DE3924464C2 - Ringförmige Brennkammer - Google Patents

Ringförmige Brennkammer

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ringförmige Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk.
Bekanntermaßen wurden in den letzten Jahren hinsichtlich der Brennkammern für Gas­ turbinentriebwerke vom technischen Standpunkt her beträcht­ liche Fortschritte erreicht. Beispielsweise arbeiten Brennkammern für Flugzeug-Stahltriebwerke mit einem Wirkungsgrad im Bereich von hohen 90%. Außerdem wurde die Technologie hinsichtlich des Verringerns oder Unterdrückens von Schadstoffen und/oder Rauchentwicklung aus dem Verbrennungsprozeß bedeutend verbessert.
Die Anforderungen an Brennkammern, die dem zukünfti­ gen Luftfahrtsbedarf genügen sollen, machen jedoch noch weitere Fortschritte hinsichtlich der Verbrennungstechnologie erforderlich. Es ist offensichtlich, daß die Leistung von Flugzeugtriebwerken durch das Erreichen von hohen Turbineneinlaßtemperaturen bestimmt ist. Innerhalb vor­ gegebener Grenzen erhöhte Turbineneinlaßtemperaturen ergeben verbesserte Schubkraft/Gewicht-Verhältnisse und einen spezifischen Brennstoffverbrauch mit einer dement­ sprechenden Verbesserung der Triebwerkleistung.
Daher wird es für die zukünftigen Anforderungen notwendig, daß das weiterentwickelte Verbrennungssystem für diese Hochleistungstriebwerke mit hoher Leistung bei einem Temperaturanstieg arbeiten, der beträchtlich höher als derjenige bei den herkömmlichen Brennkammern ist. Es ist jedoch von äußerster Wichtigkeit, daß der Konstrukteur der Brennkammer die Anforderung hinsichtlich des erhöhten Temperaturanstiegs erfüllt, ohne die bisher erreichten Werte für die Dichte des von dem Triebwerk ausgestoßenen Rauchs zu verschlechtern.
Zusätzlich zu den schon angesprochenen zwingenden Anforde­ rungen muß die Brennkammer das Nachzünden innerhalb bestimmter Höhen ermöglichen. Wenn ferner diese Trieb­ werke in Leichtflugzeugen eingesetzt werden, ist zu berück­ sichtigen, daß die Brennkammer während der Trieb­ werkbremsung und des Leerlaufs bei niedrigeren Temperatur­ anstiegswerten als den Werten bei den herkömmlichen Brennkammern zu arbeiten hat und eine aus­ reichend stabile Verbrennung ergeben muß, um den Betrieb am Boden zu ermöglichen.
Für den zukünftigen Luftfahrtbedarf wird die Verringerung des Gewichts und der Größe des Triebwerks gefordert, was es wiederum erforderlich macht, die Länge der Brennkammer zu verringern. Diese Verkürzung der Brennkammer könnte zu einer Beeinträchtigung der Stabilität führen, da dadurch die Verweilzeit verkürzt wird. Dieser Umstand zusammen mit dem Umstand, daß die Brennkammer in einem noch nicht dagewesenen breiten Bereich des Temperaturanstiegs oder des Brennstoff/Luft- Verhältnisses betrieben wird, trägt zu einem sehr schwer zu lösenden Stabilitätsproblem bei.
