DE4222391C2 - Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine - Google Patents

Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine

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Description

Die Erfindung betrifft ein zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine mit einem unbeschaufelten Eintrittskrümmer mit einem um das Brennkammergehäuse angeordneten sich verengenden Ringkanal zur Einleitung von Verdichterluft durch Öffnungen in das Innere einer Brennkammer.
Aus der DE-AS 11 23 868 ist eine Brennkammer bekannt, die ein Flammrohr mit Verbrennungsraum und Mischraum, eine Brennstoffdüse, einen diese Teile konzentrisch umschließenden Mantel sowie einen Zuführungskanal aufweist, der die zur Verbrennung und Kühlung notwendigen Luftmengen vom Verdichter heranführt.
Der Zuführungskanal ist in einen oberen und einen unteren Kanal verzweigt. Der obere Kanal ist für den ersten Primärluftanteil bestimmt.
Der Hauptteil der Primärluft strömt dem Flammrohr zusammen mit der Sekundärluft durch den unteren Kanal zu, der als spiralförmig gewundenes Eintrittsrohr gestaltet ist. Dieses Spiralrohr ist über den oberen Teil des Flammrohres gestülpt. Durch einen Dosierungs­ ring wird der in den Mantel eintretende Luftstrom in die Anteile für Primär- und Sekundärluft unterteilt. Die Primärluft strömt dann durch Löcher in den Ver­ brennungsraum.
Die Sekundärluft strömt durch einen Ringkanal dem Mischraum zu.
Aus der DE-OS 36 40 894 ist ein Einlaufgehäuse für eine Strömungsmaschine bekannt, bei der zwischen einer Ein­ mündung eines im Winkel von 90° zu einer Welle verlau­ fenden Anschlußstutzens und einer die Welle umgebenden Ansaugöffnung ein bandförmiges Wandelement angeordnet ist. Dieses verläuft bogenförmig und schließt eine ovalförmige Fläche ein, wobei die Enden im Bereich der Einmündung angeordnet sind.
Bei dem in der US-3.485.442 beschriebenen Kompressor- Eintrittsgehäuse wird eine homogene und vergleichsmä­ ßigte Strömung ohne Wirbelbildung durch trichterförmig ausgebildete Wände erzeugt, die wie Evolenten geformt sind. Dabei erfährt der Luftstrom eine Umlenkung um max. 180° aus einer vertikalen in eine radiale Richtung, bezogen auf die Kompressorachse. Gleichzeitig wird der Luftstrom aus der radialen Richtung um 90° in die axiale Richtung umgeleitet und beschleunigt.
Bei der aus der DE-AS 12 24 095 bekannten Brennkammer mit einem Zylindermantel und einem Hals für den Eintritt der Luft wird die eintretende Luft durch eine Verteilerklappe in zwei Ströme geteilt und entlang einer schraubenförmig gewundenen Trennwand geführt.
Ein erster Luftstrom gelangt entlang der oberen Fläche der Trennwand in einen oberen, ringförmigen Raum, welcher durch die Wand des Zylindermantels der Brenn­ kammer und das Flammrohr gebildet wird. Ein zweiter Luftstrom gelangt entlang einer unteren Fläche der Trennwand in den unteren, ringförmigen Raum, welcher durch die Wand des Zylindermantels der Brennkammer und durch die Mischeinrichtung gebildet wird. In die Brenn­ kammer mündet der Brenner für die Brennstoffzuführung.
Die Verteilerklappe kann stationär oder verstellbar sein, um die nach oben bzw. nach unten abgelenkten Luftmengen zu ändern.
Bei der aus der US-2.669.090 bekannten Brennkammer wird der vom Verdichter kommende Luftstrom durch zwei Ventile in Primärluft und Sekundärluft unterteilt. Sowohl die Primärluft als auch die Sekundärluft strömt dabei durch großzügig bemessene, ringförmige Lochbleche - ebene Scheiben -, die kein störendes Hindernis für den Luftstrom bilden. Die Öffnungen in den Lochblechen sind alle gleich groß und gleichmäßig über dem Umfang des Kreisringes verteilt.
Bei dem Brennkammergehäuse einer hauseigenen Gasturbine gemäß Oberbegriff strömt die Verdichterluft aus einem unbeschaufelten Rechteckkrümmer in einen sich verengenden Ringkanal und von dort durch drei ungleichmäßig am Umfang verteilte Rechtecköffnungen ins Innere des Brennkammergehäuses und prallt dort auf das Flammrohr.
Bei dieser Konzeption entsteht bereits im Rechteckkrümmer, dem Zuführungsbereich, ein relativ großer Druckverlust und beim Eintritt der Verdichterluft in das Innere der Brennkammer eine ungleichmäßige Strömungsverteilung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch Umwandlung einer Tangentialströmung in eine Axialströmung im Brennkammergehäuse eine gleichmäßige Luftverteilung sowie eine ausreichende Kühlung des Innenkegels, des Mischerrohres, zu erreichen, den Druckverlust im Zuführungsbereich zu minimieren und den Wirkungsgrad der Gasturbine weiter zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe ist im Hauptanspruch angegeben. Die abhängigen Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen des Brennkammergehäuses.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Ver­ dichterluft durch einen seitlichen, in Bogenform ausgerichteten, axialen Eintrittskrümmer dem ein­ trittsseitigen konischen Teil des Brennkammergehäuses, dem Lochkegel, zugeführt. An den Eintrittskrümmer schließt sich direkt das Einlaufherz an, in dem die Verdichterluft um den konzentrisch angeordneten Lochkegel beidseitig herumgeführt wird.
