DE1102491B

DE1102491B - Verbrennungseinrichtung fuer ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1102491B
Application number: DEA30530A
Authority: DE
Inventors: Morris Amos Stokes; Ernest Claude Parnell
Original assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Current assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Priority date: 1957-10-19
Filing date: 1958-10-14
Publication date: 1961-03-16
Also published as: FR1204936A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Flammkammer, in der ein Gemisch aus Hauptkraftstoff und Hauptverbrennungsluft verbrannt wird, und mit Mitteln, mit denen in stromaufwärtiger Richtung zu einem geschlossenen Ende der Flammkammer hin Zusatzluft und Zusatzkraftstoff für eine zurückwirbelnde Hilfsverbrennung zugeführt werden.

Bei einer bekannten derartigen Einrichtung, die als Ringbrennkammer ausgebildet ist, endet der vordere Teil in zwei konzentrisch liegenden, geschlossenen Enden. Zwischen diesen Enden wird ein kreisringförmiger Raum gebildet, in den die Hauptmenge des Kraftstoffs eingespritzt wird. Zusätzlich wird in die beiden geschlossenen Flammkammerenden in stromaufwärtiger Richtung Zusatzluft und Zusatzkraftstoff eingeführt. Die Hauptverbrennungsluft bzw. das Gemisch aus Hauptluft und Hauptkraftstoff gelangt jedoch nur vom hinteren Ende (d. h. vom stromabwärts liegenden Ende) in die stromaufwärts geschlossenen Enden der Flammkammer hinein, und zwar einmal durch den stromabwärts offenen Raum zwischen den geschlossenen Enden der Flammkammer und zum anderen durch einen in gleicher Axialebene liegenden Schlitz am äußeren bzw. inneren Umfang der kreisringförmigen Flammkammer. Die beiden geschlossenen Enden der Flammkammer stellen also nur Flammhalter dar, in denen dauernd eine Zündflamme brennend gehalten wird. Die Hauptverbrennung findet erst hinter diesen Flammhaltern statt. Dadurch wird aber die Länge der Brennkammer größer, da zur Durchführung einer vollständigen Verbrennung stets eine bestimmte Strecke erforderlich ist.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die Flammkammer einen äußeren, kreisring- und taschenförmigen Sammelraum aufweist, der am stromabwärtigen Ende geschlossen ist und dessen Öffnung stromaufwärts gerichtet ist und einen Teil der Förderung des Verdichters die Triebwerks sowie die Zufuhr von Hauptkraftstoff aufnimmt, die zur Hauptverbrennung dienen, daß weiterhin die Innenwandung des Sammelraumes einen stromaufwärtigen Teil der Flammkammerwandung bildet, der mit Öffnungen versehen ist, durch die das Gemisch aus Hauptverbrennungsluft und Hauptkraftstoff in die Flammkammer eintreten kann, und daß schließlich die Mittel zur Zufuhr von Zusatzluft und Zusatzkraftstoff so angeordnet sind, daß sie die Hilfsverbrennung im Wege des Gemisches aus Hauptluft und Hauptkraftstoff hervorrufen, das durch die öffnungen in die Flammkammer tritt.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung tritt also

Verbrennungseinrichtung
für ein Gasturbinentriebwerk

Anmelder:

Bristol Siddeley Engines Limited,
Bristol (Großbritannien)

Vertreter: Dr. W. Müller-Bore

und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte,

Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 19. Oktober 1957

Morris Amos Stokes und Ernest Claude Parnell,

Coventry, Warwickshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

das Hauptverbrennungsgemisch am vorderen Ende der Flammkammer ein und strömt auf dem Wege zum Auslaß direkt an der Hilfsluftzuführung vorbei. Die Hilfsverbrennung liegt also im Wege des Hauptgemisches, so daß die Hauptverbrennung schon im vorderen Teil der Flammkatnmer beginnen kann, während sie bei der bekannten Einrichtung erst an der Hinterkante des Flammhalters eintritt.

Nach einem weiteren Merkmal liegen die öffnungen im vorderen Teil der Flammkammer in axialer Richtung in einem solchen Abstand voneinander, daß die Verbrennung des Gemisches aus Hauptluft und Hauptkraftstoff in der Flammkammer stufenweise eingeleitet wird.

Bei einer Ringbrennkammer kann nach einem weiteren Merkmal die Zufuhr der Haupt- und Zusatzluft von einem Strömungskanal abgezweigt werden, der den Sammelraum enthält und in radialer Richtung außerhalb des äußeren TJmfanges der Flammkammer liegt und die Förderung des Verdichters aufnimmt.

Andererseits kann bei einer Ringbrennkammer die Zufuhr der Haupt- und Zusatzluft auch von einem Strömungskanal abgezweigt werden, der den Sammelraum enthält und in radialer Richtung innerhalb des inneren Umfanges der Flammkammer liegt und die Förderung des Verdichters aufnimmt.

