DE2326302A1

DE2326302A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen flammenverbrennung eines druckluft-kraftstoffgemisches

Info

Publication number: DE2326302A1
Application number: DE2326302A
Authority: DE
Inventors: Nicolas A Azelborn; Joseph Errante; Antoni Paluszny
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-05-25
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1974-01-17
Also published as: GB1414412A; JPS4949011A; DE2326302C2; JPS5319722B2; CA982829A; US3859786A

Description

Einrichtung zur kontinuierlichen Flammenverbrennung eines Druckluft-Kraftstoff-Gemisches„

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen Flammenverbrennung eines Druckluft-Kraftstoff-Gemisches, insbesondere für Gasturbinen, bei welcher eine Wirbelkammer vorgesehen ist, in welcher das Gemisch zur Verbrennung gezündet wird ο

Bei Dauerversuchen mit Gasturbinen, die mit einer Einrichtung der vorgenannten Art ausgerüstet waren, wurde jetzt festgestellt, daß sich in den Auspuffemissionen ein vergleichsweise hoher Stickstoffoxyd-Anteil jeweils dann ergab, wenn die in der Wirbelkammer stattfindende Flammenverbrennung unter vergleichsweise hohen Kammertemperaturen stattgefunden hat_o Wurden die

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Kammertemperaturen zur Verringerung dieses Stickstoffoxyd—Anteils durch Verringerung der Kraftstoff-Zuleitungsrate reduziert, dann ergab sich daraus eine unerwünschte Erniedrigung des Gesamtwirkungsgrades der Verbrennung, also eine Leistungsschwächung. Man ist deshalb zuletzt dazu übergegangen, die Bildung solcher Stickstoffoxyde dadurch in einem jedoch unbefriedigenden Ausmaße zu hemmen, daß man die Temperatur der bei der Flammenverbrennung erzeugten Verbrennungsprodukte äußerst rasch absenkte, also der eigentlichen Verbrennungskammer eine Abschreckkammer nachschaltete, deren Wirkung, wie gesagt, bis jetzt jedoch noch nicht befriedigend ist.

In diesem Zusammenhang muß vermerkt werden, daß im Kraftfahrzeugbau seit langem extensive Versuchsreihen laufen, die das Auffinden einer optimalen Konstruktion solcher Wirbelkammern hinsichtlich eines optimalen Wirkungsgrades der Verbrennung über einen weiten Bereich unterschiedlichster Betriebsbedingungen zum Ziel haben. Das grundsätzliche Wirkungsprinzip solcher Wirbelkammern besteht darin, daß in den meistens zylindrischen und an seinem einen Ende verschlossenen Verbrennungsraum die Druckluft tangential zugeströmt wird, so daß deren Druckenergie in eine tangentiale Geschwindigkeit umgewandelt und dadurch der in den Verbrennungsraum gasförmig zugeleitete Kraftstoff in eine Wirbelbewegung versetzt wird, deren Wirbelradius durch diese tangentiale Geschwindigkeit der Druckluft zunehmend eingeengt wird. Die Gase strömen aus der Wirbelkammer über das offene Ende des Verbrennungsraumes nahe der Achse des darin erzeugten Wirbels aus, für welchen im wesentlichen zwei Phasen festgestellt werden können: Der Wirbel besitzt einmal eine natürliche Wirbelschichtung, die sich im allgemeinen über die Innenwand der Wirbelkammer und nahe derselben ausbreitet» In dieser natürlichen Wirbelschiehtung erfahren die einzelnen Komponenten des Gasgemisches, also die Druckluft und der Kraftstoff, eine ständige Relativbewegung, die hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrades der Verbrennung gleichermaßen vorteilhaft als auch nachteilig ist, wie dies anschließend noch näher erläutert wird. Andererseits kommt es zur Ausbildung

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einer forcierten Wirbelsehichtung, die im wesentlichen entlang der Achse der Wirbelkammer existiert und in welcher eine derartige Relativbewegung zwischen den einzelnen Komponenten des Gasgemisches nicht vorliegt. Diese forcierte Wirbelschichtung erfährt «£&« also eine einheitliche bzw. gleichförmige Drehung um die Achse der Wirbelkammer als ob es sich bei ihr um einen Feststoffkörper handle, und es ist allgemein bekannt, daß sich gerade diese forcierte Wirbelsehichtung für die Zündung am besten eignet und daß sich daraus eine sehr stabil brennende, als drehende Säule definierbare Verbrennungsflamme bildet.

