DE1107455B - Brennkammer fuer ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk mit einer eine primäre Verbrennungszone bestimmenden Abschlußhaube, einer Speicherkammer, die von einem die Haube umgebenden Mantel gebildet wird und Primärluft von dem Triebwerkverdichter aufnimmt, und einem eine sekundäre Verbrennungszone bestimmenden zylindrischen Teil, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Abschlußhaube und mit deren abströmseitigem Ende derart verbunden ist, daß ein Abschluß für die Speicherkammer geschaffen wird.

Brennkammern der vorstehend genannten Art sind bekannt, und es besteht bei ihnen das Problem, eine feste Verbindung zwischen dem zylindrischen Teil und der Abschlußhaube zu schaffen und dabei gleichzeitig für eine ausreichende Kühlung dieser Verbindungseinrichtung sowie der Wände des zylindrischen Teiles zu sorgen, damit diese durch die heißen Gase im Verbrennungsraum nicht beschädigt werden.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zylindrische Teil und das abströmseitige Ende der Abschlußhaube durch eine einen Übergangsabschnitt bildende ringförmige Verbindungswand miteinander verbunden sind, welche mit Durchlaßöffnungen für einen Gasdurchlaß aus der Speicherkammer in die sekundäre Verbrennungszone versehen ist, und daß das hintere Ende der Abschlußhaube einen divergierenden Rand aufweist, der mit der ringförmigen Verbindungswand einen ringförmigen Schlitz bildet, durch welchen das aus den Durchlaßöffnungen austretende Gas über die Oberfläche der ringförmigen Wand gegen die Innenfläche des zylindrischen Teiles gerichtet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkammer trägt der Verbindungsring zur Festigkeit und zur Steifigkeit des gesamten Flammrohres bei, und es wird gleichzeitig eine Selbstkühlung für den den Gasdurchgang zulassenden Ring geschaffen. Darüber hinaus bildet der durch die ringförmige Verbindungswand und den divergierenden Rand der Haube geschaffenen Spalt eine Ringdüse, welche für ein gleichmäßiges Anblasen der Innenwand des zylindrischen Teiles in tangentialer Richtung sorgt, so daß die Wände des zylindrischen Teiles durch einen Kühlluftfilm gegen die heißen Verbrennungsgase geschützt sind.

Wenn mehrere Brennkammern im Verbund betrieben werden, so ist es zweckmäßig, die primären Verbrennungszonen der Flammrohre miteinander zu verbinden, damit eine Querzündung stattfinden kann, die einen im wesentlichen gleichzeitigen Verbrennungseinsatz in allen Flammrohren gewährleistet. Die Verwendung solcher Querrohre ist bekannt, und es be

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3a

Lowell Jackson Pierce, Melrose, Mass.,

John Albert Benson, Nahant, Mass.,

und Edward Vernon Jaramillo,

Des Moines, Ia. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

steht das Problem, die Querrohre mit den Brennkammern so zu verbinden, daß sie thermisch bedingte Bewegungen gegenüber den Brennkammern ausführen können, andererseits aber auch sicher an den Brennkammern befestigt sind. Eine bekannte Brennkammeranordnung weist ein sich durch ausgefluchtete Öffnungen in der Abschlußhaube und in dem Mantel in die primäre Verbrennungszone erstreckendes Querrohr auf, welches von der Öffnung der Abschlußhaube gleitbar aufgenommen wird, damit es sich gegenüber der Abschlußhaube verschieben kann, wenn Temperaturänderungen auftreten. Bei der bekannten Anordnung wird das Querrohr durch verhältnismäßig komplizierte Zentriereinrichtungen an einem Herausrutschen aus der Öffnung der Abschlußhaube gehindert.

Demgegenüber wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das Querrohr bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Brennkammer an dem Mantel befestigt. Das Querrohr behält hierbei seine erforderliche Beweglichkeit gegenüber der Abschlußhaube, ohne daß für die Sicherung des Querrohres gegen ein Herausrutschen aus der Öffnung in der Abschlußhaube komplizierte Zentriereinrichtungen vorgesehen werden müssen.

Die erfindungsgemäße Brennkammer zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer aus und wird den großen Temperaturen, die in Brennkammern auftreten, in hervorragender Weise gerecht.

