DE2723546A1 - Brennkammer, insbesondere ringumkehrbrennkammer fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents

Brennkammer, insbesondere ringumkehrbrennkammer fuer gasturbinentriebwerke

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DE2723546A1 DE19772723546 DE2723546A DE2723546A1 DE 2723546 A1 DE2723546 A1 DE 2723546A1 DE 19772723546 DE19772723546 DE 19772723546 DE 2723546 A DE2723546 A DE 2723546A DE 2723546 A1 DE2723546 A1 DE 2723546A1
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    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
München, den 18. Mai 1977
Brennkammer, insbesondere Ringumkehrbrennkammer für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer, insbesondere Ringumkehrbrennkammer, für mit mindestens einem Wärmetauscher ausgerüstete Gasturbinentriebwerke, bei welcher der zwischen dem Brennkammeraußengehäuse und dem Flammrohr gebildete Ringkanal mittels vorgewärmter Luft aus dem Wärmetauscher beaufschlagbar ist, die dem Flammrohr u.a. als Verbrennungsund Kühlluft zuführbar ist.
Bei Gasturbinentriebwerken mit Wärmetauschern bereitet die Kühlung der Brennkammer häufig sehr große Schwierigkeiten. Dies trifft insbesondere für Maschinen mit hochwertigem Kreisprozeß zu, d.h. für Maschinen, die eine hohe spezifische Leistung und einen niedrigen spezifischen Brennstoffverbrauch aufweisen. Derartige Maschinen sind durch relativ hohe Brennkammereintrittstemperaturen und hohe Turbineneintrittstemperaturen gekennzeichnet.
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Damit gewinnt das Problem der Kühlung der Brennkammer hohe Bedeutung, zumal aufgrund der thermodynamischen Gegebenheiten soweit wie möglich mit erwärmter Luft aus dem Wärmetauscher gekühlt werden muß. Eine Kühlung ausschließlich mit Luft unmittelbar vom Verdichterende würde sich ungünstig auf den spezifischen Brennstoffverbrauch auswirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer für ein mit verhältnismäßig hoher Prozeßtemperatur ausgelegtes Gasturbinentriebwerk mit Wärmetauscher zu schaffen, die insbesondere im Bereich der Verbrennungszone intensiv gekühlt werden kann, wobei eine verhältnismäßig hohe Lebens dauer der Brennkammer angestrebt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens bei einer Brennkammer nach der eingangs genannten Gattung vorgesehen, die Brennkammer im Bereich der Primärzone mit Luft unmittelbar vom Verdichter ende, die übrigen Wände der Brennkammer mit erwärmter Luft aus dem Wärmetauscher zu kühlen. Erfindungsgemäß soll hierzu weiter die Brennkammer im Bereich der Primärzone doppelwandig ausgebildet sein. In den durch die beiden Wände gebildeten Ringraum wird über radialgerichtete Rohrleitungen Luft vom Ende des Verdichters eingespeist. Sie verläßt diesen Ringraum über eine Anzahl Bohrungen und/oder Schlitze und baut im Brennraum Kühlfilme längs der Brennkammerwand auf. Zusätzlich erfolgt
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im doppelwandigen, Bereich e ine: kpnve&jtfi ve ^Kühlung, ;dex , -* j- r., g betreffenden Brennkammerzone. Die beiden Wände sind nur α im Bereich der Einspritzdüsen miteinander verschweißt, ^ im Bereich des Brennkammeraußendurcjimessers s^.nd die, beiden t Wände gegenei,iiander verschdebbar-, um, Spai^nungeiv durch Wärpen.1 dif ferenzdehnungen zu .vermeiden. Pie Kül>},Ung: satntlichearT stnderer Brennkammerzonen erfolgt mit erwärmter Luft aus dem Wärmetauscher. _ _ ..,, ,_ . ., . c . .... : ι , . _ r, ^. .... ··. -...;, -:.j'_
Die vorgeschlagene Anordnung weist u.a. folgende yorteil,e -auf:
r Einfache Gestaltung der Bauteile f i; ■
- Geringer Kühlluftbedarf für die heißeste Brenn- ,, , kammerzone
- Unabhängigkeit von der Art der Brennstoffeinspritzung -..- ,'κ
