DE1601541A1

DE1601541A1 - Verbrennungseinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE1601541A1
Application number: DE19671601541
Authority: DE
Inventors: Harding Gordon Thomas
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1966-04-28
Filing date: 1967-04-20
Publication date: 1970-12-17
Also published as: GB1180929A; US3451216A; CH457040A; NL6706048A

Description

DIPL-ING, GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

8 MÜNCHEN 2, 20. April 1907 UNSER ZEICHEN: IO8II -

The English Electric Company Limited, London, England.

Verbrennungseinrichtung für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungseinrichtung, wie diese z.B. bei Gasturbinentriebwerken Anwendung findet.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist die Verbrennungseinrichtung, deren Flammrohr im Mittelabschnitt mit Luft gespeist wird, Mittel auf, um die Luft nach einem im wesentlichen abgeschlossenen Ende des Flammrohres zu richten, wobei die Luft zunächst in der Nähe der Flammrohrwandung strömt und dann einer Richtungsumkehr unterworfen, wird und von der geschlossenen Stirnwand nach einem Bereich strömt, der im wesentlichen in der Mitte zwischen den Flammrohrwandungen verläuft.

Oemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Verbrennungseinrichtung ein Flammrohr auf, dem Einlaßluft derart zugeführt wird, daß diese quer über eine Fläche eines Brenners strömt, bevor die Einlaßluft an der Verbrennung mit Luft teilnimmt, die

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von dem Brenner in die Einlaßluft eingespritzt wird, wobei die Einlaßluft anfänglich allgemein nach oben gerichtet und dann einer Richtungsumkehr unterworfen wird und in Gegenrichtung in den Bereich strömt, der im wesentlichen in der Mitte zwischen den Flammrohrwandungen liegt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks,

Fig. 2 eine der Fig.l entsprechende Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine der Fig.l entsprechende Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. '4 eine der Fig.l entsprechende Ansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine der Fig.l entsprechende Ansicht einer fünften Ausfühfungsform der Erfindung.

Die Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Fig.l weist ein äußeres gegen Druck widerstandsfähiges Gehäuse 11 auf, dem Luft vom Kompressor zugeführt wird. In dem Gehäuse 11 ist ein Flammrohr 12 gelagert, das an seinem stromoberseltigen Ende durch eine Wand 12 abgeschlossen ist. Aus dem nicht-dargestellten stromunterseitigen Ende des Flammrohres treten die Verbrennungsgase aus, .

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die der Turbine zugeführt werden, um diese anzutreiben. Das stromoberseitige Ende des Flammrohres 12 besteht aus einem Rohr 14, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des stromunterseitigen Abschnitts 15 des Flammrohres. Die beiden Abschnitte sind miteinander durch eine querverlaufende Viand 16 verbunden". Unmittelbar stromoberseitig der Querwand 16 sind zwei Reihen von Wirbelschaufeln 17 und Ib vorgesehen, die sich in Umfangsrichtung rund um den stromoberseitigen Abschnitt 14 des Flammrohres herum erstrecken. Diese von den Wirbelschaufeln 17*18 gebildeten Reihen sind zwischen der Querwand 16 und einem Flansch 19 festgelegt und sie können die Gestalt rechteckiger Platten haben., die an ihren axial im Abstand zueinander liegenden ^nden mit Flanschen ausgestattet sind oder stattdessen können kontinuierlich gewellte Teile Verwendung finden. Die Wirbelschaufeln 17*18 sind gegenüber der Radialrichtung geneigt, um der Luft, die zwischen den Schaufeln eintritt, eine Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung zu verleihen. Ein weiteres querverlaufendes Bauteil 20 ist zwischen den Wirbelschaufeln 17 und den Wirbelschaufeln 18 festgelegt und steht in das Innere des stromoberseitigen Abschnitts 14 ein und dieser Bauteil trägt am inneren Ende eine kurze zylindrische Hülse 21, die konzentrisch in dem rohrförmigen Gehäuseteil 14 des Flammrohres im geringen Abstand zu diesem liegt. Stromoberseitig der Wirbelschaufeln 17 ist das Rohr 14 mit Fassungen 22 ausgestattet, die die Brenner 23 beherbergen, durch die Brennstoff zum Zwecke der Verbrennung zugeführt wird. Der Brennstoff wird in an sich bekannter Weise als fein verteilter Sprühstrahl eingeführt.

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Eine weitere Reihe von Wirbelschaufeln 24 verbindet die Querwandung 16 mit dem stromunterseitigen Abschnitt 15 des Flammrohres und die Wirbelschaufeln 24 sind größer als die oben erwähnten Wirbelschaufeln. .

Im Betrieb tritt Primärverbrennungsluft in das Flammrohr über die Wirbelschaufeln 17 ein und wird durch den Bauteil 21 so abgelenkt, daß sie längs der Innenseite der Wandung des stromoberseitigen Abschnitts 14 nach dem stromoberseitigen Ende des Flammrohres strömt. Die Luft strömt quer über die Flächen der Brenner 25 und wird durch die Querwand Ij5 einer Richtungsumkehr unterworfen, so daß sie in Strömungsrichtung nach hinten in den Bereich strömt, der die Mitte des Flammrohres bildet. Dann strömt die Luft in der Mitte durch die Hülse 21 hindurch und außerdem wird Luft, die über-die Wirbelschaufeln 18 eingeführt wird, in Richtung nach hinten abgelenkt und der brennenden Primärluft beigefügt. Die Wirbelschaufeln Ib können bewirken, daß sich die Luft in der gleichen Richtung dreht wie die durch die Wirbelschaufeln 17 eingeführte Luft, sie können aber auch bewirken, daß die Drehung der Luftströme in entgegengesetzter Richtung verläuft. Eine kontinuierliche Verbrennung wird dadurch gewährleistet, daß die Verbrennungsgase einer Rezirkulation unterworfen werden, die im Gegenuhrzeigersinn in der oberen.Halfte verläuft, wie in Flg.l durch die Pfeile gekennzeichnet.

Weitere Luft wird über

Mlua/die Wirbelschaufeln 24 eingeleitet, um die Verbrennung zu vervollständigen oder um die Brenngase zu verdünnen. Falls erforderlich, können noch weitere, in der Zeichnung nicht-dargeSt«ll-

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te Öffnungen weiter stromabwärts in der Flammrohrwandung vorgesehen werden.

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Brenner 2j5 nicht in Öffnungen der zylindrischen Wandung am stromoberseitigen Abschnitt 14 des Flammrohres vorgesehen sind, sondern ein Brenner 25 in einer öffnung der Stirnwand 13 in der Mittellinie des Flammrohres liegt.

Bei dem Ausxführungsbeispiel nach Fig.3 sind die Reihen der Wirbelschaufeln 17,18 und die Bauteile 20,21 weggefallen und es sind stattdessen Wirbelschaufeln 27,28 vorgesehen, die die Gewalt von in Umfangsrichtung gewellten Streifen aufweisen können, und diese liegen zwischen zylindrischen Teilen des stromoberseitigen Abschnitts 14 der Flammrohrwandung und dem zylindrischen Bauteil j51· Dies ergibt im wesentlichen die gleiche Wirkung auf die Luft wie die Wirbelschaufeln 17,18. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist außerdem an Stelle der Reihe von Wirbelschaufeln 24 eine Reihe von Wirbelschaufeln 34 vorgesehen, die ebenfalls die Gestalt in Umfangsrichtung gewellter Streifen haben« die zwischen dem stromunterseitigen Ende des stromoberseitigen Abschnitts 14 des Flammrohres und dem stromoberseitigen Ende des stromunterseltigen Abschnitts 15 liegen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist der querverlaufende Bauteil 20 nicht zwischen den beiden Reihen von Wirbelschaufeln 17 und 18 befestigt, sondern an der Stromunterseite einer.einzi-

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gen Reihe von Wirbelschaufeln 17 und dieser Bauteil trägt an seinem inneren Ende einen zylindrischen Bauteil 32, der etwas langer ist als der entsprechende Bauteil 21 nach Pig.l. Das stromunterseitige Ende des Bauteils 32 ist nach außen hin mit einem Plansch versehen und eine Reihe von Wirbelschaufeln 38 ist zwischen dem nach außen gerichteten Plansch und einer Querwand 33 vorgesehen, die am inneren Ende einen zylindrischen Bauteil 34 trägt. Der zylindrische Bauteil 32 liegt im Abstand von der zylindrischen Wandung des stromoberseitigen Abschnitts 14 und der zylindrische Körper 34 liegt im Abstand von dem stromunterseitigen Ende des zylindrischen Bauteils 32, damit die Luft, die durch die Wirbelschaufeln 17,38 eintritt,unatmittelbar nach Eintreten an den entsprechenden Wandungen nach oben strömt. Eine weitere Reihe von Wirbelschaufeln 24 ist vorgesehen. Das stromunterseitige Ende des zylindrischen Bauteils 34 liegt im Abstand zu dem stromunterseitigen Abschnitt 15 des Flammrohres, so daß die Luft, die durch die Wirbelschaufeln 24 eintritt, in Strömungsrichtung nach hinten gerichtet wird. Die Wirbelschaufeln 24 sind genau die gleichen wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Pig.l nur mit dem Unterschied, daß sie in einem Ring angeordnet sind, der im wesentlichen einen gleichen Durchmesser wie die Wirbelschaufeln 17 hat und nicht einen größeren Durchmesser wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.l.

