DE2018641B1 - Umkehrbrennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrbrenn- erhöhen und weiter einer verminderten Rußbildung

kammer für Gasturbinentriebwerke mit einem Flamm- und Verkokung im Bereich der Brenhkammerrück-

rohr, welches für die Zuführung von Verbrennungs- wand Rechnung zu tragen.

und Mischluft vorgesehene Öffnungen aufweist und Weiter ist durch die USA.-Patentschrift 2 821 067 weiter mit einem die Brennkammerrückwand bilden- 5 eine Umkehrbrennkammer bekannt, deren Flammden, kegelförmig sich erweiternden Flammhalter und rohr auch in der Nähe der Brennkammerrückwand einer zentral darin angeordneten Brennstoffeinspritz- Luftzumischöffnungen aufweist. Bei dieser bekannten düse ausgerüstet ist, wobei in das Flammrohr hinein- Umkehrbrennkammer ist kein kegelförmig sich erragende, parallel zum Kegelmantel des Flammhalters weiternder Flammhalter vorgesehen, und die hierbei verlaufende und somit gegen die Hauptströmung im io mehr oder weniger unwillkürlich irt der Nähe der Flammrohr geneigte; Luftleiteinrichtungen (Rohre, Brennkammerrückwand angeordneten Luftzumisch-Rippen) vorgesehen sind. Öffnungen werden einer angestrebten Verminderung

In der Regel wird bei Brennkammern für Gas- von Kraftstoffanreicherungen im Abspritzbereich der

turbinentriebwerke' das Flächenverhältnis von Primär- Brennstoffdüse sowie einer gezielten Rußbeseitigung

und Sekundärluftöffnungen so gewählt, daß in der 15 an der Brennkammerrückwand kaum Rechnung tra-

Verbrennungszone der Brennkammer etwa stöchio- gen können,

metrisches Luft-Brennstoffgemisch herrscht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be-

Bekanntlich treten, jedoch, in diesem Fall häufig kannten Brennkammerausführungen hinsichtlich der

Zonen erhöhter Brennstoffanreicherung auf, in denen Forderung nach hohen Teillastausbrennungsgraden

eine nur unvollständige Verbrennung stattfindet. 20 und guter Armverlöschgrenze weiter zu verbessern,

Rußablagerungen an der Brennkammerrückwand wobei insbesondere bei einer Umkehrbrennkammer

und/oder Abgasverunreinigungen sind die Folgen. mit einem kegelförmig sich erweiternden Flamm-

Dies trifft verstärkt für Brennkammern mit Flamm- halter und zentral darin eingesetzter Brennstoffdüse

halter zu, da diese im Abspritzbereich der Brennstoff- im Bereich deren Abspritzpunktes sich einstellende

einspritzdüse keine oder nur geringe Luftzufuhr er- 25 Brennstoffanreicherungen im Interesse eines guten

halten. Zündverhaltens weitestgehend beseitigt werden sollen

Bekannte Maßnahmen zur Vermeidung dieser und dabei ferner die Rückwand der Brennkammer

Ruß- und Koksablagerungen sind die Erhöhung des von Rußablagerungen weitestgehend freigehalten

Primärluftanteils und die Anordnung von kleinen Be- werden soll,

lüftungsbohrungen an den gefährdeten Stellen. 30 Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Er-

Beide Hilfsmittel können jedoch nur begrenzt an- findung bei einer Umkehrbrennkammer nach der eingewandt werden, da ein erhöhter Primärluftanteil zu gangs genannten Gattung vor, daß Luftleiteinrichtuneiner schlechten Armyerlöschgrenze führt und weiter gen (Rohre oder Rippen) in unmittelbarer Nähe des zu große und/oder zu viele Belüftungsbohrungen er- Flammhalters derart angeordnet sind, daß die aus fahrungsgemäß das Unterdruckgebiet hinter dem 35 ihnen austretenden Luftstrahlen entlang der Innen-Flammhalter stören. seite des Flammhalters auf den Abspritzpunkt der

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 476 880 Brennstoffeinspritzdüse gerichtet sind,

ist es bekannt, bei einer Brennkammer für Gastur- Die Brennkammerrückwand kann somit stets ge-

binentriebwerke Zusatzluft über gegen die Mitte der zielt in der Art eines Luftschleiers bespült werden,

primären Verbrennungszone gerichtete Rohre in das 40 um dort Rußablagerungen und- gegebenenfalls sich

zur Brennkammer gehörige Flammrohr einzuleiten, einstellende Verkokungen zu verhindern,

um eine vollständigere "Verbrennung und damit we'i- Auf Grund der mit relativ hoher Geschwindigkeit

ter verringerte Rußbildung zu erzielen. zugeführten Luftstrahlen ergibt sich weiter eine Zone

