DE1167594B

DE1167594B - Kreisringfoermige Brennkammer fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1167594B
Application number: DER30142A
Authority: DE
Inventors: Arthur Henry Lefebvre; Herbert Frank Smith
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1960-04-25
Filing date: 1961-04-21
Publication date: 1964-04-09

Description

Kreisringförmige Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf kreisringförmige Brennkammern für Gasturbinenstrahltriebwerke mit zwei im radialen Abstand zueinander liegenden konzentrischen Flammrohren gleicher Länge, deren benachbarte Wandungen einen kreisringförmigen Luftkanal einschließen, wobei jedes Flammrohr eine gesonderte Verbrennungszone und Brennstoffeinspritzeinrichtungen aufweist, die Brennstoff in dieser Zone einspritzen, und wobei ein kreisringförmiger Diffusorabschnitt unmittelbar stromoberseitig der Flammrohre angeordnet ist, um Luft nach dem Luftkanal zu leiten, der die Verbrennungsluft durch die beiden Wände hindurch den Flammrohren zuführt.
Bei einer bekannten Brennkammer dieser Bauart sind die inneren und äußeren Wandungen jedes Flammrohres gelocht ausgebildet, so daß die Verbrennungsluft und die Verdünnungsluft durch jede der Wandungen hindurchtreten kann.
Es ist jedoch erwünscht, die Länge des Diffusorabschnittes so kurz als möglich zu gestalten, so daß die Gesamtlänge der Brennkammer und demgemäß die Gesamtlänge des Triebwerkes soweit als möglich vermindert wird. Wenn jedoch bei der bekannten Anordnung der Diffusorabschnitt verkürzt würde, dann müßte die in radialer Richtung aus- den äußeren bzw. inneren Flammrohren nach außen bzw. innen strömende Luft einem Pfad mit einer scharfen Krümmung folgen und hierdurch würden beträchtliche Druckverluste und unter Umständen sogar eine Turbulenz auftreten. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft würde deshalb vermindert und es wäre notwendig, die den Flammrohren zugeführte Luftströmung zu vermindern, damit eine Verbrennung symmetrisch in dem Flammrohr stattfinden kann. Dann würden die Flammrohre jedoch unterhalb ihres optimalen Betriebszustandes arbeiten.
Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß der Luftkanal in an sich bekannter Weise die einzige Verbrennungsluftzuführung für die Flammrohre bildet und daß der Diffusorabschnitt eine verhältnismäßig geringe axiale Länge und einen verhältnismäßig großen Diffusorwinkel aufweist.
Da der Luftkanal die einzige Verbrennungsluftzuführung für die Flammrohre bildet, kann der Diffusorabschnitt verkürzt werden und die Luft kann mit großen Strömungsgeschwindigkeiten in die Flammrohre eintreten, ohne daß die Luft abgelenkt wird, indem sie gekrümmten Pfaden folgt, die die Gefahr von Druckverlusten mit sich bringen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine schematische teilweise geschnittene Seitenansicht eines Gasturbinentriebwerkes mit mehreren axialen Stufen, das mit einer erfindungsgemäßen Brennkammer ausgestattet ist, F i g. 2 einen Schnitt der in F i g. 1 dargestellten Brennkammer in größerer Darstellung.
Das in F i g. 1 dargestellte Gasturbinenstrahltriebwerk für Flugzeuge weist ein Triebwerksgehäuse 10 auf, in welchem in Strömungsrichtung hintereinander ein Niederdruckkompressor 11, ein Hochdruckkompressor 12, eine ringförmige Verbrennungskammer 13, eine Hochdruckturbine 14 und eine Niederdruckturbine 15 angeordnet sind. Die Abgase der Turbine werden durch ein Strahlrohr 16 ausgestoßen.
Die Hochdruckturbine 14 sitzt auf einer Welle 17, die den Hochdruckkompressor 12 antreibt. Die Niederdruckturbine 15 sitzt auf einer Welle 18, die konzentrisch innerhalb der hohl ausgebildeten Welle 17 gelagert ist und den Niederdruckkompressor 11 antreibt.
Die ringförmige Brennkammer 13 weist eine Innenwand 20 auf, die konzentrisch zu dem Triebwerksgehäuse 10 liegt. Dem Raum 21 zwischen dem Gehäuse 10 und der Wand 20 wird am stromoberseitigen Ende der Brennkammer Luft zugeführt, die durch die Kompressoren 11, 12 verdichtet wurde. Konzentrisch ist innerhalb der Brennkammer 13 ein sich in Achsrichtung erstreckender ringförmiger Kanal 22 vorgesehen, der für die hindurchströmende Luft einen im wesentlichen geraden Pfad bildet. Der Luftkanal 22 liegt zwischen zwei ringförmigen Flammrohren 23 und 24, die an ihren stromabwärts gelegenen Enden miteinander in Verbindung stehen. Die Verbrennungsprodukte der Flammrohre 23, 24 werden in das ringförmige Auslaßende 25 der Brennkammer ausgestoßen und treffen so auf die Turbinen 14, 15. Jedes der Flammrohre 23, 24 ist mit einem Ring, bestehend aus im Winkelabstand zueinander angeordneten Brennstoffeinspritzdüsen 26, ausgestattet und das Flammrohr 24 weist eine Brennstoffzündeinrichtung 29 auf. Es ist wenigstens eine Verbindung 35 vorgesehen, welche bewirkt, daß die Flamme aus dem Flammrohr 24 nach dem Flammrohr 23 fortschreitet, wenn sie gezündet wird.
Die Flammrohre 23, 24 sind von der Innenwand 20 und dem Triebwerksgehäuse 10 durch ringförmige Kühlluftkanäle 27 bzw. 28 distanziert. Ein kleinerer Anteil (z. B. 5 %) der Luft aus dem Raum 21 wird über Prallplatten 30 in die Kanäle 27, 28 eingeleitet. um eine Kühlung des Gehäuses 10 und der Wandung 20 zu bewirken.
Die Wände des Luftkanales 22 sind mit Ringen, bestehend aus im Winkelabstand zueinander angeordneten Löchern 31 ausgestattet, wodurch die dem Kanal 22 zugeführte Luft in die Flammrohre 23, 24 eintreten kann, wie durch die Pfeile 32 dargestellt ist. Dieser Luftstrom wird darin einer einzigen Richtungsumkehr unterworfen. Die Luft, die auf diese Weise den Flammrohren 23, 24 zugeführt wird, bildet die Gesamtluft, die zur Verbrennung erforderlich ist. Diese Luft wird, wie ohne weiteres aus der Zeichnung erkennbar ist, jeweils nur einer Seite der Brennstoffeinspritzdüsen 26 zugeführt.
Der Luftkanal 22 gabelt sich an seinem stromunterseitigen Ende in Zweige 33, 34, durch welche den Flammrohren 23, 24 stromunterseitig der Brennzonen Verdünnungsluft zugeführt wird.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Brennkammer ist ein im wesentlichen gerader Pfad für die gesamte der Brennkammer 13 zugeführte Luft vorgesehen, mit der Ausnahme, daß ungefähr 5 % der Luft nach den Kühlluftkanälen 27, 28 strömt. Dieser geradlinige Pfad für die Luft ergibt sich daraus, daß die Primärluft in die Flammrohre 23, 24 nur auf einer Seite der Brennstoffeinspritzdüsen 26 einströmt und daß keine Sekundärluft benutzt wird und die Tertiär-oder »Verdünnungs«-Luft von dem axialen Kanal 22 zugeführt wird. Durch die Benutzung dieses geraden Pfades wird es möglich, die Länge der in der Zeichnung dargestellten Brennkammer kleiner zu halten. als die jener Brennkammern, bei denen es erforderlich ist, Luft längs gekrümmter Pfade zuzuführen.

