DE1626044A1 - Brenner,insbesondere fuer die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks - Google Patents
Brenner,insbesondere fuer die Brennkammer eines GasturbinentriebwerksInfo
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Description
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fiOLLS-ROYCE LIMITED Derby, Derbyshire, Grossbritannien
Brenner, insbesondere für die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks
Die Erfindung· betrifft einen insbesondere fUr die BrennKammer eines
Gasturbinentriebwerks geeigneten Brenner mit einer DUsenbffnung,
ersten Leitungsmitteln zum Beliefern der DUsenöffnun.^ mit einer
ringförmigen Wirbelströmung von Brennstoff und zweiten. Leitungsmitteln
zum Anliefern eines Strömungsmittels an die hohle-Hittelzone der Wirbelströmung, um damit das Durchströmen von Verbrennungsgasen in stroniaufwärtiger Richtung durch die DUsenöffnung zu verringern
oder zu verhindern.
Solche Verbrennungsgase können Kohleteilchen mitreissen und die
Erfindung verringert somit die Gefahr des Verkohlens des Brenners.
Die genannte zweite Leitung kann an einem stromaufwärts der
DUsenöffming gelegenen Punkt mit der ersten Leitung in Verbindung
stehen und von dieser aus mit Brennstoff beliefert werden.
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lÄ ORIGINAL
Die erste Leitung umfasst eine Brennetoffkammer,, die mit Brennstoff
belieferet werden kann, einen Brennstoff-Lief erring, eine oder ,mehrere
von der Brennstoffkammer zum. Brennstoffring führende Kanäle, eine
sich axial erstreckende, zur DUsenÖffnung führende Lei tun;;; und
tangentiale Wirbelschlitze, welche tangential vom Brennstoff-Lieferring
zur axialen Leitung fUhren, wobei die genannte, ringförmige ßrennstoffströmung durch diesich axial erstreckende
Leitung durchfliesst.
Die sich axial erstreckende Leitung kann ringförmig sein, wobei
die zweiten Leitungsmittel entweder, mit der Brennstoffkammer oder
mit der_ sich axial erstreckenden, ringförmigen Leitun.; kommunizieren.
Die axiale Leitung kann an ihrem stromabwMrtigen linde einen kegelstumpf
förmigen Teil haben, y wobei· die genannte zweite Leitung
Brennstoff an die Mitte dieses kegelstumpfförnigen ieils anliefert.
In einer alternativen Ausführungsform liefert die zweite Leitung
Luft von der Aussenseite des Brenners an die hohle hittelzone an.
In diesem Falle; leitet die zweite Leitung-diese. Luft zum stromauf-,
wartigeη Ende der sich axial erstreckenden Leitung.
Die DUsenÖffnung ist vorzugsweise eine Vordiisenöffnung, die in der
Kitte einer ringförmigen uauptdUsenöffnung angeordnet ist, wobei
dritte Leitungsraittel vorgesehen sind, welche die ^auptdlise n.it
einem ringförmigen Wirbelstrom von Brennstoff beliefern.
Die Erfindung umfasst auch eine mit miodestens einem derartigen Brenner
ausgestattete ^Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks.
- 2 - 00983A/0460
BAD ORIGINAL
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden,
beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden .Zeichnung hervor,
Fig. 1 zeigt schematisch und teilweise im Querschnitt ein Gasturbinentriebwerk,
dessen Brennkammer mit erfindungsgeinMssen Brennern
ausgestattet ist und
Fig. 2 und 3 sind Querschnitte weiterer AusfUhrungsformen des erfindungscemässer:
Brenners.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Triebwerksgehäuse
11, umfassend in Strömungsrichtung einen Kompressor 12, eine ringförmige Brennkammer 13 (oder eine ringförmige Anordnung
von individuellen Brennkammern) und eine den Kompressor 12 antreibende Turbine 1*f.
Die Brennkawmer 13 hat Brenner, die Über fiohre 16 von einer nicht
dargestellten Quelle aus mit Brennstoff beliefert weiden. Jeder Brenner 1f>
kann entweder die Konstruktion nach Fig.3 oder die
Konstruktion nach Fig. 2 haben.
