DE19508109A1 - Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine - Google Patents

Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine

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Norbert Dr Brehm
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones

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Description

Die Erfindung betrifft eine axial gestufte Ring-Brennkam­ mer einer Gasturbine mit mehreren Pilotbrennern sowie stromab dieser in die Brennkammer mündenden Hauptbren­ nern, wobei eine Pilotbrenner-Zone von ringförmig verlau­ fenden Wandabschnitten gebildet wird und die Hauptbrenner radial außenliegend am Ende eines Wandabschnittes der Pilotbrennerzone angeordnet sind.
Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die WO 93/25851 verwiesen.
Weitere Verbesserungen an einer der­ artigen axial gestuften Ring-Brennkammer aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der dem Hauptbrenner zugewandte Wandabschnitt der Pilotbrenner- Zone gegenüber der Längsachse des zugeordneten Pilotbren­ ners geneigt verläuft, wodurch sich der Querschnitt der Pilotbrenner-Zone in Strömungsrichtung verringert. Vor­ teilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Un­ teransprüche.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispieles. Dabei zeigt Fig. 1 einen Teil- Längsschnitt und Fig. 2 einen Teil-Querschnitt einer er­ findungsgemäßen Ring-Brennkammer.
Mit der Bezugsziffer 1 ist die Zentralachse einer grund­ sätzlich bekannten Ring-Brennkammer 2 insbesondere einer Fluggasturbine bezeichnet. In der Ring-Brennkammer 2 sind über deren Umfang verteilt mehrere Pilotbrenner 3 sowie mehrere Hauptbrenner 4 angeordnet. Die Hauptbrenner 4 liegen wie üblich in radialer Richtung außen und können in einer bevorzugten Ausführungsform mit ihren Längsach­ sen 4a geneigt gegenüber den Längsachsen 3a der Pilot­ brenner 3 angeordnet sein. Die Hauptbrenner 4 münden stromab der Pilotbrenner 3 in die Brennkammer 2, wobei sich an die Pilotbrenner 3 zunächst eine sog. Pi­ lotbrenner-Zone 5 anschließt.
Die ebenfalls im wesentlichen ringförmige Pilotbrenner- Zone 5 wird begrenzt von den beiden im wesentlichen ring­ förmigen Wandabschnitten 6a, 6b, wobei der innere Wandab­ schnitt 6a die Brennkammer 2 zur Zentralachse 1 hin be­ grenzt und der äußere Wandabschnitt 6b sich bis zum Hauptbrenner 4 erstreckt. An den äußeren Wandabschnitt 6b schließt bzw. schließen sich der/die Hauptbrenner 4 an, wobei - wie ersichtlich - jeder Hauptbrenner 4 bzw. jede Längsachse 4a jedes Hauptbrenners 4 geneigt zur Längsachse 3a jedes Pilotbrenners 3 angeordnet ist. Stromabwärts weit außerhalb der Brennkammer 2 würden sich die beiden Längsachsen 3a, 4a schneiden, während die Längsachse 3a im wesentlichen parallel zur Zentralachse 1 ausgerichtet ist.
Der äußere, dem Hauptbrenner 4 zugewandte Wandabschnitt 6b der Pilotbrenner-Zone 5 ist gegenüber der Längsachse 3a des zugeordneten Pilotbrenners 3 derart geneigt, daß sich der Querschnitt D der Pilotbrenner-Zone 5 in Strö­ mungsrichtung, d. h. vom Pilotbrenner 3 gemäß Pfeilrich­ tung 7 zum Zentrum der Brennkammer 2 hin, verringert. Dies bedeutet, daß der Hauptbrenner 4 quasi in die Pilotbrenner-Zone 5 eintaucht bzw. eindringt, wie dies aus Fig. 1 in Form der sog. Eindringtiefe Δ besonders gut ersichtlich wird.
Diese Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 bzw. dieses Eindringen des Hauptbrenners 4 in die Pilot­ brenner-Zone 5 bewirkt zum einen eine besonders gute Ver­ mischung der Hauptbrennergase mit den Gasen des Pilot­ brenners 3, da letztere eine vorteilhafte Veränderung ihres Strömungsfeldes erfahren. Die Pilotbrennergase wer­ den nämlich durch den äußeren Wandabschnitt 6b verstärkt verwirbelt und aufgrund der Querschnittsverringerung zu­ sätzlich beschleunigt. Eine bessere Mischung im Zentrum der Brennkammer 2 mit den von den Hauptbrenner 4 emit­ tierten Gasströmungen ist somit die Folge.
Vorteilhafterweise ergibt sich mit der gezeigten und be­ schriebenen Gestaltung der Ring-Brennkammer 2 zusätzlich eine äußerst kompakte Bauweise, d. h. der Durchmesser einer derart gestalteten Ring-Brennkammer bzw. deren sog. Bauhöhe kann hierdurch minimiert werden. Dabei ergeben sich günstigste Verhältnisse, wenn das Maß der Eindring­ tiefe Δ bezogen auf den Querschnitt D* der Pilotbrenner- Zone 5 im Bereich der Pilotbrenner 3 im Wertebereich von 0,1 bis 0,3 liegt, d. h. 0, 1 Δ/D* 0 3. Weiter ge­ steigert wird die kompakte Bauweise ferner durch die auch aus Fig. 2 ersichtliche versetzte Anordnung der Pilot­ brenner 3 sowie der Hauptbrenner 4. Dabei liegt quasi zwischen zwei Hauptbrennern 4 jeweils ein Pilotbrenner 3.
Auch der innere Wandabschnitt 6a der Pilotbrenner-Zone 5 kann gegenüber der Pilotbrenner-Längsachse 3a geneigt verlaufen, so daß der äußere Wandabschnitt 6b sowie der innere Wandabschnitt 6a quasi aufeinander zulaufen. Dies verursacht nochmals eine gewünschte Querschnittsver­ ringerung der Pilotbrenner-Zone 5, wobei sich dieser in­ nere Wandabschnitt 6a im wesentlichen gleich ausgerichtet bis zum Brennkammerende 8 fortsetzen kann und somit in der gleichen Orientierung die gesamte Ring-Brennkammer 2 nach innen hin begrenzt. Entsprechend der jeweils gün­ stigsten Gestaltung kann ferner der äußerste Wandab­ schnitt 6c, der die Ring-Brennkammer 2 im Bereich zwi­ schen dem Hauptbrenner 4 sowie dem Brennkammerende 8 be­ grenzt, geformt sein. Auch hier empfiehlt sich zunächst im direkt sich an den Hauptbrenner 4 anschließenden Be­ reich ein zur Längsachse 4a hin konvergierender Verlauf, während in der Nähe des Brennkammer-Endbereiches 8 ein ausreichender Querschnitt für die ausströmenden Gase zur Verfügung stehen muß und somit ein bezüglich der Zen­ tralachse 1 divergierender Verlauf erforderlich sein kann.
Der äußere Wandabschnitt 6b verläuft ebenfalls wie die gesamte Ring-Brennkammer 2 zwar im wesentlichen ringför­ mig, jedoch bedeutet dies nicht, daß die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 im we­ sentlichen über der gesamten Ring-Brennkammer 2 umlaufend in gleicher Größe vorgesehen sein muß, wenngleich dies durchaus möglich ist. Vielmehr können nur im Bereich der Hauptbrenner 4 quasi schalenförmige Vertiefungen im an­ sonsten im wesentlichen parallel zur Pilotbrenner- Längsachse 3 verlaufenden äußeren Wandabschnitt 6b vorge­ sehen sein. Die letztgenannte Gestaltung ist in der unte­ ren Hälfte von Fig. 2 schematisch dargestellt, während die erstgenannte Gestaltung in der oberen Hälfte von Fig. 2, die prinzipiell die Ansicht X aus Fig. 1 zeigt, darge­ stellt ist. Ist somit die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 durch schalenförmige Vertiefungen ge­ bildet, so ist die Querschnittsverringerung der Pilot­ brenner-Zone 5 im wesentlichen in den durch die Längsach­ sen 4a der Hauptbrenner 4 sowie die Zentralachse 1 der Ring-Brennkammer 2 gebildeten Ebenen vorgesehen. Jedoch kann dies sowie weitere Details insbesondere konstrukti­ ver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbei­ spiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (6)

1. Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine mit mehreren Pilotbrennern (3) sowie stromab dieser in die Brennkammer (2) mündenden Hauptbrennern (4), wo­ bei eine Pilotbrenner-Zone (5) von ringförmig ver­ laufenden Wandabschnitten (6a, 6b) gebildet wird und die Hauptbrenner (4) radial außenliegend am Ende eines Wandabschnittes (6b) der Pilotbrenner-Zone (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hauptbrenner (4) zugewandte (äußere) Wandabschnitt (6b) der Pilot­ brenner-Zone (5) gegenüber der Längsachse (3a) des zugeordneten Pilotbrenners (3) geneigt verläuft, wo­ durch sich der Querschnitt (D) der Pilotbrenner-Zone (5) in Strömungsrichtung (7) verringert.
2. Ring-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hauptbrenner (4) gegenüberliegende (innere) Wandabschnitt (6a) der Pilotbrenner-Zone (5) ebenfalls geneigt gegenüber der Längsachse (3a) des zugeordneten Pilotbrenners (3) verläuft, so daß sich der Querschnitt (D) der Pilotbrenner-Zone (5) aufgrund der konvergierend verlaufenden Wandabschnitte (6a, 6b) in Strömungs­ richtung (7) verringert.
3. Ring-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverrin­ gerung der Pilotbrenner-Zone (5) im wesentlichen in den durch die Längsachsen (4a) der Hauptbrenner (4) sowie die Zentralachse (1) der Ring-Brennkammer (2) gebildeten Ebenen vorgesehen ist.
4. Ring-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverrin­ gerung der Pilotbrenner-Zone (5) im wesentlichen über der gesamten Ring-Brennkammer (2) umlaufend vorgesehen ist.
5. Ring-Brennkammer nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrenner (4) und Pilotbrenner (3) in Umfangsrichtung versetzt zu­ einander angeordnet sind.
6. Ring-Brennkammer nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der sich mit der Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone (5) einstellenden Eindringtiefe (Δ) der Hauptbrenner (4) in die Pilotbrenner-Zone (5) bezogen auf den Querschnitt (D*) der Pilotbrenner-Zone (5) im Be­ reich der Pilotbrenner (3) im Wertebereich von 0 bis 1, insbesondere im Wertebereich von 0,1 bis 0,3 liegt.
DE1995108109 1995-03-08 1995-03-08 Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine Withdrawn DE19508109A1 (de)

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CA002216115A CA2216115A1 (en) 1995-03-08 1996-03-04 Axially stepped double-ring combustion chamber for a gas turbine
DE59605505T DE59605505D1 (de) 1995-03-08 1996-03-04 Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine
US08/913,123 US6058710A (en) 1995-03-08 1996-03-04 Axially staged annular combustion chamber of a gas turbine
EP96904099A EP0813670B1 (de) 1995-03-08 1996-03-04 Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine
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