DE2807369A1 - BURNING DEVICE, IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE ENGINES - Google Patents
BURNING DEVICE, IN PARTICULAR FOR GAS TURBINE ENGINESInfo
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Description
PATBNPATBN
Dipl. ing. E.Dipl. Ing. E.
8900 ATJGSBUKG8900 ATJGSBUKG
ΤΕΜΒΕΌΪΓ 516475ΤΕΜΒΕΌΪΓ 516475
533 202 patol d533 202 patol d
M. 613M. 613
Augsburg, den 20. Februar I978Augsburg, February 20, 1978
The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, EnglandThe Secretary of State for Defense in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, England
Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke Combustion equipment, in particular for gas turbine engines
Die Erfindung betrifft eine Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke, mit einer Brennkammer und einem an deren stromaufwärtigen Ende angeordneten Brennstoffeinspritzer.The invention relates to a combustion device, in particular for gas turbine engines, with a combustion chamber and one disposed at the upstream end thereof Fuel injector.
Rauch im Abgas eines Gasturbinentriebwerks ist ein Nachteil, der bei bekannten Gasturbinen im allgemeinenSmoke in the exhaust gas of a gas turbine engine is a disadvantage that is common to known gas turbines in general
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durch Inkaufnahme einer gewissen Triebwerksleistungseinbuße vermieden wird. Es ist bekannt, daß sich während der Verbrennung fetter Brennstoffgemische Ruß bildet, und daß durch Erhöhung des in die Brennkammer einströmenden Primärluftanteils die Rauchbildung herabgesetzt werden kann. Die Triebwerks leistung kann dabei jedoch, beispielsweise durch Herabsetzung der Stabilitätsgrenzen der Verbrennung, ungünstig beeinflußt werden.by accepting a certain loss of engine performance is avoided. It is known that soot is formed during the combustion of rich fuel mixtures, and that smoke formation is reduced by increasing the proportion of primary air flowing into the combustion chamber can be. The engine performance can, however, for example by lowering the stability limits the combustion, are adversely affected.
■ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenneinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine Rauchemission durch verbesserte Brennstoff-Luft-Vermischung in der Primärverbrennungszone vermieden oder weitgehend herabgesetzt wird.The invention is based on the object of a burning device to improve the type mentioned so that smoke emission through improved fuel-air mixing is avoided or largely reduced in the primary combustion zone.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.This object is achieved according to the invention by the arrangement specified in the characterizing part of the main claim solved.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf, daß der Brennstoff i" die durch die Luftexnlaßoffnungen einströmende Luft hineingezogen wird, so daß ein gutes Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht. Die vom Brennstoffeinspritzer erzeugten Brennstoffstrahlen können Brennstoffnebel und/oder Brennstoffdampf enthalten.The arrangement according to the invention has the advantage that the fuel i "passes through the air inlet openings incoming air is drawn in, so that a good fuel-air mixture is created. The one from the fuel injector The generated fuel jets may contain fuel mist and / or fuel vapor.
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Die Brennkammer kann zylindrisch oder ringförmig ausgebildet sein. Die Reihen von Lufteinlaßöffnungen können geradlinig radial oder, wenn den Brennstoffstrahlen ein Drall mitgeteilt wird, bogenförmig verlaufen. Die Brennstoffstrahlen werden in diesem Fall gezwungen, der Krümmung der Lufteinlaßöffnungsreihen zu folgen.The combustion chamber can be cylindrical or ring-shaped. The rows of air intakes can run radially in a straight line or, if the fuel jets are given a twist, arcuate. the In this case, fuel jets are forced to follow the curvature of the rows of air inlet openings.
Gemäß einer bevorzugten Ausfünrungsform der Erfindung sind die Lufteinlaßöffnungen kreisförmig und weisen in jeder Reihe einen mit zunehmendem Abstand vom Brennstoffeinspritzer fortschreitend größer werdenden Durchmesser auf, um eine gleichförmige Mitnahme des Brennstoffs vom Brennstoffeinspritzer durch die Luft zu erreichen.According to a preferred embodiment of the invention the air inlet openings are circular and have one in each row as the distance from the fuel injector increases progressively larger diameter to ensure a uniform entrainment of the fuel from the fuel injector through the air.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:Some embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings described in more detail. It shows:
Pig. I einen Längsschnitt durch eine BrennPig. I made a longitudinal section through a focal
einrichtung nach der Erfindung,device according to the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die inFig. 2 shows a cross section through the in
Figur 1 gezeigte Brenneinrichtung längs der Linie A-A in Figur 1,Figure 1 shows the burning device along the line A-A in Figure 1,
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Pig. 3 einen Axialhalbschnitt durch einePig. 3 an axial half section through a
weitere Ausführungsform der Erfindung, further embodiment of the invention,
Fig. 4 einen Querschnitt der in Figur 3FIG. 4 shows a cross section of the line shown in FIG
gezeigten Anordnung längs der Linie B-B in Figur 3, undarrangement shown along the line B-B in Figure 3, and
Fig. 5 einen Schnitt durch eine nochFig. 5 is a section through a still
xveitere Aus führungs form der Erfindung. Another embodiment of the invention.
Die in Figur 1 gezeigte Brenneinrichtung weist eine im wesentlichen rohrförmige Brennkammer 8 mit einem etwa zylindrischen Teil 5 auf, der stromabseitig in einer konvergenten Düse J endigt und stromaufseitig in einen konischen Teil 4 übergeht. Der zylindrische Teil 5 weist zwei mit gegenseitigem Axialabstand angeordnete Umfangsschlitze 6 zum Einleiten von Kühlluft auf.The combustion device shown in FIG. 1 has an essentially tubular combustion chamber 8 with an approximately cylindrical part 5 which ends downstream in a convergent nozzle J and merges into a conical part 4 upstream. The cylindrical part 5 has two circumferential slots 6, which are arranged at a mutual axial spacing, for introducing cooling air.
In der Wand des konischen stromaufwärtigen Teils 4 der Brennkammer sind acht mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordnete axiale bzw. radiale Reihen von jeweils drei kreisrunden Primärlufteinlaßöffnungen 3 gebildet, wie aus Figur 2 deutlich hervorgeht. Die Durchmesser der Einlaßöffnungen 3 nehmen in stromabwärtiger Richtung fortschreitend zu.In the wall of the conical upstream part 4 of the Combustion chambers are eight with mutual circumferential distances arranged axial or radial rows of three circular primary air inlet openings 3 each formed, as from Figure 2 clearly emerges. The diameters of the inlet openings 3 increase progressively in the downstream direction to.
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Ferner weist die Brenneinrichtung einen Brennstoffeinspritzer 2 auf, der über eine Brennstoffzuleitung 1 mit einem (nicht gezeigten) Brennstofftank in Verbindung steht.Furthermore, the combustion device has a fuel injector 2, which is fed via a fuel feed line 1 communicates with a fuel tank (not shown).
Der Brennstoffeinspritzer 2 weist acht mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordnete Einspritzdüsen auf, die jeweils Brennstoffnebelstrahlen (durch die gestrichelten Linien in den Zeichnungen angedeutet) längs der Zwischenräume zwischen benachbarten Reihen von Einlaßöffnungen 3 erzeugen.The fuel injector 2 has eight injection nozzles arranged at mutual circumferential distances, the respective fuel mist jets (indicated by the dashed lines in the drawings) longitudinally the spaces between adjacent rows of inlet ports 3 generate.
Im Betrieb vier de η die vom Brennstoffeinspritzer erzeugten Brennstoffstrahlen von Primärluftstrahlen mitgerissen, die durch die Einlaßöffnungen 3 beiderseits jedes BrennstoffStrahls in die Brennkammer einströmen, so daß ein verbrennungsfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht.In operation four de η those generated by the fuel injector Fuel jets carried away by primary air jets, which flow into the combustion chamber through the inlet openings 3 on both sides of each fuel jet, so that a combustible fuel-air mixture arises.
Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform weist eine ringförmige Brennkammer 8 auf, deren Mittelteil 5 konzentrische zylindrische Wände hat, die stromabseitig in eine Ringdüse 7 und stromaufseitig in einen stromabwärts divergierenden Teil 3 übergehen. Der Mittelteil 5 weist in seinen Wänden jeweils zwei in UmfangsrichtungThe embodiment shown in Figure 3 has a annular combustion chamber 8, the central part 5 has concentric cylindrical walls, the downstream merge into an annular nozzle 7 and, on the upstream side, into a part 3 diverging downstream. The middle part 5 has two in its walls in the circumferential direction
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verlaufende Sekundärlufteintrittsschlitze 6 auf. Der stromaufwärtige Brennkammerteil 3, in welchem ein ebenfalls ringförmiger Brennstoffeinspritzer 3 angeordnet ist, ist mit einer Anzahl von mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordneten Reihen von jeweils drei kreisrunden Primärlufteinlaßöffnungen 3 versehen, wie aus Figur 4 mehr im einzelnen ersichtlich ist. Die Durchmesser dieser Einlaßöffnungen nehmen in stromabviärtiger Richtung progressiv zu. Der Brennstoffeinspritzer 11 weist eine Anzahl von radial inneren und radial äußeren Einspritzdüsen auf, die so angeordnet sind, daß sie Brennstoffnebelstrahlen (wiederum durch gestrichelte Linien angedeutet) längs der Zwischenräume zwischen jeweils benachbarten Reihen von Einlaßöffnungen 3 erzeugen, die zur Brennkammerachse hin bzw. von dieser weg gerichtet sind.extending secondary air inlet slots 6. Of the upstream combustion chamber part 3, in which a likewise annular fuel injector 3 is arranged is with a number of with mutual circumferential intervals arranged rows of three circular primary air inlet openings 3, as from Figure 4 can be seen in more detail. The diameters of these inlet openings increase in a downstream direction Direction progressively to. The fuel injector 11 has a number of radially inner and radially outer Injection nozzles, which are arranged so that they jets of fuel mist (again by dashed Lines indicated) along the spaces between adjacent rows of inlet openings 3, which are directed towards or away from the combustion chamber axis.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt einer Brenneinrichtung, die grundsätzlich ähnlich der in Figur 3 gezeigten Brenneinrichtung ist. Bei der in Figur 5 gezeigten Brenneinrichtung ist der stromaufwärtige Teil 4 der Brennkammer jedoch abgerundet und der ebenfalls ringförmige Brennst off einspritzer 26 ist im Querschnitt T-förmig. Der Brennstoffeinspritzer weist eine Ablenkplatte 25 auf, die dazu dient, durch eine Reihe von Schlitzen 19 in dieFigure 5 shows a section of a burning device, which is basically similar to the burner device shown in FIG is. In the case of the combustion device shown in FIG. 5, the upstream part 4 is the combustion chamber however rounded and the likewise annular fuel injector 26 is T-shaped in cross section. Of the Fuel injector has a baffle 25 which serves to pass through a series of slots 19 in the
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Brennkammer einströmende Luft so abzulenken, daß sie im brennstoffeinspritzernahen Bereich über die Innenwandung des abgerundeten stromaufwärtigen Kammerendteils strömt. Außerdem weist der Brennstoffeinspritzer einen Schaftteil 20 auf, in welchem eine Reihe von Bohrungen gebildet ist, durch welche Brennstoff zu einer entsprechenden Reihe von Einspritzdüsen 23 und 24 gelangt, die so angeordnet sind, daß sie Brennstoffstrahlen entlang der Zwischenräume zwischen den Lufteinlaßöffnungsreihen 3 erzeugen.Deflect the air flowing in from the combustion chamber so that it passes over the inner wall in the area close to the fuel injector of the rounded upstream chamber end part flows. The fuel injector also has a Shank part 20, in which a series of bores is formed, through which fuel to a corresponding one Series of injection nozzles 23 and 24, which are arranged so that they fuel jets along of the spaces between the rows 3 of air inlet openings.
