DE1776165C - Einrichtung zur Belüftung von für Gasturbinen, insbesondere für Flugtriebwerke, bestimmten Einspritzdüsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Be- körper festgelegt ist. Insofern liegt dort eine ganz lüftung von für Gasturbinen, insbesondere für Hug- andere Anordnung vor: Außerdem — und dies ist triebwerke, bestimmten Einspritzdüsen, wobei der wichtig — erfolgt bei dieser bekannten Anordnung Düsenkopf im Brenner in einer als separater Teil die Luftführung nicht zwischen der Buchse und dem hergestellten Buchse gelagert und zentriert ist und 5 Düsenkopf, sondern vielmehr zwischen der Buchse die Buchse Durchlässe für die Luft aufweist und und dem Gehäuse. Eine ausreichende Kühlung, des wobei der Düsenkopf am vorderen, dem Düsen- Düsenkopfes ist auf diese Weise aber nicht zu eraustritt zugekehrten Mantelflächen-Bereich eine Kerb- reichen.

verzahnung aufweist und am hinteren Mantelflächen- Bei einer anderen bekannten Anordnung (USA.-

Bereich glatt ist io Patentschrift 2 627 721) dient eine ähnliche über-

Üblicherweise sind die Düsen am Umfang eines wurfmutterartige Buchse zum Befestigen von Diffusorringförmigen Brenners in am Brenner befestigten körpern und nicht zum Zentrieren des Düsenkopfes. Buchsen derart angeordnet, daß sie die Buchsen Zwar erfolgt dort eine Luftführung zwischen Düsenlediglich durchsetzen und mit den Innenwänden der- kopf und Buchse, jedoch wird diese Luft nicht von selben jeweils einen Ringspalt bilden. Die Düsen 15 hinten durch die Buchse zugeführt, sondern zwischen müssen zwecks einwandfreier Verbrennung so aus- den Diffusorkörpern abgesaugt. Weiterhin ist es begerichtet sein, daß sie einen bestimmten Winkel mit kannt (USA.-Patentschrift 2968 925), den Düsender Längsachse des Triebwerks bzw. der Brenn- kopf unmittelbar in eine Wand der Brennkammer kammer bilden. Die Fixierung der vergleichsweise einzusetzen. Eine Zentrierbuchse ist dort also gar langen Düsen erfolgt in ihrem rückwärtigen Teil am ao nicht vorhanden, und wegen der kurzen Einsatzlänge Triebwerkskörper. Durch den vorstehend genannten in de» Wandung kann so eine genaue Zentrierung Ringspalt strömt ein Teil der vom Verdichter zu- nicht erreicht werden.

geführten Luft, der einerseits zur Kühlung des Der Erfindung liegt nun die Aufgaoe zugrunde,

Düsenkopfes, andererseits zur Verbrennung des aus die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden, der Düse austretenden Kraftstoffes und darüber hin- as d. h., es soil eine Zentrierbuchse gefunden werden, aus zur Verhinderung einer Koksbildung am Düsen- mit der zugleich eine genaue Ausrichtung des Düsenaustritt dient. kopfes und eine ausreichende Kühlung desselben

Diese Luftführung, wie vor allem auch die oben- erreichbar sind. Diese Zentrierung soll möglichst erwähnte genaue Ausrichtung der Düsen, bezweckt betriebssicher sein, d. h., sie darf sich z. B. durch eine optimale Verbrennung mit bestmöglichem 30 Schwingungen im Betrieb nicht ausschlagen oder Brennkammerwirkungsgrad bei zugleich minimaler lockern.

thermischer Belastung der betreffenden Triebwerks- Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten

elemente. Die Verbrennung soll stöchiometrisch und Einrichtungen dadurch gelöst, daß die Buchse in an in unmittelbarer Nähe des Brenners erfolgen, d. h., sich bekannter Weise innen abgesetzt ist, wobei der es dürfen keine Flammen hoher Temperatur aus der 35 dem kfirbverzahnten Teil der Düsenkopf-Mantel-Brennkamine: austreten. Die bei der Verbrennung fläche zugeordnete Buchsen-Innendurchmesser der entstehenden hohen Temperaturen von etwa 2000° C größere ist, so daß sich zwischen der kerbverzahnten sollen von der umgebenden, beim Verbrennungs- Düsenkopf-Mantelfläche und dem zugeordneten prozeß nicht erfaßten, vergleichsweise kühlen Luft Buchseninnenwand-Bereich ein Ringspalt bildet, und vremindert werden, wobei diese Luft sich gleich- 40 daß die Buchse an der Übergangsstelle vom größeren zeitig erwärmt, so daß das in die Turbine ein- zum kleineren Innendurchmesser eine Ringnut aufströmende Verbrennungsgas-Luft-Gemisch Tempe- weist und daß dieser Buchsenteil in wiederum an raturen von etwa 900° C aufweist, welche von sich bekannter Weise mit von der hinteren Stirnden Schaufelwerkstoffen noch ausgehalten werden fläche ausgehenden Längsausnehmungen versehen können. 45 ist, welche in die Ringnut münden.

