DE2523449C3 - Brennkammer für Gasturbinen - Google Patents
Brennkammer für GasturbinenInfo
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- DE2523449C3 DE2523449C3 DE19752523449 DE2523449A DE2523449C3 DE 2523449 C3 DE2523449 C3 DE 2523449C3 DE 19752523449 DE19752523449 DE 19752523449 DE 2523449 A DE2523449 A DE 2523449A DE 2523449 C3 DE2523449 C3 DE 2523449C3
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/26—Controlling the air flow
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- Combustion & Propulsion (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen mit einem Flammrohr, das mindestens
einen Brenner aufweist, und mit einem sich daran anschließenden, das Flammrohr überlappenden Misch- w
rohr, wobei Flammrohr und Mischrohr gesondert aufgehängt sind und die Verbrennungs- bzw. Mischluft
über einen zwischen Flammrohr sowie Mischrohr und Brennkammergehäuse ge'jildetei Ringspalt den Brennern
bzw. öffnungen im Mkchrohr zuströmt und wobei «
durch unterschiedliche Wärmedehi ing von Flammrohr
und Mischrohr die Größe der Öffnungen und damit die Zufuhr der Verbrennungs- und Mischluft steuerbar ist.
Aus der DE-OS 20 12 948 ist eine Brennkammer
bekannt, bei welcher sich das Flammrohr und das daran ■">
anschließende Mischrohr überlappen, wobei die Verbrennungs
bzw. Mischluft über einen zwischen Flammrohr sowie Mischrohr und Brennkammergehäuie
gebildeten Ringspalt den Brennern bzw. Öffnungen im Mischrohr und einem im Überlappungsbereich 4^
gebildeten ringförmigen Querschnitt zuströmt. Bei dieser Brennkammer ist keine Regelung der Verbrennungs-
bzw. Mischluft vorgesehen, d.h. die Brennkammer wird im Teillastbereich mit der gleichen Verbrennungs-
bzw. Mischluftmenge beaufschlagt wie bei Vollast. Der Luftüberschuß ist daher für die geringe
Brennstoffmenge bei Teillast zu jtroß, so daß die Flamme »kalt« brennt. Es kommt somit zur Rußbildung,
wobei die Bacharachzahlen auf den doppelten Wert wie bei Vollast ansteigen. ">">
Bei einer ähnlich aufgebauten, aus der DE-AS
12 82 355 bekannten Brennkammer für Gasturbinen ist zusätzlich eine Regulierung für die Zufuhr der
Verbrennungsluft vorgesehen, welche durch Verschieben eines Verstellzylinders den Querschnitt der
entsprechenden Durchströmöffnung ändert. Hierdurch kann im Teillastbereich die Menge Ger Verbrennungs=
luft an die geringe Brennstoffmenge angepaßt werden. Neben einem erheblichen konstruktiven Aufwand für
die Betätigung des Verstellzylinders sind bei dieser bekannten Regulierung jedoch auch noch zusätzliche
Regelarmaturen für die Einstellung der jeweils benötigten Verbrennungsluftmenge erforderlich.
Durch die DE-PS 9 56 453 und die GB-PS 7 00 005 ist es auch bekannt, sowohl bei der Zufuhr von
Verbrennungsluft als auch bei der Zufuhr von Mischluft zur Veränderung der durchtretenden Luftmengen
teleskopartige Überlappungen vorzusehen. Zur Regulierung sind hier aber ebenfalls aufwendige, aus der
Brennkammer hinausführende Gestänge und zusätzliche Regelarmaturen erforderlich.
