DE4110759A1

DE4110759A1 - Magere, abgestufte verbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4110759A1
Application number: DE4110759A
Authority: DE
Inventors: Paul Edward Sabla; Willard James Dodds; Thomas Michael Tucker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1991-10-10
Also published as: FR2660736A1; ITMI910938A1; FR2660736B1; US5099644A; CA2034431A1; GB2242734B; IT1246131B; ITMI910938A0; JPH04251118A; GB9106708D0; GB2242734A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinentrieb werke und betrifft insbesondere eine Verbrennungsvorrich tung, mittels welcher sich Stickstoffoxid- oder NO_x-Emis sionen verringern lassen.

Verkehrs- oder Zivilflugzeuge sind üblicherweise so ausge legt, daß Abgasemissionen aus der Verbrennung von Kohlen wasserstoffbrennstoffen wie z. B. Jet-A-Brennstoff verrin gert werden. Die Abgasemissionen können Kohlenwasserstoff partikel in Form von Rauch, z. B. Kohlenmonoxid, und Stick stoffoxide (NO_x), z. B. Stickstoffdioxid NO₂, enthalten. NO_x-Emissionen treten bekanntlich bei einer Verbrennung bei relativ hohen Temperaturen von beispielsweise über 1650°C (3000°F) auf. Diese Temperaturen treten auf, wenn Brenn stoff bei stöchiometrischen oder nahezu stöchiometrischen Brennstoff/Luft-Verhältnissen verbrannt wird. Die gebildete Menge an Emissionen steht in direkter Beziehung zu der Zeit, während der die Verbrennung bei diesen Bedingungen stattfindet.

Herkömmliche Gasturbinentriebwerksbrennkammern zur Verwen dung in einem Triebwerk zum Antreiben eines Flugzeuges sind üblicherweise so bemessen und ausgebildet, daß veränderli che Brennstoff/Luft-Verhältnisse während der sich verän dernden Leistungsabgabeerfordernisse des Triebwerks erzielt werden, z. B. während der Betriebsarten Zünden, Leerlauf, Start und Reiseflug des Triebwerks in dem Flugzeug. Bei Be triebsarten mit relativ niedriger Leistung wie Zünden und Leerlauf ist ein relativ reiches Brennstoff/Luft-Gemisch erwünscht, um die Verbrennung einzuleiten und die Stabili tät der Verbrennung aufrechtzuerhalten. Bei Betriebsarten mit relativ hoher Leistung wie z. B. Reiseflugbetrieb des Triebwerks in dem Flugzeug ist ein relativ mageres Brenn stoff/Luft-Verhältnis erwünscht, um geringere Abgasemissio nen zu erzielen.

Beispielsweise in der Reiseflugbetriebsart, in der ein Flugzeuggasturbinentriebwerk für eine beträchtliche Zeit dauer arbeitet, sind herkömmliche Brennkammern üblicher weise so bemessen, daß die Verbrennung bei insgesamt stö chiometrischen Brennstoff/Luft-Verhältnissen in dem kup pelförmigen Brennkammerbereich erzielt wird, was theore tisch vollständige Verbrennung darstellt. In praktischen Fällen treten jedoch Abgasemissionen trotzdem auf, und bei herkömmlichen Brennkammern werden verschiedene Einrichtun gen benutzt, um die Abgasemissionen zu verringern.

Darüber hinaus benötigt ein Flugzeug, das für einen Betrieb mit relativ hoher Geschwindigkeit und in großer Höhe vorge sehen ist, leistungsfähigere Triebwerke mit höherer Lei stungsabgabe. Das kann erreicht werden durch Erhöhen der Betriebstemperatur des Triebwerkszyklus. Diese höheren Zy klustemperaturen werden zu höheren Verbrennungszonentempe raturen und zu einer höheren Geschwindigkeit der Bildung von NO_x-Emissionen führen. Deshalb werden bei einem her kömmlichen Triebwerk die NO_x-Werte ansteigen, was in Höhen besonders unerwünscht ist wegen der potentiellen Schädigung der Ozonschicht.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine neue und ver besserte Verbrennungsvorrichtung für ein Flugzeuggasturbi nentriebwerk zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung eine Verbrennungsvorrich tung geschaffen werden, mit der sich die NO_x-Emissionen verringern lassen. Ferner soll durch die Erfindung eine Verbrennungsvorrichtung geschaffen werden, die sich in ei nem breiten Bereich von Triebwerksleistungsbedingungen be treiben läßt.

Außerdem soll durch die Erfindung eine Verbrennungsvorrich tung geschaffen werden, die relativ kurz ist und ein gerin ges Gewicht hat.

Schließlich soll durch die Erfindung eine Verbrennungsvor richtung geschaffen werden, die Einrichtungen hat zum Steu ern des Profils der Verbrennungsgase, welche von einer Brennkammer abgegeben werden.

Eine Verbrennungsvorrichtung umfaßt eine Brennkammer, die ein inneres und ein äußeres Flammrohr und eine Vorstufen- sowie eine Hauptstufenverbrennungseinrichtung, welche zwi schen den Flammrohren angeordnet sind, hat. Eine Turbinen düse ist mit den stromabwärtigen Enden des inneren und äu ßeren Flammrohres der Brennkammer verbunden, und die Haupt stufenverbrennungseinrichtung ist mit der Turbinendüse eng gekoppelt, um eine kurze Verbrennungsverweilzeit der Haupt stufenverbrennungsgase zum Verringern der NO_x-Emissionen zu erzielen. In einer bevorzugten und exemplarischen Ausfüh rungsform der Erfindung weist die Verbrennungsvorrichtung eine erste und eine zweite Anzahl von umfangsmäßig beab standeten Brennstoffeinspritzvorrichtungen und Luftdrall körpern auf, die radial außerhalb von mehreren umfangsmäßig beabstandeten, hohlen Flammenhaltern angeordnet sind, wel che Brennstoffauslaßlöcher haben. Die Vorstufenverbrennung erfolgt stromabwärts der ersten und zweiten Brennstoffein spritzvorrichtungen und Drallkörper, und die Hauptstufen verbrennung erfolgt stromabwärts der Flammenhalter. Die Flammenhalter sind stromabwärts der ersten und zweiten Brennstoffeinspritzvorrichtungen und der Drallkörper ange ordnet und mit der Turbinendüse eng gekoppelt, um die kurze Verbrennungsverweilzeit zu erzielen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines mit Schubverstärker versehenen Turbofan- Gasturbinentriebwerks zum Antreiben eines Flugzeuges,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung ei ner Verbrennungsvorrichtung des in Fig. 1 dargestellten Triebwerks gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische, stromaufwärts gewandte Endansicht eines Teils der Verbrennungs vorrichtung nach der Linie 3-3 in Fig. 2, und