Diese Forderungen werden von der erwähnten Durch die Ausbildung nach der Erfindung wird

Einrichtung nicht erfüllt. So ist es beispielsweise nunmehr vorteilhaft eine genaue und rasche Ausnicht oder nur sehr schwer möglich, bei dieser Art richtung der Düse gewährleistet, welche sich auch der Düsenbefestigung in vergleichsweise großem Ab- während des Betriebes nicht mehr verändern kann, stand vom Düsenaustritt die genaue Ausrichtung der 50 Andererseits wird der Vorteil der guten Belüftung Düsen zu erzielen. Darüber hinaus würde sich eine des Düsenkopfes beibehalten und dieselbe sogar solche ohnehin durch die Erschütterungen und noch verbessert, weil nunmehr im Gegensatz zu den Vibrationen beim Betrieb des Triebwerks wieder bekannten Einrichtungen eine Zentrizität zwischen verändern. Die Folge ist eine Verschlechterung des Düsenkopf und Buchse besteht, wodurch eine am Verbrennungsvorganges, wobei nunmehr lange 55 Umfang gleichmäßige Belüftung des Düsenkopfes Flammen entstehen werden, welche örtliche ther- ohne weiteres verwirklicht weiden kann,
mische Uberbelastungen der Werkstoffe verursachen. Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß

Es muß in diesem Fall nach kurzer Zeit mit einem der den kleineren Innendurchmesser aufweisende Nachlassen der Triebwerksleistung bzw. mit einem Teil der Buchse innen glatt ist. Durch den derart raschen Verschleiß der thermisch überbelasteten 60 gebildeten Ringspalt strömt die Kühlluft in ganzer Triebwerksteile gerechnet werden. Länge von der Ringnut aus am Düsenkopf vorbei

Nun ist es auch bereits bekanntgeworden, den zur Brennkammer.

Düsenkopf in der Buchse unmittelbar zu lagern Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung

(USA.-Patentschrift 2 959 003). Diese Buchse ist sind die Längsausnehmungen als an sich bekannte ebenfalls innen abgesetzt, jedoch dient dieser Ab- 65 achsparallele Bohrungen ausgebildet, und die satz zur Anlage an der vorderen Stirnfläche des Ringnut ist nach innen offen. Zwar sind achs-Düsenkopfes, der nämlich mit Hilfe dieser als Über- parallele Längsbohrungen bekannt (USA.-Patentwurfmutter ausgebildeten Buchse gegen seinen Trag- schrift 2 965 303), jedoch münden diese nicht in eine

Ringnut, sondern erst in einen Ringraum unmittelbar am Düsenaustritt.

Bei einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung weist die Buchse aa ihrer hinteren, dem Düsenaustritt abgewandten äußeren Mantelfläche Längsnuten auf, die in eine Ringnut am äußeren Umfang münden, welche durch radiale Ausnehmungen mit dem Innenraum der Buchse verbunden ist

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Ringbrenner in Ansicht,
. F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie A-B in F i g. 1, und

F i g. 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen an Hand von Längsschnitten durch eine Buchse.

Der in Fig. 1 gezeigte Ringbrenner 10 einer Triebwerksbrennkammer ist an seiner der nicht dargestellten Brennkammer zugewandten Stirnfläche mit Haltehülsen 11 versehen, welche an demselben ao in gleichmäßigem Abstand voneinander durch Schweißen befestigt sind. Die Haltehülsen dienen zur Aufnahme von in F i g. 1 nicht dargestellten Buchsen. Beidseitig der Haltehülsen 11 — radial innen sowie außen — weist der Ringbrenner 10 Kanäle 12,13 »5 auf, welche der Luftzuführung in die Brennkammer

Nach Fig. 2 ist in der Haltehülse 11 eine Buchse 14 angeordnet, welche ihrerseits zur Lagerung und Zentrierung eines Düsenkopfes 15 dient. Der Düsenkopf 15 ist an seinem vorderen, dem Düsenaustritt zugewandten Mantelflächen-Bereich mit einer Kerbverzahnung 16 versehen, welche zum Eingriff eines Schraubenschlüssels od. dgl. bei der Montage bzw. Demontage des Düsenkopfes 15 von einem Düsenkörper 17 dient. Die Buchse 14 weist an ihrer Innenwandung in dem der Kerbverzahnung 16 zugeordneten Bereich gegenüber derselben ein radiales Spiel S auf, so daß sich zwischen Kerbverzahnung 16 und diesem Buchseninnenwandungsbereich ein Ringspalt bildet. Die Lagerung und Zentrierung des Düsenkopfes 15 erfolgen durch dessen glatten Mantelflächenteil 18 und den zugeordneten Buchseninnenwandungsbereich.

