DE1601531A1 - Brennkammer fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

Brennkammer für Gasturbinen

Die Erfindung bezieht sieh auf eine Brennkanmer für Gasturbinen,. bei der flüssiger Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt wird.

Die Erfindung geht von einer Brennkammer aus, die ein von der Einlauf öffnung in der vorderen Brennkanmerwand nach innen in die Breimkamoar verlaufendes PUhrungsstUok aufweist« den außer der Luft Brennstoff von einen Einsprit»brenner zugeführt wird und an dessen Ende ein Leitapparat, der den Luft-Brennstoffgenlaöh einen Drall erteilt, angeordnet 1st. Die Erfindung besteht darin, daß die Wand des FUhrungsstücks und die vordere Brennkaunarwand einen geschützten Bereich swlsohen sieh einsohliefien, in den sich ein Zündwirbel In Fora eines Toroid» aus einen Teil des nuo den FUhrungsstüok austretenden Luft-Brennstoffgeaieohee bilden kann, wobei dieser Anteil des Luft-Brennetoffgenlaohea, der naoh Austritt aus den FUhrungsstUok eine radiale Qesehwindigkeltskonponente besitzt, von

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einer Wand der ifrennkaaner ungelenkt wird, ao da* er sunächst surttok« und dann aufien am VuhrungsstUek vorbeieträat.

» Die Brenntauwser kann rlngftSralg «ein. In diesem Fall sind dor Bin» lauf und da· funrungsstttok ebenfalls ringförmig, wobei die Ringaohse, die ait dar Naeohinenaoha# identiaon aein kann« gleietaeltig die Drall· achae imd die Aoha* der beiden Tboroldfbrmlgen ZOndwirbel ist.

Andereraeite kann die Brennkajwer auoh rohrförmig sein,, wobei eine Anxahl von derartigen Aobrbrennkaflnern \m die Maaohlnenaehae angeordnet iat. Xn dieaew lall aind der Einlauf und das funrungaetttok einer jeden Brennkaiwer ayiwetrieoh υη die Brennkaa«eraohae₄ die auoh die Aohae dea toroldfuraigen Ztfandwirbels daratellt.

Voraugawelae bealtst ein AuefUhrungsbeiepiel der Erfindung einen Nabenkörper, deaeen Hase entgegen der Strourlohtung xeigt und von vom Brenner eingespritzte« Brennstoff getroffen wird.

Vorzugsweise besitzt der Nabenkörper einen ringförmigen Ausenab* sohnitt, der surtlekgekrUnnt 1st» ao dafl er die Außenseite des FUhnmgdstttoktt überlappt und alt ihn eine ringförmige DQse bildet» weloive" das dealseh in einer Rlohtung auastOlt« deren eine

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Koaponecte stromaufwärts und deren andere Komponente radial «Uten selgt» ' ' , '

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung dienen die Leit8Qha«fein, welche den« Nabenkörper von FUhrungestUck her tragen, außerde» dazu., den Gemisch einen Di-all au erteilen.

Drei Ausftflirungsbeieplele der Erfindung werden nun in Zusanasenhang alt den Zeichnungen beschrieben.

Flg. 1 und 2 zeigen einen echenat Ischen Längsschnitt durch den

▼orderen Teil zweier öaeturbinen-Brennkannern der Xrfindung,

. 3 zeigt einen LMngseohnitt durch den vorderen Teil einer anderen Brennkua&er gemäß der Erfindung.

Die Beschreibung und die Zeichnungen beziehen sich zum Teil lediglioh auf Rohrbrennkanwernj das geschieht jedoch nur, um eine Wiederholung der Bezugnahme auf Ringbrennkansnern zu vermeiden. Ss versteht eich von salbet, daB es sich hierbei ua soheBatlsohe Zeichnungen handelt. Sie zeigen entweder einen geseilten oder halben Ufngsechnltt durch eine nohrbr<nnk«waer, wobei die dohnlttebeue in

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beiden mien die Achse der Brexmkaaner einschließt. Der Deutlichkeit wegen sind Ytele UnI aufkanten In den Belohnungen weggelassen.