Nach einem anderen Merkmal sind die Mittel, mit denen die Zusatzluft und der Zusatzkraftstoff zuge-

109 530/162

führt werden, als eine Mehrzahl von radial liegenden Rohren ausgebildet, deren-Einlaßenden in einem Kreisringraum außerhalb des Sammelrahmens liegen und einen Teil der Verdichterförderung aufnehmen und deren Auslaßenden innerhalb eines stromaufwärts Her genden.Teiles der Flammkammer liegen.und strom-* aufwärts gerichtet sind. Eine derartige Einrichtung ist jedoch bei anderen Ausführungen bereits bekannt, so daß diese Ausbildung nur in Verbindung mit dem Hauptmerkmal der Erfindung Bedeutung hat.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und wird im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch einen Teil einer Verbrennungseinrichtung mit Ringbrennkammer,

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1.

In der Zeichnung ist bei 11 ein äußeres, ringförmiges Gehäuse und bei 12 bzw. 13 die äußere und innere Wandung einer kreisringförmigen Flammkammer dargestellt, die an ihrem stromaufwärtigen Ende geschlossen ist. Die Wandung 13 ist aus einander überlappenden Teilen aufgebaut, zwischen denen gewellte Streifen 14 liegen. Die Wandung 13 bildet zusammen mit einer Wandung 15 einen engen, kreisringförmigen Strömungskanal, der eine Öffnung 16 für Kühlluft besitzt, die entlang den Wellungen der Streifen 14 das Innere der Wandung 13 der Flammkammer filmkühlt.

Eine ringförmige Zwischenwandung 17 mit einer abgerundeten, stromaufwärts liegenden Kante 18 umgibt koaxial die äußere Wandung 12 des stromaufwärtigen Endes der Flammkammer und überlappt mit ihrem stromabwärts liegenden Ende dichtend diese Wandung 12. Die Wandungen 17 und 12 bilden einen kreisringförmigen Sammelraum mit einem offenen, stromaufwärts liegenden Ende. Zwischen den stromabwärts liegenden Enden der Wandungen 17 und 12 ist ein Dichtring 19 angeordnet; das stromabwärtige Ende der Wandung 17 faßt dichtend in eine stromabwärtige Verlängerung 20 der Flammkammer. Der Dichtring 19 dient dazu, das Eindringen von Hauptverbrennungsluft und Kraftstoff durch irgendwelche Undichtheiten, die an der Verbindungsstelle zwischen den Wandungen 17 und 12 entstehen könnten, in die Flammkammer zu verhindern.

Jedes der ellbogenförmigen Rohre 21 besitzt einen Lufteinlaß, der als Vertiefung 22 in der Wandung 17 ausgebildet ist, sowie einen Auslaß 21 a, der stromaufwärts gerichtet ist. Entsprechende Umkleidungen 23, die dichtend zwischen den Wandungen 11 und 17 liegen und die zugehörigen Vertiefungen 22 umschließen, sind so ausgebildet, daß die stromaufwärts liegenden Enden im Abstand voneinander liegen, so daß Luf teinlässe 24 gebildet werden (Fig. 2).

Die Kante 18 der Zwischenwand unterteilt den Hauptluftstrom des Verdichters in einen äußeren und einen inneren kreisringförmigen Strom. Der äußere Strom versorgt die Rohre 21 durch die Einlasse 24 der Umkleidungen, wobei die zwischen benachbarten Umkleidungen hindurchströmende Luft als Verdünnungsluft oder Sekundärluft dient, die durch Öffnungen 25 in der Verlängerung 20 in die Flammkammer eintritt. Der innere kreisringförmige Strom tritt in den ringförmigen Sammelraum ein, der zwischen den Wandungen 17 und 12 gebildet wird. Gerade vor der Eintrittsöffnung in diesen Sammelraum wird aus einer kreisringförmigen Sammelleitung 26 der Hauptkraftstoff durch Einspritzbohrungen zugeführt, während Hilfskraftstoff durch Rohre 27 dem Inneren der ellbogenförmigen Rohre 21 zugeführt wird.

Mit Hi.lfe des durch die Wandungen 12 und 17 ge-

^;- 'biWeteffSaminelraumes, der am stromabwärtigen Ende geschlossen ist, bewirkt der Druck der Hauptluft eine Vermischung von Hauptverbrennungsluft und Hauptkraftstoff, die' durch mehrere ringförmig angeordnete . Reihen von Löchern, von denen nur drei Reihen dargestellt oder durch Kreuze bei 28, 29 und 30 angedeutet sind, in das Flammrohr eintreten. Die Hilfs- oder Zündflammen, die an den Auslässen 21 α der ellbogenförmigen Rohre erzeugt werden, treffen mit einem Teil des Gemisches aus Hauptluft und Kraftstoff zusammen, das durch die Löcher 28 eintritt, und leitet die Verbrennung dieses Gemisches ein. Diese brennenden Gase strömen stromabwärts um die ellbogenförmigen Rohre herum, heizen diese auf und wärmen die Zusatzluft und den Hilfskraftstoff in den Rohren vor; dann mischen sie sich mit dem restlichen Gemisch aus Hauptluft und Kraftstoff, das durch die Löcher 29 und 30 eintritt, und entzünden es.