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Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung zeigt die Zeichnung. Darin ist

Fig. 1 eine Seitenansicht im Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Flammrohres mit einer Abschlußhaube und einem Mantel,

Fig. 2 ein Querschnitt in vergrößerter Darstellung durch die Übergangszone oder den Übergangsabschnitt zwischen der primären und sekundären Zone des Flammrohres und

Fig. 3 ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 besteht das darin gezeigte Flammrohr im wesentlichen aus einer Abschlußhaube 11, welche die primäre Verbrennungszone bestimmt, einem sekundären oder Mischabschnitt 12, einer Übergangszone oder einem Übergangsabschnitt 13 zwischen der Abschlußhaube und dem sekundären Bereich und einem Mantel 14, der die Abschlußhaube umgibt. Eine Brennstoffdüse 15 befindet sich im Scheitel der Abschlußhaube 11. In der Wand des Flammrohres befinden sich mehrere Öffnungen, die die primäre Verbrennungszone umgeben und in drei Reihen 17, 18 und 19 über den Umfang des Flammrohres verteilt sind. In der Wand des Flammrohres sind zwischen benachbarten Öffnungen der Reihen 17, 18 und 19 Lufthauben 21 angeordnet. Weitere Lufthauben sind, wie bei 22 zu sehen, an der Haube ausgebildet, um ein wirksames Eindringen der Luft über die ganze Fläche der Abschlußhaube sicherzustellen. Der sekundäre Bereich 12 ist ein im allgemeinen zylindrischer Abschnitt mit einer Anzahl von Reihen von Öffnungen 23, die in seiner Wand angeordnet sind. Wie im Bereich der Abschlußhaube, sind die Lufthauben 24 bei einigen der Reihen 23 zwischen deren benachbarten Löchern eingestreut. Der Mantel 14 erstreckt sich rund um die ganze primäre Verbrennungszone herum und ist bei der Ubergangszone an seinem hinteren Ende am sekundären Abschnitt befestigt.

In der Abschlußhaube ist eine Öffnung 25 ausgebildet, die das Querrohr 26 aufnimmt. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die Kanten der Öffnung 25 nach außen gebogen, und sie bilden einen ringförmigen Flansch 27, der an der Außenseite des Querrohrs anliegt. Eine ähnliche Öffnung 28 befindet sich im Mantel gegenüber der Öffnung 25 der Abschlußhaube. Die Kanten der Öffnung 28 sind in gleicher Weise nach außen gebogen und bilden einen ringförmigen Flansch 29. Ein ringförmiger Kragen 30 ist am Flansch 29 befestigt. Ein sich entlang des Umfanges erstreckender Flansch 31 befindet sich an der Außenseite der Querrohre und liegt auf dem Kragen 30 auf. Das Querrohr wird innerhalb der Öffnungen 25 und 28 mittels einer Klammer (nicht dargestellt), die den Flansch 31 und den Kragen 30 zusammenhalt, festgehalten. Das vordere Ende oder Mundstück 32 des Mantels hat einen verringerten Durchmesser und erstreckt sich gegen die Strömung in den Ausströmraum 33 des Triebwerkverdichters. Das ganze Flammrohr kann mittels einer Befestigungsschelle 35 an der Wand der Brennkammer 34 befestigt werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Übergangszone 13 ein ringförmiger Teil mit zwei parallelen Flanschen 36 und 37, die durch einen Zwischenteil 38 verbunden sind. Der Zwischenteil ist, wie bei 39 gezeigt, in kurzen Abständen nahe des Flansches 36 perforiert. Das hintere Ende 41 der Abschlußhaube ist, wie gezeigt, nach außen gebogen. Es liegt über den Perforationen 39, und es bestimmt einen ringförmigen Schlitz 42, welcher sich von der Abschlußhaube weg nach außen hin öffnet.

Beim Betrieb der vorliegenden Vorrichtung nimmt das vordere Ende oder Mundstück des Mantels, das sich in den Ausströmraum des Triebwerkverdichters erstreckt, Primärluft auf, bevor sich ein ungünstiges Geschwindigkeitsprofil entwickeln kann. Diese Primärluft wird in den durch den Mantel, die Abschlußhaube ίο und die Übergangszone gebildeten Speicherraum geführt. Ein gleichmäßiger, statischer Überdruck wird so um die ganze primäre Verbrennungszone herum geschaffen, der Primärluft durch die Lufthauben und die Reihen von Öffnungen drückt. Dieser gleichmäßige Überdruck sichert einen gleichmäßigen Lufteintritt über den ganzen Bereich der Abschlußhaube und führt zu einer gleichmäßigen Verbrennung innerhalb der ganzen Verbrennungszone. Die gleichmäßige Verbrennung ergibt ein stabiles, gleichmäßiges Abbrennen, erhitzt auf diese Art die ganze Abschlußhaube gleichmäßig und schafft eine gleichmäßige Verteilung der Turbineneinlaßtemperatur. Die Luft aus dem Ausströmraum 33 des Triebwerkverdichters, die von dem Mundstück des Mantels nicht erfaßt wird, wird zur Kühl- oder Sekundärluft und strömt rund um die Außenseite des Mantels herum und weiter durch die Öffnungen 23 und die Lufthauben 24 in die Sekundärzone 12, wo sie sich mit den Gasen aus der primären Verbrennungszone mischt und diese kühlt.