Die Umwandlung dieser Tangentialströmung um einen Konus in eine Axialströmung durch die Bohrungen im Lochkegel wird dadurch erreicht, daß sich der Querschnitt des Einlaufherzens, d. h. die Querschnittsfläche zwischen dem Lochkegel und dem umlaufenden Einlaufherz, im Bereich zwischen Eintrittskrümmer und Strömungsteiler verringert. Die Querschnittsverminderung ist so bemessen, daß die Luftgeschwindigkeit stets annähernd gleich bleibt.
Somit verengt sich der verbleibende Querschnitt des Einlaufherzes zur gegenüberliegenden Seite des Eintrittskrümmers hin stetig. An dieser Seite treffen sich die beiden Luftströmungen am Strömungsteiler wieder. Die durch die Bohrungen des Lochkegels strömende Verdichterluft trifft im Inneren des Brennkammergehäuses auf das ebenfalls konische Mischrohr und kühlt dieses gleichmäßig.
Da sich die Durchflußzahl CDA einer Bohrung mit achsparalleler Strömung (vorderer Bereich des Lochkegels) von der Durchflußzahl CDW einer Bohrung mit wandparalleler Strömung (seitlicher und hinterer Bereich) unterscheidet (CDA < DCW), sind die Bohrungen im Lochkegel so angeordnet und ausgelegt, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen sowohl von vorne nach hinten als auch von oben nach unten hin vergrößert.
Die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung und die dadurch erreichte gleichmäßige Kühlung des Mischrohres wird durch die sechs radial angeordneten Rippen unterstützt. Durch diese Anordnung wird verhindert, daß die von unten durch den axial ausgerichteten Eintrittskrümmer schräg nach oben, Richtung Flammrohr, und nach hinten um das Mischrohr strömende Verdichterluft nur einen beschränkten Bereich des Mischrohres kühlt und der hintere untere Bereich des Mischrohres nicht oder nur unzureichend gekühlt wird.
Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird eine optimale Kühlung des Mischrohres unter Minimierung des Druckverlustes des Luftzuführbereiches erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt des Brennkammergehäuses,
Fig. 2 eine Draufsicht des Brennkammergehäuses und
Fig. 3 die Abwicklung des Lochkegels.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des unteren Teils des Brennkammergehäuses mit der erfindungsgemäßen Gestaltung des Luftzuführbereiches mit einem axial ausgerichteten Eintrittskrümmer (2), einem Einlaufherz (1) und einem Lochkegel (5) im konischen Teil des Brennkammergehäuses, wodurch eine gleichmäßige Luftverteilung durch die Umwandlung der Tangential­ strömung in eine Axialströmung im Brennkammergehäuse und eine ausreichende Kühlung des Mischrohres (6) erreicht wird.
Die durch Pfeile dargestellte Verdichterluft wird durch einen seitlichen, axial ausgerichteten Eintrittskrümmer (2) in Bogenform dem eintrittsseitigen konischen Teil des Brennkammergehäuses, dem Lochkegel (5) zugeführt. An den axialen Eintrittskrümmer (2) schließt sich das Einlaufherz (1) an, in dem die Verdichterluft um den Lochkegel (5) beidseitig herumgeführt wird.
Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung durch die Bohrungen im Lochkegel (5) dadurch erreicht wird, daß sich die Querschnittsfläche des Einlaufherzes (1), zwischen dem Lochkegel (5) und dem umlaufenden Einlaufherz (1), mit abnehmender Verdichterluftmenge vermindert.
Somit verengt sich der verbleibende Querschnitt des Einlaufherzes (1) zu der dem Eintrittskrümmer (2) gegenüberliegenden Seite stetig. An dieser Seite treffen sich die beiden Luftströmungen am Strömungsteiler (4) wieder. Die durch die Bohrungen (7) in Lochkegel (5) strömende Verdichterluft trifft im Inneren des Brennkammergehäuses auf das ebenfalls konische Mischrohr (6) und kühlt dieses gleichmäßig.
Aus der Abwicklung des Lochkegels (5) in Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) so angeordnet und ausgelegt sind, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen (7) von vorne nach hinten und auch von oben nach unten hin vergrößert.
Die Bohrungen (7) sind im Lochkegel (5) auf fünf parallel angeordneten Umfangslinien (8) so angebracht, daß sie sich jeweils untereinander auf Lücke befinden.
Die Umwandlung der Tangentialströmung in eine Axialströmung und die dadurch erreichte gleichmäßige Kühlung des Mischrohres (6) wird durch die radial angeordneten Leitrippen (3) unterstützt. Dadurch wird verhindert, daß die von unten durch den axial ausge­ richteten Eintrittskrümmer (2) schräg nach oben, Richtung Flammrohr, und nach hinten um das Mischrohr (6) strömende Verdichterluft nur den oberen Bereich des Mischrohres (6) kühlt und der hintere untere Bereich des Mischrohres (6) nicht oder nur unzureichend gekühlt wird.

