DE3924436C2 - Ringförmige Brennkammer - Google Patents
Ringförmige BrennkammerInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine ringförmige Brennkammer für
ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Patentanspruch 1. Eine solche Brennkammer ist bekannt (US-A-
4,720,970).
Bekanntermaßen wurden in den letzten Jahren hinsichtlich der
Brennkammern für Gasturbinentriebwerke vom technischen Stand
punkt her beträchtliche Fortschritte erreicht. Beispielsweise
arbeiten Brennkammern für Flugzeug-Stahltriebwerke mit einem
Wirkungsgrad im Bereich von hohen 90%. Außerdem wurde die Tech
nologie hinsichtlich des Verringerns oder Unterdrückens von
Schadstoffen und/oder Rauchentwicklung aus dem Verbrennungspro
zeß bedeutend verbessert.
Die Anforderungen an Brennkammern, die dem zukünftigen Luft
fahrtsbedarf genügen sollen, machen jedoch noch weitere Fort
schritte hinsichtlich der Verbrennungstechnologie erforderlich.
Es ist offensichtlich, daß die Leistung von Flugzeugtriebwerken
durch das Erreichen von hohen Turbineneinlaßtemperaturen be
stimmt ist. Innerhalb vorgegebener Grenzen erhöhte Turbinenein
laßtemperaturen ergeben verbesserte Schubkraft/Gewicht-
Verhältnisse und einen spezifischen Brennstoffverbrauch mit ei
ner dementsprechenden Verbesserung der Triebwerkleistung.
Daher wird es für die zukünftigen Anforderungen notwendig, daß
das weiterentwickelte Verbrennungssystem für diese Hochlei
stungstriebwerke bei hoher Leistung bei einem Temperaturanstieg
arbeiten, der beträchtlich höher als derjenige bei den herkömm
lichen Brennkammern ist. Es ist jedoch von äußerster Wichtig
keit, daß der Konstrukteur der Brennkammer die Anforderung hin
sichtlich des erhöhten Temperaturanstiegs erfüllt, ohne die
bisher erreichten Leistungswerte und die Werte für die Rauch
dichte und Schadstoffe aus dem Triebwerk zu verschlechtern.
Zusätzlich zu den schon angesprochenen zwingenden Anforderungen
muß die Brennkammer das Nachzünden innerhalb bestimmter Höhen
ermöglichen. Wenn ferner diese Triebwerke in Leichtflugzeugen
eingesetzt werden, ist zu berücksichtigen, daß die Brennkammer
während der Triebwerkbremsung und des Leerlaufs bei niedrigeren
Temperaturanstiegswerten als den Werten bei den herkömmlichen
Brennkammern zu arbeiten hat und eine ausreichend stabile Ver
brennung ergeben muß, um den Betrieb am Boden zu ermöglichen.
Zur besseren Erkenntnis der Kompliziertheit und der Betriebsfä
higkeitsprobleme, die sich bei Brennkammern mit hohem Tempera
turanstieg ergeben, ist ein Vergleich der Anforderungen an die
Brennkammer mit der Stabilität des Verbrennungsprozesses zweck
dienlich. Daher ist in Fig. 1 eine graphische Darstellung ge
zeigt, in der das Brennstoff-Luftverhältnis gegen einen Parame
ter für die Stabilität aufgetragen ist. Da bekanntermaßen die
hauptsächliche Verbrennung in einer Primärzone der Brennkammer
auftritt, wird für die Erörterung dieser Abschnitt der Brenn
kammer herangezogen. Der Stabilitätsparameter, der zu einem
Standardmaß in der Brennkammer-Technik geworden ist, enthält
die auf die Primärzone angewandten folgenden Glieder:
V = mittlere Druchströmungsgeschwindigkeit
P = Druck
T = Einlaßlufttemperatur
V = mittlere Druchströmungsgeschwindigkeit
P = Druck
T = Einlaßlufttemperatur
Wenn diese Glieder zu einem Parameter V/PT2 zusammengefaßt wer
den, ergibt eine Erhöhung der Geschwindigkeit, eine Verminde
rung des Drucks und/oder eine Verminderung der Temperatur eine
Erhöhung des Stabilitätsparameters. Gleichermaßen wird durch
diese Änderungen der Glieder der Verbrennungsprozeß dadurch be
einträchtigt, daß es schwieriger wird, die Verbrennung aufrecht
zu erhalten. Anders ausgedrückt, stellen höhere Werte des Sta
bilitätsparameters eine Anzeige für höhere und schwierigere An
forderungen hinsichtlich des Betreibens der Brennkammer dar.
