DE2013249B2 - Ringbrennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringbrennkammer für Gasturbinentriebwerke mit einem Diffusoreiniafikanal, einem mehrere Brennzonen aufweisenden stromwärtigen Abschnitt und mit einem stromabwärtigen Abschnitt, in dem eine Mischung zwischen den Brenngasen und Verdünnungsluft stattfindet, und mit Mitteln zur Zuführung von Brennstoff und Luft nach den Brennzonen.

Bei bekannten Ringbrennkammern dieser Bauart erfolgt die Zuführung der Verdünnungsluft nach dem stromabwärtigen Abschnitt über Lochungen im Mantel, und die Luft strömt aus dem Diffusorkanal zu diesen Verdünnungslufteinlaßöffnungen über Kanäle auf der Außenseite des Außenmantels oder auf der Innenseite des Innenmantels der Brennkammer, d. h„ die Verdünnungsluft wird außen an dem die Brennzonen aufweisenden stromwärtigen Abschnitt der Brennkammer vorbeigeführt. Die über die Lochungen des Ring-

kammermantels radial einströmende Verdünnungsluft benötigt bei diesen bekannten Brennkammern einen relativ langen Weg in axialer Richtung, bis die Vermischung der Verdünnungsluft in ausreichendem Maße erfolgt ist. Dieser für die Vermischung erforderliche

Weg ist entscheidend für die axiale Bemessung der Ringbrennkammer in ihrem stromabwärtigen Abschnitt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ringbrennkammer der eingangs genannten Gattung

ao dadurch zu verbessern, daß die erforderliche Vermischung der Verdünnungsluft an einem gegenüber herkömmlichen Anordnungen weiter stromaufwärts gelegenen Teil zu vollenden, um die Gesamtlänge der Brennkammer verkürzen zu können.

as Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im stromaufwärtigen Abschnitt zwischen der radial inneren und der radial äußeren Brennkammerwand radial verlaufende Wände angeordnet sind, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten, radial verlaufenden Primärbrennzonen und Verdünnungsluft-Diffusorkanälen definieren, und daß im Diffusoreinlaßkanal eine um die Triebwerkshauptsachse drehbare Schaufelanordnung angeordnet ist, die der hindurchströmenden Luft eine Drallkomponente erteilt.

Im Gegensatz zu bekannten Brennkammern wird die Verdünnungsluft nicht radial sondern ebenso wie die Sekundärluft axial über die gebildeten Teilkanäle zugeführt. Die Verdünnungsluft-Vermischungszonen und die Verbrennungszonen sind gemäß der Erfindung parallel zueinander angeordnet, während sie bei bekannten Brennkammern hintereinander geschaltet waren, und hieraus ergibt sich eine beträchtliche Verkürzung der axialen Länge der Brennkammer. Dadurch, daß die Vermischung der Verdünnungsluft in den Brennzonen stattfindet, ergibt sich eine Verkürzung der Brennkammer.

Infolge der drehbaren Anordnung der Diffusorschaufel wird eine schnelle und wirksame Vermischung in dem Diffusoreinlaßkanal bewirkt, so daß auch diese Maßnahme zur Verringerung der Gesamtabmessung in axialer Richtung beiträgt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die stromabwärtigen Abschnitte der radial verlaufenden Wände gewellt ausgebildet. Infolge der hierdurch vergrößerten Berührungsfläche wird die Vermischung der austretenden Gase verbessert.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede Primärbrennzone mit einem gelochten radial verlaufenden Brennstoffrohr versehen, das in einer radial verlaufenden Rinnenanordnung montiert ist, deren Innenraum im Betrieb eine radial gerichtete Luftströmung unter einem höheren Druck zugeführt wird. Hierdurch wird eine besonders günstige Vernebelung des Brennstoffs und eine Verteilung des Brennstoffnebcls in der Brennkammer gewährleistet.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der

Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen axialen Teilschnitt eines Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Ringbrennkammer,

Fig.2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig-1.

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 1.

Fig.4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig.3.

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 gemäß F i g. 3,

F i g. 6 und 7 den F i g. 1 und 2 entsprechende Ansichten einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Ringbrennkammer.

Das in den F i g. 1 bis 5 dargestellte Triebwerk ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk 10 mit Frontgebläse, welches drei konzentrisch ineinander gelagerte Wellen 11, 12 und 13 aufweist, von denen die Welle 11 eine nicht dargestellte Niederdruck turbine trägt und das Frontge- ao blase des Triebwerks 10 (nicht dargestellt) antreibt. Die von einer nicht dargestellten Zwisehendruckturbine angetriebene Welle 12 treibt einen nicht dargestellten Zwischendruckkompressor, und die von einer Hochdruckturbine 14 angetriebene Welle 13 treibt einen as Hochdruckkompressor 15 an, der Rotorschaufeln 16 besitzt und außerdem einen Kranz von drehbaren Diffusorschaufeln 17 antreibt. Zwischen dem Kompressor 15 und den Diffusorschaufel 17 sind Statorschaufeln 20 angeordnet.

