DE1951198C3 - Brennkammer für Gasturbinen - Google Patents

Description

starken Erhöhung der Luftzufuhr zur Verminderung der Rauchentwicklung der Verbrennungsgrad herabgesetzt wird, was nicht wünschenswert ist. ^S Durch die Erfindung soll demgemäß, die Aufgabe gelöst werden, eine Brennkammer zu schaffen, bei teicher die Rauchentwicklung in einem weiten Betneosbereich im wesentlichen vollständig zu vertundern ist, ohne die anderen Betriebsparameter der Brennkammer bzw. des zugehörigen Tnebwerkes verändern zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei e.ner Brennkammer der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die mit Wirbelschaufeln umgebende Brennstoffeinspritzdüse mit einer Verkleidung versehen ist, welche mindestens einen zu einer Tangentialebene und einer Radialebene mit Bezug auf die Achse der Brennstoffeinspritzdüse in einem spitzen Winkel verlaufenden Luftströmungskanal sowie eine im wesentlichen in gleicher Radialebene wie die Düsenmündung gelegene Auslaßoffnung enthält und daß die Abmessungen und Anordnungen so getroffen sind, daß von der in die Brennkammer geführten Gesamtluft 1 bis 3·. über den genannten mindestens einen Luftströmungskanal, 6 bis 10 ·.» über die Wirbeischaufeln und 6 bis 8-„ über die vom Stauluft-Zufuhrstutzen überdeckten öffnungen in das Flamm-Rauchentw.cksbesondere in den Zo-

Trn vorderen Ende der im vorne

f vorHegt sind durch Unmöglichkeit be_{it de} ^S _{r zur} Verfüüd

werden
vorher
lung in einer
nen eines re.chen

reiches Brennsotff-

die Sch««ngke.t: und ^_{βί it der zur}

dingt, d %*£«"* ^vernJhen _und genügend

gung siencnucn insbesondere in dem mitt-

Luft in d.e pnmie ^ne.jn^n^ere ^^

leren Bereich der *™^™^T "^_{n hat versuch}t, Stoffeinspntzduse heranzu uhren Man _Vergrößern die erforderliche »^™^*J_d„ _Lvii£_ntntK- « des Druckabfalles; und ode Offnen der öffnungen zu erreichen hi^duru, wu

blem jedoch nicht ™lⁿ£'f™^nng_durc\i die starken Vergrößerung der ^™¹^^ verLute intnttsof fnungen unAod _e^ erner st ar

_M g^^.g^ A₁^ auf Kosten der Rauch ^εη_^ι7^εΚ^^_Γ^_Γ^_{ϋυΓθ1ι die} Brcnnkamanderen Betnebsp^ameter *«Jurcn

mer fur em ^Ί»^ebwerk _f ^',f ^Xder kleinere nere zusätzliche Luftmengen unoumι

*₅ Druckabfalle 7^«* ^J' _ist die Vi

g Ausgestaltungen einer solchen Brennkammer bilden im übrigen Gegenstand der andie

die

und

Fig. I eine Schnittansicht der Brennkammer. Fig. 2 eine Schnittansicht der aus der Brennstoffeinspritzdüse und deren Verkleidung bestehenden ΠΑ Schn,ttans,cht enUang der L,n,e _W

"tie B^nnkammer besi« ein Diffusorgehause 1. <o welches zwischen einem Verdichter und einer Türbine eines Ciasturbinentriebwerkes liegt.

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist. besteht die Brennkammer aus mehreren, am Umfang verteilten einzelnen Flammrohren, von denen nur eines dargestellt ist. Es ist verstandlich, daß die Brennkammer auch aus einem einzigen ringförmigen Flammrohr bestehen kann. Die Brennkammer enthält eine Wand 5. eine Wand 6. eine Brennstoffeinspritzdüse 40 sowie einen Brennkammermantel 9. Die Wände S und 6 sowie der kuppeiförmige Teil 8 begrenzen den Brennkammermantel 9 der Brennkammer 4. Der Brennkammermantel 9 weist ein oberes Ende oder eine Verbrennungszone 10, in der die primäre Verbrennung stattfindet, sowie ein offenes F.nde 12 auf, aus welchem die Auslaßgase der Brennkammer zu einer Turbine (nicht dargestellt) geleitet werden.