Die Hauptverbrennungsprodukte strömen stromabwärts und werden durch die Luf t verdünnt, die durch die Öffnungen 25 eintritt.

Infolge des großen Kraftstoffmengenbereiches, der bei modernen Gasturbinen erforderlich ist, ist eine Größe von Einspritzbohrungen in der Sammelleitung 26 nicht ausreichend, da der Druckbereich 600 : 1 betragen kann. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann die Sammelleitung entweder mit einzelnen Sonderdüsen versehen sein, oder es kann eine Anzahl von Sammelleitungen vorgesehen sein, die je mit Bohrungen verschiedener Größe versehen sind.

Für einen gegebenen Luftdurchsatz durch die Verbrennungseinrichtung wird ein fester Teil der angemessenen Maxmialkraftstoffmenge als Hilfskraftstoff verwendet. Die Zufuhr des Hilfskraftstoffs kann unabhängig von jeder Drosselregelung sein. Wenn daher ein gegebener Anteil der maximalen Kraftstoffmenge als Hilfskraftstoff verwendet wird, kann durch eine Drosselung des restlichen Teils ein im weiten Maße anpassungsfähiger Betriebsbereich des Triebwerkes erreicht werden, ohne daß die Hilfsverbrennung beeinflußt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Flammkammer, in der ein Gemisch aus Hauptverbrennungsluft und Hauptkraftstoff verbrannt wird, und mit Mitteln, mit denen in stromaufwärtiger Richtung zu einem geschlossenen Ende der Flammkammer hin Zusatzluft und Zusatzkraftstoff für eine zurückwirbelnde Hilfsverbrennung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammkammer (12, 13, 20) einen äußeren, kreisring- und taschenförmigen Sammelraum (12, 17) aufweist, der am stromabwärtigen Ende geschlossen ist und dessen öffnung stromaufwärts gerichtet ist und einen Teil der Förderung des Verdichters des Triebwerks sowie die Zufuhr (26) von Hauptkraftstoff aufnimmt, die zur Hauptverbrennung dienen, daß weiterhin die Innenwandung (12) des Sammelraumes einen stromaufwärtigen Teil der Flammkammerwandung bildet, der mit Öffnungen (28, 29, 30) versehen ist, durch die das Gemisch aus Hauptverbrennungsluft und Hauptkraftstoff in die Flammkammer eintreten kann, und daß schließlich die Mittel (21, 27) zur Zufuhr von Zusatzluft und Zusatzkraftstoff so angeordnet sind, daß sie die Hilfsverbrennung im Wege des Ge-

misches aus Hauptluft und Hauptkraftstoff hervorrufen, das durch die Öffnungen (28, 29, 30) in die Flammkammer eintritt.

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (28, 29, 30) in axialer Richtung in einem solchen Abstand voneinander liegen, daß die Verbrennung des Gemisches aus Hauptluft und Hauptkraftstoff in der Flammkammer stufenweise eingeleitet wird.

3. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1 für die Verwendung bei einer Ringbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Haupt- und Zusatzluft von einem Strömungskanal (11, 12) abgezweigt wird, der den Sammelraum enthält und in radialer Richtung außerhalb des äußeren Umfangs (12, 20) der Flammkammer (12, 13, 20; liegt und die Förderung des Verdichters aufnimmt.

4. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung mit einer Ringbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der Haupt- und Zusatzluft von einem Strömungskanal abgezweigt wird, der den Sammelraum enthält und in radialer Richtung innerhalb des inneren Umfangs (13) der Flammkammer (12, 13, 20) liegt und die Förderung des Verdichters aufnimmt.

5. Verbrennungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, mit denen die Zusatzluft und der Zusatzkraftstoff zugeführt werden, als eine Mehrzahl von radial liegenden Rohren (21) ausgebildet sind, deren Einlaßenden (22) in einem Kreisringraum (11, 17) außerhalb des Sammelraumes (12, 17) liegen und einen Teil der Verdichterförderung aufnehmen und deren Auslaßenden (21a) innerhalb eines stromaufwärts liegenden Teiles der Flammkammer (12, 13, 20) liegen und stromaufwärts gerichtet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 959 694, 887 286;
französische Patentschriften KTr. 1144 928,

1011417; britische Patentschriften Nr. 780 493. 768 370.

757 871.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen