DE1945921A1 - Combustion chamber - Google Patents
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Description
MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH.ENGINE AND TURBINE UNION
MUNICH GMBH.
München, den 5. Sept. I969Munich, September 5th, 1969
BrennkammerCombustion chamber
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, deren Flammrohr mit Öffnungen für die Zumischung von Sekundärluft ausgerüstet ist.The invention relates to a combustion chamber for gas turbine engines, whose flame tube is equipped with openings for the admixture of secondary air.
Die Sekundärluftzumischung in dem Brennraum der Brennkammer ist vorgesehen, um den für den Verbrennungsprozeß erforderlichen Luftbedarf zu ergänzen.The secondary air admixture in the combustion chamber of the combustion chamber is provided in order to increase the amount required for the combustion process To supplement air requirements.
Bekanntlich erhöht sich bei einem Gasturbinentriebwerk mit zunehmender Drehzahl der Verdichterenddruck und damit die Menge der vom Verdichter zur Brennkammer geförderten Verbrennungsluft, wobei gleichsam auch die Menge des der Brennkammer zuzuführenden Brennstoffes sich erhöht. Unter Zugrundelegung die ser allgemein bekannten Bedingungen bereitet es nach wie vor Schwierigkeiten, eine Brennkammer zu schaffen, welche über einen großen Betriebsbereich sich durch einen guten Ausbrenngrad, niedrige Druekverluste, ein günstiges ZUnd- sowie VerlÖBchverhalten auszeichnet. It is known that in a gas turbine engine the compressor end pressure increases with increasing speed and thus the amount of combustion air conveyed by the compressor to the combustion chamber, the amount of fuel to be supplied to the combustion chamber also increasing. Based on the well-known conditions ser prepares it remains difficult to provide a combustion chamber, which is characterized over a wide operating range by a good burn-out, low Druekverluste, a favorable ZUnd- and VerlÖBchverhalten.
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In dem Bemühen, ein zuverlässiges Zünden des in der Primärzone der Brennkammer befindlichen Brennstoff-/Luftgemisches und weiter einen relativ guten Wirkungsgrad der Brennkammer im Teillastbetrieb des Gasturbinentriebwerkes zu erzielen, werden bei bekannten Brennkammern die Zuströmquerschnitte für die Primär- und Sekundärluft relativ klein gewählt. Diese Maßnahme führt jedoch zu erhöhten Druckverlusten im Vollastbereich des Gasturbinentriebwerkes.In an effort to reliably ignite the fuel / air mixture in the primary zone of the combustion chamber and furthermore to achieve a relatively good degree of efficiency of the combustion chamber in the partial load operation of the gas turbine engine, the inflow cross-sections for the primary and secondary air are selected to be relatively small in known combustion chambers. However, this measure leads to increased pressure losses in the full load range of the gas turbine engine.
Darüber hinaus ist es nicht auszuschließen, daß bei solchen, bekannten Brennkammern auch die relativ klein gewählten Zuströmquerschnitte schon zu groß sind, um ein sicheres Zünden des Brennstoff-/Luftgemisches und einen einwandfreien Ausbrand der Brennkammer während des Startvorganges des Gasturbinentriebwerkes erreichen zu können, da die Zuströmgeschwindigkeit der Primärluft während der Startphase sehr niedrig ist. Dies gilt vor allem auch für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken, welche mit einem Wärmetauscher ausgerüstet sind.In addition, it cannot be ruled out that, in such known combustion chambers, the inflow cross-sections chosen to be relatively small are already too large for reliable ignition of the fuel / air mixture and a faultless one To be able to achieve burnout of the combustion chamber during the starting process of the gas turbine engine, since the inflow speed the primary air is very low during the start-up phase. This particularly applies to the combustion chambers of gas turbine engines, which are equipped with a heat exchanger.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, im Rahmen der geschilderten Probleme diese Nachteile bei bekannten Brennkammern zu beseitigen und eine Brennkammer zu schaffen, welche sich über den gesamten Betriebsbereich eines Gasturbinentriebwerkes durch einen guten Ausbrenngrad sowie weiter niedrigeThe invention is therefore based on the problem of addressing these disadvantages in known combustion chambers within the framework of the problems outlined to eliminate and to create a combustion chamber, which extends over the entire operating range of a gas turbine engine due to a good degree of burnout as well as further low ones
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Druckverluste, insbesondere bei Vollast und weiter durch ein günstiges Zünd- und Verlöschverhalten auszeichnet.Pressure losses, especially at full load and further through a characterized by favorable ignition and extinguishing behavior.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer Brennkammer nach der eingangs genannten Gattung vor, daß die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft veränderlich sind.The invention proposes to solve the problem a combustion chamber of the type mentioned at the beginning, that the inflow cross-sections for the secondary air are variable.