Ein hauptsächlicher Vorteil der natürlichen Wirbelsehichtung ist darin zu erblicken, daß sie eine intensivere Vermischung des Kraftstoffes und der Druckluft ergibt und damit zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades der Verbrennung beiträgt. Die Mischung ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß in radialer Richtung eine etwa hyperbolische Verteilung der tangentialen Strömungsgeschwindigkeit der Gaskomponenten vorliegt. Jede aus dem Wirbel in hypothetischer Absicht beliebig herausgegriffene Teilmenge des vergasten Kraftstoffes ist deshalb in den einzelnen Radii unterschiedlichen Scherkräften ausgesetzt, welche diese Teilmenge des vergasten Kraftstoffes in einer sehr großen Streubreite einer Verformung unterwerfen, welche eine Atomisierung oder Zerstäubung zu feineren Gaspartikelchen zur Folge hatο Weil diese hyperbolische Verteilung der tangentialen Geschwindigkeit in der forcierten Wirbelsehichtung durch eine lineare Verteilung ersetzt ist, kommt es in dieser nicht zu einer derartigen Vermischungswirkung. Der Hauptnachteil dieser natürlichen Wirbelsehichtung ist andererseits darin zu erblikken, daß sie wegen ihrer äußerst geringen Verweilzeit in der Wirbelkammer nur eine entsprechend niedrige Homogenisierung der Gemischkomponenten ergibt.

Für die bekannten Wirbelkammern muß außerdem noch der Nachteil angeführt werden, daß sich bei ihnen die Verbrennungsflamme nicht ruhig aus der Zone der forcierten Wirbelsehichtung in die Zone

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der natürlichen Wirbelschichtung ausbreiten kann bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer stabilen Flammenhaltung nur in den Grenzen des Verbrennungsrauines. Diesem Wachteil kann zwar dadurch in jedoch nur begrenztem Ausmaße begegnet werden, daß man das zugeleitete Gemischverhältnis entsprechend regelt. Diese Regelung ist aber äußerst diffizil und andererseits unter dem bereits weiter oben erwähnten Gesichtspunkt nachteilig, daß dadurch der Gesamtwirkungsgrad der Verbrennung erniedrigt wird.

Aus den vorstehenden Darlegungen ist damit die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung herleitbar, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung des Gesamtwirkungsgrades der Verbrennung eine optimale Niedrighaltung der Stickstoffoxyd-Anteile in den Auspuffemissionen ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Einlaßende der Wirbelkammer das Auslaßende einer dieser vorgeschalteten Mischkammer verbunden ist, in welcher Leitmittel zum Hindurchleiten einer nichtlaminaren Strömung der in diese Mischkammer zugeleiteten Druckluft ausgebildet sind, wobei die gleichfalls in diese Mischkammer an ihrem Einlaßende erfolgende Zuleitung des Kraftstoffes mit einer solchen Rate geregelt wird, daß es a.n einer Stelle vor deren Auslaßende zur Ausbildung eines im wesentlichen homogenen, gasförmigen Luft-Kraftstoff-Gemisches kommt, dessen Mischungsverhältnis nach der augenblicklich bevorzugten Ausbildung der Erfindung wenigstens 40 : 1 betragen sollte,

Der Erfindung liegt damit die von ihr gebrauchte Erkenntnis zugrunde, daß gegenüber den bekannten Einrichtungen eine homogenere und intensivere Vermischung zwischen dem verdampften bzw. vergasten Kraftstoff und der Druckluft vorgenommen werden muß und wird, um dadurch innerhalb der Wirbelkammer das Entstehen ungleichförmiger Verbrennungstemperaturen zu verhindern. Insbesondere muß die Bildung von taschenförmigen Verbrennungszonen einer Temperatur höher als etwa I650 C verhindert werden, da in

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diesen Zonen sofort die schädlichen Stickstoffoxyde erzeugt werden. Da die Verbrennungstemperatur abhängig ist von dem Mischungsverhältnis der Gemischkomponenten, ist folglieh darauf ein besonderes Augenmerk zu richten, denn wenn dieses Mischungsverhältnis nicht stimmt, dann muß es zwangsläufig zu unkontrollierbaren Gemischbereichen kommen, in denen hochwertige Stickstoffoxyde gebildet werden.