Komprimierte Luft (Pfeil 12) gelangt aus dem Verdichter in das Diffusorgehüuse 1 und strömt zu dem vorderen Ende der Brennkammer4. Die Brennkammer4 wird in dem Brennkammergehäuse 2 durch geeignete Mittel abgestützt. Die aus dem Verdichter strömende Luft verteilt sich um die Brennkammer und strömt durch öffnungen oder Löcher 20 durch eine Einspritzdüsenverkleidung 22 durch Wirbelschaufeln 24 und durch eine Anzahl öffnungen 26, 28 und 30, die über die Länge des Mantels verteilt sind in die Brennkammer ein. Die an letzter Stelle kammer i
werden kann

isform

_Und

,ung durch ^f^/S die weiter stromau warts d h■ B^ f· |_rennsloff. warts oder unmittelbar in die ^J" _{0 können} einspritzdüse JO hegen Dies, ''"^"

entweder in dem ^'^^,Sjen Teiles gchammer .4 in der ^

bildet sein und sind im «J™¹™; _{sind bci} ^S _dcm Mantels9 verteilt Die yfmun^n 20 . ^

vorliegenden Ausfuh «n^P^ ^_{dia| n};_{ch inncn}. erstrecken sich mit ihrem Rand raü ^

um die Luftströmung zu der Brcnnkam

34 zu leiten, ^wa%^¹ "'^C VeSeßende Luft wirkt d,e gestanzten «r fnungen 20 «"^^eü _{d Lufl}

der durch die *'*^e1^ ^_{n ha},. jeden in die entgegen, welche das Bcsjrc^" _{m axialcr}

Brennkammer ^c!"^s!^rom^ⁿ£₁ ^l _c ^U _der Form der ge-

stanzte η ^"""f"^,^^. _kann diese Luftströtete Luftströmung errc,ehr*i _{wirbdschaufcln 24} mung nicht durch die aus ^ Infolgedessen

austretende Luf. abg cue _rff ^ _eintre.

kann die durch d,_e g«^J _haufcf_{n 24 und dcr} tende ^/^^"eintretenden Kühlluft eindrindurch d.ese S™™^¹"^ öffnungen 20 einströgen wodurch die über d g _Brenn

mende: Luft ^f «^c™ ^ _{sich mit der} wirbel.uft kammermantels» ine^ _ilden ,_{p der}

verbindet »^{m die} _fy7^'^Z _f°_{rm lie t die durch die} dargestellten Ausfuhrungsiorm g

mit fes unmittelbar stromabwärts der Brennstoffein-

an den, geschlossenen Ende,8 der B«™k.n.mer 4 als ^ ^ ^ _Ve|k|<._{id n}

bei ^""'TfSAi⁴A 5 ausgetül,,. wären, anstatt schräg z_u verlaufen, so fesleestellt daß die Menge der kammermittcllinie ansammeln, so daß es sehr

zu bevorzugen ,st &ne Mog ^kat zur

der Menge

die gestanzten g£ _h

messer zu versehe^ Dam.t ^dmch

Offnungen 20 einsende Luft ^b

gelangt, haben ^d^^a"^dd

20 eine radiale Abmess

bis 6.3 mm. Durch> d ese Bf

der gestanzten < rffming^{n 20}J^ⁿⁿ * °

menge ^S

dTe^^SSE ?warfast voHständig din* eineSSe Vergrößerung des Durchmessers tieLnzten ,ffnung/n beseitigt w^n,^s hat gen, welche eine starke Kohlenstoffbildung begüng verhindert, indem die Luftströmungs-

kanäle 46 unter einem Winkel β angeordnet sind, wodurch der Brennstoffvernebelungswinkel vergrößert _{dgr Br£nnsloff !eichmäßiger im vorderen} Teil