Die Diffusorschaufeln 17 sind in einem Diffusoreinlaßkanal 21 angeordnet, der den Eintrittsabschnitt einer ringförmigen Brennkammer 22 bildet. Die Brennkammer 22 bildet einen Teil der Verbrennungseinrichtung 23 des Triebwerks 10. Die Verbrennungseinrichtung 23 liegt zwischen dem Hochdruckkompressor 15 und der Hochdruckturbine 14. Am stromunterseitigen Ende der Verbrennungseinrichtung 23 sind Turbinendüsenleitschaufeln montiert. Die Ringbrennkammer 22 besitzt einen stromoberseitigen Abschnitt 24, in den radial ver- !aufende Wände 25 montiert sind, die zwischen Innen- und Außenwand 26, 27 der Ringbrennkammer 22 verlaufen. Die Wände 25 dienen dazu, mehrere abwechselnd angeordnete, radial verlaufende Primärverbrennungszonen 30 und Diffusor-Verdünnungsluftkanäle 31 voneinanoer zu trennen, in die die Ringbrennkammer 22 durch die Wände aufgeteilt ist, wobei der Diffusoreinlaßkanal 21 die Verdünnungsluft nach den Verdünnungsluftkanälen 31 gelangen läßt. Die Brennkammer 22 besitzt außerdem einen stromunterseitigen Abschnitt 29. in dem in Betrieb eine Mischung zwischen den Verbrennungsgasen der Primärverbrciinungszonen 30 und der Verdünnungsluft aus den Verdünnungsluftkanälen 31 erfolgt.

Die stromunterseitigen Abschnitte der Wände 25 sind gewellt, um die Vermischung der Verbrennungsgase mit der Verdünnungsluft zu verbessern.

Zwischen jedem Paar benachbarter Wände 25 ist ein gelochtes, radial verlaufendes Brennstoffrohr 32 vorgesehen, das innerhalb einer radial verlaufenden Rinne oder Strebe 33 verläuft. Von dem Brennstoffrohr 32 wird der Brennstoff in den Innenraum 34 innerhalb der nach vorn hin offenen Rinne 33 geliefert. Dieser Innenraum wird, wie durch den Pfeil 35 angedeutet, mit einer radial gerichteten Luftströmung versorgt, die eine Vernebelung des Brennstoffs bewirkt. Diese radial gerichtete Luftströmung wird von einem axial verlaufenden Ringkanal 36 erhalten, der aus dem Diffusoreinlaßkanal 21 mit Kühlluft versorgt v.'ird. Der Kanal 36, der auch als Kühlluftführung dient, wird zwischen der Innenwand 26 des ringförmigen Flammrohres und einer Innenwand 37 der Verbrennungseinrichtung 23 ausgebildet, von der er radial nach außen distanziert ist. Jede der Rinnen 33 ist zwischen den radial verlaufenden Wänden 25 und distanziert von diesen gelagert und zentral innerhalb der axialen Erstreckung derselben, wodurch Ströme von Primärvtrbrennungsluft aus dem Diffusoreinlaßkanal 21 zwischen den Rinnen 33 und den Wänden 25 hindurchtreten können.

Innerhalb des Innenraumes 34 jeder stromaufwärts gerichteten Rinne 33 ist eine radial verlaufende stromabwärts gerichtete Rinne 40 gelagert, die ihrerseits stromunterseitig des entsprechenden Brennstoffrohres 32 liegt. Jede Rinne 40 definiert mit der zugehörigen stromoberseitigen Rinne 33 zwei Brennstoffvernebelungskanäle 41, durch die der vernebelte Brennstoff stromabwärts in die Primärverbrennungszone 30 gelangen kann. Die stromabwärtige Rinne 40 besitzt eine konkave, nach hinten weisende Oberfläche 42, die eine abgeschirmte Zone für die Verbrennung bildet, wobei die Verbrennung von einer nicht dargestellten Zündeinrichtung bewirkt wird.

Die Ringkammer 22 ist nicht, wie dies üblich ist, gelocht, um radial gerichtete Strömungen von Sekundär- und Verdünnungsluft in die Kammer zu bewirken, sondern die gesamte Verdünnungsluft wird axial über die Verdünnungsluftkanäle 31 zugeführt.

Die inneren und äußeren Wände 26, 27 der Ringkammer 22 sind mit keramischen Auskleidungen 43, 44 versehen. Diese Auskleidungen können beispielsweise durch Einlegen keramischer Kacheln hergestellt werden.

Infolge der drehbaren Anordnung der Diffusorschaufeln 17 wird eine schnelle und wirksame Vermischung bewirkt, und zwar trotz der kurzen axialen Erstreckung der Brennkammer. Da die Verdünnungsluftkanäle 31 jeweils mit den Primärverbrennungszonen 30 abwechseln, wird die für die erforderliche Vermischung der Verdünnungsluft erforderliche Axiallänge gegenüber herkömmlichen Anordnungen beträchtlich vermindert.

Die Konstruktion des in den F i g. b und 7 dargestellten Triebwerks 45 mit Frontgebläse entspricht im wesentlichen jener des Triebwerks 10. Aus diesem Grunde wird das Triebwerk 45 nicht im einzelnen beschrieben und Teile, die der Anordnung nach F i g. 1 bis 5 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Gegensatz zu dem Triebwerk 10 sind bei dem Triebwerk 45 die Wände 25, die Rinnen 33, 40 und die Brennstoff rohre 32 auf einem drehbaren Ringkörper 46 gelagert. Zwischen dem Kranz rotierender Diffusorschaufeln 17 und dem drehbaren Ringkörper 46 ist ein Stutorschaufelkranz 50 angeordnet, wobei die stationären Schaufeln des Schaufelkranzes 50 die Luft unter einem solchen Winkel richten, daß eine Drehung des Ringkörpers 46 und des von diesem getragenen Aufbaus mit einer Drehzahl bewirkt wird, die nur einen Bruchteil der Drehzahl der Kompressorturbinen 15, 14 beträgt.

Der stationäre Schaufelkranz 50 weist einen Achsstummel 51 auf, und der drehbare Ringkörper 46 ist drehbar auf dem Achsstumniel 51 mittels eines schematisch dargestellten Rollenlagers 52 gelagert.

Die Brennstoffrohre 32 stehen in einem Brennstoffreservoir 53 ein. dem der Brennstoff durch nicht dargestellte Mittel zugeführt wird. So strömt im Betrieb Brennstoff unter der Zentrifugalwirkung von dem

Brennstoffreservoir 53 nach den Brennstoffrohren 32.

Die Drehung der Wände 25 und der Rinnen 33, 40 gewährleistet eine Drehung der heißen vermischten Verbrennungsgase relativ zu den stationären Turbinendüsenleitschaufeln, die in der Verbrennungseinrichtung angeordnet sind, und so wird gewährleistet, daß diese Schaufeln keinen hohen örtlichen Temperaturen ausgesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ringbrennkammer für Gasturbinentriebwerke mit einem Diffusoreinlaßkanal, einem mehrere Brennzonen aufweisenden stromaufwärtigen Abschnitt und mit einem stromabwärtigen Abschnitt, in dem eine Mischung zwischen den Brenngasen und Verdünnungsluft stattfindet, und mit Mitteln zur Zuführung von Brennstoff und Luft nach den Brennzonen, dadurch gekennzeichnet, daß im stromaufwärtigen Abschnitt (24) zwischen der radial inneren (26) und der radial äußeren Brennkammerwand (27) radial verlaufende Wände (25) angeordnet sind, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten, radial verlaufenden Primärbrennzonen (30) und Verdünnungsluft-Diffusorkanälen (31) definieren, und daß im Diffusoreinlaßkana! (2t) eine um die Triebwerkshauptachse drehbare Schaufelanordnung (17) angeordnet ist, die der hindurchströmenden Luft eine Drallkomponeme erteilt.

2. Ringbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromabwärtigen Abschnitte der radial verlaufenden Wände (25) gewellt sind.

3. Ringbrennkammer nach den Ansprüchen 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Primärbrennzone (30) mit einem gelochten, radial verlaufenden Brennstoffrohr (32) versehen ist, das in einer radial verlaufenden Rinnenanordnung (33) montiert ist, deren Innenraum (34) im Betrieb eine radial gerichtete Luftströmung unter einem höheren Druck zugeführt wird.

4. Ringbrennkammer nach den Ansprüchen 2 und

3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rinnenanordnung (33) zwischen den radial verlaufenden Wänden (25) und in Umfangsrichtung im Abstand zu diesen und in der Mitte der Axialerstreckung der letzteren angeordnet ist, so daß Primärluftströme von dem Diffusor-Einlaßkanal (21) zwischen jeder Rinnenanordnung (33) und den radial verlaufenden Wänden (25) hindurchtreten können.

5. Ringbrennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rinnenanordnung von einer stromaufwärtigen Rinne (33) gebildet wird, in deren Innenraum (34) ein radial verlaufender Rinnenkörper (40) angeordnet ist, von denen jeder stromabwärts des jeweiligen Brennstoffrohrs (32) angeordnet ist und mit der stromaufwärtigen Rinne (33) zwei Vernebelungsbrennstoffkanäle (41) bildet, durch die der vernebelte Brennstoff in die jeweilige Primärbrennzone (30) eintreten kann.

6. Ringbrennkammer nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Rinnen drehbar angeordnet sind.