Eine weitere Erkenntnis liegt darin vor, daß bei den bekannten Einrichtungen die natürliche Wirbelschichtung des in der Wirbelkammer erzeugten Wirbels bei weitem nicht ausreicht, die für eine optimale Verbrennung benötigte homogene Durchmischung der Gemischkomponenten zu bewirken. Indem diese Durchmischung in eine der Wirbelkammer vorgeschaltete Mischkammer hineinverlegt wird, kann dadurch eine wesentlich stärkere Homogenisierung erzielt werden, wobei es weitgehend problemlos ist, die Zuströmrate des Gemisches in die Wirbelkammer so zu regeln, daß es in dieser zu einer optimalen Flammenbildung ohne die Gefahr eines Rückschlages in die Mischkammer kommt. Auch bereitet die Stabilisierung der Verbrennungsflamme keine Schwierigkeiten, in welchem Zusammenhang auch gefunden wurde, daß eine besonders stabile Flammenhaltung dadurch erzielt werden kann, daß man das Auslaßende der Wirbelkammer düsenartig verengt» Diese düsenartige Verengung muß dabei nicht unbedingt über eine entsprechende Formgebung des Auslaßendes der Wirbelkammer erzielt werden. Sie kann vielmehr auch durch eine geeignete Regelung der Wirbelströmung erhalten werden und insbesondere dadurch, daß man mit einem regelbaren Wirbel von Sekundärluft zur Hemmung der Ausbreitung der Verbrennungsflamme arbeitet. Dieser Sekundärluftwirbel wird bevorzugt in einer der Wirbelkammer nachgeschalteten Abschreekkammer erzeugt, so daß dann also eine dreikammrige Anordnung vorliegtο

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt« Zwei augenblicklich bevorzugte Ausführungsformen sind in der Zeichnung schema—

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tisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigts

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine dreikammrige Anordnung einer Einrichtung gem. Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 einen mehr schematisierten Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Einrichtung gem. einer alternativen Ausführungsform.

In der Ausführungsform gem. den Figuren 1 und 2 besteht die Einrichtung aus einer Mischkammer A, einer sich daran anschliessenden Wirbelkammer B und einer Abschreckkammer C, welche die Verbindung herstellen kann mit einer als bevorzugtes Einsatzgebiet zu betrachtenden Gasturbine. Die Mischkammer A besitzt einen die Wirbelkammer B koaxial umgebenden Mantel 1, der zum mittig ausgebildeten Einlaßende hin unter Bildung eines Halses 2 eingeschnürt ist. Die zylindrische Wand 3 des Mantels ^ ist in einem radialen Abstand k zur zylindrischen Umfangsfläche eines gestanzten Blechmantels 5 angeordnet, an welchem Flansche 6 ausgebildet sind, die sich bezüglich des jeweiligen Randes 7 einer Vielzahl von sch.1 it zart igen Öffnungen 8 nach außen erstrekken. Die Gesamtheit dieser Öffnungen 8 bildet das Auslaßende der Mischkammer A, welches in einer später noch näher zu erläuternden Weise mit dem Einlaßende der Wirbelkammer B verbunden ist.