Zur besseren Erkenntnis der Kompliziertheit und der Betriebsfähigkeitsprobleme, die sich bei Brenn­ kammern mit hohem Temperaturanstieg ergeben, ist ein Vergleich der Anforderungen an die Brennkammer mit der Stabilität des Verbrennungsprozesses zweckdienlich. Daher ist in Fig. 1 eine graphische Darstellung gezeigt, in der das Brennstoff/Luft-Verhältnis gegen einen Parameter für die Stabilität aufgetragen ist. Da bekanntermaßen die hauptsächliche Verbrennung in einer Primärzone der Brennkammer auftritt, wird für die Erörterung dieser Abschnitt der Brennkammer herangezogen. Der Stabilitäts­ parameter, der zu einem Standardmaß in der Brenn­ kammer-Technik geworden ist, enthält die auf die Primär­ zone angewandten folgenden Glieder:
V = mittlere Durchströmungsgeschwindigkeit
P = Druck
T = Einlaßluftemperatur
Wenn diese Glieder zu einem dimensionslosen Parameter V/PT2 zusammengefaßt werden, ergibt eine Erhöhung der Geschwindigkeit, eine Verminderung des Drucks und/oder eine Verminderung der Temperatur eine Erhöhung des Stabili­ tätsparameters. Gleichermaßen wird durch diese Änderungen der Glieder der Verbrennungsprozeß dadurch beeinträchtigt, daß es schwieriger wird, die Verbrennung aufrecht zu erhalten. Anders ausgedrückt, stellen höhere Werte des Stabilitätsparameters eine Anzeige für höhere und schwieri­ gere Anforderungen hinsichtlich des Betreibens der Brennkammer dar.
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine Kurve A für einen Bereich von Brennstoff/Luft-Verhältnissen eine Stabilitäts­ grenze wiedergibt, jenseits der die Verbrennung abbricht und die bei dem Erhöhen der Anforderungen hinsichtlich der Betriebsbedingungen der Brennkammer, d. h. bei einer Erhöhung des Stabilitätsparameters, erreicht werden kann. Damit ist die Verbrennung unter Bedingungen stabil, die in den Bereich links von der parabelförmigen Stabilitätsgrenzkurve A fallen, und unter irgendwelchen Bedingungen rechts der Kurve A instabil. Ferner bestimmt eine Kurve B eine obere Grenze für das Brennstoff/Luft-Verhältnis, oberhalb der im Betrieb eine übermäßig starke Rauchentwicklung entsteht.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich der Verbrennung hervorgeht, werden für herkömmliche Brenn­ kammern die Brennstoff/Luft- Verhältnisse in der Primärzone derart gewählt, daß sie unterhalb der Kurve B liegen, und werden die Bedingungen hinsichtlich der Verlangsamung, des Leerlaufs und der Höhennachzündung des Triebwerks in den stabilen Betriebs­ bereich links von der Kurve A gelegt. Dies ist durch eine Arbeitskennlinie C dargestellt, wobei die Höhennachzündung als Arbeitspunkt E bestimmt ist. Für den Nachzündungspunkt werden üblicherweise eine Flughöhe von 30.000 Fuß und eine Fluggeschwindigkeit von 0,8 Mach angesetzt.
Eine Kurve F stellt die Arbeitskennlinie bei erhöhten Temperaturanstiegswerten dar, die für Trieb­ werke in zukünftiger weiterentwickelter Technologie in Betracht gezogen werden. Um den Verbrennungsvorgang unter­ halb der Rauchgrenze (Kurve B) sicherzustellen, muß offensichtlich der Verbrennungsluftstrom verstärkt werden, wodurch die Kurve F der Brennkammer näher an die Stabilitätsgrenzkurve A herankommt, was deutlich die erhöhten Anforderungen hinsichtlich der Betriebsbe­ dingungen der Brennkammer zeigt. Ferner kann es vorkommen, daß die Arbeitspunkte für die Verlangsamung und für die durch einen Punkt G dargestellte Höhennachzündung außerhalb der Stabilitätsgrenzkurve A liegen. Weiterhin ist erkennbar, daß mit noch höheren Temperaturanstiegswerten die Arbeitskennlinie der Brennkammer zu noch strengeren Bedingungen versetzt ist, so daß sogar die Arbeitspunkte für den Leerlauf (Punkte H und J auf den Kurven C bzw. F) außerhalb der Stabilitätsgrenzkurve A liegen können.
Es ist auch wichtig, die theoretischen Grundlagen der Auslegung der herkömmlichen Brennkammern zu ver­ stehen. Bekanntermaßen haben die Lufteinlaßvorrichtungen von herkömmlichen Brenn­ kammern mindestens zwei Lufteinlaßstufen für den Einlaß von Luft, nämlich von Verbrennungsluft und Verdünnungs- bzw. Zusatzluft, in dem Brennraum. Dies legt drei Zonen für das Verbrennen und das Mischen, nämlich eine Primärzone, eine Zwischenzone und eine Verdünnungs- bzw. Zusatzzone fest. Die Verbrennung erfolgt größtenteils in der Primärzone. Obwohl es anzu­ streben ist, in dieser Zone eine stöchiometrische Ver­ brennung zu erzielen, ergibt sich nichtsdestoweniger immer ein Kompromiß, um einen wirkungsvollen Betrieb bei niedriger Leistung und bei hoher Leistung zu erreichen. Der Betrieb mit niedriger Leistung macht es erforderlich, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch so fett wie möglich ist, um den Niedrigleistungsbetrieb zu ermöglichen, während der Betrieb mit hoher Leistung es erforderlich macht, daß das Brennstoff/Luft-Gemisch so mager wie möglich ist, um ein übermäßiges Entstehen von Kohlenstoff zu verhindern.
Bekanntermaßen wird die Primärzone so ausgelegt, daß sie eine Umwälzungszone bildet, um die Verbrennung aufrecht­ zuerhalten. Die durch die Umkleidung hindurch in die Primärzone eingelassene Luft (Primärluft) wird für die Verbrennung mit dem Brennstoff gemischt. Ein Teil der Primärluft wird nicht ständig durch die Umwälzungszone eingefangen und gelangt in die Zwischenzone.
In der Zwischenzone erfolgt eine gewisse Kohlenstoffoxidation durch das Einmischen in denjenigen Primärluftstrom, der in der Primärzone nicht nach vorne zu umgewälzt wird. Die sich ergebende Temperatur ist noch ausreichend hoch für den Oxidationsprozeß.
Die Zusatzzone bildet eine Strecke für das Hinzusetzen eines Luftstroms und das Mischen für die Kühlung der Verbrennungsprodukte auf einen Temperaturwert, der der Wärmefestigkeit der Turbine entspricht. Durch die über Jahre ablaufende technische Entwicklung wurden die Abmes­ sungen der Brennkammer derart optimiert, daß die Längen aller Zonen nahe an die absolut kleinsten zulässigen Werte verringert wurden. Es ist daher ersichtlich, daß irgendeine bedeutsame Verringerung der Gesamtlänge eine Verkürzung in allen Zonen erforderlich macht, was zur Folge hat, daß die Lufteinlaßöffnungen für die Primär­ luft näher an der Brennkammerhaube und der Stelle der Brenn­ stoffeinspritzung liegen. Hierdurch werden wegen des verringerten Volumens und der verkürzten Verweilzeit des Brennstoff/Luft-Gemisches in der Primärzone die Stabili­ tätsgrenzen herabgesetzt, so daß sich die Stabilitäts­ grenzkurve A nach links gemäß der Darstellung durch eine gestrichelte Kurve A' in Fig. 1 verschiebt.
Eine ringförmige Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist bekannt (US 4 720 970). Diese bekannte Brennkammer ist insofern herkömmlich ausgebildet, als ihre Lufteinlaßvorrichtung durch zwei Lufteinlaßstufen mit jeweils einer in einer gemeinsamen Querebene liegenden, radialen Belo­ chungsreihe gebildet ist. Um Stabilitätsproblemen vorzubeugen, ist bei dieser bekannten Brennkammer vorgesehen, daß einem vor­ gegebenen Umfangssektor des Brennraums weniger Luftmenge zuge­ führt wird. Zu diesem Zweck ist den innerhalb des Umfangssek­ tors angeordneten Brennstoffdüsenlufteinlässen ein Ventil zuge­ ordnet, mittels dessen der Durchsatz des Luftstromes in den vorgegebenen Umfangssektors derart gesteuert wird, daß sich ein gewünschtes Brennstoff/Luft-Verhältnis ergibt, bei dem die Ver­ brennung stabil ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Brennkammer derart weiterzubilden, daß sie möglichst kompakt und konstruktiv einfach ausgebildet ist, wobei die Stabilität der Verbrennung bei niedriger Last, Verzögerung und im Leerlauf nicht beeinträchtigt sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Brennkammer gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Brennkammer weist lediglich eine einstufi­ ge Lufteinlaßvorrichtung auf und ermöglicht dadurch eine ver­ ringerte Baulänge. Die durch den Wegfall einer zweiten Luftein­ laßstufe notwenige Vergrößerung der Öffnungsfläche der in einer einzigen Querebene angeordneten Lufteinlaßöffnungen führt zu einer vergrößerten Luftmenge in der Primärzone. Stabilitätspro­ bleme, die dadurch ansonsten verursacht würden, sind erfin­ dungsgemäß dadurch behoben, daß die Lufteinlaßöffnungen inner­ halb des Umfangssektors im Durchmesser kleiner dimensioniert sind als die vergrößerten Lufteinlaßöffnungen außerhalb des vorgegebenen Umfangssektors.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, in der das Brennstoff/Luft-Verhältnis gegen den für den Brennkammerbetrieb typischen Stabilitäts­ parameter, die Stabilitätsgrenze und die Rauch­ grenze aufgetragen ist.
Fig. 2 zeigt schematisch eine zweistufige Brenn­ kammer mit drei Zonen nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt schematisch als Ausführungsbeispiel eine einstufige Brennkammer mit zwei Zonen.
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht und eine graphische Darstellung einer ungleichförmigen Strömung in der Primärzone der Brennkammer.
Fig. 5 ist eine der Fig. 1 gleichartige graphische Darstellung der Betriebsbedingungen in Bereichen mit starker und geringer Luftströmung in der Brennkammer gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Zur Vereinfachung wird die Beschreibung von Einzelheiten der ringförmigen Brennkammer und des Gasturbinentriebwerks weggelassen und hinsichtlich der Einzelheiten auf die F100- und JT9D-Familie der von der Pratt & Whitney- Abteilung der United Technologies Corporation hergestellten Triebwerke hingewiesen. Es genügt die Aussage, daß die Erfindung besonders in Flugzeug-Gasturbinentriebwerken mit ringförmigen Brennkammern sinnvoll und besonders zweckmäßig bei Brennkammern ist, in denen die Temperatur auf beträchtlich hohe Werte ansteigt.
Ein typisches Gasturbinentriebwerk hat einen Verdichter­ abschnitt, einen Luftleitradabschnitt, einen Verbrennungs­ abschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Austritts­ abschnitt, in denen die in den Triebwerkseinlaß aufgenommene Luft durch den Verdichter komprimiert wird, verteilt wird, durch den Verbrennungsprozeß in der Brenn­ kammer beschleunigt und erwärmt wird und aus der Schubdüse für den Antrieb des Flugzeugs ausgestoßen wird. Die be­ schleunigten Verbrennungsgase durchströmen die Turbine, in der die Energie für den Antrieb des Verdichters abgenommen wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 2 hat eine allgemein mit 10 bezeichnete ringförmige Brennkammer nach dem Stand der Technik eine ringförmige Außenumkleidung 12, eine ringförmige Innenumkleidung 14, eine Brennkammerhaube 16 und eine Austrittsöffnung 18 für die Abgabe des beschleunig­ ten erhitzten Arbeitsmediums des Triebwerks an die (nicht gezeigte) Turbine. In der Brennkammerhaube 16 ist in Umfangs­ abständen eine Vielzahl von Brennstoffdüsen 20 angeordnet (von denen nur eine gezeigt ist). Gemäß der Darstellung hat die Brennkammer in der Außenumkleidung 12 und der Innenumkleidung 14 jeweils eine Belochungsreihe aus Lufteinlaßöffnungen 22 für das radiale Einlassen von Verbrennungsluft in die Brennkammer und ferner in der Außenumkleidung 12 und der Innenumkleidung 14 jeweils eine Belochungsreihe aus Lufteinlaßöffnungen 24 für das Einlassen von Verdünnungs- bzw. Zusatzluft in die Brennkammer.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß bei der Brennkammer mit der zweistufigen Lufteinlaßvorrichtung deren Brennraum effektiv in drei Zonen, nämlich eine Primärzone 26, eine Zwischenzone 28 und eine Zusatzzone 30 aufgeteilt wird. Wie vorangehend erkannt wurde, kann offensichtlich die Gesamtlänge der Brennkammer dadurch verringert werden, daß eine der Belochungsreihen bzw. Lufteinlaßstufen weggelassen wird. Dies hat sich jedoch nach früheren Erfahrungen als praktisch unausführbar erwiesen, da die Lufteinlaßöffnungen für den einstufigen Einlaß vergrößert werden mußten, um größere Luftmengen für eine vollständige Ver­ brennung einzulassen und die Gastemperatur auf für das Vermeiden einer Beschädigung der Turbine annehmbare Werte herabzusetzen. Infolgedessen ruft dieses höhere Luftströ­ mungsvolumen das Umwälzen einer großen Luftmenge in der Primärzone hervor, in der wegen des außerordentlich mageren Brennstoff/Luft-Gemisches der Verbrennungsvorgang bei dem Betrieb mit niedriger Leistung unstabil wird.
Bei der erfindungsgemäßen ringförmigen Brennkammer mit einer einstufigen Lufteinlaßvorrichtung werden die Stabilitätsprobleme dadurch vermieden, daß in der Primärzone eine ungleichförmige Strömungsverteilung hervorgerufen wird. Dies ist in der Fig. 3 dargestellt, die schematisch eine Brennkammer zeigt, welche sich von der in Fig. 2 gezeigten Brennkammer unter anderem dadurch unterscheidet, daß eine der Luftein­ laßstufen weggelassen ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß bei der Verwendung einer einstufigen Lufteinlaßvorrichtung der Brennraum in eine Primärzone 26 und eine Zusatz­ zone 30 geteilt ist. Jede der Vielzahl von Brennstoffdüsen 20 hat Brennstoffdüseneinlässe 40 und 42 und enthält typischerweise Verwirbelungsdüsen, die eine Wirbelbewegung der Luft bei deren Einlaß in die Verbrennungszone hervorrufen. Diese Brennstoffdüsen 20 sind gleichermaßen in Umfangs­ abständen in die Brennkammerhaube eingesetzt. Ein Teil der Brennstoffdüseneinlässe 40 und 42 in den Brennstoffdüsen und von Lufteinlaßöffnungen 44 und 46 in einer ringförmigen Außenumkleidung 48 und einer ringförmigen Innenumkleidung 50 ist gesondert derart bemessen, daß in dem Brennraum ein Umfangssektor gebildet ist, dem ein verringerter Luftstrom zugeführt wird.
Dies ist am besten aus der Fig. 4 zu ersehen, die schematisch die Anordnung der Brennstoffdüsen und die Umfangsverteilung der Luftströmung zeigt. Gemäß der Darstellung enthält der mit S bezeichnete Umfangssektor eine Vielzahl von Brennstoffdüsenlufteinlässen 40 und 42 und Lufteinlaßöffnungen 44 und 46, an denen die einströmende Luftmenge auf einen niedrigeren Wert als die an dem restlichen Umfang eingelassene Luftmenge ver­ ringert ist.