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine Kurve A eine Stabili
tätsgrenze bestimmt, die durch das Auslöschen bzw. Abbrechen
der Verbrennung bei dem Erhöhen oder Vermindern des Brennstoff-
Luftverhältnisses definiert ist. Damit ist die Verbrennung un
ter Bedingungen stabil, die in den Bereich links von der para
belförmigen Stabilitätsgrenzkurve A fallen, und unter irgend
welchen Bedingungen rechts der Kurve A instabil. Ferner be
stimmt eine Kurve B eine obere Grenze für das Brennstoff-
Luftverhältnis, oberhalb der im Betrieb eine übermäßig starke
Rauchentwicklung entsteht.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der Verbren
nung hervorgeht, werden für herkömmliche Brennkammern die
Brennstoff-Luftverhältnisse in der Primärzone derart gewählt,
daß sie unterhalb der Kurve B liegen, und werden die Bedingun
gen hinsichtlich der Verlangsamung, des Leerlaufs und der Hö
hennachzündung des Triebwerks in den stabilen Betriebsbereich
links von der Kurve A gelegt. Dies ist durch eine Arbeitskenn
linie C dargestellt, wobei die Höhennachzündung als Arbeits
punkt E bestimmt ist. Für den Nachzündungspunkt werden übli
cherweise eine Flughöhe von 30.000 Fuß und eine Fluggeschwin
digkeit von 0,8 Mach angesetzt.
Eine Kurve F stellt die Arbeitskennlinie bei erhöhten Tempera
turanstiegswerten dar, die für Triebwerke in zukünftiger wei
terentwickelter Technologie in Betracht gezogen werden. Um den
Verbrennungsvorgang unterhalb der Rauchgrenze (Kurve B) sicher
zustellen, muß offensichtlich der Primärzonenluftstrom ver
stärkt werden, wodurch die Arbeitskennlinie F der Brennkammer
näher an die Stabilitätsgrenzkurve A herankommt, was deutlich
die erhöhten Anforderungen hinsichtlich der Betriebsbedingungen
der Brennkammer zeigt. Ferner kann es vorkommen, daß die Ar
beitspunkte für die Verlangsamung und für die durch einen Punkt
G dargestellte Höhennachzündung außerhalb der Stabilitätsgrenz
kurve A liegen. Weiterhin ist erkennbar, daß mit zunehmend hö
heren Temperaturanstiegswerten die Arbeitskennlinie der Brenn
kammer zu noch strengeren Bedingungen versetzt, ist, so daß so
gar die Arbeitspunkte für den Leerlauf (Punkte H und J auf den
Arbeitskennlinien C bzw. F) außerhalb der Stabilitätsgrenzkurve
A liegen können.
Ingenieure und Wissenschaftler haben dieses Problem über einige
Zeit angegangen und es auf einigen verschiedenen Wegen zu lösen
versucht. Einige dieser Lösungswege, die alle beträchtliche
Mängel gezeigt haben, umfassen eine veränderbare Brennstoffab
stufung, eine veränderbare Geometrie und eine Doppelring-
Brennkammer mit Luftströmungsabstufung. Es sind keine im Stand
der Technik angeführten Lösungswege bekannt, die auf zufrieden
stellende Weise die vorstehend angesprochenen Probleme lösen.
Bei der Brennstoffabstufung ist die Eingabe von Brennstoff in
die Brennkammer über Brennstoffdüsen in Betracht gezogen, von
denen einige mehr Brennstoff zuführen als die anderen, so daß
die Brennstoffzufuhr auf zwei oder mehr Arten von Brennstoffdü
sen aufgeteilt ist, die unterschiedliche Brennstoffströme lie
fern. Durch eine richtige Festlegung der Brennstoffströme ist
es daher möglich, in einem Teilbereich der Brennkammer den
Brennstoff örtlich anzureichern, wodurch die Verlangsamungs-
und Leerlaufbedingungen gemäß der Arbeitskennlinie F innerhalb
der Stabilitätsgrenze gehalten werden, wie es durch eine ge
strichelte Linie K dargestellt ist, die sich von dem unteren
Abschnitt der Arbeitskennlinie F weg erstreckt. Diese Systeme
erfüllen nicht die grundlegenden Stabilitätsanforderungen und
können weiterhin Probleme hinsichtlich der Höhenzündung erge
ben, wie es in der graphischen Darstellung in Fig. 1 durch ei
nen Punkt G' dargestellt ist.