Die vom nicht dargestellten Verdichter her in Richtung des Pfeils 21 anströmende Luft wird zu einem Teil durch später noch zu beschreibende Längsausnehmungen und dem Ringspalt zwischen Düsenkopf 15 und Buchseninnenwand geführt und dient dabei zur Kühlung des Düsenkopfes sowie zur Verhinderung der Koksbildung am Düsenaustritt, so Unmittelbar nach Austritt aus dem Ringspalt in die Brennkammer vermischt sie sich mit dem aus der Düse austretenden zerstäubten XraftstoS und wird dann in den dort stattfindenden Verbrennungsprozeß einbezogen. Weitere Verbrennungsluft zur Erreichung eines stöchiometrischen Mischungsverhältnisses wird der Verbrennungszone durch die Kanäle 12,13 zugeleitet. Entscheidend für einen optimaler Ablauf des Verbrennungsprozesses, d. h. Beschränkung der Brennzone auf einen vergleichsweise kleinen Raum, um örtliche Überhitzung von einzelnen Triebwerksteilen zu vermeiden, ist die richtige Zuordnung von Düse und Luftzufuhr. Dabei ist es wesentlich, daß der Düsenkopf 15 mit Hilfe der erfindungsgemäßen Buchse 14 präzise gelagert und zentriert G5 wird, so daß seine Längsachse 22 zu der Längsachse 23 des Triebwerks bzw. der Brennkammer in einem bestimmten Winkel 24 steht, welcher auch durch die beim Hochleistungsbetrieb des Triebwerks auftretenden Erschütterungen und Vibrationen nicht verändert werden kann. -

Nach Fig.3 ist die Buchse 14 mit Längsbohrungen 25 versehen, welche die Kühlluft über eine nach innen offene Ringnut 26 dem Ringspalt zwischen kerbverzahntem Düsenkopfteii und zugeordnetem Buchseninnenwand-Bereich zuführen. Hierbei ist die Anordnung noch so getroffen, daß die Buchse innen abgesetzt ist. Der Innendurchmesser im Bereich zwischen Düsenaustritt und Ringspalt 26 ist größer als der im Bereich zwischen Ringspalt 26 und Düseneintritt.

Nach F i g. 4 sind Längsnuten 27 an der äußeren Mantelfläche der Buchse 14 vorgesehen. Die Kühlluft gelangt hier über eine Außenringnut 28 und von dieser ausgehende radiale Bohrungen 29 ins Innere der Buchse 14 und in den vorstehend genannten Ringspalt.

Die beiden vorstehenden Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 haben den Vorteil, daß die zur Lagerung des Düsenkopfes dienende Innenwandung der Buchse nunmehr eine geschlossene glatte Fläche bilden kann und nicht durch Längsnuten unterbrochen ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Belüftung von für Gasturbinen, insbesondere Flugtriebwerke, bestimmten Einspritzdüsen, wobei der Düsenkopf im Brenner in einer als separater Teil hergestellten Buchse gelagert und zentriert ist und die Buchse Durchlässe für die Luft aufweist und wobei der Düsenkopf am vorderen, dem Düsenaustritt zugekehrten Mantelflächen-Bereich eine Kerbverzahnung aufweist und am hinteren Mantelflächen-Bereich glatt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (14) in an sich bekannter Weise innen abgesetzt ist, wobei der dem kerbverzahnten Teil (16) der Düsenkopf-Mantelfläche zugeordnete Buchsen-Innendurchmesser der größere ist, so daß sich zwischen der kerbverzahnten Düsenkopf-Mantelfläche (16) und dem zugeordneten Buchseninnenwand-Bereich ein Ringspalt (S) bildet, und daß die Buchse an der Übergangsstelle vom größeren zum kleineren Innendurchmesser eine Ringnut (26, 28) aufweist und daß dieser Buchsenteil in wiederum an sich bekannter Weise mit von der hinteren Stirnfläche ausgehenden Längsausnehmungen (25,27) versehen ist, welche in die Ringnut münden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den kleineren Innen-

. durchmesser aufweisende Teil der Buchse (14) innen glatt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausnehmungen als an sich bekannte achsparallele Bohrungen (25) ausgebildet sind und die Ringnut (26) nach . innen offen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (14) an ihrer hinteren, dem Düsenaustritt abgewandten äußeren Mantelfläche Längsnuten (27) aufweist, die in eine Ringnut (28) am äußeren Umfang münden, welciie durch radiale Ausnehmungen (29) mit dem Innenraum der Buchse verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen