DE3443066A1 - Verbrennungseinrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk - Google Patents

Verbrennungseinrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk

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DE3443066A1
DE3443066A1 DE19843443066 DE3443066A DE3443066A1 DE 3443066 A1 DE3443066 A1 DE 3443066A1 DE 19843443066 DE19843443066 DE 19843443066 DE 3443066 A DE3443066 A DE 3443066A DE 3443066 A1 DE3443066 A1 DE 3443066A1
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DE19843443066
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Anthony Shelton Lock Derby Pidcock
Andrew Paul Alvaston Derby Wray
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce PLC
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Description

Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk und insbesondere auf die stromaufwärtige Wand der Brennkammer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die stromaufwärt ige Wand einer Brennkammer zu vereinfachen, in die Luftsprüh-Brennstoffinjektoren eingebaut sind, um Gewicht und Kosten zu sparen. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Konvektionskühlung der stromaufwärtigen Wand ohne Benutzung eines Doppelbleches für diese stromaufwärt ige Wand.
Gemäß der Erfindung wird eine ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen, die folgende Bauteile umfaßt: eine innere Ringwand, eine äußere Ringwand und eine stromaufwärtige Wand, die einen Teil eines Entleerungsdiffusers bildet, wobei die stromaufwärtige Wand aus einem einzigen Blech besteht, das durch Konvektionskühlung durch Luft gekühlt wird, die über die stromaufwärtige Oberfläche abfließt; die stromaufwärtige Wand besitzt mehrere in Umfangsrichtung im gleichen Abstand angeordnete Öffnungen, und koaxial zu jeder Öffnung ist ein Konvergent/Divergent-Topf angeordnet und jeder Konvergent/Divergent-Topf ist an seinem stromabwärtigen Ende mit der stromaufxtfärtigen Wand verbunden und erstreckt sich von hier in Strömungsrichtung
aufwärts, wobei jeder Konvergent/Divergent-Topf eine radiale Verx'n.rbelungseinrichtung am stromaufwärtigen Ende aufx^eist, um Luft in den Konvergent/Divergent-Topf zu befördern; ein Brennstoffinjektor ist auf jeden Konvergent/-Divergent-Topf und die entsprechende radiale Verwirbelungseinrichtung ausgerichtet, um Brennstoff in den Konvergent/Divergent-Topf zu fördern; eine ringförmige Luftschöpf einrichtung liegt koaxial um jeden Konvergent/Divergent-Topf und ist an der stromaufwärtigen Wand befestigt, von der sie in Gegenstromrichtung vorsteht; eine Eingkammer wird zwischen jedem Konvergent/Divergent-Topf und der entsprechenden Luftschöpfeinrichtung ausgebildet und jeder Konvergent/Divergent-Topf besitzt mehrere Öffnungen, die in Ringform am stromabwärtigen Ende angeordnet sind, um Kühlluft aus der Eingkammer über die stromabwärtige Oberfläche der stromaufwärtigen Wand streichen zu lassen, wobei die ringförmigen Luftschöpfeinrichtungen die Luft nach den radialen Verwirbelungseinrichtungen und nach den Ringkammern fördern.
Die stromaufwärtige Wand kann einen gekrümmten Querschnitt aufweisen und das stromabwärtige Ende jedes Konvergent/-Divergent-Topfes ist so gekrümmt, daß es der Krümmung der stromaufwärtigen Wand entspricht.
Die stromaufwärtige Wand kann einen flachen Querschnitt besitzen und das stromabwärtige Ende jedes Konvergent/-Divergent-Topfes ist flach, um der stromaufwärtigen Wand zu entsprechen.
Der Divergent-Abschnitt des Konvergent/Divergent-Topfes kann einen kreisförmigen Querschnitt besitzen oder
- ίο -
konisch ausgebildet sein.
Der divergente Abschnitt des Konvergent/Divergent-Topfes kann Innenkammern auf v/eisen, die mit Kühlluft aus der Ringkammer gespeist werden, um den Topf zu kühlen.