Die Brennkammer mit veränderbarer Geometrie bietet einen reali
stischeren Weg zum Lösen der vorangehend aufgezählten Probleme,
aber nur mit dem Aufwand an zusätzlichen Kosten, Gewicht und
komplizierter Gestaltung, der für das Verändern der Geometrie
erforderlich ist. Bei diesem Lösungsweg wird der Luftstrom zu
der Primärzone durch mechanisches Einstellen von Luftzumes
sungsdüsen verändert. Daher werden das Brennstoff-Luftverhält
nis und der Stabilitätsparameter an vorgegebenen Arbeitspunkten
der Brennkammer derart geändert, daß die Betriebsbedingungen in
dem stabilen Bereich links von der Kurve A bleiben.
Der letzte der vorgeschlagenen Lösungswege ist die Doppelring-
Brennkammer, bei deren Gestaltung zur Lösung der vorangehend
angesprochenen Probleme eine Luftströmungsabstufung angewandt
wird. Eine Doppelring-Brennkammer ist beispielsweise in der
Veröffentlichung US-A-3 934 409 beschrieben.
In dieser Brennkammer ist die Primärzone mit einem inneren Rin
graum und einem äußeren Ringraum gebildet. Einer dieser Rin
gräume ist (als Primärringzone) zur Aufnahme einer verhältnis
mäßig schwachen Luftströmung ausgelegt und zeigt gute Stabili
tätseigenschaften. Der ändere Ringraum nimmt (als Sekundärring
zone) eine verhältnismäßig stärkere Luftströmung auf und es
dürfen die Betriebszustände bei niedriger Leistung und bei der
Höhennachzündung die Stabilitätsgrenzen überschreiten. Falls
die Verbrennung in der Primärringzone aufrechterhalten wird und
sich zur Sekundärringzone ausbreitet, wird die Verbrennung auf
rechterhalten und die Brennkammer kann unter Höhenbedingungen
nachgezündet werden.
Der Doppelringaufbau macht jedoch von Natur aus zusätzliche
Lufteinlaßvorrichtungen und Brennstoffdüsen erforderlich, was
ein schwereres und teureres Verbrennungssystem ergibt.
Bei allen diesen vorstehend beschriebenen Lösungswegen sowie
auch bei den übrigen herkömmlichen Verbrennungssystemen ist ei
ne auf dem Umfang gleichförmige Luftströmungsverteilung vorge
sehen. In manchen Fällen kann die Luftströmungsverteilung auf
gewisse Weise um Brennstoffdüsen oder Leitradversteifungen her
um örtlich angepaßt werden, um eine gleichförmige Austrittstem
peraturverteilung zu erzielen. Ein Beispiel für eine örtliche
Anpassung der Luftströmung um die Brennstoffdüse herum ist in
der Veröffentlichung US-A-4 696 157 beschrieben. Bei diesem Sy
stem sowie auch bei den anderen vorangehend angesprochenen Sy
stemen wiederholt sich die Luftströmungsverteilung um die
Brennkammer herum, wobei diese Verteilung eine Funktion der
Brennstoffdüsen bzw. eine Funktion der Leitradversteifungen
ist, falls versucht Wird, die Einwirkung der Leitradversteifun
gen zu kompensieren.
In allen diesen Fällen beabsichtigt der Konstrukteur, eine auf
dem Umfang gleichförmige oder sich auf dem Umfang wiederholende
Luftströmungsverteilung zu erreichen. Außerdem ist während des
Betriebs mit hoher Leistung die Brennstoffströmungsverteilung
von Düse zu Düse gleichförmig.
Eine weitere erwähnenswerte Lösung ist in der US-Patentschrift
4 720 970 beschrieben; diese Lösung ist der vorangehend
genannten Lösung mit der veränderbaren Geometrie verwandt. Ge
mäß der US-Patentschrift 4 720 970 ist die Brennkammerhau
be der Brennkammer auf dem Umfang zu einem Sektor oder zu Sek
toren unterteilt. Mit Luftstromsteuerventilen wird die Luft
strömung in einem bestimmten Umfangssektor oder in bestimmten
Umfangssektoren verändert, um in der Primärzone einen Bereich
mit veränderbarem Brennstoff-Luftverhältnis zu bilden und die
Verbrennung in diesem Bereich der Primärzone steuern zu können.
