DE1247752B - Ringfoermige Brennkammer fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02c

Deutsche KL: 46 f-7/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1247 752
S 1003711 a/46 f
4. November 1965
17. August 1967

Die Erfindung betrifft Verbesserungen der ringförmigen Brennkammern für Gasturbinentriebwerke.

Derartige Kammern werden mit Luft durch Ströme gespeist, welche verschiedene Funktionen haben, nämlich die Sicherstellung der Verbrennung, die Vervollständigung derselben und die Erniedrigung und die Homogenisierung der Temperatur der Abgase vor ihrem Durchgang durch die Turbine. Dieser letztere Strom wird im allgemeinen Verdünnungsluftstrom genannt, obwohl ein Teil dieses Stromes auch zur Vervollständigung der Verbrennung dienen kann. Die Kühlung und die Homogenisierung der Temperatur der Abgase erfordern, daß diese in der Kammer eine gewisse Strecke durchströmen, so daß die Kammer eine gewisse Länge haben muß. ·

Bei den bekannten ringförmigen Brennkammern mit rotierender zentrafugaler Brennstoffeinspritzung in Form eines liegenden L, welche in einem gemeinsamen zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordneten Gehäuse eine Außenwand und eine Innenwand aufweisen, welche einen Verbrennungsraum längs des kleinen lotrechten Schenkels des liegenden L und einen Raum zur Verdünnung der Gase längs des großen waagerechten Schenkels dieses liegenden L abgrenzen, wird die Verdünnungsluft zum größten Teil durch radiale Rohre zugeführt, welche an ihren beiden Enden offen sind und an der Außenwand der Kammer in der Trennzone zwischen dem Verbrennungsraum und dem Raum zur Verdünnung der Gase ansetzen.

Die Rohre zur Zufuhr der Verdünnungsluft münden etwa auf halber Entfernung zwischen der Außenwand und der Innenwand der Brennkammer, wobei die aus diesen Rohren austretende Luft sowohl den Verdünnungsraum als auch den Verbrennungsraum in seinem äußeren Abschnitt speist, in welchem diese Luft die Vollendung der Verbrennung bewirken soll.

Bei derartigen Kammern muß die durch die Innenwand hindurch zugeführte Speiseluft zur Erreichung des inneren Hohlraumes dieser Kammer, aus welchem sie am Fuß des Verbrennungsraums ausströmt, den heißen Gasstrom des Verdünnungsraums durchströmen, wofür diese aus dem Ringraum zwischen dem gemeinsamen Gehäuse und der Außenwand der Brennkammer herkommende Luft durch die hohlen Schaufeln des Leitapparates der ersten Turbinenstufe strömt, um in diesen inneren Hohlraum zu gelangen. Zur sehr erheblichen Verbesserung der Verbrennung und der Verdünnung bei gleichzeitiger Verringerung der Länge der Brennkammer weist erfindungsgemäß die Innenwand der Kammer gegenüber den radialen Rohren zur Zufuhr der Verdünnungs-Ringförmige Brennkammer
für Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

Joseph .Szydlowski, Bordes (Frankreich)
Vertreter:

Dipl.-Phys. Dr. W. Andrejewski, Patentanwalt,
ίο Essen, Kettwiger Str. 36

Als Erfinder benannt:

Joseph Szydlowski, Bordes (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. November 1964 (996755)- -

luft einen schrägen Abschnitt von im Axialschnitt allgemein trapezförmiger Form auf, bei welchem die kleine und die große Grundseite in dem Verbrennungsraum bzw. dem Verdünnungsraum angeordnet sind. Die aus den radialen Rohren austretende Verdünnungsluft wird dann aus ihrer ursprünglichen Richtung gegen den äußeren Abschnitt des Verbrennungsraums abgelenkt und kreuzt den aus dem inneren Abschnitt dieses Raums kommenden Strom der in Verbrennung begriffenen Gase, wobei diese Ablenkung und diese Kreuzung Wirbel erzeugen, welche die Vollendung der Verbrennung verbessern. Außerdem durchströmt die Gesamtheit der so abgelenkten Verdünnungsluft einen Weg, welcher länger als der ist, welchen sie bei unmittelbarem Austritt zu dem Verdünnungsraum durchströmt hätte. Infolgedessen erhält man außer einer besseren Vollendung der Verbrennung eine Verbesserung der Verdünnungswirkung, was eine Verringerung der Länge der Kam- mer gestattet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der schräge Wandabschnitt mit einer Reihe von radialen überstehenden Wänden versehen, welche nach Art der Schaufeln eines Axialverdichters schräg liegen, wobei jedes radiale Rohr zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden außerhalb des zwischen diesen Wänden liegenden Raums oder in diesen mündet. Diese Wände oder Rippen können in dem einen oder dem anderen Sinn geneigt sein, um dem abge-

