

   Der ringförmige Schirm 2 weist über seinen Um- 20 13 ist ein ringförmiges Rohr 18 angeordnet, das mit

   fang verteilte Öffnungen 5 auf, die den Durchgang Öffnungen zum Zerstäuben von Brennstoff versehen

   eines Gemisches von Luft und Brennstoff gestatten, ist, der die hinter dem Schirm 13 aufrechtzuerhaltende

   der von nahe vor den Öffnungen 5 liegenden Injekto- Zündflamme speist, welche die Rohre 14, 15 erhitzt,

   ren 7 zerstäubt wird, die durch eine Zufuhrleitung 6 Im Abstand stromaufwärts vor dem Schirm 13 sind

   mit Brennstoff gespeist werden. 25 Brennstoffinjektoren 17 angeordnet, und ein Teil des

   Beim Inbetriebsetzen der Brennkammer wird das hinter ihnen gebildeten Luft-Brennstoff-Gemisches

   durch die öffnungen 5 des Schirmes 2 eintretende tritt in die von der Zündflamme erhitzten Rohre 14, 15

   Luft-Brennstoff-Gemisch hinter dem Schirm z. B. mit- ein, in welchen der Brennstoff verdampft wird. Die

   tels einer Zündkerze gezündet, so daß es in den Raum aus den Rohren 14, 15 austretenden, aus Luft und

   10 zwischen den Rohren 3, 11 und 12 verbrennt. Die 30 Brennstoffdampf bestehenden Ströme werden durch entstehende Zündflamme, welche die Rohre 3, 11 er- die Ablenkflächen 16 nach innen gelenkt, so daß sie hitzt, ist durch den Schirm 2 gegen den in die Brenn- gegeneinander prallen und eine intensive Wirbelkammer eintretenden, z. B-. von einem Verdichter bewegung erzeugen, wodurch sie sich bei der Berühkommenden Luftstrom geschützt. rung mit der Zündflamme rasch entzünden.

   Vor den Einlaßöffnungen" der durch den ringförmi- 35 Die in Fig. 4 wiedergegebene Ausführungsform ist gen Schirm2 miteinander verbundenen zwei Reihen derjenigen gemäß den Fig. 1 und 2 ähnlich, jedoch von Rohren 3, 11 sind Brennstoffinjektoren 8, 9 an- ist hier der Schirm 2 von einem inneren und einem geordnet, die Brennstoff zerstäuben und ihn zusam- äußeren zusätzlichen ringförmigen Schirm 19 flanmen mit einem Teil der in die Brennkammer eintreten- kiert. Jeder der Schirme 2 und 19 schirmt eine besonden Luft in die von der Zündflamme erhitzten Rohre 3, 40 dere Verbrennungszone ab. Die zusätzlichen Schirme

   11 führen, in denen der Brennstoff verdampft, so daß 19 weisen Löcher 20 auf, durch welche von den Inin dem radialen Rohrteil 12 ein Luft-Brennstoff- jektoren 8 und 9 kommender, mit Luft gemischter dampf-Gemisch entsteht, das aus den Öffnungen 4 des Brennstoff hindurchtreten kann, um die Zonen hinter Rohrteiles 12 austritt und sich bei der Berührung mit den Schirmen 19 zu speisen. Die auf diese Weise besder Zündflamme entzündet und mit einer sehr kurzen 45 ser geschützte Zündflamme tritt zwischen den einen Flamme brennt. Verdampfer und zugleich einen Flammenstabilisator

   Wie aus Fig. 1 ersichtlich, erzeugen die an ihren bildenden Rohren 3, 11 seitlich hindurch (wie dies Enden nach innen umgebogenen Rohre3, 11 jedes durch die gekrümmten Pfeile angedeutet ist), so daß Paares zwei aus Luft und Brennstoffdampf bestehende eine intensivere Erhitzung der Rohre erhalten und Ströme, die in dem radialen Hohrteil 12 einander ent- 5° damit eine stärkere Verdampfung ermöglicht wird, gegenwirken. Es wird dadurch eine für einen guten Ferner wird auf Grund der zusätzlichen Schirme 19 Wärmeaustausch mit den Wandungen der Rohre gün- der von den Injektoren 8 und 9 zerstäubte Brennstoff stige intensive. Wirbelbewegung hervorgerufen, die besser in die Rohre 3, 11 geleitet, die nunmehr eine gleichzeitig eine gute Kühlung der Rohre gewähr- größere Brennstoffmenge verdampfen können,
   leistet, so daß die Brennervorrichtung sich vollständig 55 Die Schirme 2 und 19 können auf ihrer Rückseite in einer sehr heißen Zone befinden kann. mit über den Umfang des von ihnen gebildeten Ring-Die Paare der Rohre 3₄ 11 sind, wie aus Fig. 2 körpers verteilten, radial verlaufenden Rohrstücken 22 ersichtlich, in Form eines Gatters angeordnet, so daß versehen sein, die eine Verbindung zwischen den sie als Verdampfer und zugleich als zusätzliche Flam- Flammen hinter den Schirmen 2 und 19 herstellen und fnenstabilisatoren wirken. 60 dadurch die Zündung · der gesamten Brennervorrich-