Claims (4)

1. Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine mit einem unbeschaufelten Eintrittskrümmer, mit einem um das Brennkammergehäuse angeordneten, sich stromabwärts verengenden Ringkanal zur Einleitung von Verdichterluft durch Öffnungen in das Innere einer Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß ein seitlich in Bogenform ausgerichteter axialer Eintrittskrümmer (2) an einem eintritts­ seitigen konischen Teil des Brennkammergehäuses (5) befestigt ist, daß der Eintrittskrümmer (2) in ein Einlaufherz (1) übergeht, das beidseitig um den eintrittsseitigen konischen Teil des Brennkammergehäuses (5) herumgeführt wird, und daß der eintrittsseitige konische Teil des Brennkammergehäuses (5) als Lochkegel ausgebildet ist, der konzentrisch um ein inneres konisches Mischrohr (6) angeordnet ist.
2. Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lochkegel (5) und Mischrohr (6) radial angeordnete Leitrippen (3) vorgesehen sind.
3. Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) so angeordnet und dimensioniert sind, daß sich der offene Querschnitt der Bohrungen (7) sowohl im Bereich vom Eintrittskrümmer (2) zum Strömungsteiler (4) als auch im Lochkegel (5) in Strömungsrichtung vergrößert.
4. Zylindrisches Brennkammergehäuse einer Gasturbine nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (7) im Lochkegel (5) auf mehreren Umfangslinien (8) angebracht und die Bohrungen (7) untereinander versetzt angeordnet sind.
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