DE2412604C3 - Brennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für Gasturbinentriebwerke nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Brennkammer dieser Bauart ist beispielsweise aus der GB-PS 12 53 471 bekannt. Die einzelnen axialen Wandabschnitte des Flammrohres sind an den Überlappungsbereichen jeweils durch ringförmige Stirnwandteile miteinander verbunden, die mit einer Vielzahl axialer Luftdurchtrittsöffnungen versehen sind, durch welche Luft in das Flammrohr eintritt, welche einen entlang der Flammrohrinnenwandung strömenden und diese kühlenden Kühlfilm bildet. so

Wie sich herausgestellt hat, liegt eine der wesentlichen Ursachen für in den Brennkammern von Gasturbinentriebwerken entstehende Verunreinigungen der Abgase, beispielsweise Rauch, Kohlenmonoxid usw., darin, daß etwas von dem in die primäre Verbrennungszone eingespritzen Brennstoff in flüssigem Zustand verbleibt und die konkave stromaufseitige Flammrohrinnenwandung erreicht, wo dieser flüssige Brennstoff einen dünnen Film bildet. Dieses Problem ist bei Brennkammerbauarttn der hier in Rede stehenden Art mit Brennstoffverdampfern, die das Brennstoff-Luft-Gemisch stromaufwärts in Richtung zur Flammrohrstirnwand hin ausstoßen, besonders akut.

Der sich als dünner Film auf der Flammrohrinnenwandung niederschlagende, unverbrannte flüssige Brennstoff wird von der allgemeinen Gasströmung innerhalb des Flammrohres stromabwärts entlang der Flammrohrinnenwandung transportiert, wobei, da diese Wandung verhältnismäßig kühl ist, nur eine geringe Vermischung mit den ir. Wandungsr.ähe befindlichen Gasströmungsbereichen stattfindet Der Brennstoff wird daher nur teilweise verbrannt, bevor er das Flammrohr an dessen stromabseitigem Ende verläßt

Ein Teil des flüssigen Brennstoffilms kann zwar von den radial durch in der Flammrohrwand gebildete Primär- und Sekundäriufteintrittsöffnungen in das Flammrohrinnere einströmenden Luftstrahlen erfaßt werden, jedoch bewegt sich ein großer Teil dieses Brennstoffilms an der Flammrohrinnenwandung zwischen diesen Primär- und Sekundäriufteintrittsöffnungen hindurch, und an den Rändern dieser Lufteintrittsöffnungen auftretende Rezirkulationswirkungen begünstigen wieder eine Verstärkung des Brennstoffilms.

Eine Vermehrung der in der Flammrohrwand gebildeten Lufteintrittsöffnungen mit dem Ziel, einen größeren Teil des Brennstoffilms zu erfassen, ist jedoch nicht möglich, ohne die Flammrohrwand übermäßig zu schwächen und den notwendigen Kühlluftfilm auf der Flammrohrinnenwandung zu unterbrechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Maßnahme zu finden, um den unerwünschten flüssigen Brennstoffilm an der Flammrohrinnenwandung ohne Beeinträchtigung anderer wichtiger Erfordernisse der Brennkammerkonstruktion und des Brennkammerbetriebs zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Damit wird erreicht, daß der unerwünschte Brennstofffilm durch den umfangsmäßig kontinuierlichen ringförmigen Luftvorhang in das Flammrohrinnere abgeblasen wird.

Als vorteilhafte Nebenwirkung unterstützt der Luftvorhang auch die Wirbelbildung in der Primärzone der im Flammrohr stattfindenden Verbrennung und verbessert die Vermischung von Brennstoff und Luft. Außerdem zeigt der Luftvorhang eine flammenstabilisierende Wirkung.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung, die für sich selbst sprechen, sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Gasturbinentriebwerk mit einer Brennkammer der in Rede stehenden Art,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch den stromaufwärtigen Teil der Brennkammer,

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des stromaufwärtigen Flammrohrteils, und

F i g. 4 eine nochmals vergrößerte Darstellung der zwischen zwei sich überlappenden Flammrohrwandabschnitten gebildeten Ringkammer.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter 2, einer Brennkammer 4, einer Turbine 6 und einer Schubdüse 8.

Gemäß Fig. 2 weist die Brennkammer ein äußeres Gehäuse 10 und ein Flammrohr 12 auf. Dem Flammrohr wird Luft aus einem Verdichterauslaßkanal 3 zugeführt, von welcher ein Teil unmittelbar durch Brennstoffverdampfer 14 in das Flammrohr hineingelangt, während der größte Teil dieser Luft zunächst in den zwischen dem Flammrohr und dem äußeren Gehäuse gebildeten Raum 16 und von dort durch in der Flammrohrwand gebildete Lufteintrittsöffnungen 18 in das Flammrohr einströmt.

Wie Fig.3 mehr im einzelnen zeigt sind die Verdampfer im wesentlichen T-iörmig und weisen jeweils ein zylindrisches Verdampferrohr 22 auf, das stromaufseitig mit dem Flammrohr verbunden ist und an seinem stromabseitigen Ende zwei Rohrzv/eige 24 trägt, von denen nur einer in den Zeichnungen gestrichelt dargestellt ist, da er vom Verdampfe »rohr 22 verdeckt ist Die beiden Rohrzweige 24 endigen jeweils in einem stromaufwärts ausmündenden Endabschnitt 25, aus welchem ein Gemisch aus verdampftem Brennstoff and Luft stromaufwärts ausströmt Der Brennstoff wird den Verdampfern durch Brennstoffleitungen 19 zugeführt und tritt durch Öffnungen 20 in die Verdampfer aus, wo er mit Luft vermischt und infolge der Wärme der im Flammrohr befindlichen Gase verdampft wird.

Das Verdampferrohr 22 jedes Brennstoffverdampfers ist von einer Ummantelung 43a umgeben, die zwischen sich und dem Verdampferrohr einen Ringkanal 44 begrenzt in welchen die Luft eintritt und der stromabseitig geschlossen ist Durch in der Wand der Ummantelung 43a gebildete Bohrungen 46 tritt die Luft im wesentlichen radial mit Bezug auf das Verdampferrohr aus.

Das Flammrohr besteht gemäß den F i g. 2 und 3 aus einer Anzahl sich überlappender axialer Wandabschnitte 26, die von der durch den Raum 16 strömenden Luft verhältnismäßig kühl gehalten werden. An ihren Überlappungsbereichen sind die axialen Flammrohrwandabschnitte 26 durch Kühlringbereiche 28 miteinander verbunden, durch welche Kühlluft aus dem Raum 16 zur Flammrohrinnenwandung hin eintritt.

Der dem vorderen Flammrohrende am nächsten gelegene Kühlringbereich 28 ist so ausgebildet, daß er eine Ringkammer 30 begrenzt. Diese Ringkammer weist gemäß Fig.4 eine radial äußere Wand 31, eine radial innere Wand 32, eine stromaufseitige Stirnwand 33 und eine stromabseitige Stirnwand 34 auf. Die stromaufseitige Stirnwand 33 ist mit einem Kranz großer Lufteinlaßöffnungen 36 versehen, durch welche aus dem Raum 16 Luft in die Ringkammer eintritt. Die stromabseitige Stirnwand 34 ist mit einer Vielzahl verhältnismäßig kleiner Austrittsbohrungen 37 versehen, durch weiche ein Teil der in die Ringkammer 30 einströmenden Luft zwecks Bildung eines Kühlfilms auf der Innenfläche des angrenzenden Flammrohrwandabschnittes 26 ausströmt. Der übrige, äußere Teil der in die Ringkammer 30 eintretenden Luft strömt durch einen kontinuierlichen ringförmigen Schlitz 40 in Form eines Druckstrahles aus der Ringkammer aus und b^;ldet einen ringförmigen Luftvorhang, der sich von der Flammrohrwandung aus einwärts erstreckt Dieser Luftvorhang ist in F i g. 3 durch einen PfeiJ 38 angedeutet Er wirkt als pneumatische Schranke für den sich auf dem Stirnwandbereich 60 des Flammrohrs niederschlagenden und entlang der Flammrohrinnenwandung stromabwärts strömenden Brennstoffilm und reißt diesen mit sich in die Primärverbrennungszone hinein.