Die Flgru 1 und 2 zeigen eine Bronnkanner 10, der von eine« Turboverdichter (nicht gezeigt) verdichtete Luft zugeführt wird und die Verbrennungsgas an eine den Verdichter antreibende Turbine liefert. Die Brennkammer wird stromaufwärts von einen Brenner 11 und dessen Brennstoff*ruleitung IS getragen, die Ihrerseits von · der Äuöeren Wand des VerdichtergahKuses. getragen werden.

Die Brennkanter 10 besitzt einen Hauptteil 13 mit Löchern 1*, über die Sekundärluft in die Brennkammer gelangt, und einen vorderen Teil 15, dessen vordere Begren«ungawand in einen Mundstück 1" endet. Dee Mundstück IT 1st mit einer öffnung versehen, wodurch ein axialer Durchgang 18 für die TrimMrluft geschaffen ist. Bin teilweise kugctlfuruiger Außenring 19, der durch r&dlale Vorleiteohaufeln 20 mit einen inneren Ring 21 verbunden ist, paflt mit «iner entsprechend geformten Wand des Mundetück« 17 sueammen. Der Innenring 21 V«. sit at auf de» Brenner 11. !innerhalb der Kanmer und vjonlttelbar angrenzend an den Durohgang l8 und stronaufwttrts von dem DurohgÄn« 1.8 int «in FQhrungastUok 9.

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In VIg. 1 schlieft die arenn-kameer l6 «Ine Innenwand 22 ein, dl· eiöh im Abstand von der äußeren BegrenTOngswand 1$ befindet und die Luftschlitie 23 aufweist, ua Kühlluft entlang den innenllegenden Oberflächen der Innenwand 22 und des vorderen Brennkatotnerteils 15 zu führen. Die Kühlluft gelangt zu den Schlitzen 23$ durch Lächer (nicht gezeigt) in der vorderen Begrensungewand 16.

Dl· Innenwand. 22 trügt »inen Ring 24, dessen stromaufwärts liegendes, Is Mundstück 17 eentriertee Ende als ringförmiger Stau-· lcijrper 24». ausgebildet ist» um der Strömung im FUhrungaettick ein· radial nach innen gerichtete Umlenkung zu •rteilen_/damit in des Pt&irungsstOok' die Luft und der von Brenner il eingespritzte Brennstoff vermischt werden. Hoch wichtiger let, daß der ;Staukör~ per 24a soeejssen alt de« öehHus· des Brenners 11 eine ElnsqhnUrung bildet, so daß dl· Strömung besahleunlgt wird und Brennstoff daran hindert, sich otromaufwErCe durch dl« Vorleitschaufeln 20 zu bewegen, wo e· stromaufwärts von der vorderen Begrenzungswand verbrennen und die Brennkanmer beschädigen könnte.

Das stronabwärts-1legende Ende des Rings 24 hält das FUhrungsstUok in der Verlängerung des Durchgangs l8. Dme WhrungaatUck stellt an ••ine« etroembwärtsliegetiden Ende ein« ringföreife Düse 25 dir.

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dl· · ·' . Leltachaufeln 26 aur Drall erzeugung aufweiet. In dar Ott·· let «in Nabenkörper 27 angebracht, der stromaufwärts in das j?Uhrungsflttlok hineinragt, so dafi von Brenner 11 eingespritzter iSrennetbff 28 auf ihn auf trifft. Das Uralenkteil 25 ist innerhalb des PUhrungsatUcks durch die Leitachauf ein 26 befestigt, die außerdem dasu dienen, das Luft-Brennetoff-Qemiech nach auflen zu schleu* lern, so da· das verwirbelt· Oemisoh bein Verlassen der DUee 25 olne radial nach auflen gerichtete Qeechwindigiceitaicorepotiente (wie lurch dl· Pfeil· angedeutet) beeitst, wodurch aioh um die Düse 25

