DE1108517B - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

Gasturbinenbrennkammer

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DE1108517B
DE1108517B DER22124A DER0022124A DE1108517B DE 1108517 B DE1108517 B DE 1108517B DE R22124 A DER22124 A DE R22124A DE R0022124 A DER0022124 A DE R0022124A DE 1108517 B DE1108517 B DE 1108517B
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DE
Germany
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casing
combustion chamber
fuel
injection device
downstream
Prior art date
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Pending
Application number
DER22124A
Other languages
English (en)
Inventor
Denis Richard Carlisle
Ernest Milner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce PLC
Original Assignee
Rolls Royce PLC
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Publication date
Application filed by Rolls Royce PLC filed Critical Rolls Royce PLC
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

  • Gasturbinenbrennkammer Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer der Rohr- oder Ringbauart.
  • Gasturbinenbrennkammern der Rohr- und Ringbauart mit einer zur Erzeugung eines konischen Kraftstoffstrahls bestimmten Kraftstoffeinspritzvorrichtung sind bekannt. Bei diesen bekannten Gasturbinenbrennkammern ist auch schon eine, Teile des Primärluftstromes durchlassende, in Strömungsrichtung über die Einspritzvorrichtung hinaus in den Verbrennungsraum vorgezogene Umkleidung der Einspritzvorrichtung vorgesehen, die einen Teil des konischen Kraftstoffstrahls ungehindert durch ihre Durchbrechungen nach der sie umströmenden Primärluft hindurchläßt.
  • Bei den bekannten Gasturbinenbrennkammern dieser Art sind zwei Kraftstoffsammelleitungen vorgesehen, deren eine mit einer ersten Gruppe von Düsen für die Erzeugung eines konischen Kraftstoffstrahls verbunden ist und deren andere mit einer zweiten Gruppe von Düsen verbunden ist, durch welche Kraftstoff in die nach dieser zweiten Düsengruppe hin zurückgewirbelte Primärluft eingespritzt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau der Brennstoffversorgung bei diesen bekannten Gasturbinenbrennkammern zu vereinfachen und eine vereinfachte und zuverlässige Verteilung des Brennstoffs auf die Sekundärluft und die zurückgewirbelte Primärluft sicherzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der stromunterseitige Abschnitt der Umkleidung nach der Zone der in Richtung auf die Einspritzvorrichtung zurückgewirbelten Luft hin für die Austragung des an der Umkleidung aufprallenden Teiles des Kraftstoffstrahls offen ist.
  • Es genügt bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildungsform eine einzige Sammelleitung mit einer einzigen Gruppe von an diese angeschlossenen Düsen. Ein Teil des konischen Kraftstoffteils geht dabei durch die Durchbrechungen der Umkleidung hindurch. Der Rest prallt an den zwischen den Durchbrechungen liegenden Teilen der Umkleidung ab und gelangt durch das offene Ende der Umkleidung in den zurückgewirbelten Primärluftstrom.
  • Die Proportionierung der in die Primärluft eindringenden Kraftstoffmenge und der in die Sekundärluft eindringenden Kraftstoffmenge ist bestimmt durch das Verhältnis der Durchbrechungen zu den zwischen ihnen liegenden Teilen der Umkleidung. Dieses Verhältnis ist somit stets konstant, während es bei der bekannten Ausführungsform abhängig ist von den Bedingungen in den die Düsen versorgenden Sammelleitungen.
  • Nach einer Ausführungsform ist am Ende des stromunterseitigen Abschnitts der Umkleidung eine eine nach innen weisende Lippe angesetzt. Diese Lippe verringert den Impuls der an ihr vorbeiströmenden Luft und trägt zu der Zerstäubung des in den Primärluftstrom austretenden Kraftstoffs bei.
  • Die Durchbrechungen des stromunterseitigen Abschnitts der Umkleidung können in axialer Richtung verlaufende Schlitze sein, die nach einer Ausführungsform bis zum Ende des stromunterseitigen Abschnitts der Umkleidung reichen und zwischen sich frei ausladende Finger bilden.