An Hand dieser bekannten Brennkammerausbil- hoher Turbulenz unmittelbar hinter der Brenndung ist es jedoch weder möglich noch beabsichtigt, 45 kammerrückwand, da die zugeführten Luftstrahlen den insbesondere bei einer Brennkammer mit kegel- mit den jeweils entgegengesetzt sich drehenden Priförmigem Flammhalter und zentral darin eingesetzter märzonenwirbeln zusammentreffen, wodurch ein un-Brennstoffdüse auftretenden Primärluftmangel im mittelbar hinter der Brennkammerrückwand, bzw. im Interesse eines verbesserten Zündverhaltens auszu- Bereich des Abspritzpunktes der Brennstoffdüse gleichen und die bei einer solchen Brennkammeräus- 5° herrschender Brennstoffüberschuß beseitigt und sobildung auftretenden Rußablagerungen und Verko- mit ein besonders gutes Zündverhalten erreicht werkungen, insbesondere an der Brennkammerrückwand, den kann,
weitestgehend auszuschalten. Ausführungsbeispiele der Erfindung-sind in den

Durch die britische^ Patentschrift 819 065 ist es Zeichnungen dargestellt, und zwar ist
weiter bei einer Brennkammer für Gasturbinentrieb- 55 F i g. 1 der Längsschnitt durch eine Umkehr-Rohrwerke bekannt, in das Flammrohr der Brennkammer brennkammer mit Flammhalter,
hineinragende und parallel zu den Wandungen eines Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 kegelförmigen Flammhalters verlaufend angeordnete und .

Luftzumischrohre vorzusehen. Die Luftzumischrohre Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für den

sind in diesem Falle aber auf die primäre Verbren- 60 Schnitt A-B der Fig. 1.

nungszone hin gerichtet, um auf diese Weise eine Fig. 1 veranschaulicht eine Umkehrbrennkammer, möglichst vollkommene Verbrennung und ein mög- deren Außengehäuse 1 auf der rechten Seite in einem liehst gleichförmiges Temperaturaustrittsprofil der kegelförmig sich erweiternden Flammhalter 2 ausBrennkammer zu erzielen. läuft mit einer zentral darin angeordneten Brennstoff-

Auch die bei dieser bekannten Brennkammeräus- 65 einspritzdüse 3. Koaxial zur Längsachse 4 der Umführung vorgeschlagenen Mittel sind nicht geeignet, kehrbrennkammer ist ein Flammrohr 5 in das die Luftzufuhr im Abspritzbereich der Brennstoff- Außengehäuse 1 eingesetzt, welches rechts — zwidüse im Interesse eines besseren Zündverhaltens zu sehen dem Außengehäuse 1 und dem Flamm-

halter 2 — einen wulstartigen Verdrängungskörper 6 aufweist, durch den ein strömungsgünstiger Primär-Iuftumlenkkanal 7 entsteht. Mit 8 sind Öffnungen für die Sekundärluftzuführung bezeichnet. Durch den Primärluftumlenkkanal 7 strömt die Primärluft in Richtung des Pfeiles E zwischen dem Flammhalter 2 und dem Flammrohr 5 in die Primärzone 9 der Brennkammer ein und erzeugt ein durch Primärzonenwirbel 10 gebildetes Rückströmgebiet, in dem der durch die Brennstoffeinspritzdüse 3 eingespritzte Brennstoff 11 verbrennt. Über Luftzuströmöffnungen 12 und diesen zugeordnete Rohre 13 (Fig. 1 und 2) oder Rippen 14 (F i g. 3) kann Luft in Richtung der Pfeile F radial nach innen und gezielt auf den Abspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse 3 geblasen werden. Die in das Flammrohr 5 gegebenenfalls eingeschweißten Rohre 13 oder Rippen 14 verhindern, daß durch die in Pfeinrichtung E einströmende Primärluft die Luftstrahlen aus der Pfeilrichtung F abgelenkt werden.

Auf Grund der in der beschriebenen Weise zugeführten Luftstrahlen F ist somit stets eine Luftströmung an der im wesentlichen vom Flammhalter 2 gebildeten Brennkammerrückwand gegeben, so daß Rußablagerungen an derselben weitestgehend verhindert werden.

Da weiter die zugeführten Luftstrahlen F mit den jeweils entgegengesetzt sich drehenden Primärzonenwirbeln 10 zusammentreffen können, ergibt sich eine Zone relativ hoher Turbulenz unmittelbar hinter der Brennkammerrückwand, wodurch in diesem Bereich herrschender Brennstoffüberschuß beseitigt und ein gutes Zündverhalten erreicht werden kann.
Die Erfindung ist außerdem sowohl bei Ringbrennkammern als auch bei Brennkammern mit ringförmigem Außengehäuse und mehreren darin eingesetzten Einzelbrennkammern anwendbar.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Umkehrbrennkammer für Gasturbinentriebwerke mit einem Flammrohr, welches für die Zuführung von Verbrennungs- und Mischluft vorgesehene öffnungen aufweist und weiter mit einem die Brennkammerrückwand bildenden, kegelförmig sich erweiternden Flammhalter und einer zentral darin angeordneten Brennstoffeinspritzdüse ausgerüstet ist, wobei in das Flammrohr hineinragende, parallel zum Kegelmantel des Flammst) halters verlaufende und somit gegen die Hauptströmung im Flammrohr geneigte Luftleiteinrichtungen (Rohre, Rippen) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (13) oder Rippen (14) in unmittelbarer Nähe des Flammhalters (2) derart angeordnet sind, daß die aus ihnen austretenden Luftstrahlen (F) entlang der Innenseite des Flammhalters (2) auf den Abspritzpunkt der Brennstoffeinspritzdüse (3) gerichtet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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