DE2636520A1

DE2636520A1 - Brennkammer, insbesondere fuer gasturbinen

Info

Publication number: DE2636520A1
Application number: DE19762636520
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Dipl Ing Meyer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1978-02-16

Description

Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen, mit einem zylindrischen Außenrohr und einer, insbesondere kugelartigen Hauptverbrennungszone, in die Kraftstoff und Luft im wesentlichen durch eine zentrale Mittelöffnung oder Luft auch noch zusätzlich durch periphere seitliche Öffnungen in einem die Hauptverbrennungszone umgebenden Brennkammerwandteil eingebracht wird, wobei Kraftstoff und Luft einen Ringwirbel in der Hauptverbrennungszone bilden, und mit einem daran anschließenden Sekundrwandteil, in dem Sekundärlufteintrittsöffnungen vorgesehen sind.
Bei bekannten Gasturbinenbrennkammern ist anschließend an die Verbrennungszone, die gegebenenfalls aus einer Primärzone und einer Zwischenzone bestehen kann, eine Verdiinnungazone angeordnet, in der die Verbrennungsgase mit Frischluft soweit verdünnt werden, daß die Mischtemperatur auf die erforderliche Turbineneintrittstemperatur abgesenkt ist. Üblicherweise tritt dabei die Frischluft durch Öffnungen, Bohrungen, Schlitze od. dgl. ein, die in der Flammrohr wand vorgesehen sind. Dies bedeutet, daß erst nach einer geraumen Strecke der Vermischung stromabwärts eine gleichmäßige niedrige Temperatur erreicht wird, die auf die erwünschte Höhe im Hinblick auf die Belastbarkeit der Turbinenschaufeln abgesenkt worden ist. Um die erwünschte Temperaturabsenkung zu erreichen, ist eine relativ lange Brennkammer notwendig, insbesondere dann, wenn hohe Anforderungen an die Temperaturkonstanz huber einen längeren Zeitraum hinweg gestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Forderungen im Hinblick auf einen gleiclinjäßigen Temperaturverlauf auch mit einem Flammrohr zu erreichen, das wesentlich kürzer als das bisher übliche ist, eo daß die Brennkammer in ihrer Gesamtheit kürzer gebaut werden und somit auch leichter im Motorraum eines Kraftfahrzeugs untergebracht werden kann.
Dieae Aufgabe wird durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Sekundärwandteil abgesehen von seiner an den Brennkammerwandteilen anschließenden Eintrittsöffnungen und seiner Austrittsöffnung vorzugsweise kugelförmig, das bedeutet zunächst mit einer Erweiterung und dann mit eimer Verengung, ausgebildet ist und die Sekundärlüfteintrittsöffnungen Umkehrflächen aufweisen, die bewirken, daß die Sekundärluftentgegen der Hauptströmungsricbtung einströmt und dadurch einen Ringwirbel in dem Sekundurwandteil entsteht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Sekundärlufteintrittsöffnungen am Ende des Sekundärwandteils angeordnet sein.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispielen in der folgenden Zeichnung näher erläutert, der auch weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung entnommen werden können. Es zeigen: Fig. 1 eine konventionelle verhältnismäßig lange Brennkammer mit integrierter Mischstrecke, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Brennkammer mit im wesentlichen zylindrischer Hauptverbrennungszone, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Brennkammer mit kugelförmig ausgebildeter Hauptverbrennungszone.
Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Brennkammer konventioneller Bauart sitzt in einem Außenrohr 1 konzentrisch ein zylindrisches Flammrohr 2. Diesem wird durch einen Stutzen 3 an der Stirnseite des zylindrischen Flammrohres 2 Kraftstoff zugeführt, wobei durch eitliche Schlitze 4 eine geringe Luftmenge mit angesaugt wird.
Weitere Verbrennungsluft tritt durch die kleinen Stutzen 5 ein, während durch die Schlitze 6 Luft zur Abkühlung zugeführt wird. Das bekannte Flammrohr der Brennkammer weist also eine integrierte Mischetrecke 7 und eine daran anschließende Verdünnungsstrecke 8 auf, in der Luft zur Abkühlung zugeführt wird. Diese Verdünnungstrecke ist sehr lang, so daß das Flammrohr in seiner Gesamtheit und damit auch die Brennkammer sehr lang baut.
Im Gegensatz dazu kann die erfindungsgeniäße Brennkammer gemäß Fig. 2 bei zumindest gleichem Abkühlungseffekt viel kürzer gebaut werden. Hier ist ebenfalls wieder in einem Außenrohr 11 konzentrisch zu diesem ein Flammrohr 12 eingebaut, dem durch die Eintrittsöffnung 13 Kraftstoff zugeführt wird. Geringe Luftmengen treten auch hier durch Schlitze 14 ein. Weitere Verbrennungsluft wird durch die kleinen Stutzen 15 zugeführt, so daß in der Hauptverbrennungezone 16 ein Verbrennungewirbel entsteht. Im Anschluß an die primäre und Irauptverbrennungszone 16 erstreckt sich eine Zwischenzone 17, an die sich diese teilweise üborlappend die Verdünnungszone 18 anschließt. Durch Öffnungen 19 nach dem Ende der Zwischenzone 17 wird zusätzliche Luft in das Flammrohr eingeblasen und durch Umkehrleitflächen 20 so umgeleitet, daß auch in dem Sekundärabechnitt 21 Ringwirbel entstehen. Hierdurch tritt eine energische Vermischung von verbranntem Abgas mit Kühlluft ein, so daß durch die Austrittsöffnung 22 genügend abgekühltes Gas austreten kann.
In ähnlicher Weise arbeitet die in Fig. 3 dargestellte Brennkammer. Auch hier sitzt in einem Außenrohr 24 ein Flammrohr 25, das zwei kugelförmige Wandteile, einen Primärwandteil 26 und einen Sekundärwandteil 27 aufweist.
Bei dieser Ausführung wird Kraftstoff durch eine Einspritzdüse 28 eingespritzt. Durch den Abstand, den die Einspritzdüse 28 ton der Eintrittsöffnung 29 hat, wird aus der Umgebung der Einspritzdüse 28 ausreichend Luft mit angesaugt und mit dem Kraftstoff vermischt, so daß das Kraftstoffgemisch zur Verbrennung beim Eintritt in den Primärwandteil schon genügend zur Verbrennung aufbereitet ist.
Die Hauptverbrennungszone befindet sich im Primärwandteil 26, in dem unter energischer Wirbelbildung die Verbrennung stattfindet. Die Primärzone 29reicht noch bis in den Sekundärwandteil 27 hinein. Nach einer Einschnürung 30, an deren Stelle die beiden kugelförmig ausgebildeten Wandteile zusammenhängen1 bildet sich in dem Sekundärwandteil 26 in einer Verdünnungezone 34 wiederum eine Verwirbelung, die dadurch entsteht, daß Verdünnungsluft durch den Verdünnungsluftkanal.31 eingeführt wird, in dem ebenfalls wieder U:ukehrleitflächen 32 eingebaut sind, die bewirken, daß die Sekundärluft entgegen der Hauptströmungsrichtung in das Flammrohr 25 einströmt.
Durch diese Ausbildung kann das Flammrohr und die gesamte Brennkammer wesentlich kürzer ausgebildet werden und trotzdem strömt durch die Austrittsöffnung 33 ausreichend gekühlte Frischluft aus, die dann unbeschadet der Turbine zugeführt werdon kann.