In der Fig. 5 sind jeweils für die in Fig. 4 dargestellten Brennraumsektoren mit der geringen bzw. der starken Luftströmung durch Kurven T bzw. U die Arbeitskennlinien für mittlere Leistung, Verlangsamung und Leerlauf sowie mit Punkten X und Y die Zündpunkte bei der Flughöhe 30.000 Fuß dargestellt. Gemäß der Darstellung treten ein Teil der Kurve U (für die starke Luftströmung) und der Arbeitspunkt Y über die Stabilitätsgrenze heraus, während die Kurve T (für die geringe Luftströmung) und der Arbeitspunkt X ständig innerhalb der Grenzen bleiben. Dies ist deshalb der Fall, weil die Stabilitätsbedingungen nicht so streng sind wie in dem Sektor mit starker Luftströmung und im Sektor mit geringer Luftströmung eine Brennstoff/Luft-Anreicherung für die niedrige Leistung angewandt werden kann, um einen Betrieb mit übermäßig magerem Gemisch zu vermeiden. Wenn im Sektor mit starker Luftströmung die Stabilitätsgrenze über­ schritten wird, erfolgt an der Grenzfläche zwischen den Sektoren mit der starken Luftströmung und der geringe­ ren Luftströmung ein ausreichendes Mischen in der Weise, daß die Brennstoffe im Sektor mit der geringen Luftströmung für die Verbrennung innerhalb beider Bereiche ausreichen.
Im Falle des Absinkens des Verbrennungswirkungsgrads unter einen vorgegebenen Sollwert während dieser instabilen Betriebsbedingungen kann die Brennstoff­ zufuhr zu den Brennstoffdüsen in den von der Grenzfläche abgelegenen Abschnitten des Sektors mit hoher Luftströmung abgeschaltet werden und kann der Brennstoffzufluß zu diesen nunmehr geschlossenen Brennstoff­ düsen zu den Brennstoffdüsen in die der Grenzfläche näherge­ legenen Abschnitte des Sektors mit starker Luftströmung umgeleitet werden. Dadurch wird das örtliche Brennstoff/Luft-Verhältnis erhöht und in dem Bereich innerhalb der Stabilitätsgrenze versetzt.
Zum Erreichen einer Gleichförmigkeit der Temperatur der Verbrennungsgase an dem Austrittsende der Brenn­ kammer während des Betriebs mit hoher Leistung kann die Brennstoffverteilung auf die Brennstoffdüsen derart bemessen werden, daß sie der Luft­ strömungsverteilung entspricht. Eine Gleichförmigkeit der Austrittstemperatur bei dem Betrieb mit niedriger Leistung ist nicht erreichbar, jedoch ist dieser Zustand nicht schädlich, da die Gesamttemperatur auf einem viel niedrigeren Wert liegt.
Es wird somit eine ringförmige Brennkammer offenbart, die eine verringerte Länge hat und die trotzdem einen stärkeren Temperatur­ anstieg ermöglicht.

Claims (3)

1. Ringförmige Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, bei welcher ein ringförmiger Brennraum von jeweils einer langgestreckten Außenumkleidung (48) und einer langge­ streckten Innenumkleidung (50) sowie einer diese verbinden­ de Brennkammerhaube (16) begrenzt wird, die Brennkammerhau­ be (16) über den Umfang verteilte, voneinander beabstandete Brennstoffdüsen (20) mit Brennstoffdüsenlufteinlässen (40, 42) zur Einleitung von Brennstoff und Luft in eine Primär­ zone des Brennraumes aufweist und die Außen- und Innenum­ kleidung (48, 50) über den Umfang verteilte, voneinander beabstandete Lufteinlaßöffnungen (44, 46) aufweist, wobei einem vorgegebenen Umfangssektor (S) des Brennraums weniger Luftmenge zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennraum eine einzige, in einer gemeinsamen Querebene liegende, radiale Belochungsreihe aufweist, deren Lufteinlaßöffnungen (44, 46) im Durchmesser außerhalb des Umfangssektors (S) derart vergrößert sind, daß die zur Ver­ kürzung des Brennraums entfallenen weiteren Lufteinlaßöff­ nungen bezüglich der hindurchtretenden Luftmenge kompen­ siert werden, und
daß die Lufteinlaßöffnungen (44, 46) innerhalb des Um­ fangssektors (S) im Durchmesser kleiner dimensioniert sind, um die in der Primärzone durch die vergrößerte Luftmenge auftretenden Stabilitätsprobleme innerhalb des Umfangssek­ tors (S) zu beseitigen.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüsenlufteinlässe (40, 42) außerhalb des Umfangssektors (S) größer dimensioniert sind als die Brenn­ stoffdüsenlufteinlässe (40, 42) innerhalb des Umfangssek­ tors (S).
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Brennstoffdüsenlufteinlässe (40, 42) Ver­ wirbelungsdüsen aufweisen.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6240731B1 (en) 1997-12-31 2001-06-05 United Technologies Corporation Low NOx combustor for gas turbine engine
US6279323B1 (en) * 1999-11-01 2001-08-28 General Electric Company Low emissions combustor
US6931862B2 (en) * 2003-04-30 2005-08-23 Hamilton Sundstrand Corporation Combustor system for an expendable gas turbine engine
DE102006041955A1 (de) * 2006-08-30 2008-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkammer und Brennkammervorrichtung
FR2941287B1 (fr) * 2009-01-19 2011-03-25 Snecma Paroi de chambre de combustion de turbomachine a une seule rangee annulaire d'orifices d'entree d'air primaire et de dilution
FR2950415B1 (fr) * 2009-09-21 2011-10-14 Snecma Chambre de combustion de turbomachine aeronautique avec trous de combustion decales ou de debits differents
US8707708B2 (en) * 2010-02-22 2014-04-29 United Technologies Corporation 3D non-axisymmetric combustor liner
US10317081B2 (en) * 2011-01-26 2019-06-11 United Technologies Corporation Fuel injector assembly
US9366440B2 (en) * 2012-01-04 2016-06-14 General Electric Company Fuel nozzles with mixing tubes surrounding a liquid fuel cartridge for injecting fuel in a gas turbine combustor
DE102017201771A1 (de) 2017-02-03 2018-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Umfangsstufungskonzept für eine Brenneranordnung
US10816202B2 (en) 2017-11-28 2020-10-27 General Electric Company Combustor liner for a gas turbine engine and an associated method thereof
US11255543B2 (en) 2018-08-07 2022-02-22 General Electric Company Dilution structure for gas turbine engine combustor
CN116557910A (zh) * 2022-01-27 2023-08-08 通用电气公司 具有交替稀释栅的燃烧器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3645095A (en) * 1970-11-25 1972-02-29 Avco Corp Annualr combustor
DE2126648B2 (de) * 1970-06-02 1978-05-18 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation S.A., Paris Brennkammer
US4720970A (en) * 1982-11-05 1988-01-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Sector airflow variable geometry combustor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4255927A (en) * 1978-06-29 1981-03-17 General Electric Company Combustion control system
US4417439A (en) * 1981-07-29 1983-11-29 United Technologies Corporation Starting means for a gas turbine engine
US4499735A (en) * 1982-03-23 1985-02-19 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Segmented zoned fuel injection system for use with a combustor
FR2588919B1 (fr) * 1985-10-18 1987-12-04 Snecma Dispositif d'injection a bol sectorise

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2126648B2 (de) * 1970-06-02 1978-05-18 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation S.A., Paris Brennkammer
US3645095A (en) * 1970-11-25 1972-02-29 Avco Corp Annualr combustor
US4720970A (en) * 1982-11-05 1988-01-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Sector airflow variable geometry combustor

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Publication number Publication date
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DE3924464A1 (de) 1997-07-17
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US5481867A (en) 1996-01-09

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