Es kann eine zweite radiale Verwirbelungseinrichtung koaxial zu dem Konvergent/Divergent-Topf und axial zwischen diesem und der ersten radialen Verwirbelungseinrichtung vorgesehen sein, wobei eine Ringlippe zwischen der ersten und zweiten Verwirbelungseinrichtung befindlich ist und radial nach innen und in Strömungsrichtung in den Konvergent/Di vergent-Topf vorsteht, während der Brennstoffinjektor und die erste radiale Verwirbelungseinrichtung Brennstoff und Luft nach dem Konvergent/Divergent-Topf über die Ringlippe fördern und der zweite radiale Verwirbelungsaufbau Luft in den Konvergent/Divergent-Topf liefert und die Ringlippe die Luft aus der zweiten radialen Verwirbelungseinrichtung so ablenkt, daß sie über den Konvergent/Divergent-Topf so abfließt, daß eine Ablagerung von Brennstoff am Konvergent/Divergent-Topf verhindert wird.
Das stromaufwärtige Ende einer jeden ringförmigen Luftschöpfeinrichtung kann stromauf jeder entsprechenden radialen Verwirbelungseinrichtung angeordnet sein, um Luft nach der radialen Verwirbelungseinrichtung und der Ringkammer zu fördern.
Die Brennstoffinjektoren können Luftsprüh-Brennstoffinjektoren sein.
- ΛΛ -
Die Brennstoffingektoren können koaxial zu dem jeweiligen Konvergent/Divergent-Topf und der radialen Verwirbelungseinrichtung durch Festlegemittel montiert sein, die eine Relativbexiregung des Brennst offing ektors gegenüber dem Konvergent/Divergent-Topf in Axialrichtung, in Radialrichtung und in Umfangsrichtung ermöglichen, um die Übertragung von Belastungen auf die Brennstoffinjektoren zu begrenzen.
Die Brennstoffingektoren können teilkugelförmige äußere Oberflächen aufweisen.
Die Befestigungsmittel können aus einem Ring bestehen, der T-Querschnitt besitzt und gegen die teilkugelförmige äußere Oberfläche des Brennstoffing'ektors anstößt, wobei der vertikale Schenkel des T-Querschnitts in einen Schlitz hineinsteht, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende der radialen Verwirbelungseinrichtung und einem Ringkörper liegt, der koaxial zu der radialen Verwirbelungseinrichtung festgelegt ist.
Die Befestigungsmittel können einen Ring mit T-Querschnitt und einen Spaltring aufweisen, der eine teilkugelförmige Oberfläche besitzt und koaxial innerhalb des Rings mit T-Querschnitt liegt und an diesen anstößt, und die teilkugelförmige innere Oberfläche des Spaltrings stößt gegen die teilkugelförmige äußere Oberfläche des Brennstoffingektors, wobei der vertikale Schenkel des T-Profilrings in einen Schlitz einsteht, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende und der radialen Verwirbelungseinrichtung und einem Ringkörper ausgebildet ist, der koaxial zu der radialen Verwirbelungseinrichtung
angeordnet ist.
Die Befestigungsmittel können einen Ring aufweisen, der eine teilkugelförmige äußere Oberfläche "besitzt, die koaxial um den Brennstoffinsektor herum paßt, wobei zwei Ringe von L-Querschnitt vorgesehen sind, die teilkugelförmige innere Oberflächen besitzen, die gegen die teilkugelförmige äußere Oberfläche des Rings anstoßen, und die Ringe von L-Querschnitt sind Rücken an Rücken angeordnet und stehen in einen Schlitz ein, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende der radialen Verwirbelungseinrichtung und einem Ringkörper gebildet ist, der koaxial zu der radialen Verwirbelungseinrichtung liegt und an dieser befestigt ist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Gasturbinentriebwerks, welche die Ringbrennkammer gemäß der Erfindung erkennen läßt,
Fig. 2 in größerem Maßstab eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie B-B gemäß Fig. 2,
Fig. 4- einen Schnitt nach der Linie C-C gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts
der Ringbrennkammer,
Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Schnittansicht bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende Schnittansicht bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel,
Fig. 8 eine gemäß der Erfindung gestaltete Topf-Ausbildung,
Fig. 9 eine abgewandelte Topf-Ausbildung gemäß der Erfindung,
Fig. 10 eine weitere Ausgestaltung des Topfes nach der Erfindung,
Fig. 11 eine weitere Ausgestaltung des Topfes nach der Erfindung,
Fig. 12 die Anordnung eines Brennstoffinjektors,
Fig. 13 eine abgewandelte Anordnung des Brennstoffinjektors,
Fig. 14 eine weitere Abwandlung der Anordnung des Brennstoffinjektors,
Fig. 15 eine der Fig. 3 entsprechende Schnittansicht eines weiter abgewandelten Ausführungsbeispiels.
Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Einlaß 12, einem Frontfan 14-, einem Zwischendruckkompressor 18 und einem Hochdruckkompressor 20, mit einer ringförmigen Brennkammer 22, mit einer Hochdruckturbine 24-, einer Zwischendruckturbine 26 und einer Niederdruckturbine 28 und mit einer Schubdüse 30. Im Betrieb strömt Luft durch den Einlaß 12, die zunächst vom Frontfan 14- verdichtet wird. Der Hauptteil der Luft strömt durch einen ringförmigen Nebenstromkanal 16, um Schub zu liefern. Der Rest der Luft wird weiter durch Zwischendruckkompressor und Hochdruckkompressor 18 bzw. 20 verdichtet, bevor die Luft der Ringbrennkammer 22 zugeführt wird. In die Ringbrennkammer 22 wird Brennstoff eingespritzt und in der Luft verbrannt, um einen Heißgasstrom zu erzeugen, der durch die Brennkammer hindurchströmt und Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckturbine 24-, 26 bzw. 28 antreibt, bevor die Strömung durch die Schubdüse 30 abströmt und weiteren Schub erzeugt. Die Hochdruck-, Zwischendruck- und Niederdruckturbinen 24-, 26 bzw. 28 treiben Hochdruckkompressor 20, Zwischendruckkompressor 18 und Frontfan 14 über Wellen 34-, 36 bzw. 38.
Die Ringbrennkammer 22 besitzt eine stromaufwärtige Wand 32, die deutlicher in den Fig. 2 bis 5 dargestellt ist. Die Ringbrennkammer 22 weist eine innere Ringwand 4-2 und eine äußere Ringwand 44- auf, die beide Öffnungen 4-6 bzw. 4-8 zur Zuführung von Kühlluft auf die inneren Oberflächen der Ringwände 4-2 und 44- aufweisen. Die Öffnungen 4-6 und 4-8 sind in Ringen um die inneren und äußeren Ringwandungen 4-2 bzw. 44 herum angeordnet, um Kühlluftfilme über der inneren Oberfläche der Ringwände 42 und 44 zu schaffen. Die Ringwände 42 und 44 könnten auch Lippen
_ Λ 5 —
"benachbart zu den Ringen der Kühlluft Öffnungen aufweisen. Die stromaufwärtige Wand 32 wird von einer einzigen Metairblechhaut gebildet und besitzt mehrere in gleichem Abstand angeordnete Öffnungen 50. Ein Konvergent/Divergent-Topf 52 liegt koaxial zu jeder Öffnung 50· Jeder Konvergent/Divergent-Topf 52 erstreckt sich in Richtung stromauf von der stromauf wärtigen Wand 32. Ein radialer Wirbelaufbau 54 liegt am stromaufwärtigen Ende jedes Konvergent/Divergent-Topfes 52, um Luft in den Konvergent/Divergent -Topf 52 einzuführen, und ein Brennstoffinjektor 56 ist auf den Topf 52 ausgerichtet und gewöhnlich koaxial zu dem Topf 52 und dem radialen Verwirbelungsaufbau 54- angeordnet und läßt Brennstoff in den Konvergent/Divergent-Topf 52 einströmen. Jeder Konvergent/Divergent -Topf 52 besitzt eine ringförmige Luftschöpfvorrichtung 58» die koaxial um den Konvergent/Divergent-Topf 52 herum angeordnet ist und von der stromauf wärtigen Wand 32 in Richtung stromauf vorsteht. Eine Ringkammer 60 ist zwischen jedem Konvergent/Divergent-Topf 52 und der zugeordneten Luftschöpfvorrichtung 58 &&- geordnet, und jeder Topf 52 besitzt Öffnungen 68 am stroraabwärtigen Ende, um Luft von der Ringkammer 60 nach der inneren Oberfläche der stromaufwärtigen Wand 32 zuzuführen. Ein Ringkörper 62 mit L-förmigem Querschnitt ist am stromaufwärtigen Ende des radialen Verwirbelungsaufbaus 5^- befestigt und Festlegeringe 64 passen in Schlitze 61 ein, die zwischen den Ringkörpern 62 und dem stromaufwärtigen Ende des Verwirbelungsaufbaus 54- angeordnet sind. Die Festlegungsringe 64 erstrecken sich nach den Brennstoffinjektoren 56 und dichten das stromaufwärtige Ende des Topf/Verwirbelungs-Aufbaus ab, jedoch bleibt eine relative axiale und radiale Bewegung und eine
Bewegung in Umfangsrichtung zwischen den Brennstoffinjektoren 56 und den Topfen 52 und der Brennkammer 22 aufrechterhalten. Jeder Brennstoffinjektor 56 wird mit Brennstoff über einen Brennstoffzuführungsarm 66 versorgt und die Brennstoffinjektoren 56 sind vorzugsweise Luftstrahl-Brennstoffinjektoren, die einen kleinen Durchmesser "besitzen und nur relativ kleine Zugriffslöcher im Gehäuse "benötigen. Es könnten jedoch auch andere Brennst offInjektoren mit kleinem Durchmesser benutzt werden.
Im Betrieb wird Luft vom Hochdruckkompressor 20 der Ringbrennkammer 22 zugeführt. Die Primärluft strömt durch die radialen Verwirbelungsmittel 5^ in die Konvergent/Divergent-Töpfe 52 und durch die Öffnungen 50 in die Ringbrennkammer 22. Ein Teil der Primärluft strömt durch die Luftstrahl-Brennstoffinjektoren 56 in die Konvergent/Divergent-Töpfe 52 und der Brennstoff wird in jenen Abschnitt der Primärluft eingespritzt. Der Anteil der Primärluft und der Brennstoff strömen in die Konvergent/-Divergent-Töpfe 52 und die Verwirbelungsprimärluft, die in die Konvergent/Divergent-Töpfe 52 aus den radialen Verwirbelungsmitteln 5^ einströmt, bewirkt, daß der Brennstoff atomisiert und mit der Primärluft vermischt wird, bevor er durch die Öffnung 50 in die Ringbrennkammer 22 einströmt. Die ringförmigen Luftschöpfvorrichtungen 58 gewährleisten, daß Luft nach den radialen Yerwirbelungsvorrichtungen 5^ überführt wird und ebenfalls nach den Ringkammern 60, die zwischen den Luftschöpfvorrichtungen 58 und den Topfen 52 ausgebildet sind. Die Ringkammern 60 liefern Kühlluft durch die Öffnungen 68, die einen Ring am stromabwärtigen Ende des Topfes 52 und über die stromabwärtige Oberfläche der stromaufwärtigen
Wand 32 bilden, wie durch die Pfeile D in Fig. 2 dargestellt.
Me übrige Luft strömt über die stromaufwärtige Oberfläche der aus einem einzigen Blech bestehenden stromaufwärtigen Wand 32 und um die Luftschöpfvorrichtungen 58 herum, um eine Konvektivkühlung der stromaufwärtigen Wand 32 zu bewirken. Die Luft wird dann durch die Ringe von Öffnungen 45 und 48 in der inneren Ringwand 42 bzw. der äußeren Ringwand 44 abgemessen, um über die innere Oberfläche der inneren und äußeren Ringwand 42 bzw. 44 abzuströmen und Kühlluftfilme zu bilden, und ein Teil der Luft strömt durch Verdünnungsluftöffnungen (nicht dargestellt) in der Innenwand 42 bzw. der Außenwand 44.
Die stromaufwärtige Wand 32 bildet einen Teil eines Ablagediffusers und es ist zweckmäßig, eine gekrümmte !Form wie in Fig. 3 dargestellt zu benutzen, um parasitische Druckverluste im Diffuser zu vermindern. Die gekrümmte stromaufwärtige Wand 32 führt zur Benutzung eines gekrümmten stromabwärtigen Endes für die Konvergent/Divergent-Töpfe 52, die das Verbrennungsverhalten vermindern.
Die Fig. 6 und 7 entsprechen den Fig. 3 und 4, zeigen jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel der stromaufwärtigen Wand 32, die flach ausgebildet ist und den parasitischen Druckverlust im Diffuser erhöht. Die stromabwärtigen Enden der Konvergent/Divergent-Töpfe 52 sind flach und sie erhöhen die Wirksamkeit der Verbrennung. Die Formen der stromaufwärtigen Wand 32 und die stromabwartigen Enden der Töpfe 52 sind so gewählt, daß der beste Gesamtkompromiß zxtfischen Diffuserdruckverlust und Verlust der
wirksamen Verbrennung zustande kommt.
Die Fig. 8 bis 11 zeigen abgewandelte Ausführungsformen des "Topfes", die ebenfalls Anwendung finden können. Fig. 8 zeigt einen Topf 52, der jenem nach Fig. 3 identisch ist, wobei der divergente Abschnitt konisch verläuft und die ringförmige Schöpfvorrichtung 58 an der inneren Oberfläche mit einem Gewinde versehen sein kann, während der Topf 52 ein Gewinde auf der äußeren Oberfläche trägt. Die Schöpfvorrichtung 58 kann dann auf die Töpfe 52 aufgeschraubt werden und die stromaufwärtige Wand 32 wird zwischen der Schöpfvorrichtung 58 und den Töpfen 52 festgeklemmt. Fig. 9 zeigt einen Topf 52, wobei der divergierende Abschnitt innere Kammern 72 besitzt, die mit Kühlluft aus der Ringkammer 60 über Öffnungen 74-im Topf 52 gespeist v/erden. Die Kühlluft bewirkt eine Aufprallkühlung und eine Konvektionskühlung des Topfes 52. Der Topf 52 in Fig. 10 ist nicht konisch, sondern besitzt einen Kreisquerschnitt und er ist im divergierenden Abschnitt nach außen erweitert, um das Ausmaß der Strömungsumkehr der Ringbrennkammer 22 auf einen Maximalwert zu bringen, und dieses Ausführungsbeispiel kann benutzt werden, um die axiale Länge des Topfes 52 zu vermindern.
Fig. 11 zeigt die Benutzung von zwei radialen Verwirbelungsvorrichtungen 86 und 82, die zwischen sich eine Ringlippe 84 aufweisen und die am stromaufwärtigen Ende des Konvergent/Divergent-Topfes 80 angeordnet sind. Die Ringlippe 84· steht radial nach innen und in Strömungsrichtung in den Konvergent/Divergent-Topf ein und richtet Luft aus der Verwirbelungsvorrichtung 82 über die innere Oberfläche des Topfes 80, um zu verhindern, daß
Brennstoff, der durch die Ringlippe 84 abfließt, auf der Oberfläche des Topfes 80 abgelagert wird.
Die Fig. 12 bis 14 zeigen Festlegemittel für Brennstoffing ektoren und Fig. 12 zeigt einen koaxial innerhalb eines Ringes 90 liegenden Brennstoffingektor 56, der eine äußere teilkugelförmige Oberfläche besitzt. Der Ring 90 wird von dem Ringkörper 62 und dem stromaufwärtigen Ende der Wirbel se häuf ein 54- durch zwei im Querschnitt L-förmige Ringe 92 und 94 getragen, die Rücken an Rücken angeordnet sind und die teilkugelförmige innere Oberflächen besitzen, die an der teilkugelförmigen äußeren Oberfläche des Rings 90 anstoßen, und die Ringe 92 und 94 erstrecken sich in den zwischen dem Ringkörper 62 und dem Wirbelaufbau 54- gebildeten Schlitz. Der Brennst offing ekt or 56 kann sich frei axial durch den Ring 90 bewegen, um eine relative Axialbewegung von Brennkammer 22 und Brennstoffingektor 56 zu ermöglichen, und die Ringe 92 und 94 ermöglichen eine relative Radialbewegung und eine Bewegung in ümfangsrichtung.
Die Brennst offing ektoren 56 gemäß Fig. 13 und 14 besitzen teilkugelförmige äußere Oberflächen 96 und in Fig. 13 stößt ein Ring 98 T-förmigen Querschnitts an die sphärische Oberfläche 96 des Brennstoffingektors 56 an. Der vertikale Schenkel des T-Profils paßt in den Schlitz ein, der zwischen den Wirbelschaufeln 54- ^*nd dem Ringkörper 62 belassen ist. Gemäß Fig. 14 ist ein Ring 102 T-förmigen Querschnitts vorgesehen, der in den Schlitz einpaßt, welcher zwischen den Wirbelschaufeln 54- und dem Ringkörper 62 ausgebildet ist, und ein Spaltring 100, der eine teilweise sphärische innere Oberfläche besitzt, paßt auf die
teilkugelförmige äußere Oberfläche 96 des Brennstoffinjektors 56. Der Spaltring 100 liegt koaxial zu dem Ring 102 T-förmigen Querschnitts. Diese Ausführungsbeispiele ermöglichen ebenfalls eine axiale und eine radiale Bewegung und außerdem eine in Umfangsrichtung verlaufende Bewegung zwischen dem Brennstoffingektor 56 und der ringförmigen Brennkammer 22, so daß keine übermäßigen mechanischen Belastungen auf die Brennstoffinjektoren 56 übertragen werden.
Die BrennstoffInjektoren 56 sollen koaxial zu den Konvergent /Divergent-Töpfen 52 angeordnet werden, aber die Befestigungsmittel ermöglichen eine Relativbewegung zwischen den Brennstoffinjektoren 56 und der Brennkammer 22, wie dies vorstehend erwähnt wurde, so daß die Brennstoffinjektoren nicht immer koaxial zu den Topfen angeordnet sind, jedoch erfolgt ständig eine Ausrichtung hierauf.
Pig. 15 ist eine Schnittansicht ähnlich der Pig. 3, jedoch ist hier die Topf-Ausgestaltung ähnlich wie bei Fig. 11. Ein Konvergent/Divergent-Topf 11A- besitzt zwei radiale Wirbelschaufelanordnungen 116 und 120, die am stromoberseitigen Ende angeordnet sind,und eine Ringlippe 118 liegt axial zwischen den radialen Wirbelschaufeln 116 und 120. Die Ringlippe 118 erstreckt sich in radialer Richtung nach innen und in Richtung stromab in den Konvergent /Divergent-Topf 114-, um Luft von den radialen Wirbelschaufeln 120 über die innere Oberfläche des Topfes 114 zu schicken und um zu verhindern, daß Brennstoff, der durch die Ringlippe 118 fließt, auf der inneren Oberfläche des Topfes 114 abgelagert wird.
Ein ringförmiger Schöpfkragen 110 liegt koaxial um jeden Konvergent/Divergent-Topf 114 und die zugeordneten radialen Wirbelschaufeln 116 und 120. Der ringförmige Schöpfkragen 110 erstreckt sich von der stromaufwärtigen Wand 32 in Eichtung stromauf, so daß das stromaufwärtige Ende eines jeden ringförmigen Kragens 110 stromauf der radialen Wirbelschaufeln 116 und 120 liegt, um zu gewährleisten, daß die Luft zwangsläufig den radialen Wirbelschaufeln 116 und 120 und einer Ringkammer 112 zugeführt wird, die zwischen jedem Topf 114 und dem zugeordneten ringförmigen Schöpfkragen 110 ausgebildet ist. Der ringförmige Schöpfkragen 110 könnte mit einer einzigen radialen Wirbelschaufel am Konvergent/Divergent-Topf angeordnet werden, so daß das stromaufwärtige Ende des ringförmigen Schöpfkragens stromauf der radialen Wirbelanordnung liegt.
Die einzige stromaufwärtige Blechwand wird durch Konvektion infolge der Strömung von Kühlluft und Verdünnungsluft gekühlt, die direkt über die stromaufwärtige Oberfläche der stromaufwärtigen Wand strömt. Außerdem wird die stromaufwärtige Wand durch die Strömung der Kühlluft gekühlt, die über die stromabwärtige Oberfläche der stromaufwärtigen Wand abfließt und über Öffnungen in dem Topf aus der Kingkammer zugeführt wird, die zwischen dem Topf und dem ringförmigen Schöpfkragen vorhanden ist. Dies ergibt eine gute Kühlung der stromaufwärtigen Wand ohne Benutzung komplexer doppelwandiger stromaufwärtiger Mantel, die außerdem schwer sind.
Die Luftsprüh-Brennstoffinjektoren können einen sehr kleinen Durchmesser auf v/eisen, was den Vorteil hat, daß
— dc. —
die Größe der Öffnungen im Trxebwerksgehause und das Gewicht der Ingektoren vermindert werden.