Erfindungsgemäß können weiter die Zuströmquerschnitte in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck oder dem Brennkammereintrittsdruck veränderlich sein.According to the invention, the inflow cross-sections can also be a function be variable from the compressor discharge pressure or the combustion chamber inlet pressure.
Die Erfindung ermöglicht, beispielsweise während des Startvorganges des Gasturbinentriebwerkes, die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft teilweise oder auch ganz zu schließen, wodurch die Primärluftmenge erhöht wird. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Zündverhalten und den Ausbrand der Brennkammer aus und ermöglicht außerdem eine höhere Kraftstoffmenge während der Beschleunigungsphase, wodurch das Gasturbinentriebwerk schneller die Nenndrehzahl erreicht. Mit steigender Drehzahl und damit wachsendem Verdichterenddruck können die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft stetig vergröseert werden, so daß bei entsprechender Dimensionierung der Zuströmquersehnitte der Druckverlust bei Vollast des Gasturbinentriebwerkes sehr gering gehalten werden kann.The invention enables, for example, during the starting process of the gas turbine engine to partially or completely close the inflow cross-sections for the secondary air, whereby the amount of primary air is increased. This has an advantageous effect on the ignition behavior and the burnout of the combustion chamber and also enables a higher amount of fuel during the acceleration phase, as a result of which the gas turbine engine reaches the rated speed more quickly. With increasing The speed and the resulting increasing compressor pressure can continuously increase the inflow cross-sections for the secondary air so that with appropriate dimensioning of the inflow transverse section, the pressure loss at full load of the gas turbine engine can be kept very low.
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In einer weiteren,zweckmäßigen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann zur Veränderung der Zuströmquerschnitte ein axial oder in Umfangsrichtung der Brennkammer verschieblicher, das Flammrohr umschließender Außenmantel vorgesehen sein. Dieser Außenmantel kann mit öffnungen ausgestattet sein, deren Querschnitte und Formgebungen denjenigen der Zuströmquerschnitte des Flammrohres entsprechen, so daß in einer Endstellung dieses Außenmantels, also beispielsweise für den Vollastbetrieb ™ des Gasturbinentriebwerkes, die Zuströmquerschnitte des Flammrohres in ihrer Gänze geöffnet sein können.In a further, expedient embodiment of the subject matter of the invention can be axially or in the circumferential direction of the combustion chamber to change the inflow cross-sections, the Outer jacket surrounding the flame tube may be provided. This outer jacket can be equipped with openings, the cross-sections of which and shapes correspond to those of the inflow cross-sections of the flame tube, so that in one end position this Outer jacket, for example for the full load operation ™ of the gas turbine engine, the inflow cross-sections of the flame tube can be fully open.
Gemäß der Erfindung kann der Außenmantel durch ein Stellorgan, beispielsweise einen federbelasteten Kolben verschiebbar sein. Der Kolben kann somit unter Wirkung des Verdichterenddruckes oder des Brennkammereintrittsdruckes als Regelgrößen für die Zuströmquerschnitte betätigt werden.According to the invention, the outer jacket can be displaced by an actuator, for example a spring-loaded piston. The piston can thus be used as control variables for the under the effect of the compressor end pressure or the combustion chamber inlet pressure Inflow cross sections are actuated.
k Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend näher in den Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen istk An embodiment of the invention is detailed below explained in the drawings; is in the drawings
Fig. 1 der Mittellängsschnitt einer erfindungsrgemäßen Brennkammer undFig. 1 is the central longitudinal section of an according to the invention Combustion chamber and
Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1.FIG. 2 is a section along the line A-B of FIG. 1.