Bei ein-ϊΓ aus der US-PS 28 37 893 bekannten
Brennkammer der eingangs genannten Art kvJin auf
derartige Gestänge und Regelarmaturen verzichtet werden. Bei dieser bekannten Brennkammer überlappen
sich das Flammrohr und das Mischrohr über weite Abschnitte ihrer Länge, wobei im Überlappungsbereich
kreisförmige Löcher für die Zufuhr von Verbrennungsluft und kreisförmige Luftlöcher für die Zufuhr von
Mischluft vorgesehen sind. Die einander zugeordneten Löcher im Flammrohr und im Mischrohr sind hierbei so
angeordnet, daß sie im kalten Zustand und bei Teillast etwas zueinander versetzt sind und erst im betriebswarmen
Zustand bei Vollast aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung von Flammrohr und Mischrohr fluchten.
Mit zunehmender Erwärmung wird also mehr Luft in die Verbrennungszone geführt, wobei allerdings auch
gleichzeitig mehr Luft in die Mischzone eingeführt wird. Außerdem v/ird in dem relativ weiten Überlappungsbereich
von Flammrohr und Mischrohr das innenliegende Flammrohr durch -das äußere Mischrohr von dem
kühlen Luftstrom in dem umgebenden Ringspalt abgeschirmt. Diese Abschirmung des von den heißen
Verbrennungsgasen voll beaufschlagten Flammrohres kann zu unzulässigen Erwärmungen irr Überlappungsbereich führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
Brennkammer zu schaffen, bei der einerseits im Teillastbereich die Zufuhr von Verbrennungsluft ohne
gesonderte Regelarmaturen selbsttätig verringert wird und bei der andererseits das Flammrohr wirksam
gekühlt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von einer Brennkammer der eingangs genannten Art vorgesehen,
daß die öffnungen als vom freien, das Flammrohr überlappenden Ende des Mischrohres ausgehende und
in axialer Richtung verlaufende Schlitze ausgebildet sind und daß die axiale Länge der Schlitze höchstens gleich
der Überlappung von Mischrohr und Flammrohr im
betriebswarmen Zustand bei Vollast ist.
Durch diese Anordnung der Schlitze, die sich bei steigender Brennkammertemperatur selbsttätig verschließen,
wird dsn Brennern mit zunehmender Leistung auf Kosten der Mischluftzufuhr mehr Verbrennungsluft
zugeführt. Somit ergibt sich eine den verschiedenen Betriebsbedingungen der Gasturbine
optimal angepaßte selbsttätige Regulierung der Verbrennungsluftmenge.
Außerdem wird durch die geringfügige Überlappung am Ende des Flammrohrs und am Anfang des Mischrohres die wirksame Kühlung beider
Rohre nicht behindert. Zusätzlich haben die Schlitze gegenüber kreisförmigen Löchern den Vorteil, daß sich
der Durchtrittsquerschnitt und somit auch die Verbrennungsluftmenge gleichmäßig mit der Temperatur bzw.
der Leistung ändert,
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach
der Erfindung näher erläutert. Dab _'i zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer
nach der Erfindung und die
F i g. 2a und 2b zeigen einen Teilquerschnitt entspre-
chend der Schnittlinie TI-II nach Fig. 1 im Bereich der
Überlappung von Flammrohr und Mischrohr, und zwar einmal im kalten und einmal im warmen Zustand.
Wie aus dem Läng«jchnitt nach F i g. 1 zu ersehen ist,
besteht die Brennkammer aus einem zylindrischen Brennkammergehäuse 1, das am oberen Ende einen
stirnseitigen Abschluß 2 aufweist Im oberen Teil dieses Brennkammergehäiises ! ist das Flammrohr i angeordnet,
in dessen obere Stirnseite 4 die eigentlichen Brenner 5 hineinragen. Das Flammrohr 3 ist dabei am
oberen Ende über die Führungsstücke 6 am Brennkammergehäuse 1 aufgehängt Unterhalb des Flammrohres
3 schließt sich das Mischrohr 7 an, das dann zur eigentlichen und hier nicht näher dargestellten Gasturbine
führt. Dieses Mischrohr 7 ist über zwei gegenüberliegende Bolzen 8 im Brennkammergehäuse 1 aufgehängt
wobei auf die geometrische Lage dieser Aufhängung später noch eingegangen wird.