- Bei Bedarf ist heiße Luft im. Bereich der Einspritz-· .' düse verfügbar,-. z.B. : bei Verdampfer- u®d "Air--·Spray"ri Systemen vorteilhaft, wobei, unter einem "Airspray-*a.. -^ System" z.B. eine.mit Luftunterstützung arbeitende BrennstoffZerstäuberdüse aufzufassen wäre. :.*i >·
Anhand der Zeichnung ist die Erfindung: beispielsweise weiter: erläutert, und zwar anhand eines Axialschnittes einer ümkelvrrr rin.gb.re.nitkammer unter Zuordnung wesentlicher Teilkomponenteite eines Gasturbinentriebwerkes. . - ;ι ι■ ■ > Ί iz'·'.;11:'Λ
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Ö?76
Das in der Zeiphnungt. dargestellte,
besteht im wesentlichen a.us,einem,
der^ von^einer. A^ia.ltjurbine^ ^.ange^r^eb^n w..jirjdr de.r^n -r
Dem Radialverdichterrad 7 ist weiter ein radialdurchströn\ter Diffusor. 8..naehgescJha^
luft in eirpn in dajs.Ma
führungskanal 9 gel.arvgtif der, in einen, ^n. der, Z;e_ic.h^y^or,.tfJ9 nicht weiter dargeste3J.ten ,Wärmetauscher, miijxdet^ . übei< (dan. , die Verdichterluft vor .derejv Ein^ri|;t, χη; jdae· Bre.n^kamjp^f r,,,v vorgewärmt.; .vfird. ^ .-z-j .-.■; rt'v.· - :;: ■.;..,;.■: ?/■.·->.';■> ο Trioa-fr^: i >·
Die Vorwärmung der, de-r, B
luft erfolgt ,mittels eines TeJljLs. der.Änij.Turbinena^-g^s.^eptijal tenen Wärme, j-ndem das Abgas- den? ;W|ärjn.e.t^uscherj 4^ bevor es über einer Ausj>nf f,leit^ng, ji-as^ilreie- .^^l^ix diesem Wärmetauscher kann,, es ,-sich- £,.;B^ um, .e.inei\ fr.QtiÄr'fcjar angeordne^ten , Regene^ativwärrcejtausGi^r,i,hja>n4^1nf«r/fei3^P Ii»1Q) Wärmetauschermatrix abwechselnd von vhei;ß,en Abg,a,se^n*°¥rieaeb Verdichterluft durchströmt ;wird. ; - ? -; w :, , -"s;·] -««6 ng
Im Betrieb ist somit der zwischen dem teilweise aus Maschino.ngehäusebautieilen gebildeten
dem Flammrohr gebildete Ri
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INSPECTED
Luft (Pfeil V) aus dem Wärmetauscher beaufschlagbar. Aus dem Ringkanal 12 ist diese vorgewärmte Verdichterluft in später noch näher erläuterter Weise dem Flammrohrinneren im wesentlichen als Verbrennungs-Misch- und Kühlluft zuführbar.
dieser Anordnung ist es wesentlich, daß die Brennkammer im Bereich der Primärzone mit unmittelbar am Verdichterende entnommener Luft kühlbar sein soll. Hierzu ist der Flammrohrkopf 13 im wesentlichen doppelwandig ausgebildet und der von den beiden Wandabschnitten 14, 15 des Flammrohrkopfes
eingeschlossene Ringraum 16 soll mittels den Ringkanal 12 durchragender Luftführungskörper 17 über eine oder mehrere Rohrleitungen 18 an die Entnahmeluftzufuhr angeschlossen sein. Der Ringraum 16 steht an seinem stromabwärtigen Ende über Bohrungen 19 bzw. Ringschlitze 20 mit dem Flammrohrinneren zwecks KühlfUmbildung (Pfeile F bzw. G) entlang der Flammrohrinnenwand in Verbindung. Mit dem Kühlfilm (Pfeil F) kann gleichzeitig dafür Sorge getragen werden, daß im Interesse einer verminderten Rußbildung etwaige an der Flammrohrrückwand sich ablagernden Brennstoffreste weggeblasen werden.
Nach der Zeichnung kann weiter der vordere Wandabschnitt des Flammrohrkopfes 13 gleichzeitig in einen Verdampferrohrkörper 21 auslaufend ausgebildet sein. Der gegebenenfalls
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aus einer oberen und einer unteren Ringschalenhälfte zusammengesetzte Wandabschnitt 15 des Flammrohrkopfes 13, bzw. die Flammrohr rückwand, kann mit dem Verdampferrohrkorper verschweißt sein. Eine von mehreren in den Verdampferrohrkörper 21 ragenden Brennstoffeinspritzdüsen trägt das Bezugszeichen 22. Die den Ringkanal 12 durchragenden Luftführungskörper 17 sind gleichzeitig als Zentrierbolzen der Brennkammer ausgebildet und an den Maschinengehäusepartien 10 und am vorderen Wandabschnitt 14 des Flammrohrkopfes 13 angeordnet.
