DE2551005A1

DE2551005A1 - Schubverstaerker-flammenhaltervorrichtung

Info

Publication number: DE2551005A1
Application number: DE19752551005
Authority: DE
Inventors: John William Vdoviak
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-01-08
Filing date: 1975-11-13
Publication date: 1976-07-15
Also published as: BE837339A; IT1049017B; JPS5181216A; GB1522826A; US3931707A; FR2297327A1; CA1050286A; JPS5916170B2

Description

6 Frankfurt / Wain 1
Niddustr. b2

12. November 1975 Schu./Vo./he.

3777-13LN-HoI

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Schubverstärker -Flammenhaltervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nachbrennerflammenhalter und insbesondere auf einen solchen, der als Teil einer Nachverbrennungseinrichtung zum Erzeugen einer Schubverstärkung in einen Hochgeschwindigkeitsgasstrom eines Flugzeug-Gasturbinentriebwerks eingesetzt wird.

Auf dem Gebiet der Flugzeuggasturbinen ist es bekannt, daß durch Verbrennen von zusätzlichem Brennstoff in einem stromabwärts von der Gasturbine angeordneten Nachbrenner eine Schubvermehrung bzw. -verstärkung gebildet werden kann. Der Nachbrenner enthält im allgemeinen Mittel zum Verteilen eines Brennstoffhauptstroms in Verbindung mit einem Flammenhalter, an dem die Flamme haften kann. Der Flammenhalter reduziert örtlich die Geschwindigkeit des Gasstroms und erzeugt eine Umwälzzone im Nachbrenner, um die Flamme zu unterstützen, die sonst ausgeblasen würde. Der Flammenhalter enthält ferner eine Zünd- und Temperaturerhöhungszone, die in Verbindung ■ mit parallel und sequentiell zu einem Zündbrennstoffstrom zusätzlich eingespritztem Brennstoff für eine Stufung sorgt, um eine breite Temperaturbeeinflussung des Nachbrenners zu erzielen. Eine bekannte Art eines Flammenhaiters weist zwei konzentrische Flammen-

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ringe auf, die in Stromabwärtsrichtung in bezug aufeinander divergierend angeordnet sind. Der Brennstoff kann entweder gleichförmig stromaufwärts des Flammenhalters oder in örtlich konzentrierter vi eise eingeführt werden, so daß Brennstoff tropf chen auf die nach außen divergierenden Oberflächen des Flammenhalters auftreffen und die Nachbrennerflamme an den hinteren Rändern der Flammenringe anhaftet.

Um ein günstiges und gleichförmiges Zünden des Nachbrenners während aller Flugbetriebsarten zu erzielen, kann Zündbrennstoff eingeführt und mittels eines Punktquellenfunkenzünders gezündet werden. Die Zündflamme zündet ihrerseits die Hauptbrennstofftropfchen. In bekannter Weise wird der Zündbrennstoff dem Nachbrenner mittels einzelner und um den Flammenhalter herum angeordneter Düsen zugeführt. Die Zündbrennstoffdüsen sind im allgemeinen zwischen den Flammenringen so angeordnet, daß jede Zünddüse durch einen Einlaß zum Flammenhalter einen Gasstrom vom Turbinenauslaß empfängt.

Ein Nachbrennerflammenhalter dieser Art ist im US-Patent 3 765 178 beschrieben. Er enthält einen inneren Flammenring und einen äußeren Flammenring, der unter Radialabstand außerhalb des inneren Flammenrings und konzentrisch zu diesem angeordnet ist, um einen ,ringförmigen Strömungskanal zum Aufnehmen der Turbinenabgase zu bilden. Ein Einlaßraster bzw. -gitter, das eine Vielzahl unter Umfangsabstand angeordneter Rohre enthält, befindet sich zwischen den inneren und äußeren Flammenringen und dicht an den ringförmigen Einlaß hierzu angrenzend, um die Strömung zwischen den Flammenringen zuzumessen sowie eine Turbulenz im Abstrom hinter dem Gitter auszuscheiden und hierdurch in Umfangsrichtung verlaufende Temperaturgradienten im ankommenden Gas zu vermindern. Ferner sind an dem Auslaß zum ringförmigen Strömungskanal unter Umfangsabstand angeordnete flügelartige Verwirbelungsschaufeln vorgesehen, die sich radial zwischen den inneren und äußeren Flammenringen erstrecken, um ein schnelles Ausbreiten der Flamme um den gesamten Flammenhalter zu erzielen und eine Oberfläche zum Halten der Flamme zu bilden.