In der AusfUhrunrsform nach Fig. 2 hat jeder Brenner 15 eine irittip
in einem block 21 geformte. Leitung 20, die mit Hilfsbrennstoff beliefert wird. Die Leitung 10 fllhrt zu einer Brennstoff kammer
22, die in einem Abstandsstück 23 liegt. Diese Brennstoffkammer
22 steht Über eine Vielzahl von winkelraKssir weetzten, radial nach
aussen «^enei-ten Kanälen 2h (oder liber eine ringförmige, kefrelstutnpfförmife
Leitung 2*f) mit einem Brennstoff-Lieferring 25 in Verbindung,
welcher radial ausserhalb der Brennstoffkammer 22 liert. Eine
Vielzahl von winkelmSssi^ versetzten, tane-entiell anpeordneten
Wirbelschlitzen 2·- fUhrt tangentiell und radial nach innen vom
009834/0480 " 3 -
Brennstoff-Lieferring 25 zu iriner ringförmigen, euch axial erstrekkenden
Leitung 27. Die Leitung 27 liegt zwischen einem zylindrischen Teil 30» dessen stromahwMrtiges Ende mit einer VordUsenöffnung 31
versehen ist, und einem hUleenförmigen Glied 32, das radial innerhalb
des zylindrischen Teils 30 angeordnet ist. Die Anordnung
iet derart, dass ein ringförmiger Wirbelstrom vom Hilfsbrennstoff durch die Lietung 27 zur VordUsenöffnung £1 strömt. Das stromabwärtige
Ende des HUlsenglied» 32 liegt stromaufwärts der VordUsenöffnung
31» sodass am stromabwSrtigen Ende des zylindrischen
Teils 30 und in der VordUsenöffnung 31 die Wirbelströmung ties Hilfebrennstoffe
in der Mitte ein hohle Zone hat.
Die HUlse 32 erstreckt sich von einem mittigen Teil 33 des AbstandsstUcks
23; alternativerweise kann der Teil 33 auch vom Abstandsstück 23 getrennt seih und mit diesem einen ringförmigen Kanal 2k. bilden.
Die HUlse 32 hat eine axiale Bohrung 31*·» die eine Leitung bildet,
deren stromaufwSrtiges Ende mit der Brennstoffkammer 22-in Verbindung
steht.
Das stromabwSrtige Ende der Leitun {-27 hat einen kegelstumpfförmigen
Teil 35 und dae stromabwSrtige Ende der Bohrung Jk kommuniziert
mit diesem Teil 35 Über ein Loch 36 in einer Endwandung 37 der
HUlse 32.
Durch die Bohrung Jk und das Loch 36 strömender Brennstoff fUllt
daher mindestens einen Teil der hohlen Mittelzone in ringförmigen Wirbelstrom des an die VordUsenöffnung 31 angelieferten Brennstoffe.
Der durch die Bohrung Jk durchströmende Brennstoff verringert oder
verhindert daher eine stromaufwärts gerichtete Strömung der Verbren-
. 00983 4/0460
nungsgase durch, die Vordüsenöffnung 31· Dies ist wünschenswert, da
solche durch die VordUsenöffnung stromaufwärts strömende Verbrennungsgase Kohleteilchen mit sich reissen können, die dann durch ilen
Brennstoff mitgetragen werden und Verkohlen des Brenners bewirken können. /
Ausserdem ändert der Brennstoffstrom durch die Bohrung 3*f auch den
an der Vorüüsenöffnung gebildeten Nebel. Wenn dieser Strom durch die Bohrung 3k nicht vorhanden wäre, würde der durch den kegelstumpfförmigen
Teil 35 gebildete Sprühnebel einen äusseren Winkel haben,
der nur um wenig grosser wäre als der innere Winkel. Der Brennstoffstrom durch die Bohrung 3^ verkleinert jedoch den inneren Winkel und
vergrössert damit den Unterschied zwischen diesem und dem äusseren
Winkel. Dies bewirkt eine bessere Brennstoffverteilung und ein besseres Durchmischen des Brennstoffs mit der Luft.
Anstelle durch die Bohrung 3^ mit der BrennstoffKammer in Verbindung
zu stehen, kann das Loch 3o auch mit der Leitung 2? kommunizieren
und aus dieser mit Brennstoff beliefert werden, wobei in diesem Falle zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Bohrung 3^ und der
Brennstoffkammer 22 eine Wandung vorgesehen ist.
Die Vordüsenöffnung 31 liegt mittig in einer HauptdUsenöffnung kQ.