toroidföreiger
iin eelbAtetaodiger,/ Zündwirbel und «trosabwSrts in der Brenn-

toroldfuraiger
•in/Hauptwirbel ausbilden« Die Drallechaufeln lenken

Ue au« der Düse huetretende Ströeung um ungefMhr 50° ab, wo* bei die nach auflen gerichtet· Neigung dar DUaenwHnde die Umlenkung lintersttttzt.

?lg. 2 untere c hei de t sich von Pig. 1 hauptattohlich dadurch, daß ©β in Ihr keine Innenwand 22 gibt· dafl aloh außer dem Durchgang 18 in der vorderen Begrensungmand 16 keine Löcher befinden und daS das fUhrungeetüok 9 vollkoamen vom Mundetüok 17 getragen wird. Aufierden kann ein Ring mit axialen Durchgängen In eine« rückwärts gebogenen radialen Flansch 29 des Mundstücke 17 gebildet werden, üb vom Durchgang 18 Kühlluft durc.hxulaseen und entlang der KuSeres

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-τ-

Oberfl loh· <a*r tuleren Wand des PUhrungestüolc 9 *u führen; solche DurohgSne* 45 sind In Pie· 3 «u sehen.

Dl· Flg. 2, die eine innerhalb der inneren und äuBeren Wände .40, 4l eine« ringförmigen Luftgehäuees liegende Brennkaener zeigt, unterscheidet sich von Flg. 2 hauptsächlich durch eine Ablenk» platt· 42 mit ie allgemein·« W-fÖrsoigem Querschnitt sum Umkehren

Ohlenkplfttte. let
der StrSaung. Die/ae stroeabwMrtsilegenden Ende des FUhrungs-

9 angebracht. Das FQhrungesttlok 9 ist alt einen Kuaseren Ära 44 a» stroeabiribEtsliegenden Ende d«e Mundetücke 17 an» gOTohveifit. Sie Vorleltechauftln 20 erzeug·» einen Prall. Der Are 44 hat axial· Durohglnge 45, us kühlende Prl»Xrluft über die ttußere Oberfl Höh· des FQhruiigsetüoke 9 zu führen. Die straoiung durch die Vorleitschaufeln 20 wird von den liegenden Ende des PUhrungsstüoks aufgeteilt in eine kleinere äußere -.Strömung, die su den DurchgXngen 45 geführt wird» und " eine größere inner· Struaiung, die In das FQhrungestttck 9 elntritt und von den ringförmigen Staukörper 24a in Bichtung der AustrlttaOfltiung des Brenners 11 umgelenkt wird. Ein radialer Stift 17a verhindert« daß sieh die Brennkammer um den Vorleitkranzaueanring 19 dreht«

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Cm etroaatotriVtellegende End» des FUhrungsetOcks trügt dralle** zeugende Leitachaufeln 26 und Über sie die Ablenkplatte 4g zvn ttokehraci der Strömung. Die Leitschaufel*! sind gewölbt. haben eine grode Sehoenltoge und sind ma ungefähr 30° gegenüber der Achse geneigt/ vm den notwendigen Drall z\x erzeugen. In Fig. 3 16t dae Profil einer Schaufel in seiner richtigen Lage gestrichelt elngeselchaät« Die Ablenkplatte 42 hat einen Kmbenfcörper 27» der in dae yiihrungeetUck hineinragt und innerhalb des Sprtihkonus des Brenners 11 liegt, und einen rlngfurftigen Abschnitt 48 sum Uekehren -der Strtfcaung» der daa angrenzende Bnde 49 des Führungsattteks Überlappt. Das Bhde 49 des Fuhrungsetifcjka besitzt einen erweiterten :<£u?ehne8ser» un die er forderliche Austritte fläche zwischen den Fttirungsstf&ok und dem Nabenkörper 27 zu liefern, ohne daS. dadurch das FUhnmgestück und die Ablenkplatte welter in die Kaeeer 10 hineinreicht. Die Abschnitte 48 und 49 bilden eine rlngftSrslge DUae, die sich entgegen der allgemeinen Stronrichtung in einen geschUtsten Bckenbereich 51 öffnet. Vegen der großen Breite des ^Ulirungsstticks 9 und weil die Ablenkplatte nur ein kleines Stück in die Kamaaer 10 hineinragt» werden die vom Ela9,druok herrührenden Schwingtmgsstöfle auf die Bahweiflnahfc 53 zwisohen der vorderen Begren£ungswand 16 und deist Mundstück 17 ent« sprechend gevlldert. In de« Ausführungebeispiel mit einer strö-Bingsiiidnhrenden Ablenkplatte 1st die äußere Wand 48 der Düse

