DE2063218A1

DE2063218A1 - Zündeinrichtung fur Gasturbineentnebwerke

Info

Publication number: DE2063218A1
Application number: DE19702063218
Authority: DE
Inventors: Keith Harold Rickmans worth Hertfordshire Champion (Großbritannien). P
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-12-31
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-08
Also published as: DE2063218B2; GB1306681A; FR2074289A5; DE2063218C3

Description

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Augsburg, den 21. Dezember 1970

Rolls-Royce Limited, Moor Lane, Derby, England

Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft eine Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke mit einer Brennkammer und jeweils einem die Brennkammer mit Abstand umgebenden Gehäuse, so daß zwischen der Brennkammerwand und dem Gehäuse ein Kanal gebildet ist, durch welchen Luft in einer bestimmten Rich-

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tung hindurchströmen kann.

Bei Gasturbinentriebwerken ist es bekannt, jeweils einen Verdichter, ein Brennersystem und eine Turbine strömungsmäßig hintereinander zu schalten. Das Brennersystem weist ein vom Verdichter Luft aufnehmendes Gehäuse und mindestens eine in diesem Gehäuse unterge- ^ brachte Brennkammer auf, welch letztere über in ihrer Brennkammerwand gebildete öffnungen von dem sie umgebenden Luftmantel Luft aufnimmt. Die Brennkammer gibt ihre Gase durch die Turbine hindurch ab.

Ferner ist es bekannt, in dem zwischen der Brennkammerwand und dem umgebenden Gehäuse vorhandenen Zwischenraum einen Stabzünder anzuordnen, der zur Bildung einer Zündflamme dient, welche vom Luftstrom in die Brennkammer hineingetragen wird und den von einer Haupt-

" brennstoffzuleitung in die Brennkammer zugeführten Brennstoff zündet.

Bei verhältnismäßig kleinen Triebwerken, bei welchen der zwischen dem Gehäuse und der Brennkammerwand gebildete Kanal verhältnismäßig eng ist, z.B. eine Breite von weniger als 12 mm hat, ergeben sich Schwie» rigkeiten hinsichtlich der Ausbildung von stabilen

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Verbrennungszuständen für den Stabzünder.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einerseits auch bei engen Gaskanälen in jedem Falle stabile Verbrennungszustände zu erzielen und andererseits durch eine bessere Verteilung der Zündflamme im Gaskanal den HauptVerbrennungsprozeß zu unterstützen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Kanal quer zu der genannten Luftströmungsrichtung .mindestens ein Prallblech so angeordnet ist, daß sich stromab dieses Prallbleches Luftwirbel bilden und daß auf der stromab gelegenen Seite des Prallbleches am Gehäuse ein Zünder, vorzugsweise ein Stabzünder, angeordnet ist, mittels welchem zwecks Erzeugung einer Zündflamme den Luftwirbeln Brennstoff zugeführt und das sich hierdurch ergebende Gemisch gezündet wird.

Die Brennkammer kann gemäß der Erfindung einen mit Bezug auf den Zünder derart angeordneten Kopfteil aufweisen, daß mindestens ein Teil der am Zünder vorbeiströmenden Luft auf ihrem durch öffnungen in der Brennkammerwand in die Brennkammer hineinführenden Weg von der einen Kopfteilseite auch auf die andere Kopfteilseite gelangt.

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Vorzugsweise ist gemäß der Erfindung im Gehäuse stromab des Prallbleches eine zu dem genannten Kanal hin offene Nische gebildet und ist der Zünder in dieser Nische untergebracht.

Ein Ausfilhrungsb ei spiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische, teilweise

aufgeschnittene Seitenansicht eines Teiles eines Gasturbinentriebwerkes mit einer Zündeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Längs-

schnitt einer in Fig. 1 dargestellten Umkehrströmung-Verbrennungskammer in größerem Maßstab, und

Fig. 5 eine schematische Teilansicht

in Richtung des Pfeiles C in Fig. 2.

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Im einzelnen zeigen die Zeichnungen ein Gasturbinentriebwerk 11 mit einem Schieuderiader 12, einem Brennersystem 13 und einer Turbine 14, welche in der dargestellten Weise strömungsmäßig alle hintereinandergeschaltet sind.

Das Brennersystem 13 weist eine ringförmige Brennkammer 15 auf, die in einem ringförmigen Gehäuse 16 untergebracht und an einer Verankerungsstelle 17 mit dem Hauptrahmen 18 des Triebwerkes verbunden ist.

EineHauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 weist ein J-artiges Rohr 20 auf, welches an der Wand der Brennkammer 15 befestigt ist und in diese Brennkammer hineinragt. Eine Brennstoffzuleitung 21 der Hauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 ist einerseits mit einem Brennstoffzufuhrsystem 34 verbunden und andererseits durch eine im Gehäuse 16 gebildete öffnung 22 sowie durch eine in der Breainkamraerwand gebildete öffnung 23 hindurchgeführt und endet in dem Rohr 20. Eine flexible metallische Dich-

Ί tung 24 verhindert ein Auslecken von Luft zwischen dem

Rohr 21 und der Wandung der Öffnung 22.

ι Von dem Sohleuderlader 12 zugeführte Luft strömt

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in der durch Pfeile 25 angegebenen Weise von einem zwischen der Brenn-Kammer 15 und dem Gehäuse 16 gebildeten Kanal 26 über öffnungen 30 in diese Brennkammer 15 und dann durch einen Brennkammerauslaß 27 zu der Turbine 14.

fc In einer im Gehäuse 16 gebildeten Nische 32 ist

ein Stabzünder 28 untergebracht, welcher eine mit einer Zündeinrichtung 35- verbundene Zündkerze 31 und eine mit dem Brennstoffzufuhrsystem 3^ verbundene Hilfsbrennstoff-Einspritzdüse 29 aufweist. Stromauf des Stabzünders ist an einer Wandung der Nische 32 ein Prallblech 33 befestigt, welches in den Gaskanal 26 hineinragt.

