DE1240706B

DE1240706B - Brennkammer fuer Gasturbinenstrahltriebwerke

Info

Publication number: DE1240706B
Application number: DER40545A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey Light Wilde; Arthur Bill; John Frederick Coplin
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1964-05-08
Filing date: 1965-05-05
Publication date: 1967-05-18
Also published as: GB1048968A; US3299632A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F02c

Deutsche Kl.: 46 f-7/03

Nummer: 1240 706

Aktenzeichen: R 40545 I a/46 f

Anmeldetag: 5. Mai 1965

Auslegetag: 18. Mai 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke mit einem Gehäuse, in dem im Abstand von den Wänden des Gehäuses ein Flammrohr gelagert ist, wobei eine Anzahl von Einlaßleitschaufeln im Winkelabstand zueinander vollständig innerhalb des Flammrohres stromoberseitig der Verbrennungszone angeordnet ist, die komprimierte Luft vom Triebwerkskompressor nach der Brennzone leiten.

Bei einer bekannten Brennkammer dieser Bauart sind die Brennstoffinjektoren stromunterseitig der Einlaßleitschaufeln vorgesehen, und dies hat den Nachteil, daß die Brennkammer eine beträchtliche Länge haben muß, die anderenfalls zur Vermischung von Brennstoff und Luft nutzbringend angewendet werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleicher Triebswerksgröße die Vermischung von Brennstoff und Luft zu verbessern.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß ^ao Brennstoffzuführungseinrichtungen in der Nähe der stromoberseitigen Enden der Einlaßleitschaufeln vorgesehen sind, um Brennstoff in den Strom der komprimierten Luft zwischen den stromoberseitigen Enden der Einlaßleitschaufeln einzuführen. Durch die Erfindung wird es möglich, die axiale Länge der Einlaßleitschaufeln als Mischraum für Brennstoff und Luft auszunutzen, so daß die axiale Länge der Brennkammer und. demgemäß die Länge des Triebwerks insgesamt vermindert werden kann.

Jede Einlaßleitschaufel weist zweckmäßigerweise innen eine Brennstoffleitung auf, und jede Einlaßleitschaufel ist mit mehreren Bohrungen ausgestattet, die mit der Brennstoffleitung in Verbindung stehen und Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,

Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. C. Wallach, Dipl.-Ing. G. Koch
und Dr. T. Haibach, Patentanwälte,
München 2, Kaufingerstr. 8

Als Erfinder benannt:

Geoffrey Light Wilde,

Arthur Bill,

John Frederick Coplin,

Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 8. Mai 1964 (19 404)

zu vermeiden, die über die Innen- und/oder Außenwand des Flammrohres strömt, sind zweckmäßigerweise an sich bekannte Leitschaufeln vorgesehen. Weitere Leitschaufeln können vorgesehen sein, um eine Turbulenz in der Strömung der Verbrennungsluft zu begünstigen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. In sich nach der Oberfläche der Einlaßleitschaufel er- 35 dieser zeigt
strecken, so daß der Brennstoff in feinster Ver- F i g. 1 eine schematische, teilweise aufgebrochene

teilung gleichmäßig in den Druckluftstrom eingeführt Seitenansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit werden kann. einer erfindungsgemäßen Brennkammer,

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung F i g. 2 einen Teilschnitt der Brennkammer nach

ist weiter vorgesehen, auch die zwischen Außen- 40 F i g. 1 in größerem Maßstab,

gehäuse und Innengehäuse gegebenenfalls vorzu- F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 gemäß

sehenden Streben aerodynamischen Profils zur Einleitung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom einzuführen. Zu diesem Zweck sind die Streben, die jeweils zwischen einem Paar von Einlaßleitschaufeln in der Nähe der stromoberseitigen Enden derselben vorgesehen sind, mit einem inneren Brennstoffkanal ausgestattet, wobei mehrere Querbohrungen mit diesem Brennstoffkanal in Verbindung stehen, um in

feinverteilter Form Brennstoff in den Luftstrom ein- 50 Brennkammefl3 und eine Turbine 14. Die Turzuspritzen. binenabgase gehen an die Außenluft durch ein Strahl-

Um eine Turbulenz derjenigen komprimierten Luft rohr 15 ab.

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Fig. 2,

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Brennkammer,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 gemäß Fig. 4.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit einem Triebwerksgehäuse 11, umfassend in Strömungsrichtung einen Verdichter 12, eine ringförmige

Radial innerhalb des Triebwerksgehäuses 11 ist ein inneres Gehäuse 16 angeordnet. Ein ringförmiges Flammrohr 20 ist zwischen dem Triebwerkgehäuse 11 und dem inneren Gehäuse 16 angeordnet. Dieses Flammrohr 20 ist vom Triebwerkgehäuse 11 durch einen ringförmigen Verdünnungskanal 21 getrennt, der einen Teil der vom Verdichter 12 erzeugten Druckluft aufnimmt. Das Flammrohr 20 ist vom inneren Gehäuse 16 durch eine ringförmige Kühlluftleitung 22 getrennt, die einen anderen Teil der vom Verdichter 12 erzeugten Druckluft empfängt.

Eine Vielzahl von winkelmäßig versetzten Einlaßleitschaufeln 23 befindet sich am stromaufwärtigen Ende des Flammrohrs 20 stromaufwärts einer darin befindlichen Verbrennungszone 24. Die Einlaßleitschaufeln 23 leiten die Druckluft vom Verdichter 12 zur Verbrennungszone 24.

Jede Einlaßleitschaufel 23 hat eine innere, sich radial erstreckende Brennstoffleitung 25 (F i g. 3), die durch nicht dargestellte Mittel mit Brennstoff beliefert wird. Jede Einlaßleitschaufel 23 hat außerdem eine Vielzahl von Bohrungen 26, welche sich sowohl zur Saug- als auch zur Druckseite erstrecken und mit den betreffenden Leitungen 25 in Verbindung stehen. Die Bohrungen 26 liegen neben oder an den Vorderkanten der Einlaßleitschaufeln 23.

Zwischen jedem Paar von Einlaßleitschaufeln 23 liegt eine Strebe 30 mit aerodynamischem Strömungsprofil; die Streben 30 und die Einlaßleitschaufeln 23 erstrecken sich in den Verdünnungsluftkanal 21. Jede Strebe 30 hat einen inneren, sich radial erstreckenden Brennstoffkanal 31 (F i g. 3), der durch nicht dargestellte Mittel mit Brennstoff beliefert wird. Jede Strebe 30 hat eine Vielzahl von Bohrungen 32, die sich zur Saug- und zur Druckseite erstrecken und mit der Brennstoffleitung 31 kommunizieren. Diese Bohrungen 32 liegen an den Vorderkanten der Streben 30.

Brennstoff kann daher über die Brennstoffkanäle 25, 31 und die Bohrungen 26, 32 in die zwischen dem stromaufwärtigen Enden der Einlaßleitschaufeln 23 strömende Druckluft eingespritzt werden. Dieser derart eingespritzte Brennstoff mischt sich gründlich mit der Druckluft, wenn diese die Hinterkanten der Einlaßleitschaufeln 23 erreicht hat.

Die Einlaßleitschaufeln 23 stützen vier teilringförmige Leitschaufeln 33 ab. Das äußere Paar dieser Schaufeln 33 verhindert ein Abreißen und damit Durchwirbeln der über die inneren und äußeren Wandungen des Flammrohrs strömenden Druckluft.

Die vier Schaufeln 33 bilden drei Ringleitungen, durch welche die Verbrennungsluft in drei verschiedene Strömungen geteilt wird, so daß es zu einem kräftigen Durchmischen des Brennstoff-Luft-Gemisches kommt. Die dadurch in der Verbrennungsluft hervorgerufene Turbulenz gestattet es jedoch, die Verbrennung in der Verbrennungszone 24 zu stabilisieren.

Die Verbrennungszone 24 ist mit einem nicht dargestellten Zünder ausgestattet. Da, wie aus Fi g. 2 ersichtlich, die gesamte, die Verbrennungszone 24 erreichende Luft zwischen den Einlaßleitschaufeln 23 durchgeströmt ist, wird keine »Sekundärluft« angeliefert, und es kommt auch nicht zur Umkehrung der Strömung der Verbrennungsgase in der Verbrennungszone 24, mit Ausnahme von geringen Umkehrungen in den Zonen durchwirbelter Strömung.

Stromabwärts der Verbrennungszone befinden sich

im Flammrohr winkelmäßig versetzte Düsenleitschaufeln 35. Diese Düsenleitschaufeln 35 leiten die Verbrennungsgase von der Verbrennungszone 24 zur Turbine 14.

Jede Düsenleitschaufel 35 hat einen inneren Kanal 36, der mit dem Verdünnungsluftkanal 21 in Verbindung steht sowie auch mit Öffnungen 37, die sich zur Druckseite und/oder zur Saugseite der betreffenden Düsenleitschaufel 35 erstrecken. Verdünnungsluft strömt daher in das Flammrohr 20 über die Düsenleitschaufeln 35 ein und verläßt die Öffnungen 37 in derselben Richtung, in welcher die Verdünnungsluft in den Verdünnungsluftkanal 21 strömt.

Die die Öffnungen 37 verlassende Verdünnungsluft vermischt sich mit den von der Verbrennungszone kommenden Verbrennungsprodukten und führt zu einem zufriedenstellenden Temperaturquerschnitt der in die Turbine 14 einströmenden Gase.

Die Kühlluftleitung 22 steht mit dem Innern des Flammrohrs 20 über Öffnungen 40 in Verbindung, durch welche Kühlluft aus der Kühlluftleitung 22 über die radial innen liegende Fläche des Flammrohrs 20 zwischen den Düsenleitschaufeln 35 strömen

as kann.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die im allgemeinen der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 3 entspricht und daher nicht im einzelnen beschrieben wird.

Die den Teilen der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 3 entsprechenden Teile tragen dieselben Bezugszeichen.

In der Ausführungsform nach F i g. 4 und 5 wird jedoch nur ein einziges Prallglied 41 benutzt, das stromabwärts der Hinterkanten der Streben 30 angeordnet ist und sich etwas stromabwärts der Einlaßleitschaufeln 23 erstreckt.

In dieser Konstruktion sind auch vier konzentrische, stromabwärts offene, ringförmige Rinnen 42 vorgesehen, die unmittelbar stromabwärts der Einlaßleitschaufeln 23 angeordnet sind. Die Rinnen 42 schaffen eine geschützte Zone, welche die Verbrennung in der Verbrennungszone 24 stabilisiert.

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke mit einem Gehäuse, in dem im Abstand von den Wänden des Gehäuses ein Flammrohr gelagert ist, wobei eine Anzahl von Einlaßleitschaufeln im Winkelabstand zueinander vollständig innerhalb des Flammrohres stromoberseitig der Verbrennungszone angeordnet ist, die komprimierte Luft vom Triebwerkskompressor nach der Brennzone leiten, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoffzuführungseinrichtungen (25, 26, 31, 32) in der Nähe der stromoberseitigen Enden der Einlaßleitschaufeln (23) vorgesehen sind, um Brennstoff in den Strom der komprimierten Luft zwischen den stromoberseitigen Enden der Einlaßleitschaufeln (23) einzuführen.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einlaßleitschaufel (23) innen eine Brennstoffleitung (25) aufweist und daß jede Einlaßleitschaufel (23) mit mehreren Bohrungen (26) ausgestattet ist, die mit der Brennstoffleitung (25) in Verbindung stehen und

sich nach der Oberfläche der Einlaßleitschaufel (23) erstrecken.

3. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strebe (30) aerodynamischen Profils zwischen jedem Paar von Einlaßleitschaufeln (23) und der Nähe der stromoberseitigen Enden derselben vorgesehen ist und daß jede Strebe (30) mit einem inneren Brennstoffkanal (31) ausgestattet ist und mehrere Bohrungen (32) aufweist, die mit dem Brennstoff- xo kanal (31) in Verbindung stehen und sich nach der Außenwand der Strebe (30) erstrecken.

4. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Leitschaufeln (33) vorgesehen sind, um eine Turbulenz derjenigen komprimierten Luft zu vermeiden, die über die Innen- und/oder Außenwand des Flammrohres (20) strömt.

5. Brennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß weitere an sich bekannte Leitschaufeln vorgesehen sind, um eine Turbulenz in der Strömung der Verbrennungsluft zu begünstigen.

6. Brennkammer nach den Ansprüchen 4 oder

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln durch teilringförmige Bauteile (33) gebildet werden, die durch die Einlaßleitschaufeln (23) getragen werden.

7. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Verbrennungsstabilisierungseinrichtung (42) im Flammrohr unmittelbar stromunterseitig der Einlaßleitschaufeln (23) angeordnet ist.

8. Brennkammer nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsstabilisierungseinrichtung in bekannter Weise aus mehreren in Strömungsrichtung nach hinten weisenden ringförmigen Rinnen (42) gebildet wird.

9. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise mehrere Düsenleitschauf ein (35) im Winkelabstand zueinander im Flammrohr (20) stromunterseitig der Verbrennungszone (24) angeordnet sind, daß die Düsenleitschaufeln (35) die Verbrennungsgase von der Verbrennungszone (24) der Triebwerksturbine (14) zuführen und daß ein Verdünnungsluftkanal (21) zwischen dem Gehäuse (U) und dem Flammrohr (20) vorgesehen ist, daß jede Düsenleitschaufel (35) einen Kanal aufweist, der mit dem Verdünnungsluftkanal und außerdem mit Öffnungen (37) in Verbindung steht, die sich nach der Außenoberfläche der Düsenleitschaufel erstrekken, so daß Verdünnungsluft in das Flammrohr (20) eintritt, indem sie durch die Düsenleitschaufeln (35) hindurchströmt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 735 392;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1108 516,
011 670;

österreichische Patentschrift Nr. 195186;

französische Patentschriften Nr. 1 292 404,
238,1 002 312;

britische Patentschrift Nr. 898 368;

USA.-Patentschrift Nr. 2 947 143.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 580/68 5.67 0 Bundesdruckerei Berlin