DE1947762C3 - Flammrohr für Gasturbinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Flammrohr für Gasturbinen mit einem Primärlufteinlaß, Sekundärlufteinlässen, Verdünnungslufteinlässen und mindestens siner im Bereich des Primärlufteinlasses angeordneten Steuerluftdüse, durch die zur Verringerung des effektiven Einlaß- querschnitts Luft quer zur Einlaßrichtung zuführbar ist.

Aus der US-PS 28 07 933 ist es bekannt, im Primärlufteinlaß eine Luftdüse anzuordnen, über der sich bei Druckluftzufuhr ein kegelartiger Druckluftschirm ausbildet, der sich aus der Primärlufteinlaßöffnung heraus radial nach außen verbreitet und dadurch einen aerodynamischen Stau hervorruft, der den effektiven Querschnitt des Primärlufteinlasses verringert. Die erwünschte Folge ist ein Gesamtdruckabfall in der Brennkammer.

Ferner ist aus der DT-PS 2 16 992 ein ölbrenner mit einer Brennstoffdüse und Luftdüsen bekannt, die die Brennstoffdüse umgeben und denen eine beliebige Anzahl von weiteren Luftdüsen entgegengerichtet sind, um eine Luftverwirbelung zu erreichen. Ferner ist aus der GB-PS 7 38 006 ein Fl?mmrohr für Gasturbinen bekannt, bei dem ein Teil eines Luftstroms abgesaugt wird, um eine Ausbildung einer zu starken Luftgrenzschicht entgegenzuwirken.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Flammrohr der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß das Brennstoff-Luftgemisch optimal an die Betriebsbedingungen angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an jedem Lufteinlaß mindestens eine Steuer- luftdüse angeordnet ist, durch welche Luft zur Verringerung des effektiven Einlaßquerschnitts zuführbar oder zur Vergrößerung des effektiven Einlaßquer

schnitts absaugbar ist r

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine exakte Einstellung der Einzelparameter, z. iJ, Flamm länge. Temperatur, Verbrennungsgrad möglich, so < damit auch eine saubere Verbrennung erzielt wird. Durch eine verschiedene Druckbeaufschlagung>, <te£ Steueriuftdüsen können die Luftströme in der Brenn? kammer gelenkt werden und das Brennstoff-Luftgemisch ist optimal an die Betriebsbedingungen anpaßbar.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine ringförmige Brennkammer,

F i g. 2 eine Einzelheit in Vergrößerung aus F i g. 1

F i g. 3 und 4 schematische Darstellungen zweier Ansichten eines Teils einer Brennkammer in einem Alternativ-Ausführungsbeispiel.

Das Flammrohr hat eine Innenwand 10 und eine Außenwand U, die sich in einem runden vorderen Ende vereinigen, in dem Primärlufteinlässe 12 angeordnet sind. Jeder Primärlufteinlaß 12 hat Leitschaufeln als Verwirbler 13, der Bohrungen als Steueriuftdüsen 14 enthält, durch die unter hohem Druck stehende Luft eingeleitet werden kann. Diese Düsen 14 sind um die äußere Peripherie der Verwirbler 13 herum angeordnet, so daß beim Einleiten von Druckluft der effektive Querschnitt der Verwirbler druckmittelmäßig verringert wird, um den Luftstrom durch den Primärlufteinlaß zu verringern. Umgekehrt wird bei Abblasen von Luft durch die Düsen 14 der effektive Querschnitt des Verwirblers druckmittelmäßig vergrößert, um den Luftstrom durch den Primärlufteinlaß zu erhöhen.

Die Wände 10 und U des Flammrohrs am Einlaßende desselben sind mit Sekundärlufteinlässen 20 versehen, die durch nach innen gerichtete Flansche an den Wänden gebildet sind. Den Einlassen 20 ist eine Ringschale 16 zugeordnet, die eine ringförmige Luftkammer 17 bildet. In den Flanschen sind Löcher als Steueriuftdüsen 15 eingebohrt, die in die Sekundärlufteinlässe 20 an den Einlaßseiten derselben öffnen. Wenn die Kammern 17 mit Luft unter hohem Druck beaufschlagt werden, treten Luftstrahlen in die Einlasse 20 aus und drosseln druckmittelmäßig den Luftstrom in die Brennkammer. Wenn andererseits Luft aus den Kammern 17 abgezogen wird, wird der effektive Querschnitt der Einlasse 20 vergrößert, so daß ein erhöhter Luftstrom durch die Einlasse 20 bewirkt wird.