Fig. 4 eine Querschnittansicht eines der Flam menhalter nach der Linie 4-4 in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt ein mit Schubverstärker versehenes Turbofan- Gasturbinentriebwerk 10 zum Antreiben eines Flugzeuges wäh rend herkömmlicher Betriebsarten einschließlich z. B. Zün den, Leerlauf, Start, Reiseflug und Landen. Das Triebwerk 10 dient zum Antreiben des Flugzeuges mit relativ hoher Ge schwindigkeit in einem Bereich von beispielsweise Mach 2,2-2,7 in Höhen von bis zu etwa 18,3 km (60000 Fuß). Konzen trisch um eine Längsmittelachse 12 des Triebwerks sind in Reihenströmungsverbindung angeordnet ein herkömmlicher Ein laß 14 zum Empfangen von Umgebungsluft 16, ein herkömmli cher Fan 18 und ein herkömmlicher Hochdruckverdichter 20. In Strömungsverbindung mit dem Hochdruckverdichter 20 ist eine magere, abgestufte Verbrennungsvorrichtung 22 gemäß einer bevorzugten und exemplarischen Ausführungsform der Erfindung angeordnet. Die Verbrennungsvorrichtung 22 hat einen Diffusor 24 in Strömungsverbindung mit dem Hochdruck verdichter 20 gefolgt von einer Brennkammer 26 und einer Turbinendüse 28.

Stromabwärts der Turbinendüse 28 und in Strömungsverbindung mit derselben ist eine herkömmliche Hochdruckturbine 30 zum Antreiben des Hochdruckverdichters 20 über eine herkömmli che erste Welle 32, die sich zwischen ihnen erstreckt, an geordnet. Eine herkömmliche Niederdruckturbine 34 ist stromabwärts der Hochdruckturbine 30 und in Strömungsver bindung mit derselben zum Antreiben des Fan 18 über eine herkömmliche zweite Welle 36, die zwischen ihnen angeordnet ist, angeordnet. Ein herkömmlicher Bypass-Kanal 38 umgibt den Hochdruckverdichter 20, die Verbrennungsvorrichtung 22, die Hochdruckturbine 30 und die Niederdruckturbine 34, um einen Teil der Umgebungsluft 16, die in dem Fan 18 verdich tet wird, als Bypass-Luft 40 zu leiten.

Ein Teil der Luft 16, der nicht als Bypass-Luft benutzt wird, wird in den Hochdruckverdichter 20 geleitet, der re lativ heiße, verdichtete Luft 42 erzeugt, welche von dem Hochdruckverdichter 20 in den Diffusor 24 abgegeben wird. Die verdichtete Luft 42 wird in der Brennkammer 26 mit Brennstoff vermischt, was im folgenden noch näher beschrie ben ist, und gezündet, damit Verbrennungsgase 44 erzeugt werden, die durch die Hochdruckturbine 30 und die Nieder druckturbine 34 geleitet und in einen herkömmlichen Nach brenner oder Schubverstärker 46 abgegeben werden, welcher sich stromabwärts der Niederdruckturbine 34 erstreckt. Der Schubverstärker 46 ist wahlweise vorhanden und kann in dem Triebwerk 10 vorgesehen werden, wenn es der besondere Triebwerkszyklus erfordert.

In einer Trockenbetriebsart ist der Nachbrenner 46 inakti viert, und die Verbrennungsgase 44 werden einfach durch ihn hindurchgeleitet. In einer Naß- oder aktivierten Betriebs art wird zusätzlicher Brennstoff mit den Verbrennungsgasen 44 und der Bypass-Luft 40 in einer herkömmlichen Brennstof feinspritzvorrichtung/Flammenhalter-Vorrichtung 48 ver mischt und gezündet, damit das Triebwerk 10 zusätzlichen Schub erzeugt. Die Verbrennungsgase 44 werden aus dem Triebwerk 10 über eine herkömmliche verstellbare Schubdüse 50 abgegeben, die sich stromabwärts des Nachbrenners 46 er streckt.

In Fig. 2 ist die Verbrennungsvorrichtung 22 gemäß einer bevorzugten und exemplarischen Ausführungsform der Erfin dung ausführlicher dargestellt. Die Verbrennungsvorrichtung 22 weist ein ringförmiges äußeres Brennkammerflammrohr 52 auf, das ein stromaufwärtiges Ende 52a und ein stromabwär tiges Ende 52b hat, und ein radial einwärtiges, Abstand aufweisendes inneres Brennkammerflammrohr 54, das ein stromaufwärtiges Ende 54a und ein stromabwärtiges Ende 54b hat. Die Vorrichtung 22 hat weiter eine Einrichtung 56 zum Erzielen einer Vorstufenverbrennung eines Brennstoff/Luft- Vorgemisches 58 zum Erzeugen von Vorstufenverbrennungsgasen 60 zwischen dem inneren und äußeren Flammrohr 52, 54 unter Verwendung eines Pilot- oder Nebenteils 62 der verdichteten Luft 42, die zu der Brennkammer 26 geleitet wird. Eine her kömmliche Zündvorrichtung oder eine Anzahl herkömmlicher Zündvorrichtungen 64 ist durch das äußere Flammrohr 52 hin durchgeführt, um das Brennstoff/Luft-Vorgemisch 58 zu zün den.

Die Verbrennungsvorrichtung 22, hat weiter eine Einrichtung 66 zum Erzielen einer Hauptstufenverbrennung eines mageren Brennstoff/Luft-Hauptgemisches 68 zum Erzeugen von Haupt stufenverbrennungsgasen 70 zwischen dem inneren und äußeren Flammrohr 52, 54 unter Verwendung eines Hauptteils 72 der verdichteten Luft 42, der wesentlich größer als der Luftne benteil 62 ist. Die Hauptstufenverbrennungseinrichtung 66 ist stromabwärts der Vorstufenverbrennungseinrichtung 56 und in Strömungsverbindung mit derselben angeordnet. Die Turbinendüse 28 ist auf herkömmliche Weise betriebsmäßig mit den stromabwärtigen Brennkammerflammrohrenden 52b und 54b verbunden, um eine unterschiedliche thermische Expan sion und Kontraktion mit denselben zu gestatten, und weist mehrere herkömmliche, umfangsmäßig beabstandete Düsenleit schaufeln 74 auf, welche sich radial zwischen den stromab wärtigen Flammrohrenden 52b und 54b erstrecken. Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist die Hauptstufenverbrennungsein richtung 66 mit der Turbinendüse 28 eng gekoppelt, um eine relativ kurze Verbrennungsverweilzeit der Hauptstufenver brennungsgase 70 zum Verringern der NO_x-Emissionen zu er zielen.

Die Hauptstufenverbrennungseinrichtung 66 ist in der Brenn kammer 26 angeordnet, so daß sie relativ nahe bei der Tur binendüse 28, d. h. mit dieser eng gekoppelt ist und daß deshalb die Dauer der Verbrennung der Hauptverbrennungsgase 70 in der Brennkammer 26 und insgesamt stromaufwärts der Turbinendüse 28 in einer Verweilzeit liegt, die kleiner als diejenige bei einer herkömmlichen Brennkammer-Düse-Anord nung ist. Die Verbrennungsverweilzeit ist die Dauer des Verbrennungsprozesses der Hauptverbrennungsgase 70 inner halb der Brennkammer 26 hauptsächlich stromabwärts der Tur binendüse 28. Demgemäß werden die Verbrennungsgase 70 rela tiv schnell zu der Turbinendüse 28 geleitet, so daß in der Turbinendüse 28, in der sie auf herkömmliche Weise durch die Düsenleitschaufeln 74 beschleunigt werden, die stati sche Temperatur der Verbrennungsgase 70 relativ schnell ab sinkt, wodurch die NO_x-Bildungsreaktionen effektiv beendet werden.

Der Verbrennungszyklus der Brennkammer 26 wird so gewählt, daß die nominelle Temperatur der Verbrennungsgase 70 in der Brennkammer 26 im allgemeinen nicht größer ist als etwa 1650°C (3000°F), um NO_x-Emissionen zu reduzieren. Es ist allgemein bekannt, daß NO_x-Emissionen in beträchtlichen Konzentrationen bei Verbrennungstemperaturen auftreten, die größer als etwa 1650°C (3000°F) sind, weshalb es erwünscht ist, die maximale Verbrennungstemperatur auf einen Wert zu begrenzen, der nicht größer als etwa dieser Wert ist. Zum Verbessern des Gesamtbetriebswirkungsgrads des Triebwerks 10 wird jedoch der Verbrennungszyklus so gewählt, daß rela tiv hohe Brennkammereinlaßtemperaturen und relativ hohe Temperaturen der Verbrennungsgase 70 im Vergleich zu her kömmlichen Zyklen erzielt werden. Der Hochdruckverdichter 20 ist so bemessen, daß die verdichtete Luft 42 bei Tempe raturen von etwa 680°C (1250°F), welche die Brennkammerein laßtemperatur darstellen, und bei Brennkammerauslaßtempera turen von etwa 1650°C (3000°F) der Verbrennungsgase 70 er zielt werden.

Darüber hinaus werden, wie oben angegeben, NO_x-Emissionen durch die enge Kopplung der Hauptstufenverbrennungseinrich tung 66 mit der Turbinendüse 28 zum Erzielen einer relativ kurzen Verweilzeit weiter verringert. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Erfindung so bemessen und gestaltet werden kann, daß Verbrennungsverweilzeiten von nicht mehr als etwa 3 Millisekunden erzielt werden, was insgesamt weniger als die Hälfte der Verweilzeit bei einer herkömmlichen Brenn kammer-Düse-Anordnung ist. Die Untersuchungen haben auch gezeigt, daß Verweilzeiten bis herunter auf etwa 1 Millise kunde und weniger erzielt werden können, um NO_x-Emissionen auf einen Wert von etwa 5 Gramm pro Kilogramm verbrannten Brennstoffes zu verringern. Dadurch, daß die Verbrennungs gase 70 der Turbinendüse 28 relativ früher zugeführt wer den, bewirkt demgemäß die Turbinendüse 28, daß die stati sche Temperatur der Verbrennungsgase 70 reduziert wird und so NO_x-Emissionen reduziert oder eliminiert werden, die ohne eine Verringerung der Temperatur sonst auftreten wür den.

In Fig. 2 sind weitere Einzelheiten der Verbrennungsvor richtung 22 nach der Erfindung gezeigt. Der Hochdruckver dichter 20 weist mehrere umfangsmäßig beabstandete, her kömmliche Austrittslaufschaufeln 76 als seine letzte Stufe auf. Der Diffusor 24 ist unmittelbar stromaufwärts der Brennkammer 26 angeordnet und weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Diffusorkanal 78, 80 bzw. 82 auf, die radial beabstandet sind und die Geschwindigkeit der verdichteten Luft 42 verringern sowie den statischen Druck derselben erhöhen.