Claims (14)

  1. Pate ntanwälte . ί . . ": ': D >pj :-Ι·η g.CurtWallach
    Europäische Patentvertreter: "' "*" "" Dip l.-l ng. Günther Koch
    European Patent Attorneys ft ^ Dlpl.-Phys. Dr.TinO Haibach
    3443066 Dipl.-lng. Rainer Feldkamp
    D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d
    Rolls-Royce Limited 26 November
    Buckingham Gate Datum: ^- NovemDer
    London SW1E 6AT Unser Zeichen: 18 054 K/Nu
    England
    V erbrennungseinrichtung für ein Gas turbinen tr iebwerk
    Patentansprüche:
    \aJ Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk mit einer inneren Ringwand, mit einer äußeren Ringwand und mit einer stromaufwärtigen Wand, wobei die stromaufwärtige Wand mehrere in Umfangsrichtung angeordnete im gleichen Abstand befindliche Löcher aufweist und ein Konvergent/Divergent -Topf koaxial in jeder Öffnung ausgerichtet ist, der am stromabwärtigen Ende mit der stromaufwärtigen Wand verbunden ist und in Richtung stromauf von der Wand vorsteht, und wobei jeder Konvergent /Divergent-Topf eine radiale Verwirbelungseinrichtung aufweist, die am stromaufwärtigen Ende vorgesehen ist, um Luft in den Konvergent/Divergent-Topf zu fördern, und wobei ein Brennstoffinjektor auf jeden Konvergent/Divergent-Topf und die entsprechenden radialen Verwirbelungseinrichtungen ausgerichtet ist, um Brennstoff in den Konvergent/Divergent-Topf zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die stromaufwärtige Wand (32) einen Teil eines Entleerungsdiffusers bildet, daß die
    stromaufwärtige Wand aus einem einzigen Blech besteht, welches durch Luft, die über seine stromaufwärtige Oberfläche abfließt, einer Konvektionskühlung unterworfen wird, daß eine ringförmige Luftschöpfvorrichtung (58) koaxial um jeden Konvergent-Divergent -Topf (52) herum angeordnet ist, daß jede ringförmige Luftschöpfvorrichtung (58) an der stromaufwärtigen Wand (32) befestigt ist und von dieser in stromauf wärtige Richtung vorsteht, daß eine Ringkammer (60) zwischen jedem Konvergent/Divergent-Topf (52) und der entsprechenden ringförmigen Luftschöpfvorrichtung (58) vorgesehen ist, daß jeder Konvergent /Di vergent-Topf (52) mehrere Öffnungen (68) aufweist, die ringförmig am stromabwärtigen Ende angeordnet sind, um Kühlluft aus der Ringkammer (60) über die stromabwärtige Oberfläche der stromaufwärtigen Wand (32) zu fördern, und daß die ringförmigen Luftschöpfvorrichtungen (58) Luft nach den radialen Verwirbelungsvorrichtungen (5^0 und den Ringkammern (60) fördern.
  2. 2. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die stromaufwärtige Wand (32) einen gekrümmten Querschnitt aufweist und daß das stromabwärtige Ende jedes Konvergent/Divergent-Topfes (52).gekrümmt ist und der Krümmung der stromaufwärtigen Wand (32) entspricht.
  3. 3· Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch
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    gekennzeichnet , daß die stromaufwärtige Wand (32) im Querschnitt flach ausgebildet ist und daß das stromabwärtige Ende öedes Konvergent/Divergent-Topfes (52) flach ist und der stromaufwärtigen Wand (32) entspricht.
  4. 4. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Divergent-Abschnitt des Konvergent/Divergent-Topfes (52) kreisförmigen Querschnitt besitzt.
  5. 5· Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Divergent-Abschnitt des Konvergent/Divergent-Topfes (52) konisch ausgebildet ist.
  6. 6. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Abschnitt des Konvergent/Divergent-Topfes (52) innere Kammern (72) aufweist, die mit Kühlluft aus der Ringkammer (60) gespeist werden, um den Konvergent/Divergent-Topf (52) zu kühlen.
