DE1923275B2 - Annular combustion chamber - Google Patents

Annular combustion chamber

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DE1923275B2 DE19691923275 DE1923275A DE1923275B2 DE 1923275 B2 DE1923275 B2 DE 1923275B2 DE 19691923275 DE19691923275 DE 19691923275 DE 1923275 A DE1923275 A DE 1923275A DE 1923275 B2 DE1923275 B2 DE 1923275B2
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Herve Alain Issy-Les-Moulineaux Quillevere
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Description

Strömung gemeinsam mit den Auslaßabschnitte.n selbst riie gegeneinander gerichteten Sekundärluft!* trahlen gewissermaßen führen und somit ein unmittelbares Aufeinandertreffen der Sekundärluftstrahlcn verhindern. Flow together with the outlet sections themselves riie secondary air directed against one another! * to a certain extent lead and thus prevent a direct meeting of the secondary air jets.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erzielt, wenn jedes Paar von radial ausgerichteten öffnungen mit dem Auslaßquerschnitt des AuslaßabschniWes des zugehörigen Vorverdampfers fluchtet.Particularly advantageous results are achieved when each pair of radially oriented openings is aligned with the outlet cross-section of the outlet section of the associated pre-evaporator.

Anhand der Zeichnung wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigtA preferred exemplary embodiment is shown on the basis of the drawing the invention explained in more detail. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Ringbrennkammer,F i g. 1 shows a longitudinal section through an annular combustion chamber designed according to the invention,

Fig.2 einen Querschnitt längs der Linie II-1I in Fig. 1.FIG. 2 shows a cross section along the line II-1I in FIG. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Ringbrennkammer mit Vorverdampfung weist zwei koaxial ineinander angeordnete Außenwände la und Ii? auf, die miteinander einen Ringraum bilden.The annular combustion chamber with pre-evaporation shown in the drawing has two coaxially inside one another arranged outer walls la and Ii? on that with each other form an annulus.

Im Inneren dieses Ringraums sind zwei im wesentlichen koaxiale Innenwände 2a, 2b angeordnet, die den eigentlichen Brennraum bilden. Der Brennraum wird in seinem stromaufwärts liegenden Bereich von einem ringförmigen Nasenabschnitt 3 begrenzt, in dessen Innerem ein ringförmiger Lagerkörper 4 angeordnet ist. Der Nasenabschnitt 3 und der Lagerkörper 4 sind mit öffnungen 5,6 versehen, die gleichmäßig um die Achse X-X der Ringbrennkammer verteilt und zueinander ausgerichtet angeordnet sind. Auf der Achse einer jeden öffnung 6 liegt, mit Spiel, ein Vorverdampfer 7. Der Ringbrennkammer wird in ihrem stromaufwärts liegenden Bereich über eine Leitung 8 ein Sauerstoffträger, beispielsweise komprimierte Luft, zugeführt. Diese Luft strömt im Ringraum zwischen den Außen- und Innenwänden und tritt in den Brennraum ein, und zwar als Primärluft durch die öffnungen 5 und als Sekundärluft durch öffnungen 9a, 9b, 10a, iOb und 11a, üb. Die durch die öffnungen 9a, 9b eintretende Sekundärluft dient zum Kühlen, die durch die öffnungen 10a, iOb eintretende Sekundärluft zur Verdünnung und die durch die öffnungen 11 a, I \b eintretende Sekundärluft zur Unterstützung der Verbrennung. Die öffnungen 9a, 9b verlaufen vorteilhafterweise in Richtung der Brennkammerachse, während die öffnungen 10a, 10ό vorzugsweise radial verlaufen.In the interior of this annular space, two essentially coaxial inner walls 2a, 2b are arranged, which form the actual combustion space. The upstream region of the combustion chamber is delimited by an annular nose section 3, in the interior of which an annular bearing body 4 is arranged. The nose section 3 and the bearing body 4 are provided with openings 5, 6 which are evenly distributed around the axis XX of the annular combustion chamber and are arranged in alignment with one another. A pre-evaporator 7 lies on the axis of each opening 6, with clearance. In its upstream region, an oxygen carrier, for example compressed air, is fed to the annular combustion chamber via a line 8. This air flows in the annular space between the outer and inner walls and enters into the combustion chamber, as a primary air through the openings 5 and as secondary air through openings 9a, 9b, 10a, and 11a IOB, üb. The through openings 9a, 9b secondary air entering serves to cool the secondary air entering through the openings 10a, IOB for dilution and through the openings 11 a, I \ b secondary air entering to support combustion. The openings 9a, 9b advantageously run in the direction of the combustion chamber axis, while the openings 10a, 10ό preferably run radially.

