DE2403332A1 - Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents

Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke

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DE2403332A1
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air
combustion chamber
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Withdrawn
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DE2403332A
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Inventor
Franz J Dipl Ing Meyer
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Daimler Benz AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26Controlling the air flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Brennkammer für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine geringe Schadstofferzeugung aufweisende Brennkammer für Casturbinentriebwerke, deren Flammrohr mit Zuströn.querschnitten fiir Primär- und Sekundärluft ausgerüstet ist.
  • Bei bisher bekannten Brennkammern dieser Art war es notwendig, daß die Zuleitung der Sekundär- oder Verdünnungsluft in Abhängigkeit von der Le; stung oder von sonstigen umständen geregelt und gesteuert wird. Diese Art der Steuerung der Verdünnungsluft ließ oft sehr zu wiinschen iibrig, wie iiberhaupt die bisher bekannten Brennkammern einen hohen Schadstoffgehalt in den Abgasen aufwiesen.
  • Aufgabe der vorliegeiiden Erfindung ist es, die Schadstoffe in den Abgasen zu verringern und die Brennkammer einfacher, aber trotzdem wirkungsvoller in der Leistung zu getalten.
  • Diese Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß im Anfangsbercich des Primärluftkanals den Luftdurchlaß steuernde Bimetallstreifen angeordnet sind, auf die eine zwei konzentrische Ringdüsenanordnungen aufweisende t.ischdiisc nsit jeweils zwischen den beiden Ringdiisen sowie zwischen diesen und den Begrenzungswänden des Primärluftkanals angeordneten Leitblechen und daraufhin eine Vorkammer folgen, die von einem Flanirnenhalter abgeschlossen wird. Die Erfindung geht also davon aus, von vornherein den Primärluftanteil zu steuern und den Rest als Sekundarluft im Flammrohr durch dort angebrachte Offnungen zuzufjihren.
  • Zur Trennung der Primärluft von der Sekundärluft und damit gleichzeitig zur Festlegung des Priinärluftanteils gegenilber dem Sekundärluftanteil werden im Primärluftkanal befindliche Bimetallstreifen verwendet, die schuppenförmig übereinanderliegend so angeordnet sind, daß sie bei Leerlauf eine kleine Luftmenge und bei Vollast eine große Luftmenge in den Priniärluftkanal einlassen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die auf zwei einander benachbarten konzentrischen Ringen angeordnetzen Leitbleche der Mischdüse jeweils entgegengesetzt gerichtet sein. Dadurch wird die durch den Prir.lärluftkanal hindurchgeführte Luft so abgeleitet, daß der aus den Mischdüsenmündungen austretende Kraftstoff an der Stelle größter Relativgeschwindigkeit der Luft austritt und von dieser möglichst gut zerstäubt wird. Das so entstehende Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt in die Vorkammer, die einen sich zunächst erweiternden Kreisringdiffusor aufweist, der sich nach etwa 3/5 seiner Länge wieder verengt und in zwei ringförmige Strömungskanalabschnitte verzweigt, deren Ausgang teilweise von Flainnienhalteblechen verschlossen ist. Die innere Ausgestaltung der Vorkammer wird durch einen fischförmigen Nabenkörper bestimmt, der im Zentrum der Vorkammer angeordnet ist, und somit auch die Längsschnittsform des bzw. der Priniarljtkanäle im Bereich der Vorkammer bestimmt.
  • Schließlich 1;ann im Zentrum der Mischdüsenanordnung noch ein Rohr mit einer Ziinddüse angeordnet sein, die die Starteigenschaften der Brennkammer verbessern. Die Zünddüse kann eine übliche Dralldüse sein.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der folgenden Beschreibung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können.
  • Es zeigen Fig. 1 einen Langsschnitt durch eine erfindungsgemaße Brennkammer, Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 auf die Austrittsseite der Vorkammer mit dem Flammenhalter, Fig. 3 eine Ansicht auf die Nischdüse in Richtung des Pfeiles S in Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt durch die Nischdüse gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1, Fig. 5 - 7 Ansichten in Richtung der Pfeile D-D auf die inneren Leitbleche der Nischdüse.
  • Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Brennkammer 1 weist ein äußeres Brennkammergehäuse 2 auf, in dem konzentrisch zu ihm das innere Brennkammergehäuse 3 angeordnet ist. Die in Richtung des Pfeiles S einströmende Verbrennungsluft wird aufgeteilt in Primärluft, die in den vom inneren Brennkammergehäuse 3 umfaßten inneren Primärteil 4 einströmt, der vom äußeren ringförmigen Sel.undärteil 5 umgeben ist. Durch den inneren Primärteil 4 strömt die Primärluft und durch den äußeren Selcundärteil 5 die Sekundärluft.
  • Das Luftmengenverhältnis zwischen Primärluft und Sekundärluft wird automatiscii durch Dimetallstreifen G gesteuert, die am Anfang des Primarluftteils 1s angeordnet sind. Die Bimetallstreifen 6 sind schuppenformig übereinanderliegend so angeordnet, daß sie bei Leerlauf, also bei niedriger Temperatur, eine kleine Luftmenge hindurchlassen.
  • Die Bimetallstreifen sind dann gekrümmt und weisen in iiirer Gesnmtheit von außen gesehen etlça die in Fig. 1 unten dargestellte gekrümmte Bimetallstreifen zeigende Form auf, bei der der @intrittsquerschnitt in den PrimirluStteil 4 verkleinert ist. Bei Vollast, also bei höherer Temperatur streclcen sich die Bimetallstreifen, wie in Fig. 1 oben dargestellt ist, so daß ein größerer Lufteintrittsquerschnitt cntsteht.
  • In Luftströmungsrichtung gesehen hinter den Bimetallstreifen ist die Elischdüse 7 vorgesehen. Der Kraftstoff wird der Nischdüse 7 durch Rohre 8 zugeführt, die in Ringlei tungen 9 münden, von denen aus der Kraftstoff den Diisenmündungen 11 zugeführt wird, die auf zwei konzentrisch zueinander verlaufenden Kreisringen vorzufinden sind. Zwischen den Ringleitungen 9 sind Leitbleche 10 vorgesehen, die, wie die Fig. 5 - 7 zeigen, nach verschiedenen Richtungen abgebogen sind und die Luft so führen, daß der Kraftstoff an der Stelle größter Relativgeschwindigkeit austritt und dabei möglichst gut zerstäubt wird. Das Zentrum der Nischdüse 7 nimmt ein Rohr 12 auf, das mit einer Ziinddüse 13 versehen ist, die die Starteigenschaften der Brennkammer verbessern soll.
  • An die Mischdüse 7 schließt sich die Vorkammer 14 an, in deren Zentrum ein im Langsschnitt fischförmiger Nabenlcörper 15 auffällt. Der aus den Düsenmündungen 11 austretende Kraftstoff vermischt sich in der Vorkammer 14 mit der Primärluft. Die Vorkammer erweitert sich zunächst zu einem Kreisringdiffusor 16, dessen Querschnitt immer mehr bis in den Bereich von etwa 3/5 der Lange der Vorkammer anwächst. Von dort ab verengt sich der Querschnitt wieder und geht gleichzeitig in zwei ringförmige konzentrisch zueinander liegende Strömungskanalabschnitte 17, 18 iiber, deren Ausgänge teilweise von Flammenhaltsble chen 19 verschlossen sind.
  • Durch die besondere Form der Vorkammer, insbesondere durch ihre Größe und ihre geometrische Gestaltung, die aufgrund aerodynamischer Erkenntnisse gewählt Jurde, verdamp£en die noch vorhandenen Kraftstofftröpfchen während der Verweilzeit des Iraftstoff-Luft-Gemisches in der Vorkammer 14.