Dieses System ist jedoch mit den gleichen Mängeln wie das vor
angehend angeführte System mit der veränderbaren Geometrie be
haftet.
Es wurde festgestellt, daß durch die Erfindung die vorstehend
aufgezählten Mängel vermieden werden können, während die Stabi
litätsgrenze und die Grenze hinsichtlich der Magergemisch-
Löschung der Verbrennung erweitert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Gasturbine
eine relativ einfach aufgebaute ringförmige Brennkammer zu
schaffen, die den Betrieb bei erhöhten Temperaturanstiegswerten
ermöglicht, während die Verbrennung stabil gehalten wird und
Eigenschaften zum Nachzünden in großen Höhen erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Brennkammer gemäß
Patentanspruch 1 gelöst.
Bei der Erfindung weist die Brennkammer einen Umfangssektor
auf, der zum Aufrechterhalten eines stabilen Arbeitsbereichs
für alle Triebwerkbetriebsbedingungen eine andere Luftströ
mungsverteilung hat. Gleichermaßen wird die Brennstoffzufuhr
über den Umfang ungleichmäßig verteilt, um die Luftströmungs
verteilung auszugleichen und ein gleichförmiges Austrittstempe
raturmuster zu erhalten.
Weitere Eigenschaften der erfindungsgemäßen Brennkammer beste
hen darin, daß die bestehende Brennkammer-Technologie und
-Ausstattung genutzt werden können und die Komplexität, die
Größe, das Gewicht und die Kosten des Verbrennungssystems auf
ein Mindestmaß herabgesetzt sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die einen Verbren
nungsvorgang, eine Stabilitätsgrenze und eine Rauch
grenze in der Primärzone einer Brennkammer veran
schaulicht, wobei das Brennstoff-Luftverhältnis gegen
den Stabilitätsparameter aufgetragen ist.
Fig. 2 ist eine im Schnitt und schematisch dargestellte An
sicht einer herkömmlichen Brennkammer, die erfin
dungsgemäß gestaltet werden kann.
Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung von Luftöffnungen
und die Luftströmungsverteilung über den Umfang der
Brennkammerhaube der Brennkammer.
Fig. 4 ist eine der Fig. 1 entsprechende graphische Darstel
lung, die die Arbeitskennlinien der erfindungsgemäßen
Brennkammer veranschaulicht.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Brennstoffströme
von Brennstoffdüsen in der in Umfangssektoren geteil
ten Brennkammerhaube der Brennkammer, wobei der
Brennstoffstrom Wf gegen einen Düsen-Druckabfall ΔP
aufgetragen ist.
Zwar wird bei der hier beschriebenen ringförmigen Brennkammer
eine herkömmliche ringförmige Brennraumumkleidung benutzt, die
aus einem mit Kühlschlitzen versehenen Blech hergestellt ist,
jedoch ist es ersichtlich, daß die besonderen Einzelheiten des
Aufbaus der Brennkammer und der Umkleidung derselben die glei
chen wie bei irgendwelchen anderen bekannten Konstruktionen
sein können.
Die Fig. 2 zeigt eine allgemein mit 10 bezeichnete herkömmliche
Brennkammer mit einem Außengehäuse 12 und einem Innengehäuse
14, die mit anderen (nicht gezeigten) Triebwerkgehäuseteilen
verbunden sind. Zur Vereinfachung sind hier Einzelheiten des
Gasturbinentriebwerks weggelassen, jedoch wird auf irgendeines
der Triebwerkmodelle mit ringförmigen Brennkammern hingewiesen,
wie beispielsweise auf die JT9D- und F100-Familie der von der
Pratt & Whitney-Luftfahrtabteilung der United Technologies Cor
poration hergestellten Triebwerke, auf die hier Bezug genommen
wird.