5c lenkten Verdünnungsluftfluß eine Drehbewegung in dem Sinn der rotierenden Brennstoffeinspritzung oder entgegen derselben zu geben, was die Wirbelwirkung

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verstärkt und somit' die Schnelligkeit der Homo- sehen dem Verdichter 3 und dieser Turbine. Sie

genisierung der Temperatur der Abgase und der wird durch eine Außenwand 4 und eine Innenwand 5

Vollendung der Verbrennung erhöht. begrenzt. Die Außenwand 4 ist durch ihren hinteren

Gemäß einer Ausführungsabwandlung ist die Abschnitt mit dem Außenring 7 des Leitapparates 8 große Basis des schrägen Wandabschnittes in einer 5 der ersten Turbinenstufe verbunden, welcher mit die radialen Rohre schneidenden Diametralebene hohlen Schaufeln 9 versehen ist. Sie besitzt ein Wirangeordnet. Ein Teil der Verdünnungsluft wird dann belblech 10 mit Bohrungen 11, einen Mischer 12, durch die schräge Wand zu dem äußeren Abschnitt welcher mit seitlichen Abdeckungen versehene der Brennkammer abgelenkt, während der Rest die- Schlitze 13 aufweist und an ihrem hinteren Abschnitt ser Luft unmittelbar in den Verdünnungsraum aus- io 14 eine Reihe von Löchern 15.
tritt. Diese Lösung ist besonders angezeigt, um zu Die Innenwand 5 umgibt die Turbinenwelle 16 verhindern, daß die Verdünnungsluft die Verbren- nach Anbringung des Labyrinths 17, wobei sie einen nung »einfriert«. inneren Hohlraum 18 abgrenzt. Sie ist mit dem In-

Bei der obigen Ausbildung strömt die Speiseluft, nenring 19 des Leitapparates der Turbine 8 verweiche am Fuß des Verbrennungsraums durch die 15 einigt. Sie weist an ihrem Wirbelblech 20 und an Innenwand der Kammer hindurch eintreten soll, in ihrem hinteren Abschnitt 21 Reihen von Bohrungen an sich bekannter Weise durch die hohlen Schaufeln 22 und 23 auf. Die durch die Außenwand 4 und die des Leitapparates der ersten Turbinenstufe, um den Innenwand 5 begrenzte Kammer hat die Form eines inneren Hohlraum dieser Wand zu erreichen. liegenden L und besitzt einen Verbrennungsraum 24

Erfindungsgemäß kann jedoch unmittelbar ein Teil 20 längs des kleinen lotrechten Schenkels des L und

der Verdünnungsluft benutzt werden, um diesen in- einen Verdünnungsraum 25 längs des großen waage-

neren Hohlraum mit-Luft zu speisen, ein Gedanke, rechten Schenkels des L.

der für sich allein Gegenstand eines anderen, nicht Etwa in der Verbindungszone dieser beiden Räume

vorveröffentlichten älteren Vorschlages ist. sind Rohre 26 für die Verdünnungsluft an die

Hierfür kann jedes zweite radiale Rohr in der 25 Außenwand 4 angeschweißt, welche an ihrem Ende

Nähe der schrägen Wand gegenüber einer Bohrung eine Verengung aufweisen, um die Geschwindigkeit

münden, welche etwa die gleichen Abmessungen hat der in ihnen strömenden Luft zu erhöhen,

und an dieser schrägen Wand ausgebildet ist. Wie dies bei derartigen ringförmigen Brennkäm-