_der Brennkammer verteilt wird. Außerdem wird die _durch die Verkleidung 22 eintretende Luft in die

_Zone unmittelbar stromabwärts der Brcnnstoffein_spritzdüse geleitet, wodurch dieser Bereich ebenfalls mit der erforderlichen Luft zur Vermischung des dort vorhandenen Brennstoffes versehen wird. Die Regelung der erforderlichen Luftmenge wird durch

., die Bemessung der Luftstromungskanale 46 und der

und' ^d'f Zu^kert hs

?r^Or _n ^Z _B ^Uen 20ⁿaS nocn^n^t genigt um zuTm offnungen 20 allein nocn ment genug

g werden, welche, nun beschrieben

^WI Dieses soeben erwähnte Merkmal ist in der Ein-Dieses soeoen erwdiimc Einspritz-

führung von zusätzlicher Luft grct' ^d« ^inspntz vorrichtung 40 zu J^^^

umfaßt ^\Pⁿ\.^d^^S dern auch die Verkleidung 22

Außerdem enthalt die ^^

forderhchen Rohren und Haltete

™ 2^L2^Uun⁸d de^Brlnnstoffein-

£ Β«-n_S,of|ins^tzdüs^O schg ^geordnet sind Wie aus Fig.? ™ «hc^fl st Jildet die Mme!I _nle 47 des Lufstromungskanals ^{46 e}.ⁿJ m.t der zugehörigen Axialebenc: 49> der einspntzduse 30 sow,e einen ahglichen' kel mit einer Radialebene mit Bezug.au 48 der ^α1°⁰

die^Acnse u

BrennstoffSnspritzdüse 30 in die Brennkammer.

Se schSe Anordnung dieser Luftströmungskanä° L von Bedeutung da⁸ sie zur Aufrechterhaltung Se ertähmen Betriebsparameter und zur Verringeder enmnnn: f beiträgt Die einflic-

^%SS^^JSSScm in dieser I ufiströrnung werden durch die schrage Anordnung der Sirömungskanäle 46 beeinflußt und haben folgende zwei Wirkungen:

1 Eine Vergrößerung des Brennstoffverncbelung.-winkcls und

2 eine örtliche l.uftdi rchmischung des Brennst·*«-

^^^^^^ _die ^ _dic

Luftströmungskanäle 46 eintritt, und die Vergröße_{des A}^_s,_{aßdurchmessers der {)ffnu 50 der} Verkleidung 22, um die Strömung durch die Lufl-Strömungskanäle 46 aufzunehmen, und die Anord-

r^{ng de? ges}l^aTr^{ten (};^ffnu^^{en20 wird eineBrenn};

Kamm.JJ^S^
der Betriebsparameter zufriedenstellend ist.

Insbesondere wird die Rauchentwicklung teilweise _{die Ejnführu der Luft durch die} ^e _ten

Offnungen 20 und teilweise durch die Einleitung der Luft durch die Verkleidung 22 verringert. Eine wei_F , _{d£r Bauweise de} ⁶ _r Verkleidung ist die Aufrcchterhaltung der Stabilitätsgrenzen der Brennkam-

öffnungen 20- eingeführt wird, wird die Flammenabreißgrenze der Brennkammer erhöht. Dies wird

^er^Utröm^nät^ic^gl. ^t

_ebene 49 _so„ _zwischen fgo _{und 35}# _lieg/_n, _wobei _{ein wjnke) von 28 bevorz} , _wird. E₅ t,_{esteht e}in Strömungszusammenhang zw.schen den Luftströmungskanälen 46 und der «,ffnung 50 in der Verkleidung Die Abmessungen dieser be.-