   Durch zweckentsprechende Anordnung der Brenn- tung erleichtern.
   Stoffinjektoren 7, Sund 9 ist es möglich, den Rohren 3,

   11 nur- die Brennstoffmenge zuzuführen, die in den Patentansprüche:
   Rohren vollständig verdampft werden kann. Obwohl

   die Ausführung der Brennervorrichtung eine sehr 65 1. Brennervorrichtung für Gasturbinen- oder große Verdampfungsfläche bei einem geringsten Ge- Strahltriebwerksbrennkammern, mit Rohren, deren wicht schafft, ist die verdampfbare Brennstoffmenge Wandungen in der Nähe einer Flammenzone liebegrenzt. Infolgedessen muß die den Rohren 3, 11 zu- gen und durch welche ein Gemisch von Luft und geführte Brennstoffmenge (die durch entsprechende zu verdampfendem Brennstoff strömt, wobei diese Anordnung der Injektoren beeinflußt werden kann) 70 Rohre das Luft-Brennstoff dampf-Gemisch in Be-

   rührung mit einer Flamme führen, die hinter einem Schirm aufrechterhalten wird, welcher die Flamme gegen den in die Brennkammer eintretenden Luftstrom schützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in zwei Reihen (3,11) angeordnet sind und mit ihren Einlaßöffnungen auf zwei konzentrischen Kreisen liegen und daß die den Einlaßöffnungen benachbarten. Enden der Rohre (3,11) miteinander durch den Schirm (2) verbunden sind, der die Form eines Ringes hat und der den Raum zwischen den beiden konzentrischen Kreisen einnimmt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zu jeweils in einer Axialebene liegenden Paaren zusammengefaßt sind, wobei die Rohre eines Paares zwischen sich einen in Stromabwärtsrichtung geöffneten Winkel bilden und ihre hinteren Enden entweder gegen das Innere des so gebildeten Winkels umgebogen oder mit Ablenkflächen versehen sind, so daß zwei einander entgegenwirkende Ströme von aus· Luft und Brennstoffdampf bestehendem Gemisch erzeugt werden, die eine intensive Wirbelbewegung hervorrufen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die umgebogenen Enden der Rohre (3,11) jedes in einer Ebene liegenden Paares miteinander durch einen radialen Rohrteil (12) gleichen Durchmessers verbunden sind, der öffnungen (4) aufweist, durch welche das aus Luft und verdampftem Brennstoff bestehende Gemisch austritt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in Form eines Gatters angeordnet sind (Fig. 2), so daß sie als Verdampfer und zugleich als zusätzlicher Flammenstabilisator dienen, welcher durch die Verdampfung des Brennstoffs gekühlt wird und sich daher vollständig in einer sehr heißen Zone befinden kann.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schirm (2) Hilfs-Brennstoffinjektoren (7) zugeordnet sind und der Schirm mit Öffnungen (5) versehen ist, welche den Durchgang von Luft und Brennstoff gestatten, um eine Zündflamme hinter dem Schirm aufrechtzuerhalten.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eingangsöffnung der Rohre Brennstoffinjektoren (8,9) derart angeordnet sind, daß wenigstens ein Teil des zerstäubten Brennstoffs in die Rohre eindringt und ein anderer Teil des Brennstoffs außerhalb der Rohre zwischen deren Wandungen hindurchtritt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Atisprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm von mehreren profilierten Körpern (2, 19) gebildet ist, deren jeder eine Verbrennungszone abschirmt und die an ihren hinteren Teilen eine Verbindung zwischen den Verbrennungszonen herstellen.
8. In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Fr. 852 790;
   deutsche Patentanmeldung A19358Ia/46f (bekanntgemacht am 13. 9. 1956);
9. britische Patentschriften Nr. 761 167, 657 789;
   USA.-Patentschriften Nr. 2 628 475, 2 552 851.
10. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
11. ©. 009 589/136 8.