Während des Betriebes bilden sich durch die vom

' Schleuderlader her durch den Gaskanal 25 hindurchströmende Luft infolge des Prallbleches 33 um den Stabzünder stabile Wirbel 37, so daß sich für die Zündung und die resultierende, aufrechtzuerhaltende Flamme an der Hilfsbrennstoff-ElnspritzdUse 29 ein zweckmäßiger Zustand einstellt. Die Zündflamme wird vom Brennstoffzufuhrsystem 35 ununterbrochen aufrechterhalten und wandert zusammen mit der Luft durch den Gaskanal 26 und

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über die öffnungen 30 in die Brennkammer 15, in welcher sie das Gemisch aus Luft und Brennstoff der Hauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 zündet.

Der Zünder 28 liegt ersichtlicherweise an einer verhältnismäßig engen Stelle des Gaskanales 26 stromauf der Hauptbrennstoff-Einspritzdüse I9.

Die Enge des Gaskanales 26, z.B. 8,4 mm kann es erforderlich machen, daß das Prallblech 33 die Form einer flachen Platte hat, durch welche ein Paar von im wesentlichen zweidimensionalen Wirbeln 36 gebildet wird. Die Enge des Gaskanales 26 macht außerdem die Nische 32 erforderlich, um einen Bereich mit geringer Luftströmung zu schaffen, welcher zusammen mit den Wirbeln zur Aufrecht erhaltung der Verbrennung erforderlich ist.

Da der Zünder 28 stromauf der Hauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 angeordnet ist, gelangt die Zündflamme auch zu der Brennstoffzuleitung 21, so daß sie die Brennstofftemperatur erhöht und damit die Verdampfung im Rohr 20 verbessert.

Der Zünder 28 wird selbstverständlich jeweils nur beim Starten der Maschine betätigt und anschließend

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wieder abgeschaltet, wenn die Hauptverbrennung in Gang ist.

Ferner ist ersichtlich, daß die Zündflamme durch die Strömung 25 um den Kopfteil der Brennkammer herum ausgebreitet wird, d.h. um den die Hauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 umgebenden Bereich, wodurch sich im allgemeinen vorteilhafte Wirkungen hinsichtlich der Temperaturerhöhung in diesem Bereich während des Startens ergeben.

Die als Beispiel beschriebene Verbrennungseinrichtung gehört der Umkehrströmungsbauart an, d. h. die mittlere Strömungsrichtung 38 innerhalb der Brennkammer 15 ist entgegengesetzt zur allgemeinen Strömungsrichtung 37 der durch die Maschine hindurchführenden Strömung. Der Zünder 28 muß stromauf der Primärverbrennungszone angeordnet sein, d. h. der Zone in der Verbrennungskammer 15> welche die Hauptbrennstoff-Ein~ spritzdüse I9 umgibt und den Kopfteil 39 der Brennkammer bildet. Dies bedeutet, daß der Zünder 28 in dem verhältnismäßig engen Gaskanal 26 untergebracht sein muß, was in der bereits beschriebenen Weise durch die erfindungsgemäße Verwendung des Prallbleches und der Nische ermöglicht wird. Gleichzeitig macht es diese Anbringung

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des Zünders in einer Umkehrströmungskammer der Zündflamme möglich, nicht nur über die Hauptbrennstoff-Einspritzdüse 19 hinwegzuwandern, sondern auch durch den gekrümmten Teil des Gaskanales 26 rund um die Hauptzone
und zu der abgewandten Seite der Brennkammer zu wandern, bevor sie in diese eintritt. Mit anderen Worten, durch diese Anordnung gelangt die Zündflamme jeweils zu allen Seiten des Kopfteiles der Brennkammer.

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Claims

Patentansprüche:

Iy Zündeinrichtung für Gasturbinentriebwerke mit mindestens einer Brennkammer und jeweils einem die Brennkammer mit Abstand umgebenden Gehäuse, so daß zwischen der Brennkammerwand und dem Gehäuse ein Kanal gebildet ist, durch welchen Luft in einer bestimmten Richtung hindurchströmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (26) quer zu der genannten Luftströmungsrichtung (25) mindestens ein Prallblech (33) so angeordnet ist, daß sich stromab dieses Prallbleches Luftwirbel bilden, und daß auf der stromab gelegenen Seite des Prallbleches am Gehäuse (16) ein Zünder (28), vorzugsweise ein Stabzünder, angeordnet 1st, mittels welchem zwecks Erzeugung einer Zündflamme den Luftwirbeln Brennstoff zugeführt und das sich hierdurch ergebende Gemisch gezündet wird.
2. Zündeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (16) stromab des Prallbleches (33) eine Nische (32) gebildet und der Zünder (28) in dieser Nische untergebracht ist»

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3· Zündeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (15) einen eine Primärverbrennungszone festlegenden Kopfteil (59) aufweist, von welchem aus die mittlere Strömungsrichtung (38) der Verbrennungsgase in der Brennkammer entgegen der vorgenannten Luftströmungsrichtung (25) in dem Kanal (26) verläuft, und daß dieser Kanal sich um den Brennkammer-Kopfteil herum erstreckt, so daß die Zündflamme von dem den Zünder enthaltenden Kanalabschnitt zu dem an der entgegengesetzten Kopfteilseite befindlichen Kanalabschnitt gelangen kann.

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