Eine ringförmige Verbrennungszone 16 ist durch eine mit Kühl
schlitzen versehene Außenumkleidung 18 und eine mit Kühlschlit
zen versehene Innenumkleidung 20 begrenzt, die von dem benach
barten Außengehäuse 12 bzw. Innengehäuse 14 der Brennkammer be
abstandet sind und mit diesen ringförmige Durchlässe 22 und 24
begrenzen. Die kühle Luft aus dem (nicht gezeigten) Verdichter
des Triebwerks wird über einen Vorverteiler 26 und einen Kegel
verteiler 28 derart in die Durchlässe 22 und 24 eingelassen,
daß ein Teil der Luft zur Schleierkühlung der Umkleidungen
durch Öffnungen 30 der Umkleidungen strömt, während ein anderer
Teil der Luft für die Verbrennung über Radialöffnungen 32 in
die Brennkammer eingelassen wird und ein weiterer Teil (über
Zusatzluftöffnungen 34) für das Kühlen der Verbrennungsgase
eingelassen wird. Ein Teil der Luft wird durch Düsenluftöffnun
gen 38 eingelassen, die in einer Brennkammerhaube 40 ausgebil
det sind und die die Form von Verwirbelungsdüsen in Brennstoff
düsen haben können. Die Größen aller dieser Öffnungen bestimmen
die axiale und Umfangs-Verteilung der in die Brennkammer einge
lassenen Luft sowie das Festlegen des Brennstoff-Luftverhält
nisses in der an die Brennkammerhaube angrenzenden Primärzone.
Der Brennstoff wird der Brennkammer über geeignete Brennstoff
düsen zugeführt, die allgemein mit 42 bezeichnet ist. In die
Brennkammerhaube 40 ist in gleichen Umfangsabständen eine Viel
zahl von Brennstoffdüsen 42 eingesetzt (von denen nur eine ge
zeigt ist).
Mindestens ein vorgegebener Umfangssektor der Brennkammer in
der Primärzone wird über den ganzen Betriebsbereich der Brenn
kammer in einem stabilen Zustand betrieben. Zum Erreichen eines
höheren Temperaturanstiegs erhält die Primärzone außerhalb des
vorgegebenen Umfangssektors eine höhere Luftströmungsverteilung
als im vorgegebenen Umfangssektor und es entsteht um den ganzen
Umfang herum eine Ungleichförmigkeit der Luftströmung.
Gleichermaßen ist die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungszone auf
dem Umfang ungleichförmig, um dadurch die Luftströmungsvertei
lung auszugleichen und gleichförmige Verbrennungs-Austritts
muster zu bilden. Dies wird dadurch bewerkstelligt, daß die Dü
senluftöffnungen in der Brennkammerhaube für die erwünschte
Luftströmung bemessen werden. Gleichermaßen werden die Öffnun
gen der Brennstoffdüsen derart gewählt, daß sich die geforderte
Brennstoffverteilung ergibt. Aus dem Vorstehenden ist ersicht
lich, daß durch Nutzung dieser Gestaltung die herkömmlichen
ringförmigen Brennkammern auf einfache Weise abgewandelt werden
können.
Die Strömungsverteilung ist am besten aus der Fig. 3 zu erse
hen, die schematisch die Düsenluftöffnungen 38 auf dem Umfang
der Brennkammer zeigt. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist
in der Brennkammer ein vorgegebener Umfangssektor mit geringer
Luftströmung vorgesehen, der mit S bezeichnet ist. Die graphi
sche Darstellung in Fig. 3 zeigt die Verteilung der Luftströ
mung um den Umfang der ringförmigen Brennkammer herum. Eine
Kurve T stellt die Luftströmungsverteilung dar, und der abge
senkte Abschnitt der Kurve T stellt die Luftströmung in den Um
fangssektor S dar, der die Luft über denjenigen Teil der Düsen
luftöffnungen 38 und denjenigen Teil der Radialöffnungen 32 er
hält, welche zum Durchlassen einer Luftströmung bemessen sind,
die in Bezug auf die Luftströmung durch die übrigen, nicht ver
kleinert bemessenen Düsenluftöffnungen und Radialöffnungen ver
ringert ist. Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die
Luftströmung in dem Umfangssektor S gegenüber der Luftströmung
im restlichen Umfangsbereich der Brennkammer verringert ist.
Die Brennstoffdüsen, die zentral zu den Düsenluftöffnungen aus
gerichtet sind, werden gleichfalls derart gewählt, daß die für
das erwünschte Brennstoff-Luftverhältnis erforderlichen Brenn
stoffströme entstehen. Vorzugsweise wird benachbart zu jedem
der Zünder der Brennkammer ein Umfangssektor mit verringerter
Luftströmung angeordnet, um an der Stelle, an der die Zündung
erfolgt, den stabilen Betriebszustand sicherzustellen.
