DE19508109A1

DE19508109A1 - Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine

Info

Publication number: DE19508109A1
Application number: DE1995108109
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr Brehm
Original assignee: BMW Rolls Royce GmbH
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-12

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

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.