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untex «int· Winkel voa ungefähr 45° radial geneigt, ta su get-Tlhrlelaten, teS eich ein 2fadwirbel von ausreichender Cfr<'täe bildet.

BIe vordere Begrensungawand 16 1st mit dar Wand 15 durch ein m

dar
Ring ^»/Durchgänge 56 besitzt, verbunden. Die Wand \6 besitzt auiardea Öffnungen 53, welche von einem Staukörper 60 bedeckt werden.

I» Betrieb wird die · durch die Verleiteehaufeln SO eintretend? PrimJtrluft von vorderen Ende dee FUhrungeatüek 9 geteilt In einen Muieren SUhletroe, der zu den Durobtflnaen 45 geführt un* einen inneren Stroe, der in daa Rohr eintritt und von elneai Staukörper 24a nach innen in Richtung i)*r Mitte deü von Bremer auatreteoden Brennatofflitrahle tmgelenkt wird. Der vom Brenner austretende Sprühstrahl trifft auf den gabon&urper 2? und teilt eich dabei» wobei ein Teil entlang den divurgl6r<»n<ien Seiten de? Ifabenkurpera fllefit und.darauf einen Film bildet., »ras den Nabenkörper kühlen hilft, und der andere Teil d>e Brennstoffe sich »lt der JUiftstrQetaig vernlscht. Das Pühmrt sattele 9 »jnd die Ablenk» platt· 42# die auf Grund eier Ver'orennVi>g In. der Brannkaaner 10 erhltat werden, w8rne.i dae I,uft«.Brfnnal ofC-Qtmlsoh auf aelnrn Weg

50 vor, und trie Ltitaoheuf*ln '6 erteilen der Strötp.ung,

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bevor si· au* dft» Düse austritt» den notwendigen Drall.

• »■·■·

In da* AtiefUhrungabelapielen dar Wge. 1 und 2 tritt das Oealsch in greflen und.ganzen In der allgemeinen StrÖMungarlohtung aus der DQLae aus. Bas Oeaieoh etritat nach auflen und teilt siqh iss allgeseinen in swei Ströme, einen kleineren Strom, der eich surttck in Richtung der vorderen Begrensuhgswand 16 bewegt und dabei unter UautMnden einen toroidföraifea ZUndwirtei .39 bildet« und einen gruierefi Stroa» der sieh etrcemlartlrte bewegt und dabei unter mstanden einen entgeeengeeetat drehenden Hauptwirbel , 36 bildet.

Auaftthrungabelapiel der flg. 3 ist die Düse ^,50 im groBen und

gansen etroemufWlrts gerichtet \md atöfit das Oesleoh drallbehaftet

aus» aq dal die Bewegung de« Qeeleche wiederum eine radiale Xonponente.besitzt und sioh In zwei Hauptströee aufteilt» wodurch ein. Zttodwirbel 35 und ein Bauptwirbel 36 gebildet wird. Bei diese« Aus· fUhrungabelaplel gelangt ein Teil der Luftstrutaung außerhalb. VerbrennunjcskajMer in die axialen DurchgKnge 56, uej sich alt. den Hauptwirbel in der Zone 52 su jreraengen, wahrend ein anderer Teil der Luft dnroh die Offnungen 56 etröet und dann von de» Staukörper 60 Uagelenkt wird« un entlang der inneren Oberfläche der vorderen Begreneungawand 16 zn atrdsjen und sich elt der atröening des Zttndwirbels 35 su vemengen, wodurch sowohl die vordere Begreniungswand

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geltUhlt wird ale auch dem Zündwirbel Energie zugeführt wird* Der Überhang des Abschnitts 48 ist groB genug üb zu verhindern« daft Verbre«mung»eae der hinter des Staukörper 60 austretenden Kühlluft entgegenströmt4

Bein Anlassen der Kasohlne bildet sich der Zündwirbel 35 von selbst und wird dann von einen Zünder (nicht gezeigt) gezündet, worauf auoh der Hauptwirbel 36 ftündet. Wenn die Drehzahl steigt, vergras· eert eioh da· Verhältnis Brennetoff/fcuft des von der Düse 25 (oder 50) auegeetoftenea eeelaehs, wodurch der Zündwirbel, der ins wesent· liehen ein· resirkullerande, von der Düse gespeiste Ströoung darstellt, »it Brennstoff angerelohert wird und seine Slame auslöscht.

Wenn dagegen der Heuptwirbel ausgelöccht ^ird, z.B.- auf Grund einer Drosselung der Maschine, wird der Zündwirbel 35» der nun nicht linger mit Brennstoff. tibersHttlgt ist, wieder gezündet entweder vom Hauptwirbel, bevor dieser aufhört zun Brennen, oder von Zünder selbst, und er bleibt dann brennen selbst bei einen Verhältnis I/uft/Ärennatoff von ungeführt 500:1.

Dadurch, daS das PUhrungsstüok 9 von der vorderen Begrenzungswand 16 soweit* stromabwlrts hervorragt, ist sichergestellt, daß sich

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ein· Ztindverbrennungasone bildet, die βο groB let, daß elno entsprechend lange Verharrungsseit zur Flesan^nf ort Pflanzung vor-

toroid
handen 1st, bie der Iförmige Zündwirbel richtig brennt, und außerdem so groß iisfc, daß eich die Bildung eines überreichen Qemiijohs in Zündwlrbel während des Anlassens der Mae chine solange hln&uazugert* bis· sich die Bleaane im Hauptwirbßl stabilisiert hat. Die Flasaeaetabilioierung, die ebenfalls von einer guten Brenn-Stoffverteilung gefördert wird» wird außerdem unterstützt durch dae Vorhandensein des Itabenkurpers 27 # durch dae Vorwttnsen des Luft-BrtfMiitoff-aeuiaohii, das die heiße Wend d«r Düse berührt, und ÄJtrch die Ifcral!bewegung, die dor ßtröBwng von. den Leitechaufelxi erteilt wird.

B»Ja Ausftlhrungebeispi«l der Fig. 5 ist es wichtig« daß die gesohütst« Zone 51 so groß 1st, d&ß sich ein getrennter ZUnd-Wirbel von ausreichender Größe bilden kann. Je näher die Düse bei der Ecke des Mundstücks 17 liegt, umso gröBer sollte die Neigung der Dfisenwand KS geswcht »rerden»

DaB VorwSnoen der Ströeung innerhalb des FUhrungsstüeks und seiner tide· und dae Mischen cuf Onmd d©3 Vorhandenseins des Nabenkörpers

27 und der Leitschaufeln 26 erlauben die Verwendung von Niederdruckbrennern* · wie sie im Zusammenhang . »it aosenannten "Verä»2tpfur.r^^fl~Ei*«nnörn bcnUtst; Kordon.

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Claims (1)

1. β» «Icsäcs

   Brlatol Siddeley
   Engines Malted

   r 17- Wh««* 196T

   » l/fengland (Amraltsakte: 17 629)

   Patentansprüche

   Ix 1.1 fireanlcamer für Gasturbinen, in die flüssiger Brennstoff eingespritzt wird und die ein von der Einlaufeffrmng in der vorderen Brennkaaöerwand neoh Innen in die Breniämsof^ verlaufende« li&irungBfettiek «ufweiet, dt« außer der Luft; ^mmstott von •Im» SinspritsixptittMr zugeführt wird und an dessen Snde ein Leitapparat der dea luft-Brennet ο ffgestis oh einen Hrall erteilt« angeordnet ist» daduroh selcenxiseiohnet» d&B die Wand dse Führungeetüoks (9) und die .vordere Brennteannenrand

   einen ^schützten Bereich (51) zvlsohen sich elnsohlieflen, in . "

   deo öioh ein toroidfuraiger Züßdwirbel aus einem Teil des aus dem Pührcm#8ßtück ff) austretenden Luft-Brennstoffgeaisehs
   bilden kann, und ϋ,ϊ-\ dieser Teil des Luft-Brennetoffgeaisohs* dor iiaek de» Austritt mm atm flihntngsstüok (9) «ine radiale Oe-

   besitzt» von einer W&nd der Brennkaaeer

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   Uhgelenkt wird« so daß er zunächst zurüokstrHmt wA enschlies« eend auBen an PUhrungsstUcfc vorbei ε trömt.

   2. Brennkaeeer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sieh Io Austrittebereich dee Btihrungsatüolc (9) ein Habenkörper (27) * mit einem atrcmaatroeieurwä.rts «eisenden Naaenabeohnitt befindet, auf den ve« Brenner (11) auagestofißner Brennstoff auftrifft.

   2· Brennlca*e»r uaob Anspruch 2, dadurch aekeonxeiohnet» dafl der Nabenkörper (2T) einen KuBeren« ringfunilgtn, zurUok-Abeohnitt aufWelat« der die Außenseite de« FUh* (9) CEberlappt und alt Um eine ringföndge Düse

   bildet« welch»- de« Oeeiieoh eine Bewegune aufzwingt« deren * eine Koepönesite entgegen der allgeaelnen Strumutigsriehtung zeigt und deren andere Komponente radial nach außen gerichtet ist.

   4. Broudnpmex» naeh eine« der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geleennzeiehnet» daß der Leitapparat (26), der dem Oeniach einen Drall erteilt« *ua Leitsehaufeln besteht« die aufl«rdea den Nabenkörper (27) tragen.

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   5. Jlreonlcaewr nach eines dar vorhergehenden Ansprüche, da* durch eelceimaelohnet, daß das führungasttick (9) einen konvergenten Abschnitt autelet. In d«a die Luft beschleunigt» wird, bevor ei© aloh mit dem Brannatoffetrehl mischen kann,

   6, BreraäatHKer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die äußere Oberfläche dea

   (9) KUhlHift geführt wird.

   ?. BreMBkesMer naoh ^iiten der vorhergehenden Ansprüche» da» duroü eeketmielchoat, da£ sits& radial. auSen an der vorderen Segreazungetand (16) der Breraiteaaeer Öffnungen (56, 58) be» finden« durch, welche Kühlluft In die Brennkssjser eintreten

   die I

   kann« und dad/elntretende Luft durch ttolecktelle (60) ge- ^

   ' ansagen wird, innen entlang der Oberfläche der vorderen Se&paftsungwand (16) xxx str8«en.

   8. Bretmkttaber nach eine« «er vorhergeheisSen Ansprüche· dadurch fekennteichnet, dafl als Blnsprltzbrenner (11) ein Breaner verwendet wird« dessen Druck nur ues weblg größer ist als der Druck in der Brennkamer.

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