Die Vorstufenverbrennungseinrichtung 56 weist ein erstes Vorbrennkammerflammrohr 84 auf, das ein stromaufwärtiges und ein stromabwärtiges Ende 84a bzw. 84b hat und Abstand von dem äußeren Flammrohr 52 aufweist, um eine erste Vor verbrennungszone 86 zu bilden. Die Vorstufenverbrennungs einrichtung 56 weist außerdem ein zweites Vorbrennkammer flammrohr 88 auf, das ein stromaufwärtiges und ein stromab wärtiges Ende 88a bzw. 88b hat und Abstand von dem inneren Flammrohr 54 aufweist, um eine zweite Vorverbrennungszone 90 zu bilden. Mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufwei sende herkömmliche erste Brennstoffeinspritzvorrichtungen 92 und entsprechende erste herkömmliche Luftdrallkörper 94 erstrecken sich zwischen dem ersten Flammrohr 84 und dem äußeren Flammrohr 52 an deren stromaufwärtigen Enden 84a bzw. 52a. Mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende herkömmliche zweite Brennstoffeinspritzvorrichtungen 96 und entsprechende herkömmliche zweite Luftdrallkörper 98 er strecken sich zwischen dem zweiten Flammrohr 88 und dem in neren Flammrohr 54 an deren stromaufwärtigen Enden 88a bzw. 54a.

Gemäß den Fig. 2-4 ist die Hauptstufenverbrennungseinrich tung 66 zwischen den stromabwärtigen Enden 84b und 88b des ersten und zweiten Flammrohres 84, 88 angeordnet und er streckt sich von diesen aus stromabwärts. Die Hauptstufen verbrennungseinrichtung 66 weist eine erste Anzahl von hoh len, insgesamt V-förmigen ersten Flammenhaltern 100 auf, die stromaufwärtige und stromabwärtige Enden 100a bzw. 100b haben. Eine zweite Anzahl von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden, insgesamt V-förmigen, hohlen, zweiten Flam menhaltern 102 mit stromaufwärtigen und stromabwärtigen En den 102a, 102b ist ebenfalls in der Hauptstufenverbren nungseinrichtung 66 vorgesehen. Die ersten und zweiten Flammenhalter 100, 102 haben jeweils eine Anzahl von in Längsrichtung beabstandeten Brennstoffaustrittslöchern 104 in Strömungsverbindung mit ihrem Inneren.

Eine Einrichtung 106 zum Einleiten von Brennstoff 108 in die Flammenhalter 100, 102 ist vorgesehen. In einer exemplarischen Ausführungsform weist die Brennstoffein leiteinrichtung 106 einen ringförmigen ersten Verteiler 110 auf, der sich von dem stromabwärtigen Ende 84b des ersten Flammrohres 84 aus erstreckt und in Strömungsverbindung mit dem stromaufwärtigen Ende 100a der ersten Flammenhalter 100 angeordnet ist. Ein ringförmiger zweiter Verteiler 112 zum Empfangen des Brennstoffes 108 erstreckt sich von dem stromabwärtigen Ende 88b des zweiten Flammrohres 88 aus und ist in Strömungsverbindung mit dem stromaufwärtigen Ende 102a der zweiten Flammenhalter 102 angeordnet. Die ersten und zweiten Flammenhalter 100, 102 sind an ihren stromab wärtigen Enden 100b bzw. 102b durch einen ringförmigen Tragring 114 miteinander verbunden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Ring 114 ein Vertei ler/Flammenhalter in Strömungsverbindung mit den ersten und zweiten Flammenhaltern 100, 102 sein.

Die Brennstoffeinleiteinrichtung 106 weist weiter zwei ringförmige Zufuhrverteiler 116 auf, die zu dem äußeren Flammrohr 52 und dem inneren Flammrohr 54 konzentrisch sind und herkömmliche Brennstoffleitungen 118 haben, welche in Strömungsverbindung mit dem ersten und zweiten Verteiler 110, 112 verbunden sind. Die Brennstoffeinleiteinrichtung 106 kann auch anders ausgebildet sein und nichtringförmige Verteiler 116 aufweisen sowie nach Bedarf andere Anordnun gen zum Versorgen der Flammenhalter 100 und 102 mit Brenn stoff haben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt, daß der Brennstoff 108 dem ersten und zweiten Verteiler 110, 112 in Dampfform geliefert wird, im Gegen satz zu entweder flüssiger oder zerstäubter Form, obgleich andere Formen in anderen Ausführungsformen der Erfindung benutzt werden könnten. Demgemäß weist die Brennstoffein leiteinrichtung 106 weiter einen herkömmlichen Wärmetau scher oder Vergaser 120 auf, der auf herkömmliche Weise über eine Abzapfluftleitung 122 mit dem Hochdruckverdichter 20 verbunden ist, um einen Teil der relativ heißen verdich teten Luft 42 zu empfangen. Der Wärmetauscher 120 ist au ßerdem auf herkömmliche Weise in Fluidverbindung über eine Versorgungsleitung 124 mit einer herkömmlichen Flüssig brennstoffzufuhr Steuereinrichtung 126 verbunden, um den Brennstoff 108 in flüssiger Form zu empfangen. Der flüssige Brennstoff 108 wird auf herkömmliche Weise in den Wärmetau scher 120 geleitet und darin durch die verdichtete Luft 42 erhitzt, um den Brennstoff 108 (d. h. 108a) zu verdampfen, der dann auf herkömmliche Weise in die Zufuhrverteiler 116 geleitet wird, die mit ihm verbunden sind. Die verdichtete Luft 42, die somit den Brennstoff 108 in dem Wärmetauscher 120 erhitzt, wird in ihrer Temperatur verringert und aus dem Wärmetauscher 120 über eine Auslaßleitung 128 abgege ben, was ausgenutzt werden kann, um die Hochdruckturbine 30 auf herkömmliche Weise zu kühlen, z. B. die Erststufenlauf schaufeln 130 der Hochdruckturbine.

Gemäß den Fig. 2 und 3 und insbesondere gemäß Fig. 4 hat jeder Flammenhalter 100, 102 einen V-förmigen Querschnitt mit einem Scheitel 132, der in eine stromaufwärtige Rich tung gewandt ist, und zwei geneigte Seitenflächen 134, in denen jeweils eine Anzahl von Brennstofflöchern 104 ange ordnet ist, welche in Längsrichtung längs jedes Flammenhal ters 100, 102 in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Die Brennstofflöcher 104 sind vorzugsweise in den Seitenflächen 134 angeordnet, die in eine stromaufwärtige Richtung gegen den Hauptteil 72 der verdichteten Luft 42 gewandt sind, um für eine bessere Vermischung mit derselben zu sorgen und die Möglichkeit einer Selbstzündung des Brennstoff/Luft- Hauptgemisches 68 zu reduzieren, das durch Vermischen des dampfförmigen Brennstoffes 108a aus den Brennstofflöchern 104 mit dem Hauptteil 72 der verdichteten Luft 42, die dar über hinwegströmt, gebildet wird.