. s ÄÄiTyji t ft !isa s

die Brennkammer geführten Luftströmung gestatten Zusammenfassend kann man sagen, daß genügend L-fi uurch d.e gestanzten öffnungen 20 emgele.tct werden kann, um die größte Vemngerung der Rauch-60 entwicklung zu bewirken, wahrend durch die Ausbildung der Verkleidung 22 eine weitere Vernngerung der Rauchcntroklung möglich .st und die Flammenabre.ßgrenzen der Brennkammer beibehal^ten _s^_cJ"_{ich finde}, ^_{0 am Fig} , _ersich,ii_ch, ein Stauluft-Zufuhrstutzrn 60 Verwendung. Dieser kann ringförmig sein und vollständig um die einzelnen Flammrohre vc'.aufen. oder es kann Tür jede ein-

zelne gestanzte öffnung 20 jeweils ein Stauluft-Zufuhrstutzen vorgesehen sein. Der Stauluft-Zufuhrstutzen enthält eine äußere Wand 62, die an ihrem stromabwärts gerichteten Ende mit· dem Mantel 9 verbunden ist, und sich stromaufwärts so weit erstreckt, daß die Wand 62 die öffnung 20 abdeckt. Durch diesen Stauluft-Zufuhrstutzen wird insbesondere eine gleichmäßige. Strömung um die gestanzten öffnungen 20 erreicht, so daß durch jede öffnung 20 die gleiche Luftmenge strömt. Außerdem wird durch die Anwendung des Stauluft-Zufuhrstutzens der Druck oder der Gesamtdruck der durch die gestanzten Öffnungen fließenden Luft und somit das Eindringen der Luft in die Brennkammer verstärkt. Die Verwendung des Stauluft-Zufuhrstutzens ist besonders vorteilhaft in einer Anordnung mit einem Diffusor mit großem Winkel, in der der Luftzustrom zur Brennkammer nicht einheitlich sein kann, wobei dann normalerweise eine Veränderung des Druckabfalles eintritt, die sich in unterschiedlichen Strömungen durch die öffnungen der Flammrohrwand auswirkt. Es wurde sogar festgestellt, daß an verschiedenen Stellen ein Ansaugen auftreten kann, was durch die Verwendung eines Stauluft-Zufuhrstutzens verhindert wird, welcher eine maximale und gleichmäßige Luftströmung durch jede gestanzte öffnung 20 gewährleistet. Außerdem entnimmt der Stauluft-Zufuhrstutzen 60 die Luft im Bereich des höchsten Druckes, so daß bei gleichen Abmessungen der öffnungen 20 mehr Luft in die Brennkammer strömt,

ίο als ohne Stauluft-Zufuhrstutzen möglich wäre. Man hat festgestellt, daß zum Erreichen dieser Wirkung das vordere Ende des Stauluft-Zufuhrstutzens 60 eine radiale Weite in einer Größenordnung von 2,5 bis 7,5 mm haben soll, wobei 5 mm bevorzugt wct·- den.

Eine Brennkammer der beschriebenen Ausführung in der Verwendung in einem Turboluftstrahltriebwerk für Flugzeuge hat die Eigenschaft, vom Vollstart bis zum Leerlauf über einen Flug-Machzahl-Be-

ao reich von 0,3 bis 0,7 und bis zu einer Flughöhe von 12 000 m ohne Rauchentwicklung zu arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«9449/318

Claims (1)

1. Brennkammern

   Art sind beispielsweise aus Art s ij ^^

   S^e^^e^^S^ Sne und einer Radialebene mit Bezug auf te Achse der Brennstoffeinspritzdüse in einem spitin Winkel verlaufenden Luftströmungskanal IZ) sowie eine im wesentlich^ in gleicher Radia ebene wie die Düsenmündung gelegene Auslaßöffnung (50) enthält, und daß die Abmessungen und Anordnungen so getroffen sind, daß von der in die Brennkammer geführten Gesamtluft I Ws "'« über den genannten, mindestens einen Luftstrümungskanal (46), * bis 10·. über die Wirbelschaufeln (24) und * bis 8»ο über die vom Sauluft-Zufuhrstutzen (60) überdeckten crffnunecn (20) in das Flammrohr (9) gelangen. ⁸ 2. Brennkammer nach Anspruch 1 dadurch gckcnnzcichnct. daß der Luftströmungskanal (46) in der Verkleidung (22) einen Winkel von 18 Us 35 mit der Axialebene (49) bilde.