  • Insbesondere bei Brennkammern der Rohrbauart kann die Umkleidung an den radial inneren Enden auf die Wirbelbildung fördernden Leitschaufeln des Primärluftstromkanals befestigt sein. Diese Art der Befestigung ist an sich bekannt; die Durchbrechungen schließen sich bei dieser Ausführungsform stromabwärts an die Leitschaufeln an.
  • Drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verbrennungsanlagen werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 zeigt schematisch eine Verbrennungsanlage, welche ein rohrförmiges Flammrohr besitzt; Fig.2 zeigt das Einlaßende des Flammrohres in vergrößerter Darstellung; Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Verbrennungsanlage, welche ein ringförmiges Flammrohr besitzt; Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, wie sie bei der Konstruktion gemäß Fig. 3 benutzt wird; Fig. 5 ist ein Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 6 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 6 in Fig. 5.
  • Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Verbrennungsanlage ein Luftmantelgehäuse 10 auf, welches entweder rohrförmig oder ringförmig ausgebildet sein kann, und ferner ein Flammrohr 11, welches als Rohr ausgebildet ist. Wenn das Luftmantelgehäuse rohrförmig ausgebildet ist, enthält es ein einziges Flammrohr. Wenn das Luftmantelgehäuse ringförmig ist, besitzt es dagegen eine Reihe von Flammrohren in ringförmiger Anordnung.
  • Die Verbrennungsanlage erhält an ihrem Einlaßende 10a Druckluft, z. B. von dem Kompressor einer Gasturbinenanlage, und die Luft strömt teilweise in das Flammrohr durch dessen Einlaßende 11b und teilweise in den Raum 13 zwischen dem Flammrohr und dem Luftmantelgehäuse, um durch die in den Wandungen des Flammrohres vorgesehenen öffnungen 12 in dessen Inneres einzutreten.
  • Die durch die Einlaßöffnung 11 b eintretende Luft bildet die Primärluft. Diese Luft tritt in die Primärverbrennungszone ein durch eine Reihe von Wirbelleitschaufeln 14, die eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 15 umgeben, und strömt angenähert längs eines Weges, wie er durch die Pfeile 14a angedeutet ist. Ein Teil der durch die Öffnungen 12 strömenden Luft strömt nach dem stromaufwärts liegenden Ende des Flammrohres in die Primärverbrennungszone, wie durch die Pfeile 12a angedeutet ist. Der verbleibende Luftteil mischt sich mit den Verbrennungsprodukten in dem stromabwärts liegenden Teil des Flammrohres.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 15 ist üblicherweise eine Wirbeldüse und erzeugt einen konischen Brennstoffnebelstrahl, und es besteht die Tendenz, daß der Teil der Luft in der Primärverbrennungszone, der durch die Öffnungen 12 zugeführt wird, brennstoffarm ist, während der verbleibende Teil der Luft in der Primärzone einen überschuß an Kraftstoff erhalten wird. Wenn also die eingespritzte Brennstoffmenge so berechnet ist, daß sie in bezug auf die Gesamtmenge der Luft in der Primärzone dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, was für eine gute Zündung und die Ausbreitung der Flamme wünschenswert ist, dann wird, obwohl der Kraftstoff im Bereich der Zündvorrichtung 16 gezündet wird, eine gute Ausbreitung der Flamme nicht zu erzielen sein, weil das Kraftstoff-Luft-Gemisch teilweise überreich und teilweise arm ist.
  • Erfindungsgemäß werden daher Mittel vorgesehen, wie z. B. in Fig. 2 dargestellt, welche eine gleichmäßigere Verteilung des Kraftstoffes auf Primär- und Sekundärverbrennungszone erzeugen.
