DE3009736A1 - Brenner fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

Patentanwälte Dip! — Ir>g. Curt Wallach

Dipi.-ing. 6ünther Koch

^ Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 13. Mär ζ I98.O

Unser Zeichen: 16 864 - Κ/Αρ

Anmelder: Rolls-Royce Limited

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London SWlE 6AT
England

Titel: Brenner für ein Gasturbinentriebwerk

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner eines Gasturbinentriebwerks und insbesondere befaßt sich die Erfindung mit dem Problem der Kohlenstoffablagerung auf Teilen des Brenners, z.B. auf dem Zentralkörper bzw. dem Düsenzapfen, der sich gewöhnlich in das Flammrohr ein kurzes Stück hinein erstreckt. Kohlenstoffpartikel werden leichter erzeugt wenn das Triebwerk mit einer Leistung betrieben wird, die von der Nennleistung unterschieden ist. So sammelt sich z.B. bei Spitzenleistung auf der breiten Basis der Zentralkörper bzw. Düsenzapfen Kohlenstoff graduell ansteigend in einer ziemlich großen Masse an. Nach einer gewissen Zeit bricht diese große Kohlenstoffmasse oder Teile hiervon von dem Zentralkörper ab und wandert durch die Brennkammer und trifft auf stromabwärtige Bauteile des Triebwerks, beispielsweise auf die Düsenleitschaufein und die Stator-oder Rotorschaufeln ' der Turbine, wodurch eine Erosion dieser Bauteile oder sogar eine schwerwiegende Beschädigung erfolgen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ablagerung von Kohlenstoff soweit als möglich zu verhindern. Die Erfindung geht aus von einem Brenner eines Gasturbinentriebwerks mit einem Ringkanal, dem komprimierte Luft zugeführt wird und in den Brennstoff eingespritzt wird, wobei dieser Kanal von einer Wandung des Brennstoffbrenners und einem von der Wand getragenen Zentralkörper definiert wird. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem solchen Brenner dadurch gelöst, daß dieser am hinteren stromabwärtigen Ende hohle und offen gegenüber der Luftströmung durch den Kanal ausgebildet ist,und daß mehrere Öffnungen in der Wandung des Mittelkörpers zwischen dem Ringkanal und dem hohlen Inneren des Zentralkörpers verlaufen, damit ein Teil der durch den Ringkanal strömenden Luft über die innere Oberfläche der hohlen Basis des Zentralkörpers abströmen kanni

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Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Teil der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner;

Fig. 2 einen Schnitt des Brenners und des Zentralkörpers bzw. des Düsenzapfens gemäß Fig. 1 in einem größeren Maßstab;

Fig. J eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "A" gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ßinen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß Fig. 2; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 gemäß Fig. 2; Fig. 6 einen Zentralkörper bzw. Düsenzapfen in einer gegenüber der Ausführung nach Fig. 2 abgewandelten Ausführung;

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "B" gemäß Fig. 6;

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 gemäß Fig. 6; Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie 9-9 gemäß Fig. 6.

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Die Verbrennungseinrichtung eines Gasturbinentriebwerks weist eine Brennkammer 10.auf, die im vorliegenden Fall kreisringförmig ausgebildet ist, jedoch auch aus einer ringförmigen Anordnung von Flammrohren bestehen kann, die im gleichen Abstand zueinander angeordnete Brenner 12 aufweisen, von denen nur einer in der Zeichnung dargestellt ist.

Jeder Brenner 12 besitzt einen Ringkanal 14, der durch eine Wandung 16 definiert ist und einen Zentralkörper bzw. einen Düsenzapfen 18,der von einem Tragkreuz 20 im Ringkanal getragen wird^ Im Betrieb wird Brennstoff von einer Ringleitung 22 im Brenner über schräggestellte öffnungen 24 zugeführt, derart daß der Brennstoff um die Wand 16 herum stromab verwirbelt wird, wobei der Brennstoff einem Pfad folgt, der einer Schraubenlinie bzw. Spirale mit geringer Steigung entspricht. Die durch den Kanal 14 abströmende Luft besitzt eine Axialkomponente und der Düsenzapfen ist so gestaltet, daß er mit einem ringförmigen Auslaß 26 eine Venturidüse bildet, so daß das Luft-Brennstoffgemisch nach dem Auslaß hin beschleunigt wird, wodurch sich eine maximale Scherbeanspruchung zwischen Brennstoff und Luft ergibt, was eine Atomisierung des Brennstoffs mit feinster Trlpfchenverteilung zur Folge hat.

Diese Ausbildung führt zu einem Düsenzapfen, der eine breite offene Basis besitzt, die teilweise in das Flammrohr einsteht, und der in der Brennkammer erzeugte unverbrannte Kohlenstoff sucht sich auf dieser Basis anzusammeln.

Der Zentralkörper 18 bzw. die Zapfendüse ist in Fig. 2 bis 5 im einzelnen dargestellt. Der Zentralkörper ist mit einer Aushöhlung 28 versehen, die nur einen relativ dünnen Trichter beläßt im Vergleich mit einer kreisförmigen Basis, die bisher

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Anwendung fand. In dieser Trichterwand sind zwei Reihen von drei im gleichen Abstand zueinander angeordneten öffnungen 32 ausgebildet, deren Achsen tangential zu einem Kreis mit einem Durchmesser verlaufen, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Zentralkörpers in der Ebene, die die Achse enthält und die öffnungen sind in stromabwärtiger Richtung schräggestellt, wie dies durch den Pfeil D angedeutet ist.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen eine Abwandlung des Zentralkörpers, wobei Jede Reihe von öffnungen aus vier Löchern 32 besteht, deren Achse in der beschriebenen Weise angeordnet sind.

Im Betrieb strömt ein geringer Anteil der axial abfließenden Luft des Ringkanals 14 durch die öffnungen 32 nach dem Innenraum des Zentralkörpers und strömt dann über die innere Oberfläche des Zentralkörpers ab, wodurch das Ablagern von Kohlenstoff auf dieser inneren Oberfläche verhindert wird.

Da sich kein Kohlenstoff oder fast kein Kohlenstoff auf dem Zentralkörper ansammeln kann, werden die stromabwärtigen Bauteile des Triebwerks keiner Erosion aus dieser Quelle unterworfen, und die Lebensdauer wird erhöht.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Brenner for ein Gasturbinentriebwerk mit einem ringförmigen Kanal, dem eine komprimierte Luftströmung zugeführt wird und mit Brennstoffinjektoren zum Einspritzen von Brennstoff in diesen Ringkanal, der durch eine Wandung des Brenners und einen Zentralkörper innerhalb des Kanals definiert wird,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (18) mit einem stromab offenen Hohlraum (28) ausgestattet ist, dessen Trichterwand (30) mehrere Öffnungen (32) aufweist, die zwischen dem Ringkanal (14) und dem Inneren (28) des Zentralkörpers (18) verlaufen, damit ein Teil der den Ringkanal durchströmenden Luft über die innere Oberfläche der hohlen Basis des Zentralkörpers abströmen kann.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (32) in wenigstens zwei axial im Abstand zueinander angeordneten Reihen angeordnet sind, und wenigstens drei Löcher pro Reihe vorhanden sind.
3. 3. Brenner nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse eines jeden Loches tangential zu einem Kreis verläuft, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Zentralkörpers in der die Achse enthaltenden Ebene.

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   Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse in Strömungsrichtung nach hinten geneigt ist.

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