Die öffnungen 11a, Wb, die auf Höhe der Vorverdampfer 7, im wesentlichen radial verlaufend, in den Innenwänden gebildet sind, tragen zur Stabilisierung der Flamme in dem stromaufwärts liegenden Bereich des Brennraums bei, wie im folgenden noch genauer beschrieben wird.The openings 11a, Wb, which are formed in the inner walls at the level of the pre-evaporators 7 and run essentially radially, help to stabilize the flame in the upstream region of the combustion chamber, as will be described in more detail below.

Jeder Vorverdampfer 7 weist einen rohrförmigen Einlaßabschnitt 12 auf, der mit seinem Siromaufwärts liegenden Teil in der Achse der öffnungen 5,6 liegt undEach pre-evaporator 7 has a tubular inlet section 12, which with its sirom upwards lying part lies in the axis of the openings 5, 6 and

ίο sich mit seinem stromabwärts liegenden Teil in zwei quer verlaufende, ringförmige Auslaßabschnitte 13, 14 verzweigt, die bei 15,16 rückwärts gekrümmt sind. Eine Leitung 17 zum Zuführen von flüssigem Brennstoff mündet im stromaufwärts liegenden Teil des Einlaßabis Schnitts 12.ίο with its downstream part in two transverse, annular outlet sections 13, 14 branched which are curved backwards at 15,16. One Line 17 for supplying liquid fuel opens in the upstream part of the inlet bis Cut 12.

Die öffnung 6 hat einen größeren Querschnitt als der Einlaßabschnitt 12, so daß um den Einlaßabschnitt ein Bauteil 18 angeordnet werden kann, das gegebenenfalls einstückig mit dem Einlaßabschnitt ausgebildet ist. Das Bauteil 18 weist zwei Verzweigungen 19,20 auf, die zwei Kanäle 21, 22 bilden. Durch diese Kanäle kann ein kleiner Bruchteil der Primärluft unmittelbar in den Brennraum eintreten.The opening 6 has a larger cross section than that Inlet section 12, so that a component 18 can be arranged around the inlet section, which if necessary is formed integrally with the inlet portion. The component 18 has two branches 19, 20, the two Channels 21, 22 form. A small fraction of the primary air can enter the air directly through these channels Enter combustion chamber.

Der größere Teil der Primärluft tritt gleichzeitig mitThe greater part of the primary air occurs at the same time

dem flüssigen Brennstoff in die Vorverdampfer ein, deren Wände auf ihrer Außenseite der Flamme ausgesetzt sind, so daß der Brennstoff verdampft. Das Gemisch aus Luft und verdampftem Brennstoff tritt im wesentlichen axial, entgegen der allgemeinen Strömungsrichtung der Verbrennungsgase in der Brennkammer, also in Richtung auf den Nasenabschnitt 3, aus den Auslaßabschnitten 13,14 aus. Der geringe Bruchteil der den Einlaßabschnitt 12 umgebenden Primärlufi dient im wesentlichen dazu, den stromaufwärts liegenden Abschnitt der Vorverdampfer thermisch zu isolieren.the liquid fuel in the pre-evaporator, the walls of which on their outside of the flame are exposed so that the fuel evaporates. The mixture of air and evaporated fuel occurs in the essentially axially, against the general direction of flow of the combustion gases in the combustion chamber, that is, in the direction of the nose section 3, out of the outlet sections 13, 14. The small fraction the primary air surrounding the inlet section 12 essentially serves to thermally close the upstream section of the pre-evaporator isolate.

Durch die öffnungen 11a, 11 b werden zwei Gruppen von im wesentlichen radial verlaufenden, entgegengesetzt gerichteten Strahlen Fa und Fb erzeugt.Two groups b through the openings 11a, 11 from extending substantially radially directed beams Fa and Fb opposite generated.

Wie die Figuren zeigen, verlaufen die entgegengesetzt gerichteten Strahlen Fa, Fb'm der Auslaßebene der zurückgekrümmten Auslaßabschnitte 15, 16; durch diese Anordnung wird die Rückströmung erleichtert, was die Entstehung von Wirbeln begünstigt.As the figures show, the oppositely directed rays Fa, Fb'm run in the outlet plane of the curved back outlet sections 15, 16; this arrangement facilitates the return flow, which promotes the formation of eddies.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ringbrennkammer, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk, mit zwei koaxial ineinander angeordneten Außenwänden, die zwischen sich einen Ringraum bilden, zwei koaxial ineinander und innerhalb des Ringraums angeordneten Innenwänden, die zwischen sich einen ringförmigen, von den Brenngasen durchströmten Brennraum bilden, wobei die Innenwände jeweils mit den Außenwänden zwei ringförmige, mit verdichteter Luft beaufschlagte Kanäle bilden, einem den Brennraum am einen Ende schließenden Nasenabschnitt, mehreren T-förmigen, rohrförmigen Vorverdampfern, die den flüssigen Brennstoff vorverdampfen und verdampften Brennstoff in den Bereich des Brennraums einspritzen, der in der Nähe des Nasenabschnitts liegt, wobei jeder der Vorverdampfer zwei Auslaßabschnitte aufweist, die dem Nasenabschnitt zugewandt sind und durch die der verdampfte Brennstoff auf den Nasenabschnitt zu in einer zur Achse der Brennkammer im wesentlichen parallelen Richtung abgegeben wird und alle Auslaßabschnitte längs einer Ringfläche verteilt sind, die koaxial und mit im wesentlichen gleichen Abständen zu den Innenwänden verlaufen, und mehreren die Innenwände durchdringenden düsenartigen Zuführungsöffnungen, die die ringförmigen Kanäle mit dem Brennraum verbinden, wobei jeweils eine Öffnung in einer der Innenwände zu einer öffnung in der anderen Innenwand radial fluchtend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar der radial fluchtenden öffnungen (11a, üb) zu einem Auslaßabschnitt (15, 16) eines zugehörigen Vorverdampfers (7) radial ausgerichtet ist.1. Annular combustion chamber, in particular for a gas turbine engine, with two outer walls coaxially arranged one inside the other, which form an annular space between them, two inner walls arranged coaxially one inside the other and within the annulus, which between them form an annular combustion chamber through which the fuel gases flow, the inner walls each Form with the outer walls two annular, with compressed air acted upon, a nose section closing the combustion chamber at one end, several T-shaped, tubular pre-evaporators, which pre-evaporate the liquid fuel and inject evaporated fuel into the area of the combustion chamber, which is located near the Nose portion, each of the pre-evaporators having two outlet portions facing the nose portion and through which the vaporized fuel is discharged towards the nose portion in a direction substantially parallel to the axis of the combustion chamber and all outlet portions along one r annular surface are distributed, which run coaxially and at substantially the same distances from the inner walls, and several nozzle-like feed openings penetrating the inner walls, which connect the annular channels with the combustion chamber, with an opening in one of the inner walls to an opening in the other inner wall is arranged radially aligned, characterized in that each pair of the radially aligned openings (11a, ub) is aligned radially to an outlet section (15, 16) of an associated pre-evaporator (7). 2. Ringbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von radial ausgerichteten öffnungen (lla, lltymitdem Auslaßquerschnitt des Auslaßabschnittes (15, 16) des zugehörigen Vorverdampfers (7) fluchtet.2. Annular combustion chamber according to claim 1, characterized in that each pair of radially oriented openings (lla, lltymwith the outlet cross-section of the outlet section (15, 16) of the associated pre-evaporator (7) is aligned. Die Erfindung betrifft eine Ringbrennkammer, insbesondere für ein Gasturbinentriebwerk, mit zwei koaxial ineinander angeordneten Außenwänden, die zwischen sich einen Ringraum bilden, zwei koaxial ineinander und innerhalb des Ringraums angeordneten Innenwänden, die zwischen sich einen ringförmigen, von den Brenngasen durchströmten Brennraum bilden, wobei die Innenwände jeweils mit den Außenwänden zwei ringförmige, mit verdichteter Luft beaufschlagte Kanäle bilden, einem den Brennraum am einen Ende schließenden Nasenabschnitt, mehreren T-förmigen, rohrförmigen Vorverdampfern, die den flüssigen Brennstoff vorverdampfen und verdampften Brennstoff in den Bereich des Brennraums einspritzen, der in der Nähe des Nasenabschnitts liegt, wobei jeder der Vorverdampfer zwei Auslaßabschnitte aufweist, die dem Nasenabschnitt zugewandt sind und durch die der verdampfte Brennstoff auf den Nasenabschnitt zu in einer zur Achse der Brennkammer im wesentlichen parallelen Richtung abgegeben wird und alle Auslaßabschnitte längs einer Ringfläche verteilt sind, die koaxial und mit im wesentlichen gleichen Abständen zu den Innenwänden verlaufen, und mehreren die Innenwände durchdringenden düsenartigen Zuführungsöffnungen, die die ringför-The invention relates to an annular combustion chamber, in particular for a gas turbine engine, with two coaxially arranged outer walls, which form an annular space between them, two coaxially one inside the other and inside the annular space arranged inner walls, which between them an annular, of the combustion gases flow through the combustion chamber, the inner walls each with the outer walls two annular channels acted upon by compressed air, one of which is the combustion chamber at one end closing nose section, several T-shaped, tubular pre-evaporators, which the liquid fuel pre-evaporate and inject evaporated fuel into the area of the combustion chamber that is nearby of the nose section, each of the pre-evaporators having two outlet sections corresponding to the nose section are facing and through which the vaporized fuel to the nose portion in one to the axis the combustion chamber is discharged in a substantially parallel direction and all outlet sections along a Annular surface are distributed, which are coaxial and at substantially equal distances from the inner walls run, and several the inner walls penetrating nozzle-like feed openings, which the ringför- migen Kanäle mit dem Brennraum verbinden, wobei jeweils eine öffnung in einer der Innenwände zu einer öffnung in der anderen Innenwand radial fluchtend angeordnet ist.Migen channels connect to the combustion chamber, with an opening in one of the inner walls to one Opening in the other inner wall is arranged in radial alignment. Bei einer vorbekannten Ringbrennkammer dieser Art (US-PS 29 56 404) strömt das Brennstoff-Luftgemisch aus den über den Umfang verteilten Vorverdampfern — zur Stabilisierung der Flamme — in Richtung auf das vordere Ende des Brennraumes aus. Durch die in den Ringwänden des Brennraumes gebildeten Zuführungsöffnungen strömt Sekundärluft radial nach innen, wobei ein Teil der Sekundärluft ebenfalls in Richtung auf das vordere Ende des Brennraums strömt, um zur Stabilsierung der Flamme beizutragen.In a previously known annular combustion chamber of this type (US-PS 29 56 404), the fuel-air mixture flows from the pre-evaporators distributed over the circumference - to stabilize the flame - in the direction of the front end of the combustion chamber. Secondary air flows radially inward through the feed openings formed in the annular walls of the combustion chamber, whereby some of the secondary air also flows towards the front end of the combustion chamber in order to To help stabilize the flame. Der betreffenden US-Patentschrift ist nicht zu entnehmen, auf weiche Weise die Zuführöffnungen in Umfangsrichtung vergilt sind. Sind die Zuführungsöffnungen in der Ebene der Einlaßabschnitte der Vorverdampfer angeordnet, so umströmen die aufeinander zugerichteten Sekundärluftstrahlen den kreisförmigen Rohrquerschnitt der Einlaßabschnitte der Vorverdampfer, und sie treffen dann aufeinander. In diesem Bereich entstehen Strömungsschwankungen, die die Stabilisierung der Flamme beeinträchtigen können.The US patent in question does not reveal the manner in which the feed openings in Circumferential direction are gilt. Are the feed openings in the plane of the inlet sections of the Arranged pre-evaporator, the directed secondary air jets flow around the circular Pipe cross-section of the inlet sections of the