Das der Mischkammer A nahe Ende des Blechmantels 5 ist über einen eingesetzten Ringflansch durch eine topfförtnig ausgewölbte Stirnwand 9 abgeschlossen, deren konvexe Außenfläche 10 als ein die Strömung in der Mischkammer A lenkendes bzw. regulierendes Leitmittel dient. An einem in das andere Ende des Blechmantels 5 eingesetzten Ringflansch ist das eingezogene Ende der zylindrischen Wand 3 des Mantels 1 befestigt, dessen Hals 2 andererseits durch ein Einsatzstück 12 verschlossen ist. Der sich zu diesem Einsatzstück i2 hin erstreckende Endabschnitt 11 des HaI-

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ses 2 besitzt eine so auf die konvexe Außenfläche 10 der Stirnwand 9 abgestimmte Formgebung, daß dadurch in der Mischkammer A eine Turbulenzbildung der Gemischkomponenten gefördert wird. In das Einsatzstück 12 ist ein weiteres Einsatzstück 13 eingesetzt, welches die Einspritzdüse 15 für den Kraftstoff hält, der folglich in der die allgemeine Strömungsrichtung des Gemisches darstellenden Achse 14 in die Mischkammer A zugeleitet wird. Die ¹HiSe 15 ist an einem Ringflansch 15a befestigt, der durch eine Druckfeder gegen einen an dem Einsatzstück 13 ausgebildeten Sitz 13a vorgespannt ist. Das Einsatzstück 12 besitzt im übrigen eine das Ende der Kraftstoffdüse 15 koaxial umgebende Einlaßöffnung 16 für die Druckluft, die vor ihrem Eintritt in die Mischkammer A einen Schaufelkranz 16a passieren muß.

Der Verbrennungsraum der Wirbelkammer B wird begrenzt durch einen zylindrischen Keramikkörper 17, dessen glatte Innenwand 18 koaxial liegt zu der Achse 14 der allgemeinen Strömungsrichtung des Gemisches. Die kuppeiförmige Endwand 19 dieses Keramikkörpers 17 unterstützt mit ihrer konkaven Innenwand 19a die Bildung eines Wirbels aus der über die Öffnungen 8 des Blechmantels

5 aus der Mischkammer A zugeleiteten Gemischströmung. Die mit je einer Öffnung 8 des Blechmantels 5 deckungsgleichen Einlaßöffnungen 20 des Keramikkörpers 17 besitzen Öffnungsränder 20a, die jeweils in einer an einen gedachten Innenzylinder der Wirbelkammer angelegten Tangentialebene liegen. In der Verlängerung dieser Öff—

nungsränder 20a liegen jeweils die Innenflächen 6a der Flansche

6 an der jeweils zugeordneten Auslaßöffnung 8 der Mischkammer. Demgemäß wird die aus der Mischkammer A zugeleitete Gemischströmung durch die einzelnen Durchlässe D in Teilströme aufgeteilt, die wegen ihrer tangentialen Einströmung in die Wirbelkammer B die Bildung eines Wirbels entlang der Strömungsachse 14 hervorrufen. Die einzelnen Durchlässe D sind zweckmäßig so dimensioniert, daß ihre jeweiligen Öffnungsränder 20a in einem einem Mittelpunktswinkel von etwa 10 bis 12° entsprechenden Abstand voneinander liegen, und daß ihre jeweilige Mittelachse 21 zu der zugeordneten Durchmesserlinie 22 einen Winkel von etwa 65° einnimmt. Die Öffnungen sollten im wesentlichen gleich lang sein

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wie die Wirbelkammer, wobei es wesentlich ist, daß ihre stromabwärts gelegenen Enden im wesentlichen in derselben Ebene liegen wie ein bodenseitiger Ringflansch 23 der Wirbelkammer. Der Ringflansch 23 ist mit seiner im wesentlichen quer zur Strömungsachse 14 ausgerichteten Wand 23a einstückig verbunden mit dem Keramikkörper 17, und sein Innenrand 23b umgrenzt eine zentrale Öffnung 24, die als Austrittsdüse für die in der Wirbelkammer B mittels einer Zündeinrichtung F zündbare Verbrennungsflamme bildet. Die Austrittsdüse 24 übernimmt die Aufgabe, in der Verbrennungsflamme noch enthaltene gasförmige Elemente zu komprimieren, so daß sie anschließend der Verbrennungsflamme voraneilen, weil sie nach ihrem Austritt aus der Düse in den im Durchmesser wesentlich erweiterten Innenraum der Abschreckkammer C ausgestoßen werden.