Der Block 21 umfasst eine ringförmige Leitung \Λ , durch welche der
Hauptbrennstoff durchströmt, und welche konzentrisch um die Leitung 2Φ herum angeordnet ist und zu einer ringförmigen Leitung k2 im
Abstandsstück 23 führt. Die Ringleitung k2 führt in eine ringförmige
Brennstoffkammer *f3, die grösstenteils im Abstandsstück 23 und
teilweise in einem sich radial erstreckenden Flanschteil kk des
QQ 9 83 4/046Q
zylindrischen Teils J>0 angeordnet ist. Der Teil hh umfasst eine
Vielzahl von winkelmässig versetzten Kanälen ^5» deren stromaufwärtige
Enden rnit der ringförmigen Brennstoffkammer k3 und deren stromabwär-•tige
Enden mit einem Brennstoff-Lieferring ho verbunden sind.
Eine Vielzahl von winkelmäsig versetzten, tangentiellen Wirbelschlitzen
h7 erstrecken sich tangentiell vom Brennstoff-Lieferring
h6 und führen radial nach innen und tangentiell zu einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung 50, welche die Leitung;
konzentrisch umgibt. Die Anordnung ist so getroffen, dass ein ringförmiger Wirbelstrom von Brennstoff stromabwärts durch die
Leitung 50 strömt und an die hauptdüsenöffnung ^O angeliefert
wird.
Obwohl nun innerhalb dieses ringförmigen Wirbelstroms eine hohle
mittige Zone vorhanden ist, können keine Verbrennungsgase stromaufwärts durchtreten, da diese hohle Zone durch das stronabwärtige Ende
des zylindrischen Teils 30 und den durch die Vordüsenöffnung 31
durchströmenden Hilfsbrennstoff ausgefüllt wird.
Die oben beschriebenen Teile des Brenners 15 sind in einem Gehäuseteil
51 angeordnet. Dieser Teil 51 sitzt seinerseits in einem
Gehäuseteil 52 und bildet mit diesem eine ringförmige Leitung. Diese
ringförmige Leitun-g 53 ist an ihrem stromaufwärtigen Ende offen
und nimmt Umgebungsluft auf, die daher durch die Leitung 53 durchströmt
und durch kegelstumpfförmige Oberflächen 5h, 55 auf dem
Gehäuseteil 51 und auf einem zylindrischen Teil 56 gegen die HauptdUsenoffnugtg
*tO und gegen die Vordüsenöffngng 31 geleitet wird.
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— b —
Der konzentrisch im zylindrischen Teil 30 angeordnete zylindrische
Teil 56» der vor ersterem getrennt ist und die Leitung 50 bildet,
hat eine äussere OberllHche 60, die in einem sehr kleinen Abstand
von einer Oberfläche 61 des Behäuseteils 51 angeordnet ist. Der
Spalt zwischen den beiden Flächen 60 und 61 erstreckt sich zwischen Brennstoffbehältern 62 und 63, die im zylindrischen Teil 56 angeordnet
sind, wobei der Behälter 62 mit Brennstoff Über Bohrungen Gk versorgt wird,die mit den tarigentiellen Schlitzen k7 in Verbindung
stehen. Infolgedessen strömt beim Betrieb des Brenners dauernd ein dünner Brennstoffilm vom Behälter C3 stromabwärts Über
die Oberfläche 55 und trägt dazu bei, dass das Absetzen von Kohle
auf dieser Fläche verhindert wird. . Der Luftstrom liber der Oberfläche
55 trägt zum Brennstoffluss Uber diese Fläche bei.
Fig. 3 zeigt eine angewandelte AusfUhrungsform des erfindungegemässen
Brenners, in welcher ein Grossteil der Teile den Teilen nach Fig. 2 entsprechen und daher mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Aus diesem Grund erUbrigt eich auch eine eingehende Beschreibung
dieser AusfUhrungsform und sich die Beschreibung auf die Unterschiede
beschränken kann.
In der AusfUhrunesform nach Fig. 3 umfasst das Innere des zylindrischen
Teils 30 eine sich axial erstreckende Leitung 65, die i«1
üerensatz zur Leitung 27 keine rincfb'rmi.re Leitung, da diese AusfUhrunpsform
keine KUlse 32 umfasst. Das Abstandsstück 23 hat hier·
einen rcittigen Teil 66, der im Gegensatz zum raittif-en Teil 33 der
AxisfUhrunrsform nach Fig. 2, keine durchrehende, mit der Brennstoffkaminer
22 in Verbindung stehende Bohrung hat.