Aus der Zeichnung kann weiter entnommen werden, daß der vordere Wandabschnitt 14 des Flammrohrkopfes 13 in Form eines sich in Karamerlängsrichtung erstreckenden inneren Flammrohrwandteils 23 und der hintere Wandabschnitt 15 in Form eines äußeren sich in Kammerlängsrichtung erstreckenden Flammrohrwandteils 24 verlängert sind.
Im Interesse einer Kompensation thermisch verursachter Materxalausdehnungen bzw. -Zusammenziehungen ist es hierbei weiter vorteilhaft, daß die Bauteile 14 bzw. 23, 15 bzw. 24 und 21 nur im Bereich der Einspritzdüsen miteinander verschweißt, jedoch im Bereich des größten Durchmessers gegeneinander axial verschiebbar gestaltet sind.
Bei der vorliegenden Brennkammer kann somit bei intensiver und gezielter Kühlung der der Verbrennungszone zugeordneten
-Partien der Brennkammer mittels am Verdichterende entnommener, verhältnismäßig kalter Luft gleichzeitig von der im wesentlichen vollständigen Ausnutzung der über den Wärmetauschprozeß rückgewonnenen Wärmeenergie für den Verbrennungsprozeß Gebrauch gemacht werden.
Mit einem übrigen Teil der im Ringkanal 12 der Brennkammer enthaltenen, vorgewärmten Verdichterluft können diejenigen Partien 24 bzw. 11 des Flammrohrs ausreichend und intensiv gekühlt werden, die nicht unmittelbar der vom Verbrennungsprozeß verursachten verhältnismäßig hohen Temperaturbe-1astung ausgesetzt sind - (Film- bzw. Wandkühlung gemäß Pfeilrichtung K - L).
Die Erfindung ist auch bei anderweitigen Brennkammertypen einsetzbar, so z.B. bei reinen Rohrbrennkammern oder bei sogenannten "kombinierten.Ring-Rohr-Brennkammern". .
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-Ab-
Lee rseι te

Claims (1)

  1. MOTOREN- UND TURBIMEN-UNIOM
    MÜNCHEN GMBH 2 7 2 3 5 A
    München, den 18. Mai 1977
    Patentansprüche
    Brennkammer, insbesondere Ringumkehrbrennkammer, für mit mindestens einem Wärmetauscher ausgerüstete Gasturbinentriebwerke, bei welcher der zwischen dem Brennkammeraußengehäuse und dem Flammrohr gebildete Ringkanal mittels vorgewärmter Luft aus dem Wärmetauscher beaufschlagbar ist, die dem Flammrohr u.a. als Verbrennungs- und Kühlluft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer im. Bereich der Primärzone mit unmittelbar am Verdichterende entnommener Luft kühlbar ist, wozu der Flammrohrkopf (13) im wesentlichen doppelwandig ausgebildet ist und der von den beiden Wandabschnitten (14, 15) eingeschlossene Ringraum (16) mittels den Ringkanal (12) durchragender, radial gerichteter Luftführungskörper (17) an die Luftentnahmeleitung am Ende des Verdichters angeschlossen ist.
    2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (16) am stromabwärtigen Ende über Bohrungen (19) bzw. einen oder mehrere Schlitze (20)
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    mit dem Flammrohrinneren zwecks KühlfUmbildung entlang der Flammrohrinnenwand in Verbindung steht.
    3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in Richtung der Hauptströmung in der Brennkammer vorderer Wandabschnitt (14) des im wesentlichen doppelwandigen Flammrohrkopfes (13) als Träger des Verdampferrohrkörpers (21) ausgebildet ist, wobei der vordere (14) und der hintere Wandabschnitt (15), bzw. die Flammrohrrückwand, mit dem Verdampferrohrkörper (21) verschweißt ist.
    4. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ringkanal (12) durchragenden LuEtführungskörper (17) gleichzeitig als Zentrierbolzen der Brennkammer gegenüber dem Maschinengehäuse ausgebildet und am vorderen Wandabschnitt (14) des Flammrohrkopfes (13) angeordnet sind.
    5. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere stromabwärtige Ende des vorderen Wandabschnitts (14) des Flammrohrkopfes (13) auf dem zylindrischen Bereich (24) des Flammrohres in Kammerlängsrichtimg verschiebbar angeordnet ist.
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