Wie sich nämlich gezeigt hat befindet sich von dem aus dem Verdampfer austretenden Brennstoff-Luft-Gemisch beim Eintritt in das Flammrohrinnere erst ein Teil des Brennstoffs in dampfförmigem Zustand, während ein großer Teil des Brennstoffs noch als Flüssigkeitsnebel vorliegt. Dieser noch flüssige Brennstoff schlägt sich teilweise auf dem vorderen Stirnwandbereich 60 des Flammrohrs nieder und strömt als dünner Brennstoffilm entlang der Flammrohrinnenwandung stromabwärts. Dieser Brennstoffilm wird durch den kontinuierlichen Luftvorhang, der aus der Ringkammer 30 durch den Schlitz 40 austritt, in die Primärverbrennungszone 41 hineingeblasen.

Die äußere Wand 31 der Ringkammer 30 kann gemäß den F i g. 3 and 4 stromaufwärts durch einen Ansatz 42 verlängert sein, der stromaufwärts zur Flammronrwand hin konvergiert und dadurch einen Diffusorkanal 43 für die aus dem Raum 16 einströmende Luft bildet, bevor diese durch die Einlaßöffnungen 36 in die Ringkammer eintritt. Dadurch erhält man einen höheren statischen Druck in der Ringkammer 30. Die äußere Form des Ansatzes 42 stellt ein Anhaften der Strömung an der Außenfläche des si romabseitigen Flammrohrabschnittes sicher.

Der die Ringkammer 30 bildende Kühlringabschnitt 28 der Flammrohrwand kann aus einer Anzahl einzelner Ringabschnitte hergestellt sein. Beispielsweise können die Stirnwände 33 und 34 durch gesonderte, bei 35 miteinander verschweißte Ringe gebildet sein. Der fertige Kühlringabschnitt kann dann bei 49 und 50 (F i g. 2) in die Flammrohrwand eingeschweißt werden. Dabei kann der ringförmige Schlitz 40 nach dem Zusammensetzen der die beiden Stirnwände bildenden Ringe, jedoch vor dem Einschweißen des Kühlringabschnitts an der Flammrohrwand, fertig bearbeitet werden. Der Schlitz 40 kann auch durch eine Anzahl von ringabschnittförmigen Schlitzen gebildet sein, so daß er im wesentlichen kontinuierlich ist und kleine Brücken enthält, welche die mechanische Festigkeit verbessern, den Luftstrom aber nicht behindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, mit einem Flammrohr, das aus sich überlappenden axialen Wandabschnitten zusammengesetzt ist, und mit einem Brennstoffverdampfer, der von der stromaufwärtigen Flammrohrstirnwand aus in das Flammrohrinnere hineinragt und ein Brennstoff-Luft-Gemisch in Richtung zur Flammrohrstirnwand hin in das Flammrohr einleitet, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß die Oberlappungsbereiche (31,32) zweier sich im Bereich des stromaufwärtigen Flammrohrendes überlappender Wandabschnitte zwischen sich eine Ringkammer (30) bilden, in welche durch Lufteinlaßöffnungen (36) vom Flammrohräußeren her Luft eintritt und aus welcher durch einen Luftauslaß (40), der als ununterbrochener ringförmiger, radial in das Flammrohrinncre ausmündender Schlitz ausgebildet ist, Luft in Form eines kontinuierlichen, zur Flammrohrinnenwand (32) im wesentlichen senkrecht verlaufenden Vorhangs in das Flammrohrinnere austritt.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (30) eine Vielzahl von Austrittsbohrungen (37) aufweist, durch welche Luft zwecks Bildung eines Kühlfilms auf der stromab der Ringkammer (30) befindlichen Flammrohrinnenwandung ausströmt.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radial äußere Flammrohrwandabschnitt (31) stromaufwärts über die Ringkammer (30) hinausragt und für die zum Einlaß (36) der Ringkammer hinströmende Luft einen Diffusorkanal (43) begrenzt.

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