Flammenhalter der im US-Patent 3 765 178 beschriebenen Art bilden

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für die heißen Turbinengase einen Strömungspfad,der glatt und ohne abrupte Änderungen oder Unregelmäßigkeiten ist, um die Gefahr eines 'Flammenrückschlags' und einer 'Vorzündung¹ zu vermindern. Ein Flammenrückschlag kann allgemein als eine stromaufwärts gerichtete Ausbreitung der Nachbrennerflammenfront in das Innere des Flammenhalters in dem Bereich zwischen den Flammenringen beschrieben werden und dann auftreten, wenn die Geschwindigkeit der Strömung durch den Flammenhalter örtlich unter die zum Aufrechterhalten der Flammenanlage erforderliche Minimalgeschwindigkeit abfällt. Eine Vorzündung ist nicht so gut wie ein Flammenrückschlag erklärbar. Sie beruht auf einer plötzlichen spontanen Zündung des Stroms im Bereich zwischen den Flammenringen des Flammenhalters. Die Vorzündung unterscheidet sich insofern wesentlich vom Flammenrückschlag, als die stromaufwärts befindliche Vorzündungsflamme innerhalb des Flammenhalters unabhängig von der stromabwärts befindlichen und an den hinteren Rändern des Flammenrings verbleibenden Flamme auftritt. Die Vor- bzw. Frühzündung kann ein direktes Ergebnis von Temperaturgradienten in der Strömung durch den Flammenhalter sein. Die schädlichen Einflüsse des Flammenrückschlags und der Vorzündung sind im wesentlichen dieselben und führen zu einer örtlich vorzeitigen Verbrennung der Flainmenhalterkomponenten.

Während zwar das Auftreten von Flammenrückschlägen und Vorzündungen vermindert wird, haben Nachbrennerflammenhalter der im US-Patent 3 765 178 genannten Art verschiedene Nachteile. Ein solcher Nachteil besteht darin, daß die am Auslaß des ringförmigen Strömungskanals angeordneten Luftwirbelflüge1 bzw. -schaufeln schlechte Flammenhalteeigenschaften haben. Dementsprechend sind Flammenhalter der im genannten US-Patent offenbarten Art unter verschiedenen Betriebsbedingungen Flammenabrissen unterworfen. Ein weiterer Nachteil dieser Flammenhalter besteht darin, daß die äußeren Ränder der Verwirbelungsschaufeln bzw.' -flügel, die mit der Flamme in Berührung kommen, nicht die hohen Temperaturen aushalten können, denen sie ausgesetzt werden. Sie sind deshalb einer baulichen Zerstörung infolge einer Überhitzung unterworfen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaf-

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fung eines Nachbrennerflammenhalters_f bei dem der hindurchführende Strömungspfad glatt und gleichförmig ist, um hierdurch die Gefahr von Flammenrückschlägen und VorZündungen zu reduzieren. Der Flammenhalter soll eine relativ große innere Luftgeschwindigkeit haben, um Flammenrückschläge und Vorzündungen zu vermeiden. Außerdem soll er höchst stabile Flammenhalteeigenschaften haben. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Nachbrennerflammenhalter mit einer Einrichtung aus Verwirbelungsschaufein bzw. -flügeln zum Erzeugen einer Umfangsströmung sowie zum Bilden eines gleichförmigen Brennstoffluftgemisches und zum Herstellen einer Scherturbulenz hinter dem Flammenhalter, um die Brenneigenschaften des Nachbrenners zu verbessern. Die Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügel des Flammenhalters sollen nicht mit der Flamme in Berührung kommen, so daß sie bezüglich einer durch hohe Temperatur bedingten baulichen Zerstörung unempfindlich sind. Es soll eine ringförmige umlaufende V-Rinne stromabwärts von den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln vorgesehen werden, um eine feste Umwälzzone für ein stabiles Verbrennen eines Teils der zerstäubten Brennstoffluftmischung zu bilden. Ferner soll zur Verbesserung der Flammenspreiz- bzw. -verbreitungseigenschaften des Flammenhalters eine Einrichtung von sich radial erstreckenden V-Rinnen benutzt werden.

