DE2727795C2 - Brennkammer für eine Gasturbine - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch
folgende Merkmale:

a) die Luftzerstäuberdüse (9) umgibt den Schaft (6) des Ablenkkörpers (4) und bildet mit einer zentralen Längsbohrung (8) dessen axiale Führung,

b) die Luftzerstäuberdüse weist einen koaxialen Ringküral (12) für die Zerstäuberluft auf, der mit DrsiSchützen (13) versehen ist und in einen Ringspalt (14) mündet,

c) ein Ringkanal (27) für den Kraftstoff umgibt in der Luftzerstäuberdüse (9) koaxial den Ringkanal (12) für die Zerstäuberluft,

d) die Mündung der Luftzerstäuberdüse (9) ist derart ausgerichtet, daß das Gemisch aus Kraftstoff und Zerstäuberluft als Ringstrahl etwa senkrecht auf die Primärluftströmung (7) im Einströmkanal (3) auftrifft.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der.i RingLinal (12) für die Zerstäuberluft durch Bohrungen (16) verbundene Ringkammer (17) mit anschließende. Labyrinthdichtung (18), die jeweils durch die Längsbohrung (8) der Luftzerstäuberdüse (9) und den Mantel des Schaftes (6) des Ablenkkörpers (4) gebildet werden.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in einer Längsbohrung (22) des Ablenkkörpers (4) koaxial angeordneten Hilfsbrenner (46), der von einem Ringkanal (45) für den Kraftstoff durchsetzt ist und dessen Mantel mit der Längsbohrung (22) des Ablenkkörpers einen Ringkanal (47) für die Zerstäuberluft bildet.

4. Brennkammer nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine in einer Längsbohrung (48) des Hilfsbrenners (46) koaxial angeordnete Zündelektrode (49).

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbine mit einer Luftzerstäuberdüse für den einer Vorkammer zugeleiteten Kraftstoff, bei der der Hinlaßquerschnitt für die Primärluft durch die Längsbewegung eines durch die Eintritisöffnung der Brennkammer hindurchragenden, als Flammhalter dienenden Ablenkkörpers verändert wird.

Eine Brennkammer dieser Art ist aus der DE-OS 03 128 bekannt, und es wird bei dieser Brennkammer der Kraftstoff der Verbrennungsluft im Einströmkanal zur Primärzone zugemischt, um ein möglichst homogenes Kraftstoff/Luftgemisch zu erzielen, in welchem der Kraftstoff ganz oder wenigstens zum größter, Teil verdampft, bevor das Gemisch durch den Einlaßquerschnitt in die Primärzone eintritt, der zwischen dem als Flammhalter ausgebildeten Ablenkkörper und der äußeren Wand des Einströmkanals gebildet ist. Die hierdurch an sich erreichbare gute Gemischbildung ist erforderlich, um zu einer schadstoffarmen Verbrennung zu gelangen, wird bei der bekannten Konstruktion aber dadurch gestört, daß die Zerstäuberdüse zum zentralen Ablenkkörper außermittig angeordnet ist, was örtlich ungleiche

ίο Gemischverteilungen mit Zonen reichen und anr^n Gemisches begünstigt

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Gemischbildung im Einströmkanal zur Verbrennungszone zu vergleichmäßigen und dadurch die Verbrennung zu verbessern.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 1, die eine zentrale, den Ablenkkörper umschließende ringförmige Ausbildung der Luftzerstäuberdüse ermöglichen. Dadurch, daß sowohl der Kraftstoff als auch die Zerstäuberluft über einen Ringkanal zugeführt werden, daß diese Ringkanäle koaxial zueinander liegen und daß weiter Zerstäuberluft und Kraftstoff intensiv miteinander verwirbelt werden, wird eine besonders gute Gemischaufbereitung erreicht.

Die ILängsverschiebbarkeit des als Flammhalter dienenden Ablenkkörpers gegenüber der diesen ringförmig umschließenden Luftzerstäuberdüse bringt die Gefahr des Abströmens heißer Verbrennungsluft als Leckluft den Schaft entlang mit sich. Dem wird durch eine Ausgestaltung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 2 begegnet.

Sind, in Anpassung an die Arbeitsgegebenheiten, schnelle Änderungen der eingespritzten Kraftstoffmenge erforderlich, so können infolge der Massen- und Wärmeträgheit der verschiedenen Komponenten der Gasturbine Bedingungen eintreten, bei denen eine stabile Verbrennung kurzzeitig auch mit Änderung des Primärlufiteintrittsquerschnittes nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Dem kann durch die Anordnung eines Hilfsbrenners gemäß den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 3 begegnet werde."., wobei die Anordnung eines solchen Hilfsbrenners auch für die Startphase Voneile erbringen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt

Fig.. 1 einen Längsmittelschnitt durch den Brennkammerkopf mit dem Einströmkanal für die Primärluft, der Luftzerstäuberöüse und der Betätigung für den als Flammihalter ausgebildeten Ablenkkörper,

F i g. 2 eine Ansicht des Brennkammerkopfes in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,
F i g. 3 eine Anordnung mit konzentrisch eingebautem Hilfsbrenner, dessen Zerstäubungsteil mit einer handelsüblichen Luftzerstäuberdüse versehen ist, und

F i g. 4 eine Ansicht des in F i g. 3 dargestellten Brennkammerkopfes in Richtung des Pfeiles IV in F i g. 3.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Brennkammerkopf 1

ω) wird der Eintrittsquerschnitt mit der Höhe h für die der Brennkammer 2 einer Fahrzeuggasturbine durch den Einströmkanal 3 zugeführte Primärluft durch eine axiale Längsbewegung des als Flammenhalter dienenden Ablenkkörpers 4 mit dem Ablenkteller 5 und dem Schaft 6

b5 verändert. Die Strömung der Primärluft ist dabei durch den Pfeil 7 gekennzeichnet. Der Schaft 6 des Ablenkkörpers 4 ist durch die zentrale Längsbohrung 8 einer Luftzerstäubcrdüse 9 gesteckt, deren Zerstäubungsprinzip

an sich bekannt ist

Die Zerstäubungsluft tritt durch einen Anschluß 11 in einen Ringkanal 12 ein. Der Hauptteil der Zerstäubungsluft strömt durch Drallschlitzc 13, um anschließend mit hoher Geschwindigkeit durch einen Ringspall ^r> 14 aus der Zerstäuberdüse 9 auszutreten. Ein kleiner Teil der Zerstäuberluft tritt durch Querbohrungen 16 in eine Ringkammer 17 und wird dort durch Labyrinthdichtungen 18 gegenüber dem Einströmkanal 3 abgesperrt Ein Dicbtring 19 übernimmt die Abdichtung nach außen. Eine weitere Bohrung 21 bringt Kühlluft in eine Längsbohrung 22 des Schaftes 6, die durch Bohrungen 23 und Spalte 24 in die Verbrennungszone 25 eintritt und dadurch den Ablenkteller 5 kühlt

Der Kraftstoff tritt durch einen Anschlußstutzen 26 in einen Ringkanal 27 ein, aus dem er durch Drallschlitze 28 austritt und sich an einer Schulter 29 als Film verteilt. Der austretende Kraftstoff wird von der aus dem Ringspalt 14 ausströmenden Zerstäuberluft erfaßt und zerstäubt Der sich dabei bildende Ringstrahi des Luft/ Kraftstoff-Gemisches tritt nahezu senkrecht zur Strömungsrichtung der Primärluft {Pfeil 7) aus und kann diese dadurch rasch durchdringen und sich ir-ίϊ ihr vermischen.

Die Zerstäubungsluft kann dem Gesamtluftstrom am Austritt aus dem Verdichter der Gasturbine entnommen und in den Fällen, in denen das zur Verfügung stehende Druckgefälle bis zum Austritt in den Einströmkanal 3 nicht ausreicht, durch eine zusätzliche Luftpumpe auf den für eine gute Zerstäubung erforderlichen Druck gebracht werden. Dabei kann es zweckmäßig sein, den als Sperr- und Kühlluft benötigten Teil der Luft getrennt vom Zerstäubungsluftstrom ebenfalls hinter dem Triebwerksverdichter zu entnehmen und nur Querbohrungen 16 vorzusehen, die Bohrungen 21 jedoch entfallen zu lassen. In diesem Falle wird die Sperr- und Kühlluft am äußeren Ende 31 des Flammenhalterschaftes 6 unmittelbar in die Längsbohrung des Schaftes 6 eingeleitet

Am äußeren Ende 31 des Schaftes 6 ist mit einem Gelenklagei 32 als winkelbeweglichem Verbindungsglied ein Ring 33 befestigt der zwei, drei oder vier Bolzen 34 aufnimmt, die in schraubenförmigen Nuten 35 geführt sind. Im Bereich der Führungsnuten 35 können die Bolzen 34 ballig ausgeführt sein. Zur Verminderung der Reibung können aber auch Gelenklager 36 oder auch hier nicht dargestellte Ringschuiterkugellager vorgesehen sein. Auf einen der Bolzen 34 ist ein Kugelzapfen 37 aufgesetzt so daß der Ring 33 auf dem Flammenhalterschaft 6 über ein in F i g. 2 dargestelltes Gestänge 38 mit der Kugelpfanne 33 durch einen nicht dargestellten hydraulischen oder elektrischen Servomotor gedreht werden kann. Infolge der Steigung der Führungsnuten 35 im Führungsflanschkörper 41 von beispielsweise 45" erfährt der Flammenhalter 4 eine axiale Ver-Schiebung, wodurch der Spalt mit der Größe h zwischen dem Außenrand des Ablenktellers 5 und der Brennkammerwand 42 eingestellt wird. Durch das Gelenklager 32 wird eine Verspannung gegenüber der Führung im Flanschkörper 41 verhindert, so daß insgesamt größt- w) mögliche Leichtgängigkeit und eine genaue Einstellung leicht erreichbar sind.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel erhält der Hilfsbrenner 46 seine Zerstäuberluft durch die Bohrungen 16 und 21. Doch kann auch hier diese Luft durch einen Flanschkörper 43 unmittelbar zugeführt wurden.

Der Milfskraftsloff gti jngt über die Leitung 44 in einen Ringkanal 45 und durch diesen zum Hilfsbrenner 46. Die Zerstäubungsluft strömt über die Bohrungen 21 durch einen Ringkanal 47 ebenfalls zum Hilfsbrenner 46. Durch eine Längsbohrung 48 erstreckt sich die Zündelektrode 49 einer I lochspannungs/.ündkcr/c 51. Diese ist in der gezeigten Ausführung in den Flanschkörper 43 eingeschraubt. Der Elektrode 49 wird durch keramische Abstandsringe 52 in der Längsbohrung 48 des Hilfsbrenners zentriert

Die übrigen Teile entsprechen in ihrer Funktion und Ausführung der Anordnung nach Fig. 1. Anstelle des Ringes 33 ist hier jedoch ein Ring 53, der die Zapfen 54 trägt, formschlüssig auf das Ende 55 des Schaftes 56 aufgesetzt und mit der Bundschraubenbuchse 57 befestigt Schließlich ist an den Ring 53 mit Schrauben 58 der Flanschkörper 43 angeschraubt der den Hilfsbrenner 46 trägt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Brennkammer für eine Gasturbine mit einer Luftzeretäuberdüse für den einer Vorkammer zugeleiteten Kraftstoff, bei der der Einlißquerschnitt für die Primärluft durch die Längsbewegung eines durch die Eintrittsöffnung der Brennkammer hindurchragenden, als Flammhalter dienenden Ablenkkörpers verändert wird.