Das Gebiet der Brennkammer 26 stromabwärts der ersten und zweiten Flammenhalter 100, 102 bildet eine Hauptverbren nungszone 136, wie in Fig. 2 gezeigt, in welcher die Haupt verbrennungsgase 70 erzeugt und weitergeleitet werden. Der erste und zweite Verteiler 110, 112 sind mit dem ersten und zweiten Vorbrennkammerflammrohr 84 bzw. 88 verbunden, um die Hauptverbrennungszone 136 zwischen der ersten und zwei ten Vorverbrennungszone 86 bzw. 90 und der Turbinendüse 28 zu bilden. Die ersten und zweiten Flammenhalter 100, 102 sind vorzugsweise radial einwärts und in stromabwärtiger Richtung geneigt, so daß die erste und zweite Vorverbren nungszone 86, 90 in Strömungsverbindung mit der Hauptver brennungszone 136 angeordnet sind, um die Vorverbrennungs gase 60 zum Zünden des Brennstoff/Luft-Hauptgemisches 68 zu liefern. Darüber hinaus sind die ersten und zweiten Flam menhalter 100, 102 so geneigt, daß unterschiedliche thermi sche Expansion und Kontraktion der Flammenhalter 100, 102 durch Biegen derselben möglich ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Diffusor 24 und die Vorstufenverbrennungseinrichtung 56 so bemessen und ausgebildet, daß die Vorstufenverbrennungsein richtung 56 den Nebenteil 62 der verdichteten Luft 42 be nutzt, der bis zu etwa zehn Prozent (10%) der gesamten ver dichteten Luft 42 darstellt, die der Brennkammer 26 zuge führt wird, und die Hauptstufenverbrennungseinrichtung 66 benutzt den Hauptteil 72 der verdichteten Luft 42, der den übrigen Teil oder neunzig Prozent (90%) der gesamten ver dichteten Luft 42 ausmacht. Beispielsweise kann der Diffu sor 24 so ausgebildet sein, daß der erste und dritte Diffu sorkanal 78, 82 radial nach außen geneigt sind und den Ne benteil 62 der verdichteten Luft in insgesamt gleicher Er streckung mit und konzentrisch zu den ersten und zweiten Luftdrallkörpern 94, 98 der Vorstufenverbrennungseinrich tung 56 abgeben, so daß jeder etwa fünf Prozent (5%) der gesamten verdichteten Luft 42 empfängt. Der zweite Diffu sorkanal 80 ist so ausgebildet, daß er einen divergierenden Kanal bildet zum Abgeben des Hauptteils 72 der verdichteten Luft in gleicher Erstreckung mit und konzentrisch zu den ersten und zweiten Flammenhaltern 100, 102.

Im Betrieb führt die Flüssigbrennstoffzufuhr-Steuerein richtung 126 flüssigen Brennstoff 108 über herkömmliche Leitungen 138 den ersten und zweiten Brennstoffeinspritz vorrichtungen 92, 96 zu, um ihn mit dem Nebenteil 62 der verdichteten Luft 42 zu vermischen und die Brennstoff/Luft- Vorgemische 58 zu erzeugen. Das Vorgemisch 58 kann relativ reich sein, da es eine relativ kleine Menge der gesamten verdichteten Luft 42 benutzt, um für akzeptable Zündung und Stabilität der Verbrennungsgase 60 zu sorgen. Während des Betriebes mit hoher Leistung der Brennkammer 26 in dem Triebwerk 10 bei dem Antrieb eines Flugzeuges beim Reise flug, z. B., gibt der Wärmetauscher 120 verdampften Brenn stoff 108a an den ersten und zweiten Verteiler 110, 112 ab, die ihrerseits den verdampften Brennstoff 108a durch die Flammenhalter 100 und 102 leiten, wo er über die Austritts löcher 104 abgegeben wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Äquiva lenzverhältnis des Brennstoff/Luft-Hauptgemisches 68 bis zu etwa 0,75 und liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,75. Das Äquivalenzverhältnis ist definiert als das Brennstoff/Luft-Verhältnis dividiert durch das stö chiometrische Brennstoff/Luft-Verhältnis des Brenn stoff/Luft-Hauptgemisches 68. Dagegen würde eine herkömmli che Gasturbinentriebwerksbrennkammer ein Äquivalenzverhält nis von etwa 1,0 in ihrem kuppelförmigen Verbrennungsbe reich haben. Das Äquivalenzverhältnis bis zu etwa 0,75 für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt ein re lativ mageres Brennstoff/Luft-Gemisch 68 zur Verbrennung in der Hauptverbrennungszone 136. Da neunzig Prozent oder mehr der verdichteten Luft 42 in der Hauptstufenverbrennungsein richtung 66 benutzt werden und da das Brennstoff/Luft- Hauptgemisch 68 relativ mager ist, können deshalb Abgase missionen einschließlich NO_x-Emissionen verringert werden.

Bei Verwendung von Jet-A-Brennstoff kann die Verbrennungs vorrichtung 22 so bemessen werden, daß die NO_x-Emissionen der Vor- und Hauptstufenverbrennungsgase 60, 70, welche aus der Brennkammer 26 während des Reiseflugleistungsbetriebes der Brennkammer abgegeben werden, auf einen Wert bis etwa fünf Gramm NO₂ pro Kilogramm Jet-A-Brennstoff bei einer Einlaßtemperatur der in die Brennkammer 26 eingeleiteten verdichteten Luft 42 von etwa 680°C (1250°F) und bei Ver brennungstemperaturen der Gase 70 bis zu etwa 1650°C (3000°F) verringert werden. Der Brennstoff 108 in Form von Dampf wird für eine bessere Brennstoff-Luft-Vermischung be vorzugt, um insgesamt gleichmäßige und relativ niedrige Äquivalenzverhältnisse zu erzielen und die Möglichkeit der Selbstzündung des Brennstoff/Luft-Gemisches 68 zu reduzie ren.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 bilden die Hauptverbren nungsgase 70 eine Rezirkulationszone 140 unmittelbar stromabwärts der Flammenhalter 100 und 102. Die Rezirkula tionszonen 140 sorgen für Flammenstabilität und treten stromabwärts der Flammenhalter 100 und 102 auf. Wenn der Brennstoff 108 in Form von Flüssigkeit aus den Auslässen 104 abgegeben würde, würde die Möglichkeit der Selbstzün dung zunehmen, was zu einer Verbrennung stromaufwärts der Flammenhalter 100 und 102 führen könnte, die unerwünscht ist, da daraus eine Beschädigung der Flammenhalter 100 und 102 resultieren könnte.

Durch Verwenden des Brennstoffes 108 in Form von Dampf wird die Selbstzündungstendenz des Brennstoffes wesentlich redu ziert und eine verbesserte Vermischung des dampfförmigen Brennstoffes 108a und des Hauptteils 72 der verdichteten Luft 42 erreicht, was eine effektivere Verbrennung ergibt. Darüber hinaus ergibt sich durch die Verwendung der darge stellten Konfiguration der Flammenhalter 100, 102 eine ver besserte Vermischung des Brennstoffes 108a und des Haupt teils 72 der verdichteten Luft 42. Das erzeugt ein gleich mäßigeres Brennstoff/Luft-Hauptgemisch 68, reduziert die Gefahr von lokalen brennstoffreichen Zonen und gestattet eine vollständigere Verbrennung stromaufwärts der Düse 28 innerhalb der relativ kurzen Verbrennungsverweilzeiten, die zum Reduzieren von NO_x-Emissionen erwünscht sind.

Die Vorstufenverbrennungseinrichtung 56 kann während allen Leistungsbetriebszuständen des Triebwerks 10 bei Bedarf be nutzt werden, alternativ kann aber die Einrichtung 56 wahl weise allein zum Zünden und für einen Betrieb geringer Lei stung des Triebwerks benutzt werden, um die Verbrennung einzuleiten und die Flammenstabilität aufrechtzuerhalten. Bei einem Betrieb relativ hoher Leistung des Triebwerks 10, z. B. bei über dreißig Prozent der maximalen Leistung, kann die Vorstufenverbrennungseinrichtung 56 inaktiviert und al lein die Hauptstufenverbrennungseinrichtung 66 benutzt wer den. Ebenso, die Hauptstufenverbrennungseinrichtung 66 kann während allen Leistungsbetriebsarten des Triebwerks 10 be nutzt werden, obgleich sie in der bevorzugten Ausführungs form allein für den Betrieb oberhalb des Leerlaufbetriebs aktiviert wird. Selbstverständlich werden sich, wenn sowohl die Vorstufen- als auch die Hauptstufenverbrennungseinrich tung 56, 66 in Betrieb ist, die Vorverbrennungsgase 60 not wendigerweise mit den Hauptverbrennungsgasen 70 vermischen und die Verbrennungsgase 44 bilden, die aus der Brennkammer 26 abgegeben werden. Und während des Betriebes entweder der Vorverbrennungseinrichtung 56 oder der Hauptverbrennungs einrichtung 66 werden die Verbrennungsgase 44 aus den Vor verbrennungsgasen 60 oder aus den Hauptverbrennungsgasen 70 gebildet.

Die Brennkammerflammrohre 52, 54, 84 und 88 sind vorzugs weise nichtmetallisch, wie beispielsweise herkömmliche Brennkammerkeramik oder Kohlenstoff-Kohlenstoff, und arbei ten ohne herkömmliche Filmkühlung, so daß die verdichtete Luft 42 hauptsächlich zur Verbrennung benutzt werden kann, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, und das Abschrecken der Brennstoff/Luft-Gemische an den Flammrohren reduziert ist, um die Abgasemissionen zu reduzieren. Es könnten jedoch in alternativen Ausführungsformen herkömmliche gekühlte Flamm rohre benutzt werden.

Im Rahmen der Erfindung bieten sich über die oben beschrie bene Ausführungsform hinaus Abwandlungsmöglichkeiten.

Lediglich als Beispiel sei angegeben, daß die bevorzugte Ausführungsform zwar sowohl die erste Verbrennungszone 86 als auch die zweite Verbrennungszone 90 aufweist, daß an dere Ausführungsformen der Erfindung jedoch einfach eine einzelne Vorverbrennungszone benutzen können.

Weiter, die Brennstoffeinleiteinrichtung 106 und die Flüs sigbrennstoffzufuhreinrichtung 126 könnten alternativ so ausgebildet sein, daß sie wahlweise verschiedene Mengen an Brennstoff den ersten und zweiten Brennstoffeinspritzvor richtungen 92 und 96 und den ersten und zweiten Flammenhal tern 100 und 102 zuführen, um vier unabhängig steuerbare Verbrennungszonen stromabwärts derselben zu erzeugen. Das würde gestatten, das Profil der Verbrennungsgase 44, die aus der Brennkammer 26 abgegeben werden, in vier verschie denen Zonen maßzuschneidern. Beispielsweise kann dieses Maßschneidern der Verbrennungsgase 44 erwünscht sein, um den Wirkungsgrad dieser Gase 44 an den Erststufenlaufschau feln 130 der Hochdruckturbine zu verbessern.

Darüber hinaus ist zwar ein besonderer Typ von Flammenhal tern 100, 102 dargestellt worden, im Rahmen der Erfindung können jedoch andere Ausführungsformen von Flammenhaltern benutzt werden.