Der Innenraum der Abschreckkammer C kann an sich jede beliebige Form besitzen, einschließlich einer sich trichterförmig erweiternden Form. Zu bevorzugen ist jedoch die dargestellte Zylinderform, wobei der zylindrische Mantel 25 über eine endseitige Schulterpartie 26 mit dem Keramikkörper 17 einstückig verbunden ist.

Die gesamte, vorbeschriebene Anordnung mit den drei Kammern A, B und C ist innerhalb eines äußeren Gehäuses 28 angeordnet, in welchem auch die Strömungskanäle 29 für die Druckluft ausgebildet sind. Diese Strömungskanäle 29 > die von einem Druckluftkompressor 30 gespeist werden, sind einerseits angeschlossen an die Mischkammer A zur Zuleitung eines Primärluftstromes über die Einlaßöffnung 16 und den Schaufelkranz l6a des Einsatzstükkes 12 und andererseits an die Abschreckkammer C zur Zuleitung eines Sekundärluftstromes über eine Vielzahl einzelner Öffnungen 31a im Mantel 25 dieser Abschreckkammer. Zur Di-osselungsmöglichkeit dieses Sekundärluftstromes zugunsten des Priraärluftstromes kann dieses für die Abschreckkammer C zusätzlich zu der Düse 24 vorgesehene Einlaßende 31 mittels eines Regelorgans 33 zunehmend verschlossen werden. Das Regelorgan 33 besteht beispielsweise

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aus einer auf dem Mantel 25 der Abschreckkammer C mittels eines Gestänges j£5 verschiebbaren Hülse 34.

Für die Betriebsweise der vorbeschriebenen Einrichtung ist von folgenden Gegebenheiten auszugehen. Die auf etwa h Atmosphären komprimierte Druckluft wird mit einer Temperatur von etwa ^kO C in die Strömungskanäle 29 des Gehäuses 28 eingeströmte Die Strömungskanäle 29 verteilen dann die zugeströmte Druckluft in einen der Mischkammer A zuströmenden Primärluftstrom und in einen der Abschreckkammer C zuströmenden Sekundärluftstrom, der auf die vorerwähnte Weise eine Drosselung erfahren kann. Der in die Mischkammer A einströmende Primärluftstrom wird in dieser sofort in einen toroidalen Wirbel versetzt, wodurch seine Druckenergie in eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente umgewandelt wird, welche ein hinsichtlich der Turbulenz geordnetes bzw. geregeltes Stromlinienbild erzeugt. Die geordnete Wirbelströmung trifft auf die Prallflächen 10 und 11, welche den Innenraum der Mischkammer A begrenzen.

In diese Wirbelströmung wird der Kraftstoff mittels der Düse 15 eingesprüht, so daß er in der Mischkammer A eine rasche Verdampfung bzw. Vergasung erfährt und in einem quasi molekularen Zustand dazu angeregt wird, sich mit der Primärluft zu vermischen. Durch die Formgebung der Mischkammer A und durch die räumliche Entfernung der Durchlässe D ist dabei die Voraussetzung für eine größere Verweilzeit des Gemisches in der Mischkammer A geschaffen, so daß die quasi atomisierten Elementarteilchen der Luft besser in die quasi atomisierten Elementarteilchen des Kraftstoffes eindiffundieren können. Die Verweilzeit des Gemisches in der Mischkammer A erfährt weiterhin dadurch eine Vergrößerung, daß dessen Strömungsweg zu den Durchlässen D hin eine nichtlaminare Unregelmäßigkeit ergibt, wodurch gleichzeitig die Homogenisierung des Gemisches gefördert wird. Diese Homogenisierung wird anschließend weiter gefördert, wenn das Gemisch über die einzelnen Durchlässe D in die Wirbelkammer B eingeströmt wird in welcher es dann vor seiner Verbrennung eine

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letzte Homogenisierung durch die natürliche Wirbelschichtung des darin erzeugten Wirbels erfährt <>