pre-evaporator, and they then meet. In this Fluctuations in flow occur in the area, which can impair the stabilization of the flame. Sind dagegen die Zuführungsöffnungen in Umfangsrichtung versetzt zu den Einlaßabschnitten der Vorverdampfer so angeordnet, so treffen die Sekundärluftstrahlen unmittelbar aufeinander, wodurch die eben erwähnten Instabilitäten noch ausgeprägter wären. Man könnte daran denken, in dem Bereich, in dem die gegeneinander gerichteten Sekundärluftstrahlen aufeinandertreffen, eine ebene Leitwand anzuordnen, die für eine eindeutige Führung der Sekundärluftströmung sorgt und die oben geschilderten Schwierigkeiten }5 vermeidet. Wenn auch durch solch eine Leitwand die Flamme vermutlich stabilisiert werden könnte, so würde eine solche Leitwand jedoch einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand bedeuten; insbesondere würde eine solche Leitwand praktisch nicht lösbare Kühlungsprobleme aufwerfen.If, on the other hand, the feed openings are offset in the circumferential direction with respect to the inlet sections of the pre-evaporators Arranged in this way, the secondary air jets meet each other directly, making them even mentioned instabilities would be even more pronounced. One might think of it in the area where the opposing secondary air jets meet to arrange a flat baffle, which for a clear guidance of the secondary air flow ensures and the difficulties outlined above } 5 avoids. Even if through such a baffle the Flame could presumably be stabilized, so such a baffle would, however, an additional one mean constructive effort; In particular, such a baffle would cause practically insoluble cooling problems raise. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Ringbrennkammer der eingangs angegebenen Art die Stabilisierung der Flamme zu verbessern, ohne den konstruktiven Aufwand zu erhöhen.The invention is based on the object in an annular combustion chamber of the type specified above To improve the stabilization of the flame without increasing the structural effort. Diese Aufgabe wird bei einer Ringbrennkammer mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Paar der radial fluchtenden öffnungen zu einem Auslaßabschnitt eines zugehörigen Vorverdampfers radial ausgerichtet ist.This object is achieved according to the invention in an annular combustion chamber with the features specified at the beginning solved in that each pair of radially aligned openings to an outlet portion of one associated pre-evaporator is aligned radially. Es ist bereits eine Rohrbrennkammer (DE-PS 8 82 925) vorbekannt, bei der Sekundärluftöffnungen in einer Ebene mit einem stromaufwärts gerichteten Auslaßabschnitt eines Vorverdampfers liegen. Bei dieser Brennkammer besteht jedoch der Vorverdampfer aus einem Ringkörper mit kreisförmigem Auslaßquerschnitt, so daß es bedeutungslos ist, in welcher Weise die Sekundärluftöffnungen in Umfangsrichtung verteilt sind.There is already a tubular combustion chamber (DE-PS 8 82 925) previously known, in which secondary air openings in a plane with an upstream outlet section of a pre-evaporator. at In this combustion chamber, however, the pre-evaporator consists of an annular body with a circular outlet cross-section, so that it is meaningless in which way the secondary air openings in the circumferential direction are distributed. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Sekundärluftöffnungen wird dagegen in äußerst einfacher Weise — wie sich in der Praxis gezeigt hat — eine ausgezeichnete Stabilisierung der Flamme erzielt, ohne daß zusätzliche Stabilsierungselemente wie Leitwände od. dgl. erforderlich wären. Der Stabilsierungseffekt dürfte im wesentlichen darauf zurückzuführen sein, daß die aus den Auslaßabschnitten der Vorverdampfer austretende Strömung ähnlich wie eine Leitwand wirkt,By contrast, the arrangement of the secondary air openings according to the invention is extremely simple Way - as has been shown in practice - an excellent stabilization of the flame achieved without that additional stabilizing elements such as baffles or the like would be required. The stabilizing effect should be mainly due to the fact that the from the outlet sections of the pre-evaporator exiting flow acts like a baffle, d. h., daß die aus den Auslaßakschnitten austretended. that is, the one emerging from the outlet cutouts
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