Fig. 5 der Zeichnung zeigt eine weitere Abwandlung, bei welcher die Wirbelschaufeln 27 in Gestalt eines in Umfangsrichtung gewellten Streifens innerhalb des stromunterseitigen Endes des stromoberseltigen Abschnitts 14 befestigt sind und einen kegelstumpffinnigen

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Bauteil 42 aufweisen, der an ihnen festgelegt ist. Das stromunterseitige Ende dieses Bauteils ist mit einem Flansch versehen und an den Wirbelschaufeln J>Q in gleicher Weise wie unter Bezugnahme auf Big.3 beschrieben festgelegt.

Wenn ein· oder mehrere zylindrische Flammrohre benutzt werden, liegt der Mittelbereich zwischen den Flammrohrwänden in der Nähe der Mittellinie des Flammrohres. Wenn das Flammrohr zwei Ringwände aufweist, liegt dieser Bereich in der Nähe der Mittellinie eines Schnitts durch jenen Teil des Flammrohres«, auf einer Seite der Symmetrieachse des Ringes.

Wenn im"vorstehenden von einer Strömungsrichtung nach oben gesprochen wird, dann ist damit eine Strömung gemäß der Zeichnung nach links gemeint und eine Strömungsrichtung nach unten ist eine Strömung nach rechts. Das Flammrohr 12 wird normalerweise durch ein äußeres Gehäuse 11 bei allen Ausführungsformen umgeben. Die Erfindung kann jedoch Anwendung finden unabhängig davon, ob jedes Flammrohr 12 ein umschließendes Gehäuse 11 aufweist oder ob eine ringförmige Anordnung einzelner Flammrohre 12 in einem Ringgehäuse 11 vorgesehen wird oder ob sowohl das Flammrohr 12 als auch das Gehäuse 11 ringförmig ausgebildet sind.

Patentansprüche i

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Claims

Patentansprüche ϊ ^ι

1.] Verbrennungseinrichtung mit einem Flammrohr, in das Luft an Stellen zwischen den beiden Enden des Flammrohres zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet , daß Mittel vorgesehen sind, um die Verbrennungsluft nach einer im wesentlichen abgeschlossenen Endwand (Ij5) des Hammrohres derart zu leiten, daß die Luft zunächst in der Nähe der Flammrohrwandung strömt, dann einer Richtungsumkehr unterworfen wird und in der Richtung von dem geschlossenen Ende weg nach einem Bereich strömt, der etwa in der Mitte zwischen den Flammrohrwandungen liegt.

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft derart eingeführt wird, daß sie quer über eine Fläche eines Brenners strömt, bevor sie an einer Verbrennung des Brennstoffs teilnimmt, der von dem Brenner in die Luft eingesprüht wird, und daß die Luft anfänglich allgemein nach oben strömt und dann einer Richtungsumkehr unterworfen wird und in der Gegenrichtung in den Bereich strömt, der etwa in der Mitte der Flammrohrwandungen liegt.

5. Verbrennungseinrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr eine Mehrzahl von Schaufeln aufweist, zwischen denen Luft mit einer im wesentlichen nach innen gerich-

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teten Geschwindigkeitskomponente strömen kann, und daß ein Ablenkorgan an der Innenseite der Schaufeln vorgesehen ist, um die Luft nach oben und gegen die geschlossene Stirnwand des Flammrohres zu richten.

4. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch ~5, dadurch gekennzeichnet , daß der Ablenkkörper aus einem querverlaufenden Bauteil besteht, der am inneren Ende eine zylindrische Hülse trägt.

5· Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrische Hülse sich auch allgemein in Strömungsrichtung nach unten erstreckt und daß eine v/eitere Reihe von Schaufeln am stromunterseitigen Ende der Hülse vorgesehen ist, zwischen denen Luft mit einer nach innen gerichteten Geschwindigkeitskomponente strömen kann^und daß weitere Ablenkorgane an der Innenseite der weiteren Schaufeln vorgesehen sind, um die hindurchströmende Luft in eine nach oben verlaufende Richtung längs der Innenfläche der zylindrischen Hülse abzulenken.

6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbrennungseinrichtung mehrere Schaufeln aufweist, . zwischen denen Luft mit einer im wesentlichen axial gerichteten Gsschwindlgkeitskomponente strömen kann.

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7. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln von einem gewellten Streifen gebildet werden, der zwischen einem stromoberseitigen und einem stromunterseitigen Wandabschnitt des Flammrohres liegt, wobei der stromunterseitige Abschnitt innerhalb des stromoberseitigen Abschnittes liegt.

8. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Brenner in einer Passung in einertfe sich in Achsrichtung erstreckenden Wandabschnitt des Flammrohres angeordnet 1st.

9. Verbr ennungs einrichtung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner in einer öffnung der storomoberseitigen Stirnwand des Flammrohres angeordnet ist.

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