Die Bedeutsamkeit des erfindungsgemäßen Bildens von Umfangssek
toren ist am besten aus der Fig. 4 zu ersehen, die eine der
Darstellung in Fig. 1 gleichartige graphische Darstellung ist.
Eine Kurve X stellt die Arbeitskennlinie der Brennkammer in dem
Umfangssektor mit der verringerten Luftströmung dar, während
eine Kurve Y die Arbeitskennlinie in dem restlichen Umfangssek
tor darstellt. Es ist ersichtlich, daß ein Zündpunkt X' im Um
fangssektor mit der verringerten Luftströmung in den stabilen
Arbeitsbereich fällt, während ein Zündpunkt Y' im Umfangssektor
mit der stärkeren Luftströmung außerhalb des stabilisierten Be
reichs liegt. Da der Zündpunkt bei dem Umfangssektor mit der
verringerten Luftströmung in dem stabilen Bereich liegt, kann
die Verbrennung aufrechterhalten werden und sich zu den Berei
chen mit der stärkeren Luftströmung ausbreiten.
Zum Erreichen der vorangehend genannten Gleichförmigkeit wird
die Brennstoffzufuhr derart verteilt, daß sie der Luftströmung
in einem jeden der Umfangssektoren angepaßt bzw. angeglichen
ist, um ein gleichförmiges Brennstoff-Luftverhältnis bzw. eine
gleichförmige Temperaturanhebung zu erreichen. Hierdurch wird
nicht nur die Triebwerkleistung verbessert, sondern auch die
Lebensdauer der Turbine verlängert. Die verringerte Brennstoff
zufuhr kann offensichtlich auf verschiedene Weise erzielt wer
den, wie beispielsweise durch Verringern der Brennstoffströme
in dem Umfangssektor mit der verringerten Luftströmung oder
durch gesondertes Bemessen der Brennstoffströme zu den beiden
Umfangssektoren unter Benutzung einer Brennstoffsteuervorrich
tung. Bei dem vorzugsweise gewähltem Ausführungsbeispiel ist
jedoch vorgesehen, unterschiedlich bemessene Brennstoffdüsen zu
benutzen.
Der Brennstoffstrom-Verlauf ist in der Fig. 5 gezeigt, in der
eine Kurve AA den Verlauf des Brennstoffstromes für den Um
fangssektor mit der starken Luftströmung darstellt und eine
Kurve BB den Brennstoffstrom in dem Umfangssektor mit der ver
ringerten Luftströmung zeigt. Im Sinne der Erfindung ist es
ferner vorgesehen, daß diese Brennstoffstrom-Verläufe mit der
vorangehend beschriebenen Brennstoffabstufung insbesondere bei
einem Betriebszustand kombiniert werden können, bei dem im Um
fangssektor mit der verringerten Luftströmung der Brennstoff
strom auf einem niedrigen Wert ist. In diesem Betriebsbereich
(Leerlauf) ist es anzustreben, den Brennstoffstrom zu verstär
ken.
Aus dem Vorstehenden ist es ersichtlich, daß die beschriebene
Gestaltung die Nutzung von erhöhten Temperaturen zuläßt, wäh
rend die im Zusammenhang mit der Doppelring-Gestaltung be
schriebenen Kosten, Gewichtssteigerungen und Stabilitätsbegren
zungen vermieden werden und nicht der bei den Gestaltungen mit
der veränderbaren Geometrie auftretende Aufwand an höheren Ko
sten, an höherem Gewicht und an größerer Komplexität anfällt.