Ein Gasturbinentriebwerk derjenigen Art, bei der ein Kompressor, ein Brenner und eine Turbine strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind, ist mit einer Schubverstärkung durch einen Nachbrenner ausgebildet, der einen Flammenhalter mit einem inneren Ring und einem äußeren Ring enthält, welcher unter Radialabstand außerhalb des inneren Rings und konzentrisch zu diesem angeordnet ist. Es sind ferner Mittel zum Einleiten eines Brennstoffhauptstroms außerhalb der Ringe in Verbindung mit Mitteln zum Befestigen der Ringe an der Triebwerksverkleidung vorhanden. Erfindungsgemäß begrenzen der äußere Ring und der hiermit zusammenarbeitende innere Ring einen ringförmigen Durchgang bzw. Kanal mit einem ringförmigen Einlaß zum Empfangen eines Teils der heißen Gasströmung von der Triebwerksturbine und mit einem ringförmigen Auslaß. Eine Vielzahl von Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln ist innerhalb des ringförmigen Strö-.mungspfades an dessen Einlaß angrenzend angeordnet, um dem hin-

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durchströmenden Brennstoffgasgemisch eine Umfangsverwirbelung zu erteilen und hierdurch die Brennstoff/Luftgemisch- und Brenneigenschaften zu verbessern. Stromabwärts von dem Ringeinlaß und stromaufwärts von den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln sind Mittel zum Einleiten bzw. Einführen von Zündbrennstoff in einzelnen Strahlen vorhanden. Alternativ kann der Zündbrennstoff stromabwärts von den Verwirbelungsschaufein bzw. -flügeln eingeleitet werden, wie es im Fall extrem hoher Einlaßtemperaturen des Nachbrenners wünschenswert wäre. Die Gasbrennstoffmischung wird durch die Verwirbelungsflügel bzw. -schaufeln in Umfangsrichtung verwirbelt, um eine gleichförmige Brennstoff/Luftmischung zum Flammenhaltering zu leiten und für ein schnelles Ausbreiten der Flamme um den gesamten Flammenhalter zu sorgen. Der äußere Ring erstreckt sich vom inneren Ring stromabwärts, und das stromabwärts gelegene Ende des äußeren Rings divergiert konisch nach außen und endet in einer zum inneren Ring konzentrischen RingVerlängerung. Eine ringförmige V-Umfangsrinne ist zum Bilden einer Flammenhalteoberfläche am stromabwärts gelegenen Ende des inneren Rings angebracht. Eine Ringverlängerung ist an der inneren Wandung der V-Rinne befestigt und erstreckt sich stromabwärts von der Außenwandung der V-Rinne in Vertikalausrichtung mit der stromabwärts gelegenen Verlängerung des äußeren Rings des Flammenhalters, um eine sich um die Flammenhalteoberflächen erstreckende Schutzummantelung zu bilden und die Flammenstabilität weiter zu verbessern.

Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung können sich radial erstreckende V-Rinnen am stromabwärts gelegenen Ende des inneren Rings befestigt werden, um die radial nach innen gerichtete Flammenverteilung bzw. -spreizung zu verbessern.

Der Flammenhalter für den Nachbrenner eines Flugzeuggasturbinentriebwerks ist somit mit einem Paar konzentrischer Ringe ausgebildet, die zwischen sich den ringförmigen Strömungskanal bilden. Dieser hat einen kontinuierlichen bzw. stufenlosen ringförmigen Einlaß zum Aufnehmen der Gasströmung vom Turbinenausgang. Eine Vielzahl von einzelnen Zündbrennstoffdüsen spritzt Zündbrennstoff in den Durchgang, in dem die Brennstoff/Luftmischung durch die Vielzahl

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der Strömungsschaufeln bzw. -flügel in Umfangsrichtung verwirbelt wird, um das Mischen und Zerstäuben zu verbessern. Stromabwärts von den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln befindet sich ein Funkenzünder vom Zündkerzentyp. Die äußere ringförmige Wandung des Strömungskanals divergiert stromabwärts von der inneren Wandung desselben konisch nach außen, und am stromabwärts gelegenen Ende der inneren Wandung ist die ringförmige V-Rinne zum Bilden einer Flammenhalteoberflache befestigt. Der vorgemischte, zerstäubte Brennstoff zirkuliert zum Bilden der Brennstabilität in der V-Rinne. Um die Flamme weiter zu verteilen bzw. zu spreizen, kann eine Vielzahl von sich radial erstreckenden V-förmigen Flügeln bzw. Schaufeln am stromabwärts gelegenen Ende der inneren Ringwandung des ringförmigen Strömungskanals befestigt sein.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht ein Gasturbinentriebwerk mit einem Nachbrennerflammenhalter nach der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 - in einer vergrößerten Schnittdarstellung den oberen Teil

des Nachbrennerflammenhalters aus Figur 1, Figuren 3,
4 und 5 - Schnitte entlang den Linien 3-3, 4-4 und 5-5 aus Figur 2.

Ein Gasturbinentriebwerk vom Typ eines Turbostrahltriebwerks ist in Figur 1 dargestellt und weist ein Kerntriebwerk 11 auf, das aus einem Kompressor 12 besteht, welcher sich in Strömungsverbindung mit einem einen Heißgasstrom zum Antreiben einer Turbine 16 erzeugenden Brenner 14 befindet. Die Turbine 16 ist über eine Antriebswelle 2o mit einem Rotor 18 des Kompressors 12 verbunden und treibt diesen an. Eine äußere Verkleidung bzw. Ummantelung 22 und eine innere Einlage 23 sind zum Begrenzen eines Einlasses 3 konzentrisch mit dem Kerntriebwerk 11 angebracht. Eine flächen- bzw. bereichsvariable ■ Schub- bzw. Abgasdüse 26 ist am stromabwärts gelegenen Ende der äußeren Verkleidung 22 befestigt.

Im Betrieb verdichtet der Kompressor 12 einen ankommenden Luftstrom,

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um einen hochkomprimierten Luftstrom zum Unterstützen bzw. Unterhalten einer Verbrennung des Brennstoffs im Brenner 14 zu bilden. Der Brennstoff gelangt in den Brenner 14 über Brennstoffeinspritzmittel 28, denen von einer Quelle (nicht dargestellt) von unter Druck stehendem Brennstoff durch eine Leitung 3o ein unter Druck gesetzter Brennstoffstrom zugeführt wird. Der so erzeugte Heißgasstrom treibt die Turbine 16 und wird dann über einen ringförmigen Durchgang 34 und die Schubdüse 26 ausgestoßen, um einen Vorwärtsschub zu erzeugen. Ein zusätzlicher Schub wird durch einen allgemein mit der Hinweiszahl 32 bezeichneten Nachbrenner erzeugt. Diesem wird zusätzlicher Brennstoff über Brennstoffeinlaßmittel 36 zugeführt, die mit einer Quelle (nicht dargestellt) von unter Druck gesetztem Brennstoff verbunden sind. Mittel für einen Nachbrennerflammenansatz werden von einem Flammenhalter 38 gebildet, dessen Einzelheiten aus der nachfolgenden Erörterung ersichtlich sind. Der aus dem Nachbrenner 32 austretende Heißgasstrom wird zum Bilden eines weiteren antreibenden Schubes aus der Schubdüse 26 ausgestoßen. Während zwar die Erfindung unter Bezug auf ein Turbostrahltriebwerk beschrieben wird, ist es dem Fachmann ersichtlich, daß sie auch mit gleichem Erfolg auf andere Arten von Gasturbinentriebwerke, wie ein Turbogebläsetriebwerk, angewendet werden kann.

In den Figuren 2 bis 5, in denen sich gleiche Hinweiszahlen auf die zuvor beschriebenen Elemente beziehen, ist der Flammenhalter dargestellt, der einen inneren Ring 4o und einen äußeren Ring 42 aufweist. Diese Ringe 4o, 42 sind zum Begrenzen eines ringförmigen Einlasses 44 unter allgemein konzentrischer Ausrichtung angeordnet. Der äußere Ring 42 erstreckt sich vom inneren Ring 4o stromabwärts und konisch nach außen divergierend. Der hintere Rand des Rings divergiert vom konischen Ringteil nach innen, um unter einer-allgemein konzentrischen Ausrichtung mit dem Ring 4o eine Ringverlängerung zu bilden. Der Abstand zwischen den Ringen 4o sowie 42 wird durch eine Vielzahl von am Umfang unter Abstand angeordneten und sich radial erstreckenden Verwirbelungsflügein bzw. -schaufeln 48 aufrechterhalten, die an den Einlaß 44 angrenzend stromabwärts von diesem angeordnet sind. Die Querschnitte der Flügel bzw. Schaufeln 48 sind am besten aus Figur 5 ersichtlich. Stromaufwärts gelegene

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Enden Io5 sowie I06 der Ringe 4o sowie 42 sind radial nach innen gebogen, damit nur eine vorbestimmte Gasmenge durch den dazwischen befindlichen Ringkanal 43 strömen kann.

Der Flammenhalter 38 kann durch irgendwelche geeigneten Mittel an der Triebwerksaußenverkleidung 22 festgelegt sein. Gemäß Figur 2 erfolgt dieses mittels einer Vielzahl von am Umfang unter Abstand angeordneten Halte- bzw. Verankerungsgliedern 39. Die an einer Seite gelegenen Enden der Glieder sind über eine Vielzahl von am Umfang unter Abstand angeordneten Anlenkungen 43 am äußeren Mittenabschnitt 96 des Rings 42 angelenkt, während die anderen Enden der Glieder an der inneren Einlage 2 3 mittels einer Vielzahl von unter Abstand angeordneten Anlenkungen 41 schwenkbar festgelegt sind. Die Anlenkungen 41 sind an der Triebwerksverkleidung 22 mittels entsprechender Streben 45 befestigt, die sich in einer festen Verbindung zwischen der Einlage 2 3 und der Triebwerksaußenverkleidung 22 befinden. Das Merkmal der schwenkbaren Anbringung der Halteglieder 39 dient zum Aufnehmen bzw. Auffangen der thermischen Expansion des Flammenrings 42, die zu einer radial nach außen erfolgenden Vergrößerung des Flammenhalters 38 führen kann.

Brennstoffeinlaßmittel 6o des Nachbrenners weisen eine Vielzahl von Brennstoff-Haupteinlaßleitungen bzw. -kanälen ^52 und 64 auf. Die Leitung 62 versorgt eine den Ring 42 umgebende ringförmige Kammer 51 mit Brennstoff, während über die Leitung 64 Brennstoff zu einer von dem Ring 4o umgebenen inneren Strömungskammer 53 gelangt. Jede Brennstoff-Haupteinlaßleitung 62 und 64 enthält eine Vielzahl von radial verteilten Öffnungen 66 und 68, um in die Kammern 51 und 53 Brennstoff-Hauptstrahlströme einzuleiten. Eine Vielzahl von Pilotbzw. Zündbrennstoffleitungen 54 ist gleichmäßig um den ringförmigen Einlaß 44 des Flammenhalters 38 angeordnet. Jede Zündbrennstoffleitung 54 zerstreut bzw. verteilt Brennstoff zwischen die vorderen Ränder von angrenzenden Primärschaufeln 48. Die von den Schaufeln bzw. Flügeln 48 herrührende Umfangsverwirbelung dient zum Vergasen des Brennstoffs und stellt eine höchst gleichförmig zerstäubte B rennstoff/Luftmischung am stromabwärts gelegenen Ende des Flammenhalters 38 sicher, obwohl nur eine begrenzte Anzahl von Brennstoff-

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einspritzdüse!! 54 vorgesehen ist. Jede Zündbrennstoff leitung ist mittels eines entsprechendes Flansches 58 an der Triebwerksverkleidung 22 befestigt.

Eine ringförmige V-Rinne 7o ist mittels einer Vielzahl von unter Umfangsabstand angeordneten Haltegliedern 72 am inneren Ring 4o angebracht. Die stromaufwärts gelegenen Enden der Halteglieder 72 sind an einer Anlenkung 74 schwenkbar mit Flanschelementen 76 verstiftet, die an der Außenwandung des Rings 4o befestigt sind. Die stromabwärts gelegenen Enden der Halteglieder 72 sind an einer Anlenkung 78 schwenkbar mit Flanschelementen 8o verstiftet, die fest mit einer äußeren Ringwandung 82 des unteren Teils der ringförmigen V-Rinne 7o verbunden sind. Die letztere wird durch die Halteglieder 72 an den Ring 4o angrenzend, jedoch von diesem ge trenn t_; gehalten , um eine thermische Expansion zwischen den Ringen 4o und der V-Rinne 7o zuzulassen, da deren Betriebstemperatur beträchtlich größer als die Temperatur des Rings 4o ist. Ein axialer Spalt 13 zwischen dem Ring 4o und der ringförmigen V-Rinne 7o läßt es zu, daß sich ein kleiner Teil des Brennstoff/Luftgemisches längs der sich radial nach innen erstreckenden Wandung 82 der V-Rinne 7o ausbreitet, um den zum Zünden des Nachbrenners während extremer Niederdruckbedingungen in großen Höhen erforderlichen Zündbrennstoffstrom zu vermindern. Um den LeitungsVorgang der Brennstoff/Luftmischung längs der Innenwandung 82 der V-Rinne 7o zu verbessern, kann das stromabwärts gelegene Ende des Rings 4o radial nach innen abgebogen und so verlängert sein, daß es sich unter Abstand von der Innenwandung 82 der V-Rinne 7o parallel zu dieser bis zu einem Punkt in unmittelbarer vertikaler Ausrichtung mit der Mitte der Innenwandung 82 erstreckt. Die sich radial nach innen erstreckende Wandung 82 der ringförmigen V-Rinne 7o enthält eine stromabwärts gelegene Ringverlängerung 94, die konzentrisch und vertikal ausgerichtet mit der stromabwärts gelegenen Verlängerung 46 des Rings 42 angeordnet ist, um eine ringförmige Strömungspfadverlängerung 98 zu bilden. Die sich radial nach außen erstreckende Wandung 99 der V-Rinne 7o ist innerhalb der ringförmigen Strömungskanalverlängerung 98 ausgespart bzw. ausgebuchtet. Die Ringglieder 42 und 94 bilden hinter der V-Rinne 7o einen ringförmigen Strömungskanal 98, um die Stabilität

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- Io -

der darin befindlichen Flamme zu steigern. Entsprechend einem weiteren möglichen Merkmal der Erfindung kann eine Vielzahl von unter ümfangsabstand angeordneten und sich radial erstreckenden V-Hilfsrinnen 86 an der stromabwärts gelegenen Verlängerung 94 der Innenwandung 82 der V-Rinne 7o angebracht sein.

Ein Funkenzünder bzw. eine Zündkerze 52 erstreckt sich durch den Ring 42 und endet im Durchgang bzw. Kanal 43, um eine Punktzündquelle zum Zünden des Brennstoff/Luftgemisches im ringförmigen Strömungskanal 43 zwischen den Ringen 42 und 4o zu bilden. Der Funkenzünder 52 ist mittels geeigneter Arme oder Bügel 56 an der Triebwerksaußenverkleidung 22 festgelegt. Während sich die Zündkerze vorzugsweise außerhalb der V-Rinne 7o des Flammenhalters befindet, um den darauf einwirkenden thermischen Zerstörungseinfluß zu verringern, ist es auch möglich, die; Zündkerze innerhalb der V-Rinne 7o anzuordnen, indem sie durch das Wandungsglied 99 der V-Rinne 7o verlängert wird.

Es wird nunmehr der Betrieb des vorstehenden Aufbaues für solche Fälle beschrieben, bei denen ein zusätzlicher Schub erforderlich ist. Der Nachbrenner kann dann durch Einführen von Zündbrennstoff durch die Leitung 54 gezündet werden, wobei der Zündbrennstoff vom Funkenzünder 52 gezündet wird. Von der Turbine 16 des Gasturbinentriebwerks ankommende Heißgase treten über den Einlaß 44 in den Flammenhalter 38 ein. Wie es bereits erwähnt wurde, sind die vorderen Ränder Io5 und Io6 der Ringe 42 und 4o nach innen abgeschrägt bzw. verjüngt, um eine definierte Querschnittsfläche für den Einlaß 44 zu bilden. Diese Öffnung ist ausreichend, um einen vorbestimmten Anteil des gesamten Gasstroms von der Turbine 16 durch den ringförmigen Einlaß 44 zuzumessen bzw. zuzuführen, um das erwünschte stöchiometrische Verhältnis von Zündbrennstoff zu Luft zu erreichen. Wie es zuvor erörtert wurde, wird das ankommende Brennstoff/Luftgemisch durch die Verwirbelungsflügel bzw. -schaufeln 48 verwirbelt, um den Zündbrennstoff im ankommenden Gas intensiv bzw. innig zu mischen sowie zu zerstäuben und um den gesamten Flammenhalter ein gleichförmiges Brennstoff/Luftgemisch zu bilden, das durch die Anfangszündung der Zündkerze 52 gezündet wird. Der Hauptbrennstoff

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wird laufend oder aufeinanderfolgend in den Nachbrenner 32 eingeführt und durch die in der V-Hauptrinne 7o und den sich radial erstreckenden V-HiIfsrinnen 86 gehaltene Pilot- bzw. Zündflamme gezündet.