Während in den herkömmlichen Einrichtungen der erfindungsgemäß angesprochenen Gattung die Verbrennung in der Regel mit einem Mischungsverhältnis von etwa 15 ϊ 1 der beiden Gemischkomponenten Luft und Kraftstoff gefahren wird, wird dieses Mischungsverhältnis im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf einen Wert von wenigstens 40 : 1 und in Einzelfällen sogar auf einen Wert von 44 : 1 hinaufgeschraubt. Diese Werte liegen damit wesentlich höher als die bisher regelmäßig verwendeten Mischungsverhältnisse, sie liegen auch höher als die nur in Versuchsreihen zu Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades der Verbrennung erprobten Spitzenwerte zwischen etwa 25 ϊ 1 und 30 : 1. Erfindungsgemäß wird deshalb auf dieses höhere Mischungsverhältnis ausgewichen, um darüber die Bildung der unerwünschten Stickstoffoxyde in den Auspuffemissionen besser in den Griff zu bekommen, was möglich ist, weil durch dieses höhere Mischungsverhältnis in der Wirbelkammer Verbrennungstemperaturen bis zu etwa 1540°C als Spitzenwert und von etwa HOO⁰C als Durchschnittswert erhalten werden. Die dadurch gegenüber einem Mischungsverhältnis zwischen etwa 25 : 1 und 30 : 1 hervorgerufene Minderung des Wirkungsgrades ist so gering, daß sie praktisch außer Betracht bleiben kann.

Sobald das auf/frie vorerwähnte Weise stark homogenisierte Gemisch mit dem hohen Mischungsverhältnis seiner beiden Komponenten den Innenraum der Wirbelkammer B erreicht hat, erscheint die durch die Zündeinrichtung F gezündete Verbrennungsflamme als ein den gesamten Verbrennungsraum ausfüllender Glühfaden. Der Neigung der Verbrennungsflamme zum Zurückschlagen in die Mischkammer A wird dadurch entgegengewirkt, daß die Zuströmungsrate des Gemisches auf einen gegenüber der Ausbreitungsrate der Verbrennungsflamme zurück in die Mischkammer höheren Wert eingeregelt wird,, Diese Regelung wird über eine entsprechende Drosselung des der Abschreckkammer C zuströmenden Sekundärluftstromes vorgenommen. Auf die anschließende Wirkung der Austrittsdüse 24 wurde bereits

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weiter oben hingewiesen, so daß darauf nicht nochmals eingegangen werden muß. Ergänzend wäre nur anzuführen, daß diese Austrittsdüse auch die Ausbildung der natürlichen Wirbelschichtung des in der Wirbelkammer B erzeugten Wirbels fördert und damit ebenfalls einen Beitrag zu der äußerst starken Homogenisierung des Luft-Kraftstoff-Gemisches liefert.

Bei der alternativen Ausführungsform gem. Fig. 3 spielen sich dieselben Vorgänge in analoger Weise ab, so daß über die Beschreibung dieser Ausführungsform erkennbar werden sollte, daß der Erfindungsgedanken hinsichtlich seiner konstruktiven Verwirklichung nicht an die beiden hier beschriebenen, augenblicklich jedoch bevorzugten Ausführungsformen gebunden ist. Die bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 vorliegende Mischkammer A ist so gestaltet, daß sie hinsichtlich der Wirbelkammer B eine Art aerodynamische Kuppel darstellt, die gegen die Wirbelkammer durch keine Trennwand getrennt ist. Diese aerodynamische Kuppel wird durch die Bildung einer sehr starken Wirbelströmung innerhalb der Mischkammer erzeugt, wozu in dem etwa konisch zulaufenden Ende 36 eine Vielzahl von Einlaßöffnungen 37 für die Primärluft ausgebildet sind. Diese Einlaßöffnungen 37 versetzen die einzelnen Luftströme in eine gegenüber der vorbeschriebenen Ausführungsform stärkere Turbulenzbewegung, die ohne konstruktionsgebundene Umleitung die Wirbelkammer direkt erreicht, wodurch die bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 an sich denkbare Überhitzung der metallischen Konstruktionsteile gefahrloser wirdo Auch hier wird selbstverständlich das Zurückschlagen der mittels einer Zündeinrichtung 46 gezündeten und nur in der Wirbelkammer brennenden Verbrennungsflamme zurück in die Mischkammer dadurch verhindert, daß die Primärluft der Mischkammer mit einer entsprechend hohen Strömungsrate zugeströmt wird, die also höher liegen muß als die Ausbreitungsrate der Verbrennungsflamme zurück in die Mischkammer*

