DE1145438B

DE1145438B - Brenneinrichtung

Info

Publication number: DE1145438B
Application number: DEB55881A
Authority: DE
Inventors: Peter Frederick Orchard; Kenneth William Clark
Original assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Current assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Priority date: 1958-12-15
Filing date: 1959-12-11
Publication date: 1963-03-14

Description

Brenneinrichtung Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Brennkammer, welche von konzentrischen Flächen, nämlich einer inneren Wandkonstruktion und einer äußeren Wandkonstruktion, gebildet ist. Die Brennkammer übernimmt die zugeführte Luft mit einem Drall um die Längsachse des Aggregates unmittelbar aus der vorangehenden Stufe des Gasturbinenaggregates, wobei die äußere Wandkonstruktion an ihrem stromoberseitigen Ende eine die Wirbelbildung begünstigende diffusorartige Erweiterung besitzt und wobei ein ringförmiges Organ für die Aufteilung der zugeführten Luft in Verbrennungsluft und Verdünnungsluft vorgesehen ist.
Der Gegenstand des Hauptpatentes besteht dabei darin, daß zwischen der inneren Wandkonstruktion und der äußeren Wandkonstruktion eine Zwischenwand vorgesehen ist, welche sich in axialer Richtung über einen Teil der Brennkammerlänge erstreckt und den stromoberseitigen Abschnitt der Brennkammer in zwei Ringräume unterteilt, nämlich in den äußeren, eigentlichen Brennkanal und in einen inneren Verdünnungskanal, welche beide in eine Mischzone münden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptpatentes dar insofern, als die ringförnlige Brennkammer in drei konzentrische Räume unterteilende Wände vorgesehen sind, welche sich vom Einlaß über einen Teil der Länge der Verbrennungskammer erstrecken und in diesem Teil die Entstehung von vier Strömungen bedingen, deren jede einen Einlaß und einen Auslaß besitzt. Die Auslässe aller dieser Ströme liegen innerhalb der Verbrennungskammer und in einem Abstand stromauf vor deren Auslaß. Der innerste Ringkanal ist solcher Form, daß die vom Einlaß in die Verbrennungskammer strömende Luft einen Drall um die Längsachse aufweist und keine wesentliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bedingt. Der dem innersten. Ringkanal benachbarte Kanal und auch andere sind solcher Form, daß ein rascher Anstieg des Querschnitts im Bereich des Einlasses vorliegt. Die vorliegende Erfindung gestattet eine Verminderung des Längen-Querschnittsverhältnisses der Verbrennungskammer, was bei diesen in Flugzeugen zu verwendenden Brennkammern von Bedeutung ist.
Es ist zwar bereits bei Brennkammern für Gasturbinen bekannt, die Brennkammer durch mehrere ringförmige Zwischenwandungen zu unterteilen. Diese Zwischenwandungen laufen aber kontinuierlich divergierend oder konvergierend und haben die Aufgabe, die Stirnfläche des Triebwerkes so klein wie möglich zu bemessen. Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkammer, und zwar Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Flugzeuggasturbinentriebwerk, Fig. 2 einen Schnitt durch die Leitschaufeln 17, 35 und 36.
Das in der Zeichnung dargestellte Triebwerk ist ein sogenanntes Hubtriebwerk und dient zum direkten Abheben des Flugzeuges vom Boden, wobei das Triebwerk im Flügel oder im Rumpf des Flugzeuges angeordnet ist und etwa eine vertikal stehende Achse 1 aufweist. Das Triebwerk besteht aus einem Rotorsystem mit den beiden Kompressorsoheiben 2 und 3, welche an ihrem Umfang die Laufschaufeln 4 und 5 tragen. Des weiteren enthält das Triebwerk eine Turbinenscheibe 6 mit Laufschaufeln 7 und ein verbindendes Wellelement S. Das Rotorsystem ist durch nicht gezeichnete Lager in einem äußeren Gehäuse gehalten, welches einen Einlaßteil9 aufweist. Dieser Einlaßteil 9 trägt den Kompressorstator 10 mit den Leitschaufeln 11. An den Einlaßteil 9 schließt sich eine äußere Blechhülle 12 an, an welcher eine Blende 13 befestigt ist. Diese wiederum ist der Träger einer Turbinenstatorkonstruktion 14, welche die L,-eitschaufein 15 aufweist. Der Einlaßteil 9 trägt des weiteren am Auslaß des Kompressors einen äußeren Ring 16, welcher über Leitschaufeln 17 an einen inneren Ring 18 angeschlossen ist. Der innere Ring 18 wiederum trägt einen Teil 19 einer Labyrinthdichtung, deren anderer Teil 20 durch die Kompressorscheibe 3 getragen ist. Der Kompressor ist dazu bestimmt, mit einer vorgeschriebenen Drehzahl zu laufen. Bei dieser Drehzahl wird Luft in ,die Brennkammer mit einem vorbestimmten Drall und vorbestimmter axialer Geschwindigkeit eingeleitet. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, stehen die Leitschaufeln 17 im Winkel zur Achsrichtung derart, daß die Drallgeschwindigkeit der den Kompressor mit bestimmter Geschwindigkeit verlassenden Luft nicht wesentlich geändert wird (die Richtung des Dralles ist durch die Linien B angedeutet). Der innere Ring 18 und ein innerer, sich an .die Leitschaufeln 15 anschließender Ring 21 sind durch ein inneres Blechgehäuse 22 miteinander verbunden. Die Blechhülle 12 stellt das äußere Gehäuse dar. Jedoch ist die äußere Wand der eigentlichen Brennkammer durch eine Wand 23 gebildet, welche im inneren Abstand von der Blechhülle 12 liegt. Die beiden Wände 12 und 23 stellen den Mantel für Kühlluft dar. Die Wandung 23 ist an einem Ende mit dem dem Kompressorteil 9 zugekehrten Ende der Blechhülle 12 und am anderen Ende mit dem Turbinenstator 14 verbunden. Für etwa die Hälfte ihrer Länge, vom Kompressorende aus gerechnet, ist die Brennkammer zwischen den Wänden 22 und 23 durch drei Unterteilungen 24, 25 und 26 in vier ringförmige Strömungskanäle 27, 28, 29 und 30 unterteilt. Der äußere Kanal 30 und der Kanal 28 divergieren vom Einlaßende in Richtung des Abstromes, zufolge der Ausbildung der Begrenzungswandungen 31 und 32, die zunächst axial und sodann senkrecht zur Achsrichtung verlaufen. Dadurch werden vergrößerte Zonen 28a und 30a gebildet, in welchen die Geschwindigkeit der einfließenden Luft verkleinert ist und in welchen die Turbulenz oder der Drall auf eine Höhe vergrößert ist, die die Aufrechterhaltung einer beständigen Verbrennung des über die Brenner 33 und 34 zugeführten flüssigen Brennstoffes gewährleistet. Der innerste Kanal 27 und der Zwischenkanal 29 besitzen auf ihrer Länge etwa gleichbleibende Querschnittsform, um so, ohne wesentliche Änderung der axialen oder der Drallgesehwindigkeiten, Luft hinter die Verbrennungszonen 28, 28 a und 30 a zu führen. Aus konstruktiven Gründen ist das Gehäuse 22 mit der unterteilenden Wand 24 durch Leitschaufeln 35 und 36 verbunden, welche die Kanäle 27 überbrücken. Das gleiche gilt für die Wandungen 25 und 26, die durch Leitschaufeln 37 und 38 gehalten sind. Alle diese Leitschaufeln sind geneigt zur Längsrichtung angeordnet, um nicht wesentlich den Drall der durch diese Kanäle 27 und 29 störmenden Verdünnungsluft zu verändern. Die Eintrittsquerschnitte der Kanäle 27, 28, 29 und 30 sind so, daß ein gewünschtes Verhältnis zwischen der gesamten Menge von Verbrennungsluft und Verdünnungsluft vorliegt. Ein verhältnismäßig kleiner Anteil des gesamten Luftstromes streicht durch einen Spalt 39 zwischen dem Wendungsteil 32 und dem äußeren Ring 16 und durch eine Anzahl von öffnungen 40 in einen zylindrischen Ringteil 44, welcher zwischen der Blechhülle 12 und der Wandung 23 liegt, d. h. eine axiale Fortsetzung der Wandung 23 darstellt. Diese Luft ist die Kühlluft, welche den Raum 41 durchzieht. Von hieraus gelangt die Kühlluft durch ein Kanalsystem 42 der Wandung 23 in die eigentliche Brennkammer.