   3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder _, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Stauluft-Zufuhrstutzen (60) überdeckten öffnungen (20) etn DuihmesLr von 1 bis 12 mm haben und daß der Durchmesser der Auslaßoffnung (50) der Verkleidung (22) 12 bis 15 mm beträgt.

   gj^, etwa beim Beschleumgen VerzÜEern die Verbrennung nicht unterVerzogr ^. Brennkammer-

   ^SS^daB die Brennkammer wahrend eigenschaft ^.^ _Geschwind,gkeits- und

   J.^b _hnhf reich gezündet werden kanr. ohne daß ein "°£j*^JJ^tfer andere, nachteilige Ersehe, ^Vertlc _n ^h^XSen die verhindern könnten, daß das mingen auft^en ü.e _{hzM gebra}cht werden Ί nebwerk^auf Uc L _Brennkamrner nach Erre.-kann. Auch so _h, verhältnismäßig schnell,

   rfd ^^r-_{erhalb wcniger} Sekunden au hoeschleunigen lassen. Ferner soll die _edcn5t5icndc Auslaßtemperatu-_ηβ keinen nachteiligen E^uB au Betriebsparameter haben und eine J^^£_r derjenigen TdIe erm^hea^c

   '^a"f^e.H„ _AbKascn ausgesetzt sind. Außer diesen den heiße Ab,_; ^. ^_urbinentnebvverken

   fc.igenscnaiK.ii _Ercnnkammer verarbei-

   sehr jehufr^^n^^ ^ _Rauchenlwick.

   Ue ^ⁿⁿ

   #ei einem Tricb«e-rk mit einer Brennkammer nach

   £ Iiss i'üüss =s

   kann 3o rf^,dc here J

   35 ren

   bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärts liegende Mündung des Stauluft-Zufuhr-Stutzens (60) eine radiale Weite von 2.5 bis 7.5 mm hat.

   _ri«^g _?düse befindet, welche von W.rbel-Ä ist und bei welcher ferner der ^j^ ^ ^ einwärts genchtee^e-

   _kundarluft-Einlaßöffnungen aufweist. Auch bei die

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen mit einem Flammrohr das mit zur Brennkammerachse hin gerichteten, gestanzten ««- nungen versehen ist. die von mindestens einem Stau Tuft erhöhten Druckes erzeugenden und durch die betreffenden öffnungen leitenden Staulu^Zufuhrstutzen überdeckt sind, und das an senemsW-aufwärtigen Ende im wesentlichen :.bgeschto ist und an diesem Ende eine Brennst einspritzdüse aufweist, während das andere, die Verbrennungsprodukte abgebende Ende im wesentlichen often ist.

   Pisils

   mehr'volfstandig mit ?Sm.nuft oder S ^f^^H namm"hrmanteT aufu hh inzubringen

   ^H-öm nammhrmanteT au ^ der Flammrohrachse einzubringen, e ^_n p_alentSchnft 261 087 is

   ^a _{d ß durch} wirbelbildung der Pn

   r bekan , ^ ^ _{Verkl idun}g _und m.

   "« Axialebene und einer Radialebene zu

   sehr^E Luftzuführungskanalen die Ve,

   65 Düse ver _{t und die Rauche}ntw,cklung ve

   b^ennung, ^ ^ ^ der genanr

   ^ Patentschrift hervor, be! ein«