Die Verbrennungs- bzw. Mischluft aus dem ebenfalls nicht näher dargestellten Kompressor strömt nun
entsprechend den Pfeilen 15 über einen zwischen dem Mischrohr 7 byw. dem Flammrohr 1 und dem
Brennkammergehäuse 1 verlaufenden Rings, alt 9 und kühlt somit gleichzeitig die einzelnen Gehäuseteil. Die
Verbrennungsluft, deren Anteil etwn ein Drittel der -'ί
zugeführten Gesamtluftmenge beträgt, tritt über die Drallschaufeln 10 in die Brenner 5 ein und dient zur
Verbrennung der über diese Brenner zugeführten Brennstoffe im Flammrohr 3. Der andere Teil der
zugeführten Gesamtluftmenge ist bereits vorher als »> Mischluft abgezweigt und über die radialen öffnungen
11 im Oberteil des Mischrohres 7 in dieses eingeströmt.
Wenn nun Menge und Aufteilung der zuströmenden Verbrennungsluft und der zuströmenden Mischluft nicht
geregelt werden, so strömen über die Drallschaufeln 10 >'>
und die öffnungen 11 stets die gleichen Anteile der
Verbrennungsluft und der Mischluft in das Flammrohr 3 bzw. das Mischrohr 7. Das bedeutet, daß die Brenner 5
bei Vollast und auch bei Teillast stets mit der gleichen Verbrennungsluftmenge beaufschlagt werden, was je- ίο
doch bei Tr:!last zu einer Verbrennung mit kalter, d. h.
lehr rußiger Flamme führt.
Um nun aber eine Drosselung der Verbrennungsluftmenge
für die Brenner 5 bei Teillast /u erreichen, sind die insbesondere aus den Teilquerschnitten nach
F i g. 2a und F i g. 2b ersichtlichen Maßnahmen vorgesehen. Hiernach sind in das obere Ende des Mischrohres 7.
das das untere Ende des Flammrohres 3 überlappt. Durchtrittsöffnungen in Form von axialen Schlitzen 12
eingebracht, die so lang sind, daß sie im kalten Zustand '*>
der Brennkammer übe das untere Ende 13 des Flammrohres 3 hinausragen und somit frei durchströmbare
öffnungen der Breite b ergeben. Über die axialen Schlitze 12 strömt dann bei noch kalter Brennkammer
und somit auch bei geringer Teillast schon ein Teil der
über den Ringspalt 9 zuströmenden Gesamtluftmenge in das Mischrohr 7 ein, so daß bei einem vergrößerten
Anteil der Mischluftmenge den Brennern 5 ein geringerer Anteil an Verbrennungsluft zugeführt wird
und die Brennstoffe ohne rußbildenden Luftüberschuß verbrennen.
Wie im folgenden erläutert wird, schließen sich die
Schlitze 12 jeaoch bei zunehmender Betriebstemperatur
und damit steigender Leistung infolge der unterschiedlichen Wärmedehnungen von Mischrohr 7 und Brennkammergehäuse
1. Um das zu ermöglichen, sind die beiden Bolzen 8 zur Aufhängung des Mischrohres 7 im
Schnittpunkt der beiden Mittellinien des vertikalen und des horizontalen Abschnittes des Mischrohres 7
angeordnet d. h. im Abstand 1 von e'er Oberkante des
das Flammrohr 3 überlappenden Mischrohres 7. Da die Bolzen 8 als Fixpunkt für das Mischrohr 7 dienen, wird
sich bei Erwärmung das Mischrohr "" iber die Lange 1
nach oben, also entgegen der Sirörpjnpsrich'-ing der
heißen Verbrennungsgase ausdehnen. Da nun Brennkammergehäuse 1 und Mischrohr 7 üblicherweise
unterschiedliche Temperaturen annehmen und Zusätzlich
aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sein können, ergibt sich
eine unterschiedliche Dehnung von Brennkammergehäuse 1 und Mischrohr 7. so daß die Überlappung
zwischen Mischrohr 7 und Flammrohr 3 größer wird und demzufolge die Schlit/e 12 ganz vom innenliegen
den Flammrohr 3 abgedeckt sind. Wenn dabei beispielsweise das Brennkammergehäuse 1 cnen
Ausdehnungskoeffizienten vor. 1.2 und das Mischrohr 7
einen Ausdehnungskoeffizienten von 1.8 bei Betriebs
temperaturen vor. 35OCC b/vv 780' C aufweisen und die
Dehnlänge /= 1700 mm beträgt, so dehnt sich das Brennkammergehäuse 1 im Bereich der Dehnlänge/um
7.15 mm nach unten und das Mischrohr 7 um 239 mm nach oben. Um diesen Differenzbetrag von lb.7bmm.