Der Teil 43 der Brennkammer hinter den Einmündungen der einzelnen Kanäle 27, 28, 29 und 30 stellt eine Mischzone dar, von welcher die gemischten Gase der Verbrennungskammer und die Verdünnungsluft durch die Leitschaufeln 15 zu den Turbinenlaufschaufeln 7 strömen. Zufolge der Drallgeschwindigkeit und der höheren Dichte der die Kanäle 27 und 29 passierenden Verdünnungsluft diffundiert diese Verdünnungsluft durch Zentrifugalwirkung ohne die Notwendigkeit der Unterstützung durch mechanische Mittel radial nach außen in die die Kanäle 28 und 30 verlassende Verbrennungsluft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Ringförmige Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinenaggregate, mit einem ringförmigen Abzweigorgan für die Unterteilung des mit Drall um die Läuferachse eintretenden Gasstromes in einen toroidförmigen Wirbelstrom einer plötzlich vergrößerten Verbrennungszone und einen radial innerhalb dieser Zone strömenden Axialstrom, welche Ströme sodann eine gewisse Strecke nach einem gemeinsamen Auslaß strömen, nach Patent 1108 516, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Anzahl von Unterteilungselementen (24, 25, 26) vorgesehen ist, diese Unterteilungselemente mit Wänden (22, 23) der Brenneinrichtung eine gerade Anzahl von Ringkanälen (27, 28, 29, 30) bilden, der innerste Kanal (27) und der in radialer Richtung nach außen übernächste Kanal (29) auf ihrer Länge im wesentlichen gleiche Querschnittsflächen aufweisen, der radial außen liegende Ringkanal (30) und der in radialer Richtung nach innen übernächste Kanal (28) eine nächst der Gaseintrittsseite zum Zwecke der Bildung einer Verbrennungszone (28a, 30a) plötzlich die Querschnittsfläche vergrößernde Erweiterung aufweisen, die Unterteilungselemente (24, 25, 26) sich stromabwärts bis zu den Enden der Verbrennungszone erstrecken und die innere und äußere Wand (22, 23) der Brenneinrichtung sich über die Verbrennungszone (28a, 30a) stromabwärts hinaus erstrecken, um eine Mischkammer (43) zu bilden, in welcher die einzelnen Luftströmungen zufolge ihres Dralles um die Rotoraehse und ihrer größeren Dichte nach auswärts in die Verbrennungsgase hineinströmen. z. Brenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den äußeren Ringkanälen (30) und in die in radialer Richtung nach innen folgenden Kanäle im Bereiche deren plötzlicher Erweiterungen Brennstoffzuführungadüsen (33, 34) einmünden. 3. Brenneinrichtung nach Anspruch 1 und 2 mit die Unterteilungswandungen an einer Wandung der Brenneinrichtung haltenden Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (35 bis 38) nächst den stromaufwärts liegenden Einlässen der Ringkanäle (27, 28) vorgesehen sind und eine Ausbildung aufweisen, die es der drallbehafteten wirbelnden Luft gestattest, im wesentlichen stoßfrei ohne Hemmung in die Kanäle einzutreten. 4. Brenneinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch in den Auslaßmündungen .der Kanäle (27 und 29) Leitschaufeln (36, 38) angeordnet sind und diese die gleiche Anstellung aufweisen wie diejenigen im Einlaß. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 872 417, 866 878, 847 530, 844 380; deutsche Auslegeschrift Nr. 1011670; französische Patentschrift Nr. 1161852.