Die Wände 10 und U haben den Düsen 15 nachgeschaltete Verdünnungslufteinlässe 18, die den Einlassen 20 ähnlich sind. Diese Einlasse 18 haben in ähnlicher Weise gebildete Steueriuftdüsen 21, die als sogenannte Fluidic-Durchfluß-Regeleinrichtungen durch Bohrungen in den Düsenflanschen gebildet sind und zu ringförmigen Kammern 19 führen, denen Luft zugeleitet wird, um den effektiven Querschnitt der Einlasse 18 zu verringern, und aus denen Luft abgezogen wird, um den effektiven Querschnitt zu erhöhen.

Indem die Steueriuftdüsen als Fluidic-Regelbohrungen nur an der Einlaßseite der Einlasse vorgesehen werden, entsteht der Effekt einer Änderung der Richtung des Luftstroms durch die Einlasse und eine Verringerung der effektiven Querschnittsfläche der Düsen.

Bei Betriebsbedingungen der Turbine, wie sie den kleineren Gesamtmischverhältnissen von Luft und Kraftstoff für die Brennkammer zugeordnet sind, bei-

spielsweise Auslauf-Flugbedingungen von Flugzeugen, werden die Fluidic-Einrichtungen, wie sie oben beschrieben worden sind, so betätigt, daß der Strom durch die Primär- und Sekundärlufteinässe 12 und 20 auf einen kleinsten Wert verringert wird, während Luft aus den Kammern 19 abgezogen wird, um den Luftstrom durch die Einlasse 18 auf einen Höchstwert zu erhöhen. Bei Laufbedingungen der Turbine, die den höheren Gesamtmischverhältnissen von Luft und Kraftstoff für xüe Brennkammer zugeordnet sind, beispielsweise bei Abhebebedingungen für Flugzeuge, wird die Zuleitung von Druckluft zu den Düsen 14 unterbunden, und Luft wird aus den Kammern 17 abgezogen, so daß die Primär- und Sekundärluftströme erhöht werden. Die Kammern 19 werden unter Druck gesetzt, um den Verdünnungsluftstrom zu verringern. Das ändert das Schema des Luftstroms in der Brennkammer derart, daß die den Brennern zur Verfügung stehende Luftmenge erhöht wird, die sich in den Mitten der jeweiligen Verwirbler 13 befinden. Die Richtungsänderung des Sekundärluftstroms bewirkt einen erhöhten Rückstrom von Sekundärluft zur Erhöhung des Maßes der Vermischung zwischen Kraftstoff und Luft

Die obere Hälfte der F i g. 1 zeigt Luftstroimbedingungen, wie sie bei einem geringen Durchfluß entstehen, und die untere Häifte zeigt Bedingungen, wie sie bei hohem Durchfluß vorliegen.

Die in den Einlassen 20 und 18 verwendeten Fiuidic-Einrichtungen können alternativ die Form von Wirbelverstärkern haben, wie das in F i g. 3 und 4 gezeigt ist. Dabei sind als Regelbohrungen Steuerluftdüsen 23 vorgesehen, die tangentiale Luftstrahlen in die Einlasse 22 leiten können, um eine Verwirbelung hervorzurufen, die effektiv die Querschnittsfläche der Einlasse verringert

In dem einen wie in dem anderen Fall werden die Querschnittsflächen der Einlasse, die Größen der Regelbohrungen bzw. Steuerluftdüsen und die verwendeten Regeldrücke so gewählt, daß keine Änderung im Gesamtwiderstand der Brennkammer gegen einen Luftstrom auftritt, wenn ein Wechsel von einem Strömungszustand zum anderen vonstatten geht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flammrohr für Gasturbinen mit einem Primäriutteiniau,, Sekundäriufieiniässen, VerdQrinungsiuit- einlassen und mindestens einer im Bereich des Primärlufteiiilasses angeordneten Steuerluftdüse, durch die zur Verringerung des effektiven Einiaßquerschniiits Luft quer zur Einlaßrichtung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Lufteinlaß (12, 18, 20, 22) mindestens eine Steuerluftdüse (14, 15, 21,23) angeordnet ist, durch welche Luft zur Verringerung des effektiven Einlaßquerschniüts zuführbar oder zur Vergrößerung des effektiven Einlaßquerschnitts absaugbar ist

2. Rammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärlufteinlaß (12) mehrere Bohrungen (14) als Steurluftdüsen aufweist

3. Flammrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (14) am äußeren Um- fang des Primärlufteinlasses (12) angeordnet sind.

4. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärlufteinlässe (20) und/oder die Verdunnungslufteinlässe (18) mündungsartig nach innen gerichtet ausgebildet sind und jeweils an der Einlaßseite zur Bildung der Steuerluftdüsen (15, 21) mit Bohrungen versehen sind.

5. Flammrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerluftdüsen (23) tangential in die Lufteinlässe (18,20) einmünden.