Claims

Patentansprüche: 1. Kreisringförmige Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit zwei im radialen Abstand zueinander liegenden konzentrischen Flammrohren gleicher Länge, deren benachbarte Wandungen einen kreisringförmigen Luftkanal einschließen, wobei jedes Flammrohr eine gesonderte Verbrennungszone und Brennstoffeinspritzeinrichtungen aufweist, die Brennstoff in diese Zone einspritzen und wobei ein kreisringförmiger Diffusorabschnitt unmittelbar stromoberseitig der Flammrohre angeordnet ist, um Luft nach dem Luftkanal zu leiten, der die Verbrennungsluft durch die beiden Wände hindurch den Flammrohren zuführt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Luftkanal (22) in an sich bekannter Weise die einzige Verbrennungsluftzuführung für die Flammrohre (23, 24) bildet und daß der Diffusorabschnitt (21) eine verhältnismäßig geringe axiale Länge und einen verhältnismäßig großen Diffusorwinkel aufweist. z. Brennkammer nach Anspruch 1, bei welcher der Luftkanal durch die beiden Wandungen den Flammrohren Verdünnungsluft zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Luftkanal die einzige Quelle darstellt, welche den Flammrohren Verdünnungsluft liefert. 3. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise den Flammrohren keine Sekundärluft zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 951062, 844 380; britische Patentschriften Nr. 824 306, 687 667, 670092.