DE2721065A1 - Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke mit besonderer ausbildung des brennkammereinlaufs - Google Patents

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH

München, den 27. April 1977

Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit besonderer Ausbildung des Brennkammereinlaufs

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke, mit einem Brennkammeraußengehäuse und mindestens einem radial beabstandet darin eingesetzter Flammrohr, wobei der Brennkammereinlauf von einem sich in Richtung der axialen Verdichterluftströmung kegelförmig erweiternden Eintrittsdiffusor gebildet ist, der über ebenfalls in Richtung der axialen Hauptströmung sich kegelförmig erweiternde innere und äußere Wandteil« mit dem Brennkammeraußengehäuse verbunden ist.

Eine derartige Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke ist aus der DT-OS 19 41 873 bekannt.

Bei dieser bekannten Brennkammer ist der Diffusor eintrittsseitig an den stromaufwärtigen Enden der beiden kegeligen Teile des Brennkammeraußengehäuses befestigt und ragt

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verhältnismäßig weit in den ringförmigen Zwischenraum herein, der im wesentlichen zwischen diesen kegeligen Partien des Brennkammeraußengehäuses und dem Flammrohrkopf gebildet ist.

Infolge der aus dieser Bauweise resultierenden "Totwassergebiete" der Verdichterluftströmung zwischen den Außenwandabschnitten des Eintrittsdiffusors und den angrenzenden schrägen Teilen des Brennkammeraußengehäuses erwachsen nicht unerhebliche Strömungsverluste. Fernerhin kann anhand der beschriebenen Bauweise mit ungeordneten Strömungsverhältnissen in der Brennkammer gerechnet werden, wodurch eine angestrebte homogene Verbrennung gegebenenfalls beeinträchtigt wird.

Andere bereits vorgeschlagene Brennkammereinläufe mit einem Vorsatzdiffusor haben keine schrägen Wände, d.h., der Durchmesser vergrößert sich in der Antrittsebene des Vorsatzdiffusors sprungartig von den Werten innen und außen am Vorsatzdiffusor auf die Werte des Brennkammeraußengehäuses.

Soll der Totaldruckverlust bei solchen bereits vorgeschlagenen Brennkammereinläufen klein bleiben, so müssen ihre Vorsatzdiffusoren eine große Länge erhalten. Dies ist ein Nachteil,

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der insbesondere bei Turbinenstrahltriebwerken für Flugzeuge das wichtige Verhältnis zwischen der erzeugten Leistung bzw. dem erzeugten Schub und dem Triebwerksgewicht ungünstig beeinflußt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu bekannten und bereits vorgeschlagenen Lösungen vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und eine Brennkammer zu schaffen, bei der . unter Beibehaltung eines geringen Totaldruckverlustes die axiale Länge des Brennkammereinlaufes weiter verringert werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wandteile zwei kegelige Leitflächen sind, die sich stromabwärts der Austrittsebene des Eintrittsdiffusors an diesen anschließen und sich bis zum Brennkammeraußengehäuse erstrecken.

In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes soll sowohl die innere als auch die äußere Leitfläche gegenüber der horizontalen Mittelebene bzw. der Kammerlängsachse unter einem Winkel von 25 bis 50° geneigt angeordnet sein und in der . Austrittsebene des Eintrittsdiffusors einen Querschnittssprung von 0 bis 20 % des Diffusoraustrittsquerschnitts erzeugen.

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Erfindungsgemäß kann weiter sowohl der Querschnittssprung als auch die Wandneigung innen mit anderen Werten ausgeführt werden als außen. Weiter können die Ecken zwischen den stromabwärtigen Enden der Leitwände und den angrenzenden horizontal verlaufenden Partien des Brennkammeraußengehäuses abgerundet sein.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man einen Brennkammereinlauf, der bei verhältnismäßig geringer axialer Längenerstreckung erheblich kleinere Totaldruckverluste erzeugt oder bei gleichen Totaldruckverlusten eine kürzere Baulänge besitzt als bekannte Ausführungen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar anhand eines Axialschnitts einer Ringbrennkammer für ein Gasturbinenstrahltriebwerk in axialer Bauweise.

Stromabwärts des Verdichter-Austrittsleitkranzes 1 befindet sich ein ringförmiger axialer Eintrittsdiffusor 2. An diesen Eintrittsdiffusor 2 schließen sich eine äußere Leitwand 3 und eine innere Leitwand 4 an. Der Eintrittsdiffusor 2 und die Leitwände 3, 4 bilden mit dem Flammrohrkopf 5 sowie mit dem vorderen Teil des Brennkammeraußengehäuses 6 den Brennkammereinlauf. Die übergange zwischen den Leitwänden 3, 4 und dem

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Brennkammeraußengehäuse 6 können abgerundet ausgeführt sein.

Der Neigungswinkel der Leitwände 3, 4 gegenüber der horizontalen Ringmittelebene 7 der Brennkammer kann einen Winkelbetrag zwischen 25 und 50° einschließen. Die Leitwände 3, 4 sollen weiter so angeordnet sein, daß der Querschnitt in der Austrittsebene des Vorsatzdiffusors sich sprunghaft um 0 % bis 20 % des Diffusor-Austrittsquerschnitts von A₁ auf A_? vergrößert.

