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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.