Eine weitere Alternative zu der Ausführungsform gem. den Figuren 1 und 2 ist darin erkennbar, daß bei der Ausführungsform gem₀ Fig. 3 Sekundärluft auch in den Verbrennungsraum der Wirbel-

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kammer B zugeleitet wird, die zu diesem Zweck mit Durchlaßöffnungen 38 in ihrer zylindrischen Wand 39 verseilen ist. Dieser Sekundärluftstrom ist für die Bildung und Aufrechterhaltung des Wirbels in dem Verbrennungsraum der Wirbelkammer maßgebend, wobei aber festgestellt werden muß, daß der entsprechende Wirkungsgrad hierbei geringer ist als in der anderen Ausführungsform, selbst wenn berücksichtigt wird, daß hier bereits der Primärluftstrom, wie bei 42 angedeutet, eine Wirbelströmung darstellt.

Ein letztes unterscheidungsmerkmal ist darin erkennbar, daß bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 die Wirbelkammer B nicht über eine konstruktionsgebundene, mechanische Austrittsdüse mit der Abschreckkammer C verbunden ist. Stattdessen besitzt die Abschreckkammer C an ihrem Anschlußende so geformte Einlaßöffnungen 44 für einehso geregelten Sekundärluftstrom, daß es zur Ausbildung einer aerodynamischen Austrittsdüse 43 kommt, deren Wirkung derjenigen der Austrittsdüse 24 gleichgesetzt werden kann. Über die für die Abschreckkammer C noch vorgesehenen Öffnungen 45 kann ein weiterer Teil des Sekundärluftstromes in die Abschreckkammer C zugeströmt werden, um an einer bezüglich der aerodynamischen Austrittsdüse 43 stromabwärts gelegenen Stelle ein Absenken der Verbrennungstemperaturen zu bewirken.

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1. Einrichtung zur kontinuierlichen Flaramenverbrennung eines Druckluft-Kraftstoff-Gemisches, insbesondere für Gasturbinen, bei welcher eine Wirbelkammer vorgesehen ist, in welcher das Gemisch zur Verbrennung gezündet wird, dadurch gekennzeichnet j, daß mit dem Einlaßende (D) der Wirbelkammer (B) das Auslaßende einer dieser vorgeschalteten Mischkammer (A) verbunden ist, in welcher Leitmittel (10, 11) zum Hindurchleiten einer niclitlamirsaren Strömung der in diese Mischkammer zugeleiteten Druckluft ausgebildet sind, wobei die gleichfalls in diese Mischkammer an ihrem Einlaßende erfolgende Zuleitung des Kraftstoffes mit einer solchen Hate geregelt wird, daß es an einer Stelle vor deren Auslaßende zur Ausbildung eines im wesentlichen homogenen, gasförmigen Luft-Kraftstoff-Gemisches kommt _o

2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel der Mischkammer und die geregelte Kraftstoffzuleitung für die Bereitstellung eines homogenen Druckluft-Kraftstoff-Gemisches im Verhältnis von wenigstens 40 : 1 ausgelegt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischkammer (A) und die Wirbelkammer (B) entlang einer gemeinsamen Strömungsachse (14) für das Druckluft—Kraftstoff-Gemisch angeordnet sind, wobei das Einlaßende der Mischkammer an einer radial innerhalb von deren so gestaltetem Auslaßende liegenden Stelle ausgebildet ist, daß die nichtlaminare Strömung zur Erzeugung einer Wirbelströmung in der Wirbelkammer (B) zu deren Einlaßende hin abrupt radial nach innen abgelenkt wird.