Beim Betrieb reißt die Strömung zwar in der Austrittsebene des Eintrittsdiffusors ab, die Abmessungen des Ablösungsgebietes sind jedoch anhand der vorstehend beschriebenen Anordnung bzw. Zuordnung der Leitwände äußerst gering. Bei richtiger Zuordnung der Leitwand-Neigungen zum Abstand des Flammrohrkopfes 5 vom Eintrittsdiffusor 2 kommt die abgelöste Strömung an den Leitwänden 3, 4 wieder zum Anliegen.

Für die Erfindung ist es wesentlich, daß auch beim Abweichen des Betriebs- und Auslegungszustandes Strömungsablösunaen nur an den Leitwänden, nicht aber am Flammrohrkopf zu erwarten sind. Hierdurch werden eine Absenkung des den Durchsatz durch die Belochung der Brennkammer bestimmenden Druckgefälles sowie für den Verbrennungsvorgang schädliche Fluktuationen der Strömung durch die Belochung (s.h. Bohrungen 8, 9 im Flammrohr 10) vermieden. Mit 11 ist in der Zeichnung die Triebwerkslängsachse bezeichnet.

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Die Erfindung ist durchaus auch bei anderweitigen Brennkammertypen anwendbar; so z.B. bei reinen Rohrbrennkammern oder bei kombinierten Ring-Rohr-Brennkammern. Im Falle der reinen Rohrbrennkammer wären dann die Baueinheiten wie Eintrittsdiffusor, innere und äußere Leitwände, das Brennkammeraußengehäuse sowie das Flammrohr rotationssymmetrisch zur Brennkammerlängsachse (7¹) anzuordnen.

Im Falle einer kombinierten Ring-Rohr-Brennkammer wäre unter Beibehaltung des in der Zeichnung dargestellten Prinzips mit jeweils koaxial zur Triebwerkslängsachse 11 angeordneten Baueinheiten 2, 3, 4, 5 und 6 lediglich davon auszugehen, daß innerhalb des ringförmigen Brennkammeraußengehäuses 6 mehrere gleichförmig untereinander beabstandete Einzelflammrohre angeordnet sein können.

In der Zeichnung nicht weiter dargestellt, können weiter unterschiedliche Neigungswinkel der inneren und äußeren Leitflächen und/oder unterschiedliche Querschnittssprünge am inneren Diffusorende mit der angrenzenden inneren Leitfläche einerseits und am äußeren Diffusorende mit der angrenzenden äußeren Leitfläche andererseits vorgesehen seih.

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Die erfindungsgamäßen Leitflächen können weiter Bestandteile des Brennkammeraußengehäuses sein.

Die Erfindung wäre darüber hinaus z.B. bei einer Brennkammer für Gasturbinenstrahltriebwerke anwendbar, welche prinzipiell einer bekannten Lösung nach der eingangs genannten DT-OS
19 41 873 entspricht; d.h., die inneren und äußeren Leitflächen könnten im erfindungsgemäßen Sinne zusätzlich in die vorhandene Brennkammergehäusestruktur integriert werden bzw. zusätzlich zu den vorhandenen schrägen Wandteilen des Brennkammeraaßengehäuses eingebaut werden.

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Leersei¹

Claims (1)

1. ? 7 ? 1 Π fi

   MOTOREN- UND TURBINEN-UNION ^L ' ^{L IUD}

   MÜNCHEN GMBH

   München, den 27. April 1977

   Patentansprüche

   Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, insbesondere Gasturbinenstrahltriebwerke, mit einem Brennkammeraußengehäuse und mindestens einem radial beabstandet darin eingesetzten Flammrohr, wobei der Brennkammereinlauf von einem sich in Richtung der axialen Verdichterluftströmung kegelförmig erweiternden Eintrittsdiffusor gebildet ist, der über ebenfalls in Richtung der axialen Hauptströmung sich kegelförmig erweiternde innere und äußere Wandteile mit dem Brennkammeraußengehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile zwei kegelige Leitflächen (3, 4) sind, die sich stromabwärts der Austrittsebene des Eintrittsdiffusors (2) an diesen anschließen und sich bis zum Brennkammeraußengehäuse (6) erstrecken.

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   ORIGINAL INSPECTEC

   2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die innere (4) als auch die äußere Leitfläche

   (3) gegenüber der horizontalen Mittelebene (7) bzw. der Kammerlängsachse (7¹) unter einem Winkel (.£) von 25 bis 50° geneigt angeordnet sind und in der Austrittsebene des Eintrittsdiffusors (2) einen Querschnittssprung von 0 bis 20 % des Diffusoraustrittsquerschnitts erzeugen.

   3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch unterschiedliche Neigungswinkel der inneren und äußeren Leitflächen und/oder unterschiedliche Querschnittssprünge am inneren Diffusorende mit der angrenzenden inneren Leitfläche einerseits und am äußeren Diffusorende mit der angrenzenden äußeren Leitfläche andererseits.

   4. Brennkamer nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen Bestandteile des Brennkammeraußengehäuses sind.

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