Im Betrieb strömt Luft durch die Schlitze 19 ein und wird von der Ablenkplatte 25 des Brennstoffeinspritzers von der Linie Y-Y weg über die Innenwandfläche des stromaufwärtigen abgerundeten Kammerendteils 4 abgelenkt. In den abgelenkten Luftstrom wird zwischen den benachbarten Einlaßöffnungsreihen 3 Brennstoff aus den Düsen und 24 eingeleitet, der von den durch die Einlaßöffnungen einströmenden Luftstrahlen mitgerissen wird, so daß ein gut brennfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht.In operation, air flows in through slots 19 and is off baffle 25 of the fuel injector deflected away from the line Y-Y over the inner wall surface of the upstream rounded chamber end part 4. In the deflected air stream 3 fuel from the nozzles is between the adjacent rows of inlet openings and 24 introduced, which is entrained by the air jets flowing in through the inlet openings, so that a A fuel-air mixture that is capable of burning well is created.
Bei den eben beschriebenen Konstruktionen sind noch verschiedene vorteilhafte Modifikationen denkbar. Beispielsweise kann ein weiterer, in Umfangsrichtung verlaufender Sekundärlufteintrittsschlitz an oder nahe demVarious advantageous modifications are also conceivable in the constructions just described. For example can be another secondary air inlet slot running in the circumferential direction at or near the
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Übergang zwischen dem stromaufwärtigen Kamnierteil und dem Kammermittelteil angeordnet sein, um eine zusätzliche Kühlung oder eine Unterdrückung unerwünschter Rezirkulationen zu bewirken.Transition between the upstream Kamnierteil and be arranged in the middle part of the chamber in order to provide additional cooling or to suppress undesired recirculations to effect.
Gemäß einer weiteren Abwandlung können die Primärlufteintrittsöffnungsreihen längs der Seitenwände der Brennkammer verlängert sein, um die sektorweise Aufteilung der brennstoffhaltigen Strömung weiter aufrechtzuerhalten. According to a further modification, the rows of primary air inlet openings can be extended along the side walls of the combustion chamber to the division by sector to maintain the fuel-containing flow.
Ferner kann eine Ablenkeinrichtung der in Figur 5 gezeigten grundsätzlichen Art auch bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 in schräg radial-axialer Richtung längs der Brennstoffstrahlrichtung Anwendung finden.Furthermore, a deflection device of the type shown in FIG The basic type shown also in the embodiment according to FIGS. 3 and 4 in oblique radial-axial Find direction along the fuel jet direction application.
Bei Verwendung dickerer Brennkammerwände können die Leibungen der Primärlufteinlaßöffnungen in Strömungsrichtung konvergent ausgebildet werden, und es können große Luftzustromgeschwindigkeiten Anwendung finden, um einen von der üblicheren rechtwinkeligen Richtung abweichenden Eintrittswinkel der durch die Einlaßöffnungen eintretenden Luft zu erreichen, um eine bessere Steuerung der Gemischbildung zu erzielen und außerdem die VerbrennungWhen using thicker combustion chamber walls, the reveals of the primary air inlet openings can be designed to converge in the direction of flow, and it can large air flow velocities apply to an entry angle deviating from the more usual right-angled direction through the inlet openings entering air to achieve better control of the mixture formation and also the combustion
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durch Steuerung der Rezirkulation und des Mischungsverhältnisses in dem kritischen Bereich der Luft/Brennstoff-Gemischbildung nahe den Brennstoffeinspritzstellen zu unterstützen.by controlling the recirculation and the mixing ratio in the critical area of the air / fuel mixture formation near the fuel injection points to support.
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