  • Ein zylindrisches Verkleidungsstück 17 ist vorgesehen, welches zentral am inneren Ende der Wirbelleitschaufeln liegt und die Brennstoffeinspritzvorrichtung 15 an ihrem stromaufwärts liegenden Ende umgibt und über die Brennstoffeinspritzvorrichtung hinaus bis in die Primärverbrennungszone reicht. Dieses Verkleidungsstück ist an beiden Enden offen, so daß ein Teil der Primärluft direkt durch es hindurch in die Primärverbrennungszone strömt, und es ist an seinem stromabwärts liegenden Ende mit einer schmalen umgebogenen Lippe 18 versehen. Das Verkleidungsstück 17 ist in seinem stromabwärts liegenden Teil auch mit einem Ring axialer Schlitze 19 versehen.
  • Im Betrieb tritt der konische Kraftstoffnebelstrahl 20 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 15 teilweise unbehindert durch die Öffnungen 19 hindurch, und teilweise wird er durch die zwischen den öffnngen 19 liegenden Wandteile des Verkleidungsstückes abgefangen, und dieser letztere Teil des Kraftstoffes fließt längs der inneren Oberfläche des Verkleidungsstückes und wird durch die das Verkleidungsstück durchströmende Luft über die Lippe 18 hinaus in den zentralen Teil der Primä rverbrennungszone transportiert. Durch entsprechende Wahl der Größe der Öffnungen 19 kann in der Primärverbrennungszone eine näher am stöchiometrischen Verhältnis liegende Kraftstoffverteilung und damit eine bessere Ausbreitung der Flamme erzielt werden.
  • In den Fig. 3 und 4 ist eine ausschließlich ringförmige Verbrennungsanlage dargestellt. Das Luftmantelgehäuse besitzt innere und äußere ringförmige Wände 30, 31; und das Flammrohr hat innere und äußere koaxiale Wände 32, 33 mit Einlaßöffnungen 34 für die Sekundärluft. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine Ringleitung 35 auf mit einer Reihe von Einspritzdüsen 36, welche Schlitzöffnungen 37 besitzen, um flache nach innen und außen gerichtete Kraftstoffstrahlen zu erzeugen, wobei die Strahlen aller Düsen zusammen ein Paar im wesentlichen konischer Strahlen bilden, von denen der eine gegen die Wand 32 und der andere gegen die Wand 33 gerichtet ist.
  • Die Primärluft tritt in das Flammrohr ein teilweise durch die mit Schlitzen versehenen Wände 38, die von den Wänden 32, 33 ausgehen und teilweise mit im wesentlichen gerader Strömungsrichtung durch einen ringförmigen Luftdurchlaß 40 zwischen den koaxialen Ringteilen 39, zwischen welchen die Kraftstoffleitung 35 angeordnet ist.
  • Zwecks Verbesserung der Brennstoffverteilung sind an den Ringteilen 39 Verkleidungsmittel vorgesehen, welche in die Primärverbrennungszone über die Brennstoffeinspritzdüsen 36 hinaus hineinragen. Die Verkleidungsmittel weisen axiale Verlängerungen 41 der Ringwände 39 auf, welche den Durchtritt 40 begrenzen. Diese Verlängerungen besitzen einen Ring sich axial erstreckender Schlitze 42 und schmale Lippen 43 an ihren stromabwärts liegenden Enden. Die Wirkungsweise ist dieselbe, wie sie in bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist.