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungs- rriern bekannt ist, erfolgt die Speisung mit flüssigem form ist die schräge'Wand gegenüber einem jeden 30 Brennstoff durch rotierende zentrifugale Einspritzung radialen Rohr in der Nähe ihrer großen Grundseite mittels eines Einspritzrades 27, welches mit Brennmit Löchern versehen, deren Abmessungen wesent- stoff durch eine mit einer beliebigen Speisequelle verlieh kleiner als der Querschnitt am Ende des radia- bundene Hohlwelle gespeist wird,
len Rohres sind. " . Gegenüber den Verdünnungsrohren 26 weist die

In den beiden letzteren Fällen wird die Gesamtheit 35 Innenwand 5 zwischen ihrem Wirbelblech 20 und oder ein Teil der in den inneren Hohlraum der Innen- ihrem hinteren Blech 21 einen schrägen Abschnitt 28 ■wand eingeführten Verbrennungsluft von den radia- auf, welcher im Axialschnitt etwa trapezförmig ist len Rohren geliefert, während der Rest durch die und dessen große Grundseite 29 bzw. kleine Grundhohlen Schaufeln des Leitapparates der ersten Tür- seite 30 in dem Verdünnungsraum 25 bzw. in dem binensrufe strömt, deren axiale Erstreckung dann 40 Verbrennungsraum 24 liegen,
verringert wird. Die Stromfäden der Verdünnungsluft folgen daher

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme etwa dem Weg A in den Rohren 26, worauf sie nach

auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. ihrem Auftreffen auf den schrägen Abschnitt 28 in

F i g. 1 ist ein halber Axialschnitt einer erfindungs- Richtung auf die äußere Zone des Verbrennungsgemäßen Brennkammer, deren Innenwand gegenüber 45 raums abgelenkt werden, wo sie den aus dem hihden radialen Rohren einen schrägen vollen Abschnitt teren Abschnitt dieses Raums kommenden Strom der aufweist; in Verbrennung begriffenen Gase kreuzen. Diese

Fig.2 und 3 sind in Achsrichtung geschnittene Kreuzung erzeugt Wirbel in RichtungB, welche die

von oben gesehene Teilansichten einer Ausführungs- Vollendung der Verbrennung in dem Raum 24 ver-

abwandlung, bei welcher der schräge Abschnitt mit 50 bessern, während die Verdünnungsluft auf dem

Rippen zur Erzeugung einer Drehbewegung versehen Weg C mit den Abgasen austritt, bei welchen sie die

ist; Homogenisierung ihrer Temperatur verbessert hat.

Fig. 4 ist eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, bei Es ist zu bemerken, daß der Weg A-B-C länger als

welcher der schräge Abschnitt in einer die radialen der Weg ist, auf welchem die Verdünnungsluft strö-

Rohre schneidenden Diametralebene endigt; 55 men würde, wenn sie unmittelbar aus den radialen

Fig. 5 bis? zeigen Ausführungsabwandlungen der Rohren 26 in den Verdünnungsraum 27 gelangen

Fig. 1, bei welchen Löcher in dem schrägen Ab- würde, so daß die Länge der Kammer verringert

schnitt der Innenwand der Brennkammer vorgesehen werden kann,

sind; Ein Teil der Verbrennungsluft wird in an sich

Fig. 8 ist eine schaubildliche Teilansicht der erfin- 60 bekannter Weise der Basis der Flamme auf dem

"dungsgemäßen mit aufeinanderfolgenden radialen Weg D über die Bohrungen 13 zugeführt. Ein anderer

Rohren gemäß Fig. 5 und 7 ausgerüsteten -Brenn- Teil dieser Verbrennungsluft strömt in ebenfalls an

kammer; sich bekannter Weise auf dem Weg E in die hohlen

Fig. 9 ist eine der Fig. 5 bis 7 ähnliche Ausfüh- Schaufeln9 des Verteilers 8 und hierauf durch Bohrung des schrägen Wandabschnittes der in Fig. 4 65 rangen 31 in dem hinteren Abschnitt der Innenwand dargestellten Art. der Kammer, worauf er in den inneren Hohlraum 18

Die in Fig. 1 dargestellte Brennkammer befindet dieser Innenwand gelangt, um am Fuß des Verbrensich innerhalb des Gehäuses 1 der Turbine 2 zwi- nungsraums 24 durch die Bohrungen 22 auszuströ-

men. Ein anderer Teil der Verbrennungsluft gelangt in kleinen Mengen in die Kammer, indem er unter den Lippen der Labyrinthe 32 und 33 hindurchtritt, um die Speisung der Basis der Flamme und ihr Haften um das Einspritzrad 27 herum sicherzustellen.