der der Spaltbreite b nach F ι g. 2a entspricht, verändert
sich also die Überlappung von Flammrohr 3 und Mischrohr 7. so daß die Schlitze 12 zugehen. Es sei dabei
angenommen, daß Flammrohr 3 und Brennkammergehäuse
1 gleiche Temperatur und gleiche AusJehnungskoeffizienten aufweisen, so daß sich hierbei kein
Längendehnungsunterschied ergibt.
Mit der beschriebenen Anordnung ist es also auf einfache Weise möglich, den Verbrennungsluftüberschuß
im Teillastbereich für die Brenner 5 zu verringern, so daß sich eine optimale Verbrennung ohne Rußentwicklung
ergibt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Brennkammer für Gasturbinen mit einem Flammrohr, das mindestens einen Brenner aufweist, und mit einem sich daran anschließenden, das Flammrohr überlappenden Mischrohr, wobei Flammrohr und Mischrohr gesondert aufgehängt sind und die Verbrennungs- bzw. Mischluft über einen zwischen Flammrohr sowie Mischrohr und Brennkammergehäuse gebildeten Ringspalt den Brennern bzw. öffnungen im Mischrohr zuströmt und wobei durch unterschiedliche Wärmedehnung von Flammrohr und Mischrohr die Größe der öffnungen und damit die Zufuhr der Verbrennungs- und Mischluft steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, '5 daß die öffnungen als vom freien, das Flammrohr (3) überlappenden Ende des Mischrohres (7) ausgehende und in axialer Richtung verlaufende Schlitze (12) ausgebildet sind und daß die axiale Länge der Schlitze (12) höchstens gleich der Überlappung von Mischrohr {7) und Flammrohr (3) im betriebswarmen Zustand bei Vollast ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752523449 DE2523449C3 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Brennkammer für Gasturbinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752523449 DE2523449C3 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Brennkammer für Gasturbinen |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2523449A1 DE2523449A1 (de) | 1976-12-02 |
DE2523449B2 DE2523449B2 (de) | 1980-08-07 |
DE2523449C3 true DE2523449C3 (de) | 1981-03-26 |
Family
ID=5947541
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752523449 Expired DE2523449C3 (de) | 1975-05-27 | 1975-05-27 | Brennkammer für Gasturbinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2523449C3 (de) |
Families Citing this family (4)
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---|---|---|---|---|
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US5431020A (en) * | 1990-11-29 | 1995-07-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Ceramic heat shield on a load-bearing structure |
WO2007104587A2 (de) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur montage eines mischgehäuses in einer gasturbine sowie verstellvorrichtung hierfür |
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US2837893A (en) * | 1952-12-12 | 1958-06-10 | Phillips Petroleum Co | Automatic primary and secondary air flow regulation for gas turbine combustion chamber |
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NL130010C (de) * | 1966-01-27 | |||
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1975
- 1975-05-27 DE DE19752523449 patent/DE2523449C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2523449A1 (de) | 1976-12-02 |
DE2523449B2 (de) | 1980-08-07 |
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Legal Events
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