  • Außerdem wird durch ihre Ausbildungrerhindert, daß Selbstziindung bei hohen Lufttemperaturen erfolgt. Im übrigen bewirkt die nach aerodynamischen Gesichtspunkten konstruierte Vorkammer in der in der Zeichnung dargestellten Form, daß keine Strömungsablösung auftritt und Selbstziindung trotz der hohen Lufttemperaturen vermieden wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird hinter dem Flammenhalter 21 von einer Zündkerze 22 gezündet. Die Flammenhalterwirkung entsteht dadurch, daß hinter den Flammenhalterblechen 19 Verwirbelungen entstehen, sogenannte Rückkehrgebiete, die verhindern, daß im Flammenhalter schon eine Entziindung des Kraftstoff-Luft-Gemisches eintritt.
  • Die Verdünnungsluft tritt aus dem Sekundärteil 5 in das Flammrohr 25 durch die Uffnungen 23 und 24 ein, deren Durchtrittsquerschnitte nicht mehr wie bei bisher üblichen Brennkammern eingestellt werden miissen. Die erfindungsgemäße Brennkanimer weist nämlich gegenüber bekannten Konstruktionen den Vorteil auf, daß die Luitstromregelung in einfacher Weise durch die Bimetallstreifen G am Eintritt in die Brennkammer erfolgt, was besonders geeignet für Gasturbinen mit Wärmeaustauscher ist. Weiterhin wird die gesamte Primärluft mit dem Kraftstoff in der erfindungsgemänen llischdüse vermischt. Weiterhin wird durch die unter aerodynamischen Gesichtspunkten entwickelte Gestalt der Vorkammer Selbstzündung vermieden, obwohl hohe Eintrittstemperaturen zugelassen werden können.
  • Schließlich weist die erfindungsgeniäße Brennliammer eine kurze Flamme auf, die durch den sternbrennerartigen Flammenhalter hervorgerufen wird. Endlich liegt noch ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkammer darin, daß die Abgaszusammensetzung weitgehend frei von Schadstoffen ist.

Claims (6)

Ansprüche
1. Eine geringe Schadstofferzeugung aufweisende Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, deren Flammrohr mit Zuströmquerschnitten für Primär- und Sekundärluft ausgerüstet ist, d a d u r c ii g e k e n n z e i c h -n e t , daß im Anfangsbereich des Primärluftkanals (4) den Luftdurchlaß steuernde Bimetallstreifen (6) angeordnet sind, auf die eine zwei konzentrische Ringdüsenanordnungen (11) aufweisende Dlischdüse (7) mit jeweils zwischen den beiden ingdüsen sowie zwischen diesen und den Begrenzungswänden des Primärluftkanals (4) angeordneten L-eitblechen (lo) und darauf eine Vorkammer (14) folgen, die von einem Flammenhalter (21) abgeschlossen wird.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die im Primärluftkanal (4) befindlichen Dimetallstreifen (G) schuppenförmig übereinanderliegend so angeordnet sind, daß sie bei Leerlauf eine kleine Luftmenge und bei Vollast eine große Luftmenge durchlassen.
3. Brennkammer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die auf zwei einander benachbarten konzentrischen Ringen (9) angeordneten Leitbleche (lo) der riischdüse (7) jeweils entgegengesetzt gerichtet sind.
4. flrennkammer nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c 1 g e k e n n z e i c h n e t , daß im Zentrum der Elischdüsenanordnung (7) ein Rohr (12) mit einer die Starteigenschaften verbessernden Zünddüse (13) vorgesehen ist.
5. Brennlcammer nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorkammer ( einen sich zunächst erweiternden Kreisringdiffusor (15) aufweist, der sich nach etwa 3/5 seiner Länge wieder verengt und in zwei ringförmige Strömungskanalabschnitte (17, 18) verzweigt, deren Ausgänge teilweise von Flammenhalterblechen (19) verschlossen sind.
6. Brennkammer nach Anspruch 5, d a d u r c h S e -k e n n z e i c h n c t , daß im Zentrum der Vorkammer (14) ein im Längsschnitt fischförmiger Nabenkörper (15) angeordnet ist, den das Brennstoff-Luft-Gemisch umströmt.
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