Der Wärmetauscher 120 ist zwar zum Verdampfen des Brenn stoffes 108 vorgesehen, der den Flammenhaltern 100 und 102 zugeführt wird, andere Einrichtungen zum Liefern des ver dampften Brennstoffes 108a könnten jedoch vorgesehen wer den, und der verdampfte Brennstoff 108a könnte auch den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 92, 96 bei Bedarf zuge führt werden. Zum Beispiel könnte die Verdichterabzapfluft, die durch die Leitungen 122 geleitet wird, mit dem flüssi gen Brennstoff 108 geeignet vermischt werden, um ein Ge misch aus verdampftem Brennstoff und Luft zu erzeugen, das den Verteilern 110 und 112 geeignet zugeführt werden könnte. In einer solchen Ausführungsform der Erfindung wurde das Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Austrittslöcher 104 geleitet und zusätzlich mit dem Hauptteil 72 der ver dichteten Luft 42 vermischt werden. Selbstverständlich wür den die relativen Mengen des Brennstoffes und der Luft, die vermischt werden, so eingestellt werden, daß das gewünschte endgültige Brennstoff/Luft-Verhältnis und Äquivalenzver hältnis erzielt werden.

Claims

1. Magere, abgestufte Verbrennungsvorrichtung mit einer Brennkammer (26), gekennzeichnet durch:
ein ringförmiges äußeres Brennkammerflammrohr (52), das ein stromaufwärtiges Ende (52a) und ein stromabwärtiges Ende (52b) hat;
ein ringförmiges inneres Brennkammerflammrohr (54), das ein stromaufwärtiges Ende (54a) und ein stromabwärtiges Ende (54b) hat und Abstand von dem äußeren Flammrohr (52) auf weist;
eine Einrichtung (56) zum Erzielen einer Vorstufenverbren nung eines Brennstoff/Luft-Vorgemisches zum Erzeugen von Vorstufenverbrennungsgasen (60) zwischen dem inneren und äußeren Flammrohr (52, 54) unter Verwendung eines Neben teils (62) der verdichteten Luft (42), die in die Brennkam mer (26) eingeleitet wird;
eine Einrichtung (66) zum Erzielen einer Hauptstufenver brennung eines mageren Brennstoff/Luft-Hauptgemisches (68) zum Erzeugen von Hauptstufenverbrennungsgasen (70) zwischen dem inneren und dem äußeren Flammrohr (52, 54) unter Ver wendung eines Hauptteils (72) der verdichteten Luft (42), der größer als der Nebenteil (62) ist;
wobei die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) stromab wärts der Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) und in Strömungsverbindung mit derselben angeordnet ist; und
eine Turbinendüse (28), die mit der Brennkammer (26) an dem stromabwärtigen Ende (52b, 54b) des inneren und äußeren Flammrohres (52, 54) verbunden ist und sich zwischen den selben erstreckt;
wobei die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) mit der Turbinendüse (28) eng gekoppelt ist, um eine kurze Verbren nungsverweilzeit der Hauptstufenverbrennungsgase (70) zum Verringern von NO_x-Emissionen zu erzielen.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) mit der Turbinendüse (28) eng gekoppelt ist, um Verbren nungsverweilzeiten der Hauptstufenverbrennungsgase (70) von nicht mehr als etwa drei Millisekunden zu erzielen.

3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) ein Äquivalenzverhältnis, welches als das Brennstoff/Luft- Verhältnis dividiert durch das stöchiometrische Brenn stoff/Luft-Verhältnis definiert ist, von bis zu etwa 0,75 des mageren Brennstoff/Luft-Hauptgemisches (68) bewirkt.

4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Äquivalenzverhältnis in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,75 liegt.

5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) mit der Turbinendüse (28) eng gekoppelt ist, um Verbren nungsverweilzeiten der Hauptstufenverbrennungsgase (70) von nicht mehr als etwa drei Millisekunden zu erzielen.

6. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) als Nebenteil (62) der verdichteten Luft (42) bis zu etwa zehn Prozent der gesamten verdichteten Luft (42), die der Brenn kammer (26) zugeführt wird, benutzt und daß die Hauptstu fenverbrennungseinrichtung (66) als Hauptteil (72) der ver dichteten Luft (42) den übrigen Teil der gesamten verdich teten Luft (42) benutzt.

7. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Brennkammer (26) bewirkt, daß NO_x-Emis sionen der Vor- und Hauptstufenverbrennungsgase (60, 70), die aus der Brennkammer (26) während eines Reisefluglei stungsbetriebes der Brennkammer (26) abgegeben werden, auf einen Wert von bis zu etwa fünf Gramm NO₂ pro Kilogramm Jet-A-Brennstoff bei einer Einlaßtemperatur der in die Brennkammer (26) geleiteten verdichteten Luft (42) von etwa 680°C (1250°F) reduziert werden.

8. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) ein Vorbrennkammerflammrohr (84; 88) mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende (84a, 88a; 84b, 88b) und mit Abstand von dem inneren oder äußeren Flammrohr (52; 54) an dem stromaufwärtigen Ende (52a; 54a) desselben und mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Brennstoffein spritzvorrichtungen (92; 96) und entsprechende Luftdrall körper (94; 98), welche sich zwischen dem einen stromauf wärtigen Flammrohrende (52a; 54a) und dem stromaufwärtigen Vorbrennkammerflammrohrende (84a; 88a) erstrecken, hat.

9. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) aufweist:
ein erstes Vorbrennkammerflammrohr (84), das ein stromauf wärtiges Ende (84a) und ein stromabwärtiges Ende (84b) hat und Abstand von dem äußeren Flammrohr (52) aufweist, um eine erste Vorverbrennungszone (86) zu bilden;
ein zweites Vorbrennkammerflammrohr (88), das ein stromauf wärtiges Ende (88a) und ein stromabwärtiges Ende (88b) hat und Abstand von dem inneren Flammrohr (54) aufweist, um eine zweite Vorverbrennungszone (90) zu bilden;
mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende erste Brennstoffvorrichtungen (92) und entsprechende erste Luft drallkörper (94), die sich zwischen dem ersten und dem äu ßeren Flammrohr (84, 52) an den stromaufwärtigen Enden (84a, 52a) derselben erstrecken;
mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende zweite Brennstoffeinspritzvorrichtungen (96) und entsprechende zweite Luftdrallkörper (98), die sich zwischen den zweiten und dem inneren Flammrohr (88, 54) an den stromaufwärtigen Enden (88a, 54a) derselben erstrecken,
wobei die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) zwischen den stromabwärtigen Enden (84b, 88b) des ersten und zweiten Flammrohres (84, 88) angeordnet ist.

10. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) aufweist:
mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende, hohle Flammenhalter (100, 102), die Abstand von der Vorstufenver brennungseinrichtung (56) haben, wobei jeder Flammenhalter (100, 102) mehrere in Längsrichtung beabstandete Brenn stofflöcher (104) aufweist; und
eine Einrichtung (106) zum Einleiten von Brennstoff (108) in die Flammenhalter (100, 102) zum Abgeben aus den Flam menhaltern (100, 102) über die Brennstofflöcher (104).

11. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Brennstoffeinleiteinrichtung (106) bewirkt, daß verdampfter Brennstoff (108a) in die Flammen halter (100, 102) eingeleitet wird.

12. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Brennstoffeinleiteinrichtung (106) einen Wärmetauscher (120) aufweist zum Empfangen eines Teils der verdichteten Luft (42) und zum Empfangen von flüssigem Brennstoff (108), wobei der Wärmetauscher (120) die verdichtete Luft (42) benutzt, um den flüssigen Brenn stoff (108) zu verdampfen und den verdampften Brennstoff (108a) in die Flammenhalter (100, 102) zu leiten.

13. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flammenhalter (100, 102) jeweils einen V-förmigen Querschnitt mit einem Schei tel (132), der in eine stromaufwärtige Richtung weist, und zwei geneigte Seitenflächen (134) haben und daß die Brenn stofflöcher (104) in den beiden Seitenflächen (134) ange ordnet sind und in eine stromaufwärtige Richtung weisen.

14. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Brennstoffeinleiteinrichtung (106) einen ringförmigen ersten Verteiler (110) zum Empfangen von Brennstoff und einen ringförmigen zweiten Verteiler (112) zum Empfangen von Brennstoff aufweist;
daß die Flammenhalter (100, 102) eine erste Anzahl von er sten Flammenhaltern (100) umfassen, welche an ihren strom aufwärtigen Enden (100a) in Fluidverbindung mit dem ersten Verteiler (110) verbunden sind, und eine zweite Anzahl von zweiten Flammenhaltern (102), welche an ihren stromaufwär tigen Enden (102a) in Fluidverbindung mit dem zweiten Ver teiler (112) verbunden sind;
wobei die ersten und zweiten Flammenhalter (100, 102) an ihren stromabwärtigen Enden (100b, 102b) miteinander ver bunden sind.

15. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die ersten und zweiten Flammenhalter (100, 102) radial einwärts in stromabwärtiger Richtung ge neigt sind.

16. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) aufweist:
ein erstes Vorbrennkammerflammrohr (84), das ein stromauf wärtiges Ende (84a) und ein stromabwärtiges Ende (84b) hat und Abstand von dem äußeren Flammrohr (52) aufweist, um eine erste Vorverbrennungszone (86) zu bilden;
ein zweites Vorbrennkammerflammrohr (88), das ein stromauf wärtiges Ende (88a) und ein stromabwärtiges Ende (88b) hat und Abstand von dem inneren Flammrohr (54) aufweist, um eine zweite Vorverbrennungszone (90) zu bilden;
mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende erste Brennstoffvorrichtungen (92) und entsprechende erste Luft drallkörper (94), die sich zwischen dem ersten und dem äu ßeren Flammrohr (84, 52) an den stromaufwärtigen Enden (84a, 52a) derselben erstrecken;
mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende zweite Brennstoffeinspritzvorrichtungen (96) und entsprechende zweite Luftdrallkörper (98), die sich zwischen den zweiten und dem inneren Flammrohr (88, 54) an den stromaufwärtigen Enden (88a, 54a) derselben erstrecken,
wobei der erste und zweite Verteiler (110, 112) mit dem er sten bzw. zweiten Vorbrennkammerflammrohr (84, 88) verbun den sind, um eine Hauptverbrennungszone (136) zwischen der ersten und zweiten Vorverbrennungszone (86, 90) und der Turbinendüse (28) zu bilden.

17. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) mit der Turbinendüse (28) eng gekoppelt ist, um Ver brennungsverweilzeiten der Hauptstufenverbrennungsgase (70) von nicht mehr als etwa drei Millisekunden zu erzielen.

18. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hauptstufen verbrennungseinrichtung (66) ein Äquivalenzverhältnis, wel ches als das Brennstoff/Luft-Verhältnis dividiert durch das stöchiometrische Brennstoff/Luft-Verhältnis definiert ist, von bis zu etwa 0,75 des mageren Brennstoff/Luft-Hauptgemi sches (68) bewirkt.

19. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge kennzeichnet, daß das Äquivalenzverhältnis in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 0,75 liegt.

20. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß die Vorstufenverbrennungseinrichtung (56) als Nebenteil (62) der verdichteten Luft (42) bis zu etwa zehn Prozent der gesamten verdichteten Luft (42), die der Brennkammer (26) zugeführt wird, benutzt und daß die Haupt stufenverbrennungseinrichtung (66) als Hauptteil (72) der verdichteten Luft (42) den übrigen Teil der gesamten ver dichteten Luft (42) benutzt.

21. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Diffusor (24), der stromaufwärts der Brennkammer (26) angeordnet ist und einen ersten, einen zweiten und einen dritten Diffusorkanal (78, 80, 82), welche gegenseitigen radialen Abstand haben, aufweist, wobei der erste und der dritte Kanal (78, 82) in Strömungsverbindung mit den ersten bzw. zweiten Luftdrall körpern (94, 98) ausgerichtet sind und wobei der zweite Diffusorkanal (80) radial zwischen dem ersten und dritten Diffusorkanal (78, 82) angeordnet und in Strömungsverbin dung mit der Hauptstufenverbrennungseinrichtung (66) ausge richtet ist.