  7. 7· Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
    eine zweite radiale Verwirbelungseinrichtung (82) koaxial zu dem Konvergent /Divergent-Top f (80) -und zwischen diesem und der ersten radialen Verwirbelungseinrichtung (86) angeordnet ist, daß eine Ringlippe (84) zwischen erstem und zweitem Verwirbelungsaufbau (86, 82) angeordnet ist, die sich radial nach innen und stromab in dem Konvergent/Divergent-Topf (80) erstreckt, daß der Brennstoffinjektor (56) und die erste radiale Verwirbelungseinrichtung (86) Brennstoff und Luft in den Konvergent/Divergent-Topf (80) über die Ringlippe (84) zuführen und die zweite radiale Verwirbelungseinrichtung (82) Luft in den Konvergent/Divergent-Topf (80) einführt, und daß die Ringlippe (84) Luft -von der zweiten radialen Verwirbelungseinrichtung (82) ablenkt, damit diese über den Konvergent/Divergent-Topf (80) fließt und verhindert, daß Brennstoff sich am Konvergent/Divergent-Topf (80) absetzt.
  8. 8. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende einer geden ringförmigen Luftschöpfeinrichtung (110) stromauf jeder radialen Verwirbelungseinrichtung (116, 120) liegt, um Luft nach den radialen Verwirbelungseinrichtungen (116, 120) und in die Ringkammer (112) zu liefern.
  9. 9. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Brennstoffinjektoren (56) koaxial zu jedem Eonvergent/Divergent-Topf (52) und der radialen Verwirbelungseinrichtung (54) durch Festlegemittel fixiert sind, die eine Relativbewegung der Brennstoffinjektoren (56) gegenüber jedem Konvergent/Divergent-Topf (52) in Axialrichtung, in Hadialrichtung und in Umfangsrichtung ermöglichen, um die Lastübertragung nach den Brennstoffinjektoren (56) zu begrenzen.
  10. 10. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennstoffinjektoren (56) eine teilkugelförmige äußere Oberfläche (96) aufweisen.
  11. 11. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Festlegemittel einen Ring (98) mit T-Querschnitt umfassen, der an der teilkugelförmigen äußeren Oberfläche (96) des Brennstoffinjektors (56) anstößt, daß der Schenkel des Rings (98) mit T-Querschnitt sich in einen Schlitz (61) hinein erstreckt, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende der radialen Verwirbelungseinrichtung (54) lind einem Ringkörper (62) verläuft, der koaxial zu der radialen Verwirbelungseinrichtung angeordnet und an dieser befestigt ist.
  12. 12. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die
    Pestlegemittel einen Ring (102) mit T-Querschnitt und einen Spaltring (100) timfassen, der eine teilkugelförmige innere Oberfläche besitzt, daß der Spaltring (100) koaxial innerhalb des Kings (102) mit T-Querschnitt angeordnet ist und an diesem anstößt und daß die teilkugelförmige innere Oberfläche des Spaltrings (100) an der teilkugelförmigen äußeren Oberfläche des Brennstoffinjektors (56) anliegt, wobei der vertikale Schenkel des T-Profils des Ringes (102) in einen Schlitz (61) einsteht, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende der radialen Verwirbelungseinrichtung (54-) und einem Ringkörper (62) gebildet ist, der koaxial zu der radialen Verwirbelungseinrichtung (54·) angeordnet und an dieser befestigt ist.
  13. 13. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Pestlegemittel einen Ring (90) aufweisen, der eine teilkugelförmige äußere Oberfläche besitzt, die koaxial um den Brennstoffinjektor (56) herum paßt, daß zwei Ringe (92, 94) mit L-Querschnitt teilkugelförmige innere Oberflächen aufweisen, die gegen die teilkugelförmige äußere Oberfläche des Ringes (90) anstoßen, daß die Ringe (92, 94-) von L-Querschnitt Rücken an Rücken zueinander angeordnet sind und in einen Schlitz (61) einstehen, der zwischen dem stromaufxtfärtigen Ende der radialen "Verwirbelungseinrichtung (54-) und einem Ringkörper (62) gebildet ist, der koaxial zu der radialen Verwirbelungs-
    einrichtung (54-) liegt und an dieser befestigt ist.
  14. 14. Ringförmige Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13? dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffingektor (56) ein Luftsprüh-Brennstoffinjektor ist.
    15· Gasturbinentriebwerk, dadurch gekenn zeichnet , daß es eine ringförmige Verbren nungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14· aufweist.
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