Claims

Ansprüche $)rennkammer, insbesondere für Gasturbinen, mit einem zylindrischen Außenrohr und einer, insbesondere kugelförmigen Hauptverbrennungszone, in die Kraftstoff und Luft im wesentlichen durch eine zentrale Mittelöffnung oder Luft auch noch zusätzlich durch periphere seitliche Öffnungen in einet die Hauptverbrennungszone umgebenden Brennkammerwandtcil eingebracht wird, wobei Kraftstoff und Luft einen Riilgwirbei in der Hauptverbremiungszone bilden, und mit einem daran anschließenden Sekundärwandteil, in dem Sekundärlufteintrittsöffnungen vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß der Sekundärwandteil (21, 27) abgesehen von seiner an den BrenlSkamrnerwandteil (16, 26) anschließenden Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung (33) vorzugsweise kugelförmig, das bedeutet näcllst mit einer Erweiterung und dann mit einer Verengung, ausgebildet ist und die Sekundärlufteiiitrittsöffnungen (19, 31) Umkehrleitflächen (20, 32) aufweisen, die bewirken, daß die Sekundärluft entgegen der Hauptströmungsrichtung einströmt und dadurch einen Ringwirbel in dem Sekundärwandteil (21, 27) beschleunigt.
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 Sekundärlufteintrittsöffnungen (19, 31) am Ende des Sekundärwandteils (21, 27) angeordnet sind.