BAD
_ 7 _ 0 0 9 8 3 -v / 0 4 6 0
In der AusfUhrungsform nach Fig. 3 hat dagegen der mittige Teil 66
eine Leitung 67, deren stromabwMrtiges End· rait einer Leitung 65 und
deren stromaufwUrtiges Ende mit einer Bohrung 68 verbunden sind.
Die Bohrung 68 geht durch das Abstandsstück 23 hindurch, sowie auch durch den Gehäuseteil 51 und nimmt daher Umgebungsluft auf. Diese
Umgebungsluft strömt daher mit verhSltnismässip; hohem Druck in
die mittige Zone der Leitung 65 und verhindert oder behindert das Stromaufwärtsströmen der Verbrennungsgase durch-die VordUsenöffnung
31. Die hohle Mittelzone des ringförmigen Wirbelstroms
ist somit im wesentlichen vollkommen mit Luft zu höheren Druck gefUllt, als jeder der Verbrennungsgase unmittelbar ausserhalb des
Brenners.
Vorzugsweise nimmt die Bohrung 68 einen dynamischen Druck auf, der
so hoch wie möglich ist. Zu diesem Zweck kann . sich die Bohrung 68 erwUnschtenfalls durch den Block 21 anstelle durch den Gehäuse
teil 51 erstrecken.
00983 4/0460
Claims (1)
- Patentans ρ r U c h eBrenner mit einer DUsenöffnung, gekennzeichnet durch erste Leitungsmittel (20,22,2^-27) zum Beliefern der DUsenöffnung (31) mit einer ringförmigen Wirbelströmung von Brennstoff und zweite Leitungsmittel (3^,36) zum Anliefern eines Strömungsmittels an die hohle Mittelzone der Wirbelströmung, um damit das Durchströmen von Verbrennungsgasen in stromaufwärtiger Richtung durch die DUsenöffnung (31) zu verringern oder zu verhindern.2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Leitung (J>h ,36) an einem stromaufwärts der DUsenöffnung (31) gelegenen Punkt mit der ersten Leitung (2o.22,2^-27) in Verbindung •steht und von dieser aus mit Brennstoff beliefert wird.3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (2ο,22,2^-27) eine Brennstoffkammer (22) umfasst, die mit Brennstoff beliefert werden kann, einen Brennstoff-Lieferring (25), einen oder mehrere von der Brennstoffkammer (22) zum Brennstoff ring (25) führende Kanäle (2*f), eine sich axial erstreckende, zur DUsenöffnung (3D fUhrende Leitung (27) und tangentiale Wirbelschlitze (26), welche tangential vom Brennstoff-Lieferring (25) zur axialen Leitung (27) fUhren, wobei der genannte, ringförmige Brennstoffstrom durch die sich axial erstreckende Leitung (27) durchströmt.*f. Brenner nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass die sich axial erstreckende Leitung (27) ringförmig ist, wobei die zweiten Leitungsmittel (3^*36) entweder mit der Brennstoffkammer (22) oder mit der sich axial erstreckenden Leitung (27) kommunizieren._9_ 009834/04805. Brenner nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Leitung an ihrem stromabwMrtigen Ende einen kegelstumpfförmigen Teil (35)hat, wobei die zweite Leitung (3^,36) Brennstoff an die Mitte dieses kegelstumpfförmigen Teils (35) anliefert.6. Brenner nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (3^,35) Luft von der Aussenseite des Brenners an die hohle Mittelzone anliefert.7. Brenner nach Anspruch 3 und k, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (3^,3'S) diese Luft zum stromaufwärtigen Ende der sich axial erstreckenden Leitung (27) leitet.8. Brenner nach einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dlisenöffnung eine VordUsenöffnung (31) ist, die in der Mitte einer ringförmigen HauptdUsenöffnung (^fO) angeordnet ist, wobei dritte. Leitungsmittel (65,6?) vorgesehen sind, welche die Hauptdlise (ko) mit einem ringförmigen Wirbelstrom von Brennstoff beliefern.9. Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einem Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgestattet ist.BAD ORiGiNAL -ίο- 009834/0460
Applications Claiming Priority (1)
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GB13054/67A GB1114728A (en) | 1967-03-20 | 1967-03-20 | Burner e.g. for a gas turbine engine combustion chamber |
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