Claims (3)
1. Ringförmige Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk,
mit einer langgestreckten, ringförmigen Außenumkleidung (18),
mit einer langgestreckten, ringförmigen Innenumkleidung (20),
mit einer Brennkammerhaube (40), die von der Außenumklei dung (18) und der Innenumkleidung (20) gehalten wird und zusam men mit diesen eine ringförmige Verbrennungszone (16) begrenzt,
mit einer Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu der Ver brennungszone, wobei die Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr eine Vielzahl von Brennstoffdüsen (42) aufweist, die in der Brennkammerhaube über den Umfang derselben verteilt mit Abstand voneinander angeordnet sind,
mit einer Vielzahl von in der Brennkammerhaube (90) ausge bildeten, über den Umfang der Brennkammerhaube (40) verteilt mit Abstand voneinander angeordneten Düsenluftöffnungen (38) zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Verbrennungszone (16), und mit mindestens einer Reihe von in der Außenumkleidung (20) und der Innenumkleidung (18) ausgebildeten Radialöffnungen (32) zum radialen Einleiten von Verbrennungsluft in die Ver brennungszone (16), wobei die Radialöffnungen (32) über die Um fänge der Innenumkleidung und der Außenumkleidung verteilt mit Abstand voneinander im wesentlichen in einer gemeinsamen Querebene der Brennkammer angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in einen vorgegebenen Umfangssektor (S) der Ver brennungszone (16) mündenden Düsenluftöffnungen (38) und Ra dialöffnungen (32) jeweils einen unveränderlichen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als der jeweilige Querschnitt der außerhalb des vorgegebenen Umfangssektors (S) einmündenden Dü senluftöffnungen (38) und Radialöffnungen (32),
und daß die Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr im Lei stungsbetrieb die Brennstoffzufuhr zu dem vorgegebenen Um fangssektor (S) der Verbrennungszone (16) und zu der übrigen Verbrennungszone der jeweils eingeleiteten Verbrennungsluftmen ge derart anpaßt, daß in der gesamten Verbrennungszone (16) das gleiche Brennstoff-Luftverhältnis vorhanden ist.
mit einer langgestreckten, ringförmigen Außenumkleidung (18),
mit einer langgestreckten, ringförmigen Innenumkleidung (20),
mit einer Brennkammerhaube (40), die von der Außenumklei dung (18) und der Innenumkleidung (20) gehalten wird und zusam men mit diesen eine ringförmige Verbrennungszone (16) begrenzt,
mit einer Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr zu der Ver brennungszone, wobei die Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr eine Vielzahl von Brennstoffdüsen (42) aufweist, die in der Brennkammerhaube über den Umfang derselben verteilt mit Abstand voneinander angeordnet sind,
mit einer Vielzahl von in der Brennkammerhaube (90) ausge bildeten, über den Umfang der Brennkammerhaube (40) verteilt mit Abstand voneinander angeordneten Düsenluftöffnungen (38) zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Verbrennungszone (16), und mit mindestens einer Reihe von in der Außenumkleidung (20) und der Innenumkleidung (18) ausgebildeten Radialöffnungen (32) zum radialen Einleiten von Verbrennungsluft in die Ver brennungszone (16), wobei die Radialöffnungen (32) über die Um fänge der Innenumkleidung und der Außenumkleidung verteilt mit Abstand voneinander im wesentlichen in einer gemeinsamen Querebene der Brennkammer angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in einen vorgegebenen Umfangssektor (S) der Ver brennungszone (16) mündenden Düsenluftöffnungen (38) und Ra dialöffnungen (32) jeweils einen unveränderlichen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als der jeweilige Querschnitt der außerhalb des vorgegebenen Umfangssektors (S) einmündenden Dü senluftöffnungen (38) und Radialöffnungen (32),
und daß die Vorrichtung für die Brennstoffzufuhr im Lei stungsbetrieb die Brennstoffzufuhr zu dem vorgegebenen Um fangssektor (S) der Verbrennungszone (16) und zu der übrigen Verbrennungszone der jeweils eingeleiteten Verbrennungsluftmen ge derart anpaßt, daß in der gesamten Verbrennungszone (16) das gleiche Brennstoff-Luftverhältnis vorhanden ist.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Düsenluftöffnungen (38) als Verwirbelungsdüsen ausgebildet
sind.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß im Leerlaufbetrieb die Brennstoffzufuhr zu dem vorge
gebenen Umfangssektor (S) höher ist als es zur Erzielung des
gleichen Brennstoff-Luftverhältnisses in der gesamten Verbren
nungszone (16) notwendig ist.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/200,480 US5297385A (en) | 1988-05-31 | 1988-05-31 | Combustor |
GB8916063A GB2269660B (en) | 1988-05-31 | 1989-07-13 | Combustor |
DE3924436A DE3924436C2 (de) | 1988-05-31 | 1989-07-24 | Ringförmige Brennkammer |
FR8910978A FR2736708B1 (fr) | 1988-05-31 | 1989-08-17 | Chambre de combustion annulaire pour moteur de turbine a gaz |
JP01800039A JP3050886B2 (ja) | 1988-05-31 | 1989-09-28 | 燃焼器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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