Wegen der höchst stabilen Flamitienhalteeigenschaften der V-Rinnen und 86 des Flammenhalters 38 kann in dem ringförmigen Strömungskanal 43 zwischen den Ringen 4o und 42 ohne Auftreten einer Vorzündung und eines Flammenrückschlags eine innere Gasströmung höherer Geschwindigkeit benutzt werden, als es bei herkömmlichen Nachbrenner flammenhal tern wie einem solchen nach dem US-Patent 3 765 178 zulässig ist.

Gemäß der Darstellung sind die Verwirbelungsflügel bzw. -schaufeln des Flammenhalters 38 am stromaufwärts gelegenen Ende innerhalb des ringförmigen und zwischen den Ringen 4o, 42 gebildeten Strömungskanals unter Abstand von der Flammenfront angeordnet, um einen übermäßigen und auf einer überhitzung beruhenden Zerstörungseinfluß zu vermeiden. Die Flammenhalterrinne 7o kann leicht vom übrigen Teil bzw. Rest des Flammenhalteraufbaus getrennt werden, um die Wartungsfähigkeit zu verbessern und ein Erneuern bzw; Austauschen zu vereinfachen.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können bezüglich der in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Gebilde zahlreiche Änderungen vorgenommen werden. So kann es erwünscht sein, die Brennstoffeinlaßleitung 54 stromabwärts von den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln 48 anzuordnen; alternativ kann es erwünscht sein, den Funkenzünder 52 innerhalb der V-Rinne 7o anzuordnen. Deshalb sind die beschriebenen bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung nicht bezüglich aller Äquivalente erschöpfend und nur als Beispiele anzusehen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. ,-Flammenhalter für den Nachbrenner eines Gasturbinentriebwerks, w' gekennzeichnet durch einen inneren Ring (4o) sowie einen äußeren Ring (42), der unter Radialabstand außerhalb und konzentrisch zum inneren Ring angeordnet ist und dazwischen einen ringförmigen Strömungskanal (43) zur Aufnahme von heißen Abgasen der Triebwerksturbine (16) bildet, durch Mittel (54) zum Einleiten von mit den heißen Gasen zu mischendem Zündbrennstoff in den Strömungskanal (43), durch innerhalb desselben angeordnete Mittel (48), um dem hindurchströmenden Brennstoffgasgemisch eine Umfangsverwirbelung zu erteilen, durch Mittel (52) zum Zünden des verwirbelten Brennstoffgasgemisches zum Erzeugen einer Zündflamme und durch am stromabwärts gelegenen Ende des inneren Rings (4o) befestigte ringförmige V-Rinnenmittel (7o) zum Bilden einer Oberfläche, an der die Zündflamme anhaften kann.

2. Flammenhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch sich radial erstreckende V-Rinnenmittel (86) in vertikaler Ausrichtung mit den ringförmigen V-Rinnenmitteln (7o) zum radialen Verteilen bzw. Spreizen der Zündflamme innerhalb des Nachbrenners.

3. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der äußere Ring (42) vom inneren Ring (4o) stromabwärts sowie konisch nach außen erweiternd erstreckt und in einer Ringverlängerung (46) in konzentrischer Ausrichtung mit dem inneren Ring endet, um die Außenwandung eines Auslasses (98) für den ringförmigen Strömungskanal (43) zu bilden, und daß die ringförmigen V-Rinnenmittel (7o) eine stromabwärts gelegene Ringverlängerung (94) enthalten, die konzentrisch und unter vertikaler Ausrichtung zur Ringverlängerung (46) des äußeren Rings (42) angeordnet ist, um die Innenwandung des Auslasses (98) für den ringförmigen Strömungskanal (43) und zusammen mit der äußeren Ringverlängerung eine sich um die Flammenhalteoberflachen der ringförmigen V-Rinnenmittel (7o) erstreckende Schutzummantelung zur Verbesserung der Flammenstabilität zu bilden.

4. Flammenhalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Halteglied-

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mittel (72), die sich zwischen dem inneren Ring (4o) und den ringförmigen γ-Rinnenmitteln (7o) erstrecken sowie mit diesen Teilen verbunden sind, um die ringförmigen V-Rinnenmittel unter Abstand vom hinteren Rand des inneren Rings (4o) sowie hierzu konzentrisch ausgerichtet zu halten, um eine relative Vergrößerung infolge einer thermischen Expansion zwischen dem inneren Ring und den ringförmigen V-RinnenmitteIn zuzulassen.

5. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmittel einen Funkenzünder bzw. eine Zündkerze (52) im ringförmigen Strömungskanal (43) stromabwärts von den Verwirbelungsmitteln (48) und den Einführungsstellen für den Zündbrennstoff aufweisen.

6. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündmittel einen Funkenzünder bzw. eine Zündkerze (52) in der V-Rinne der ringförmigen V-Rinnenmittel (7o) aufweisen.

7. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwirbelungsmittel eine Vielzahl von Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln (48) aufweisen, die um das Innere des Strömungskanals (43) unter Umfangsabstand angeordnet sind, und daß der Zündbrennstoff an Stellen zwischen den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln (48) in den Strömungskanal (43) eingeführt wird.

8. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündbrennstoff stromabwärts von den Verwirbelungsmitteln (48) in den Strömungskanal (43) eingeführt wird.

9. Flammenhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das stromaufwärts gelegene Ende (Io5) des äußeren Rings (42) radial nach innen verjüngt und sich das stromaufwärts gelegene Ende (Io6) des inneren Rings (4o) radial nach außen erweitert, um hierdurch einen begrenzten bzw. beschränkten Einlaß (44) zum Strömungskanal (43) zu schaffen, so daß nur ein vorbestimmter Teil des Turbinenabgases in den Strömungskanal (43) eintreten kann, um hierdurch die innere Geschwindigkeit und das stöchiometrische Verhältnis des Brennstoffgasgemisches zu steuern.

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lo. Flammenhalter für den Nachbrenner eines Gasturbinentriebwerks, gekennzeichnet durch einen inneren Ring (4o) mit einem radial nach außen divergierenden sowie stromaufwärts gelegenen Ende (Io6), durch einen konzentrisch zum inneren Ring (4o) und unter Radialabstand von diesem angeordneten äußeren Ring (42) mit einem radial nach innen konvergierenden sowie stromaufwärts gelegenen Ende (Io5) zum Bilden eines Ringkanals (43) zwischen den inneren und äußeren Ringen, wobei der Ringkanal einen begrenzten bzw. beschränkten Einlaß (44) zum Aufnehmen der von der Triebwerksturbine (16) ausgestoßenen heißen Gase und ein stromabwärts gelegenes Ende hat, das sich von der hinteren Kante des inneren Rings (4o) stromabwärts sowie konisch nach aussen verlaufend erstreckt und in einer RingVerlängerung (46) unter konzentrischer Ausrichtung mit dem inneren Ring endet, durch eine Vielzahl von um das Innere des Ringkanals (43) zwischen den inneren und äußeren Ringen (4o, 42) unter Umfangsabstand angeordneten Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln (48), um den auftreffenden Gasen eine Umfangsverwirbelung zu erteilen, durch eine Vielzahl von Zündbrennstoffdüsen (54), die sich in Strömungsverbindung mit dem Ringkanal (43) an entsprechenden Stellen zwischen verschiedenen Paaren der Verwirbelungsschauflen bzw. -flügel (48) befinden, um dem Ringkanal Brennstoff zuzuleiten, durch eine ringförmige V-Rinne (7o) mit sich allgemein radial nach außen und radial nach innen erstreckenden Wandungen (99, 82), die durch eine Vielzahl von Haltegliedern (72) unter konzentrischer Ausrichtung mit dem stromabwärts gelegenen Ende des inneren Rings (4o) gehalten werden, wobei die sich radial nach innen erstreckende Wandung (82) eine Ringverlängerung (94) aufweist, die konzentrisch zur Ringverlängerung (46) des äußeren Rings (42) sowie zu dieser vertikal ausgerichtet angeordnet ist und zusammen mit der äußeren Ring^-verlängerung den Auslaß (98) des Strömungskanals (43) sowie eine sich um die Flammenhalteoberflachen der ringförmigen Rinne (7o) erstreckende Schutzummantelung bildet, und durch einen Funkenzünder bzw. eine Zündkerze (52) stromabwärts von den Verwirbelungsschaufeln bzw. -flügeln (48) innerhalb des Ringkanals (43) zum Zünden des darin befindlichen Brennstoffgasgemisches.

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11. Flammenhalter nach Anspruch lo, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von unter Umfangsabstand angeordneten und sich radial erstreckenden V-Rinnen (86), die an der Ringverlängerung (94) des sich radial nach innen erstreckenden Schenkels (82) der ringförmigen V-Rinne (7o) befestigt sind.

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