Zusätzlich dazu, daß die Primärluft in den primären Verbrennungsraum gedrückt wird, strömt sie durch die Perforationen 39 im Übergangsabschnitt in den ringförmigen Schlitz 42 und von da aus in die sekundäre Zone. Die Luft aus den Perforationen füllt den ringförmigen Schlitz und strömt dann über die abgebogenen Kanten 41 aus, wobei sie einen Kühlluftfilm über dem Zwischenteil 38 und dem Flansch 37 des Übergangsabschnittes bildet. Die Verbrennungsgase, die aus der primären Verbrennungszone in die sekundäre Verbrennungszone ausströmen, bilden an der Ausströmstelle aus der Verbrennungszone einen Wirbel und vergrößern die Turbulenz an diesen Stellen. Sie reißen dadurch den flüssigen Brennstoff, der sich in dem an der Innenfläche der Abschlußhaube entlangstreichenden Kühlfilm aus der primären Zone befindet, mit und verbrennen ihn. Dies ergibt eine Vergrößerung des Wirkungsgrades bei der Verbrennung. Der Kühlluftfilm über dem Zwischenteil 38 und dem hinteren Flansch 37 verhindert eine Zerstörung der Übergangszone 13 durch irgendeine Flamme, die sich in diesem Bereich hält. Der übrige Teil des Flammrohres wird durch die primäre oder sekundäre Luft, die durch die Lufthauben 21, 22 und 24 eintritt und einen dünnen Film über der Innenfläche des Flammrohres bildet, gekühlt. Das Querrohr 26 wird von der Öffnung 28 aufgenommen und ist am Mantel 14 befestigt, so daß es sich durch die Öffnung 25 in die primäre Verbrennungszone erstreckt. Da das Querrohr am Mantel befestigt und lediglich gleitbar mit dem Flansch 27 der Abschlußhaube verbunden ist, werden jegliche, durch das periodische Erhitzen und nachfolgende Abkühlen des Querrohres verursachten Spannungen auf den relativ kühlen Mantel anstatt auf die sehr heiße Abschlußhaube übertragen. Da der Mantel relativ kühl ist, ist er wesentlich widerstandsfähiger gegen eine Ermüdungserscheinung auf Grund der Schwingungen, die durch die Temperaturänderungen in dem Querrohr verursacht werden, und er be-

sitzt unter diesen Bedingungen eine wesentlich größere Lebensdauer, als sie die Abschlußhaube haben würde, die einer intensiven Hitze ausgesetzt ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk mit einer eine primäre Verbrennungszone bestimmenden Abschlußhaube, einer Speicherkammer, die von einem die Haube umgebenden Mantel gebildet wird und Primärluft von dem Triebwerkverdichter aufnimmt, und einem eine sekundäre Verbrennungszone bestimmenden zylindrischen Teil, der einen größeren Durchmesser aufweist als die Abschlußhaube und mit deren abströmseitigem Ende derart verbunden ist, daß ein Abschluß für die Speicherkammer geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil (12) und das abströmseitige Ende der Abschlußhaube (11) durch eine einen Übergangsabschnitt bildende ringförmige Verbindungswand (38) miteinander verbunden sind, welche mit Durchlaßöffnungen (39) für einen Gasdurchlaß aus der Speicherkammer in die sekundäre Verbrennungszone versehen ist, und daß das hintere Ende der Abschlußhaube einen divergierenden Rand (41) aufweist, der mit der ringförmigen Verbindungswand (38) einen ringförmigen Schlitz (42) bildet, durch welchen das aus den Durchlaßöffnungen (39) austretende Gas über die Oberfläche der ringförmigen Wand (38) gegen die Innenfläche des zylindrischen Teiles (12) gerichtet wird.

2. Brennkammer gemäß Anspruch 1 mit einem

ίο sich durch ausgefluchtete Öffnungen in der Abschlußhaube und in dem Mantel in die primäre Verbrennungszone erstreckenden Querrohr, welches von der Öffnung der Abschlußhaube gleitbar aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Querrohr (26) an dem Mantel (14) befestigt ist (29 bis 31).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 833 740;
schweizerische Patentschrift Nr. 310 036;

USA.-Patentschriften Nr. 2 722 803, 2 679 136,
625 792, 2 541171;

»Aero Digest«, Bd. 60, Heft 2 (Februar 1950),
S. 53, 54.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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