¹I. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet , durch ein zusätzlich vorgesehenes Regelorgan (33) zur Aufrechterbaltung einer einen Flammenrückschlag in die Mischkammer (A) verhindernden Strömungsrate des der Wirbelkammer zuströmenden Druckluft-Kraftstoff-Gemisches„

ο Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4_S da-

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durch gekennzeichnet-, daß am Auslaßende der Wirbelkammer (B) Mittel (2%j 43) vorgesehen sind, die einen gegenüber der Ausbreitungsrate der Verbrennungsflamme beschleunigten Ausstoß der Verbrennungsprodukte aus der Wirbelkammer ergeben.

6. Einrichtung mindestens nach Anspruch 5$ dadurch gekennzeichnet , daß an das Auslaßenöe der Wirbelkammer (B) eine die Temperatur der Verbrennungsflamme reduzierende Abschreckkammer (C) angeschlossen ist.

7. Einrichtung mindestens nach Anspruch ±_? dadurch gekennzeichnet , daß die Mischkammer (A) und die Wirbelkammer (B) entlang einer gemeinsamen Strömungsachse für das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch angeordnet sind₉ wobei das Einlaßende der Mischkammer axial fluchtend au deren mit dem Einlaßende der Wirbelkammer axial fluchtenden Auslaßende ausgebildet und so auf die für das Hindurchleiten des Gemisches durch die Mischkammer maßgebenden Leitmittel abgestimmt ist, daß sich bereits in der Mischkammer eine Wirbelströmung ergibt«

8, Einrichtung mindestens nach Anspruch V₅ dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung einer zusätzlichen Wirbelströmung in der Wirbelkammer an diese eine Zuleitung für einen Sekundär luftstrom angeschlossen ist,,

9, Einrichtung mindestens nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet , daß die in die Wirbelkammer zugeleitete Sekundärluft so geregelt wird_s daß es bei der dadurch zusätzlich erzeugten Wirbelströmung zur Ausbildung einer aerodynamischen Auslaßdüse (43) am Auslaßende der Wirbelkammer kommt, die einen beschleunigten Ausstoß der Verbrennungsprodukte aus der Wirbelkammer ergibt.

10. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Wirbelkammer (B) aus ei-

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nem im wesentlichen zylindrischen Keramikkörper (±7) besteht, der von einem mit seinen schlitzförmigen Einlaßöffnungen (20) fluchtende Auslaßöfiniingen (8) der Mischkammer (A) aufweisenden und mit einer kuppelförmig ausgewöTbten Stirnwand (9) versehenen Blechmantel (5) umgeben ist, im radialen Abstand zu welchem ein die Mischkammer begrenzender weiterer Blechmantel (1, 2) angeordnet ist,, dessen dem Sinlaflende der Mischkammer naher Abschnitt (Ii) so geformt ist, daß er im Zusammenwirken mit der ,konvexen Außenfläche (lO) der Stirnwand (9) des inneren Blechmantels (5) die nichtlaminare Strömung der über einen Schaufelkranz (16a) zugeleiteten Druckluft ergibt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkranz (l6a) koaxial zur Strömungsachse angeordnet ist.

12. Einrichtung mindestens nach den Ansprüchen 5 und 10, dadurch gekennzeichnet , daß das stromabwärts gelegene Ende des Keramikkörpers (17) durch einen Ringflansch (23) eingeschnürt ist, dessen Innenrand (23b) eine Austrittsdüse (24) für die in der Wirbelkammer gezündete Verbrennungsflamme bildet.

13. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12_f dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Kammern (A, B, G) von einem gemeinsamen äußeren Gehäuse (28) umgeben sind, in welchem Strömungskanäle (29) für die in einen Primär- und in einen Sekundärluftstrom aufteilbare Druckluft ausgebildet sind.

lh. Einrichtung mindestens nach den Ansprüchen 6 und 13» dadurch gekennzeichnet , daß die Abschreckkammer (C) mit in ihrem Durchtrittsquerschnitt regelbaren Einlaßöffnungen (31a) für den Sekundärluftstrom versehen ist.

15. Einrichtung mindestens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Mischkammer (A) so geformt und mit

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einer solchen Anordnung und Ausbildung der Einlaßöffnungen (37) für die Primärluft versehen ist, daß es vor dem Einlaßende der Wirbelkammer (B) zur Ausbildung einer aerodynamischen Kuppel kommt.

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