  • Bei dem in den Fig.5 und 6 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel sind Wirbelleitschaufeln 50 des Flammrohres an ihren Enden mit einem Ringschirm 51 verbunden, und eine Wirbeleinspritzdüse 52 für den Kraftstoff ragt mit ihrem Ende und mit Zwischenraum in den Schirm 51 hinein. Um die Kraftstoffverteilung auf Primär- und Sekundärzone zu verbessern, ist eine Haube in Form einer Hülse 53 vorgesehen, die in dem Schirm 51 eingesetzt ist. Die Hülse besitzt einen Teil 53 a, der in die Primärverbrennungszone hineinragt. Dieser Teil 53 a hat Axialschlitze 54, die von dem stromabwärts liegenden Hülsenende ausgehen und eine Anzahl Kraftstoff abfangender Finger 55 stehenlassen. Die Hülse 53 hat in ihrem Inneren eine Reihe von in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander liegenden, nach innen ragenden Vorsprüngen 56, wobei die zwischen ihnen liegenden Lücken 57 ein im wesentlichen geradliniges Durchströmen der Luft durch die Hülse 53 in den Bereich 53 a ermöglichen. Die Vorsprünge tragen einen Ring 58, der mit axialem Abstand von dem Ende der Düse 52 angeordnet ist und dessen stromaufwärts liegende Fläche 58 a eine kegelförmige Abdrehung besitzt, welche dem kegeligen Umfang 52a des Düsenendes entspricht. Infolge dieser Anordnung tritt ein Teil der in die Hülse 53 einströmenden Primärluft zwischen den Ring 58 und das Düsenende und von da durch den Ring und den Hülsenteil 53a in die Primärverbrenungszone ein. Der Ring 58 sichert eine gleichmäßige Verteilung der Luft, welche durch die Lücken 57 tritt, und erzeugt einen Luftstrom über das Düsenende und verhindert damit Kohlebildung.
  • Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist ähnlich der, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, hat jedoch zusätzlich den Vorteil, daß Kohlebildung bei manchen Verbrennungsanlagen vermieden werden kann.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenbrennkammer der Rohr- oder Ringbauart mit einer zur Erzeugung eines konischen Kraftstoffstrahls bestimmten Kraftstoffeinspritzvorrichtung und mit einer, Teile des Primärluftstromes durchlassenden, in Strömungsrichtung über die Einspritzvorrichtung hinaus in den Verbrennungsraum vorgezogenen Umkleidung der Einspritzvorrichtung, die einen Teil des konischen Kraftstoffstrahls ungehindert durch ihre Durchbrechungen nach der sie umströmenden Primärluft hin durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der stromunterseitige Abschnitt der Umkleidung nach der Zone der in Richtung auf die Einspritzvorrichtung zurückgewirbelten Luft hin für die Austragung des an der Umkleidung aufprallenden Teiles des Kraftstoffstrahles offen ist. z. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des stromunterseitigen Abschnittes der Umkleidung eine nach innen weisende Lippe angesetzt ist (18 in Fig. 2; 43 in Fig. 3). 3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen des stromunterseitigen Abschnitts der Umkleidung in axialer Richtung verlaufende Schlitze sind (19 in Fig. 2; 42 in Fig. 3 und 4). 4. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Schlitze (54 in Fig.5) bis zum Ende des stromunterseitigen Abschnitts der Umkleidung reichen und zwischen sich frei ausladende Finger (55 in Fig. 5) bilden. 5. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 4, insbesondere der Rohrbauart, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidung (17 in Fig. 2; 53 in Fig. 5) in an sich bekannter Weise an den radial inneren Enden auf die Wirbelbildung fördernden Leitschaufeln des Primärluftstromkanals (116) befestigt ist und daß die Durchbrechungen (19) sich stromabwärts an die Leitschaufeln anschließen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 876 495; französische Patentschrift Nr. 1134 847; Luftfahrttechnik 1955, August-Heft, S. 58 bis 60.
DER22124A 1957-09-27 1957-11-09 Gasturbinenbrennkammer Pending DE1108517B (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE876495C (de) * 1950-03-21 1953-05-15 Shell Refining & Marketing Co Brennkammer fuer Gasturbinen
FR1134847A (fr) * 1954-07-20 1957-04-18 Rolls Royce Perfectionnements aux appareillages de combustion des moteurs à turbine à gaz

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE876495C (de) * 1950-03-21 1953-05-15 Shell Refining & Marketing Co Brennkammer fuer Gasturbinen
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