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Figur 1 veranschaulicht die Erfindung bei einer Umkehrbrennkammer, deren Außengehäuse 1 auf der linken Seite in einen Brennstoffeinspritzkegel 2 ausläuft, welcher mittig von einer Brennstoffeinspritzdüse J5 durchsetzt ist. Koaxial zur Längsachse 4 der Umkehrbrennkammer verlaufend, ist in das Außengehäuse 1 ein Flammrohr 5 eingesetzt, welches links - zwischen dem Außengehäuse 1 und dem Einspritzkergel-2 - einen mit abgerundeten Kanten ausgestatteten, wulstartigen Verdrängungskörper 6 aufweist, wodurch ein strömungsgünstiger Primärluftumkehrkanal 7 entsteht. Der Primärluftumkehrkanal wird über einen zwischen dem Außengehäuse 1 und dem Flammrohr 5 gebildeten Ringkanal 8 in Richtung des Pfeiles F von Verdichterluft eines in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Gasturbinentriebwerkes durchströmt. Als Primärluft gelangt die Verdichterluft über diesen Primärluftumkehrkanal 7 in das Flammrohr 5·Figure 1 illustrates the invention in a reverse combustion chamber, whose outer housing 1 runs out on the left side in a fuel injection cone 2, which is centered by a Fuel injector J5 is penetrated. Running coaxially to the longitudinal axis 4 of the reverse combustion chamber is in the outer housing 1 a flame tube 5 used, which on the left - between the outer housing 1 and the injection kergel 2 - a rounded Has edges equipped, bead-like displacement body 6, whereby a flow-favorable primary air reversal channel 7 is created. The primary air reversal duct is via a between the outer housing 1 and the flame tube 5 formed annular channel 8 in the direction of arrow F of compressor air a gas turbine engine not shown in the drawings flows through. The compressor air is used as the primary air via this primary air reversal channel 7 into the flame tube 5
Mit 9 sind kreisförmige und mit Io sind langlochähnliche Zuströmquerschnitte für die Zuführung eines Teiles der in den Ringkanal 8 und von diesem in das Flammrohr 5 einströmenden Sekundärluft bezeichnet (Pfeilrichtung G).With 9 are circular and with Io are slot-like inflow cross-sections for the supply of a part of the flowing into the annular channel 8 and from this into the flame tube 5 Secondary air designated (arrow direction G).
Die Sekundärluft kann nur in das Flammrohr über die Zuströmquerschnitte 9, Io einströmen, wenn ein das Flammrohr 5 beweglich umschließender Außenmantel 11 soweit in Umfangsrichtung (Pfeil H) der Brennkammer verdreht wird, bis dessen zugehörige öffnungen, beispielsweise 12 (Fig. 2), die ZustrÖm-The secondary air can only enter the flame tube via the inflow cross-sections 9, Io flow in when an outer jacket 11 movably enclosing the flame tube 5 as far in the circumferential direction (Arrow H) of the combustion chamber is rotated until its associated openings, for example 12 (Fig. 2), the inflow
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querschnitte Io freigeben. Das Gleiche gilt für in den Zeichnungen nicht weiter dargestellte, kreisförmige Öffnungen des Außenmantels 11, welche im Bedarfsfalle,in Abhängigkeit von der Bewegung des Außenmantels 11, (Pfeil H), die Zuströmquerschnitte 9 mehr oder weniger freigeben können. Die Zuströmquerschnitte 13 des Flammrohres 5 sind im vorliegenden Beispiel unbeeinflußt von der Bewegung des Außenmantels 11.Release cross-sections Io. The same applies to in the drawings Not shown, circular openings of the outer shell 11, which if necessary, depending on the movement of the outer shell 11 (arrow H), the inflow cross sections 9 can more or less free. The inflow cross-sections 13 of the flame tube 5 are in the present example unaffected by the movement of the outer jacket 11.
Ein in Abhängigkeit vom steigenden Verdichterenddruck (Pfeil V) Fig. 2) über eine Leitung 14 in einem Gehäuse 15 gegen eine Rückstellfeder 16 verschiebbarer Kolben .17 ist mit einem in einem Langloch 18 des Außengehäuses 1 verschieblich angeordneten Stellglied 19 verbunden, welches in einen Halter 2o (Fig. 1) des Außenmantels 11 eingreift. Auf diese Weise sind die Zuströmquerschnitte 9, Io in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck veränderlich oder gegebenenfalls vollkommen verschließbar, beispielsweise für den Anfahrvorgang des Gasturbinentriebwerkes, wie dies aus der Lage des Zuströmquerschnittes Io zur Öffnung 12 des Außenmantels 11, gemäß Fig. 2, ersichtlich ist.A depending on the increasing compressor pressure (arrow V) Fig. 2) via a line 14 in a housing 15 against a return spring 16 displaceable piston .17 is connected to an actuator 19 displaceably arranged in an elongated hole 18 of the outer housing 1, which is in a holder 2o (Fig. 1) of the outer jacket 11 engages. In this way, the inflow cross-sections 9, Io are variable or, if necessary, completely closable depending on the compressor end pressure, for example for the start-up process of the gas turbine engine, as can be seen from the position of the inflow cross-section Io to the opening 12 of the outer shell 11, according to FIG. 2.
Die Erfindung ist weiter auch bei reinen Ringbrennkammern anwendbar oder beispielsweise bei Brennkammern mit einem ringförmigen Außengehäuse und mehreren darin eingesetzten Einzelflammrohren. The invention can also be used in purely annular combustion chambers or, for example, in the case of combustion chambers with an annular outer housing and several individual flame tubes inserted therein.
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MÜNCHEN GMBH.ENGINE AND TURBINE UNION
MUNICH GMBH.
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