Ein Teil der in den Hohlraum 18 eintretenden Luft tritt durch die Bohrungen 23 aus, um als Verdünnungsluft zu wirken. Schließlich kühlt eine geringe zwischen dem inneren Hohlraum 18 und dem Labyrinth 17 geführte Luftmenge die Turbinenwelle 16 sowie nach Durchtritt durch den hinteren Abschnitt 34 dieses Labyrinths auch die Eingangsscheibe der Turbine.

Zur Erhöhung der Vergleichsmäßigung der Temperatur der Abgase durch Vergrößerung der Wirbel der Verdünnungsluft in dem äußeren Abschnitt des Verbrennungsraums 24 kann der schräge Abschnitt 28 der Innenwand 5 in der in F i g. 2 und 3 dargestellten Weise mit einer Reihe von radialen Wänden 35 versehen werden, welche in bezug auf die Achse des Motors in dem Drehsinn des Einspritzrades 27 oder in dem entgegengesetzten Sinn schräg liegen, um eine Kreisbewegung der Verdünnungsluft um diese Achse zu erzeugen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform25 liegt die große Grundseite 29 a des schrägen Abschnitts 28 ß der Innenwand 5 α der Verbrennungskammer, welcher eine etwa trapezförmige Form hat, in einer die radialen Rohre 26 schneidenden Diametralebene. Hierdurch wird die von diesen Rohren zugeführte Verdünnungsluft in zwei Ströme geteilt, von denen der eine bei B durch die schräge Wand 28a wie bei Fig. 1 abgelenkt wird, während der andere unmittelbar gemäß F dem Verdünnungsraum 25 zugeführt wird.

Zur Verringerung der axialen Erstreckung des mit hohlen Schaufeln versehenen Leitapparates der ersten Turbinenstufe kann man einen Teil der aus den radialen Rohren kommenden Luft benutzen, um den inneren Hohlraum der Innenwand der Kammer ganz oder teilweise mit Luft zu speisen, um diese Luft durch die Bohrungen 22 in den inneren Abschnitt des Verbrennungsraums 24 einzuführen. Hierfür kann eine der Ausführungsformen der F i g. 5 bis 9 benutzt werden.

In F i g. 5 ist der schräge Abschnitt 28 b der Innenwand 5 & gegenüber einem jeden radialen Rohr 26 in der Nähe seiner großen Grundseite 29 & mit einem Loch 36 versehen, durch welches ein Teil der Verdünnungsluft in den inneren Hohlraum 18 b dieser Wand eintritt. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann das radiale Rohr 26 & außerdem eine Verlängerung 37 gegenüber dem entsprechenden Loch 36 aufweisen.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 7 und 8 liegt jedes zweite radiale Rohr einem Loch 36 gegenüber, welches gemäß Fig. 5 in der schrägen Wand 28& angebracht ist, während das andere radiale Rohr 26 c bis in die Nähe dieses schrägen Abschnitts 28 b verlängert ist, in welchem eine durch einen Diffusor 39 verlängerte Bohrung 38 vorgesehen ist, wie dies Gegenstand eines älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlages ist. In diesem Fall speist die aus jedem zweiten radialen Rohr kommende Verdünnungsluft unmittelbar den inneren Hohlraum 18 b, während die aus dem nächsten Rohr kommende Verdünnungsluft in zwei Teile unterteilt wird, von denen der eine verhältnismäßig kleine in den inneren Hohlraum 18 & gelangt, während der andere größere von dem schrägen Wandabschnitt 28 b abgelenkt wird und in. die äußere Zone des Verbrennungsraums gelangt.

F i g. 9 stellt eine der Ausführung der F i g. 5 ähnliche Ausführung dar, bei welcher das Loch 36 an der großen Grundseite der schrägen Wand 28 c angebracht ist, wie bei der schrägen Wand 28 α der Fig. 4.

Da die Gesamtheit oder ein Teil der für den inneren Hohlraum bestimmten Luft von den radialen Rohren geliefert wird, kann der Leitapparat der ersten Turbinenstufe, dessen axiale Erstreckung beträchtlich verringert ist, in Überemstunmung mit dem älteren Vorschlag volle Schaufeln oder hohle Schaufern für den Durchtritt der restlichen Luft oder einfach der für ihre Kühlung erforderlichen Luft haben.

Die Schräglage und die Lage des schrägen Wandabschnitts 28 werden entsprechend der gewünschten Wirbelwirkung und der gewünschten Luftverteilung bestimmt. Die Abmessungen der Löcher 36 oder der Bohrungen 38 werden entsprechend der vorzunehmenden Verteilung der aus den radialen Rohren 26 kommenden Luft auf Verbrennungsluft, Luft zur Vollendung der Verbrennung und unmittelbare Verdünnüngslüft bestimmt.

Die radialen Rohre haben vorzugsweise, wie es Gegenstand des älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlages ist, einen elliptischen Querschnitt und können mit Bohrungen zur unmittelbaren Einführung eines Teils der Verdünnungsluft in die Gase versehen sein.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Ringförmige Brennkammer mit rotierender zentrifugaler Brennstoffeinspritzung in Form eines liegenden L, insbesondere für Gasturbinentriebwerke, welche in einem gemeinsamen Gehäuse zwischen dem Verdichter und der Turbine eine Außenwand und eine Innenwand aufweist, welche einen Verbrennungsraum längs des kleinen lotrechten Schenkels des liegenden L und einen Raum zur Verdünnung der Gase längs des großen waagerechten Schenkels des liegenden L abgrenzen, wobei die Verdünnungsluft durch radiale Rohre zugeführt wird, welche an ihren beiden Enden offen sind und an der Außenwand der Kammer in der Trennzone zwischen dem Verbrennungsraum und dem Verdünnungsraum der Gase ansetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (5) der Kammer gegenüber den radialen Rohren (26) zur Zufuhr der Verdünnungsluft einen schrägen Abschnitt (28) von im Axialschnitt allgemein trapezförmiger Form aufweist, dessen kleine und große Grundseite (30,29) in dem Verbrennungsraum (24) bzw. dem Verdünnungsraum (25) angeordnet sind.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Wandabschnitt (28) mit einer Reihe von radialen überstehenden Wänden (35) versehen ist, welche in dem einen oder dem anderen Sinn nach Art der Schaufeln eines Axialverdichters schräg liegen, wobei jedes radiale Rohr (26) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wänden (35) außerhalb des zwischen diesen Wänden liegenden Raums oder in diesen mündet (F i g. 2 und 3).

3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die große Grundseite (29 ä)

der schrägen etwa konischen Wand (28 a) in einer die radialen Rohre (26) schneidenden Diametralebene angeordnet ist (Fig.4).

4. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseluft, welche an den Fuß des Verbrennungsraums (24) durch die Innenwand (5) der Kammer gelangen soll, in den hohlen Schaufeln (9) des Leitapparates (8) der ersten Stufe der Turbine (2) strömt, um den inneren Hohlraum (18) dieser Wand (5) zu erreichen (Fig. 1).

5. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zweite radiale Rohr (26) in der Nähe der schrägen Wand (28 b) gegenüber einer Bohrung (38) mündet, welche praktisch die gleichen Abmessungen hat und an dieser schrägen Wand ausgebildet ist (Fig. 7 und 8).

6. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Wand (28 b) gegenüber einem jeden radialen Rohr (26) in der Nähe ihrer großen Grundseite mit Löchern

(36) versehen ist, welche erheblich kleiner als der Endquerschnitt des radialen Rohres sind (Fig. 5, 6 und 9).

7. Brennkammer nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit oder ein Teil der dem inneren Hohlraum (18) der Innenwand (5) zugeführten Verbrennungsluft von den radialen Rohren (26) geliefert wird und daß der Leitapparat volle Schaufeln oder mit nur zur Durchführung des Verbrennungsluftrestes oder der Kühlluft bemessenen Hohlräumen versehene 'Schaufehl (9) aufweist.

8. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Rohre (26) einen elliptischen Querschnitt haben und mit Bohrungen zur unmittelbaren Einführung eines Teils der Verdünnungsluft in die Gase versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 856755.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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