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Diese
Erfindung betrifft Brennkammern und insbesondere Gasturbinenbrennkammern.
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Sorgen über die
Luftverschmutzung haben weltweit sowohl national als auch international
zu strengeren Emissionsstandards geführt. Flugzeuge sind sowohl
durch Standards der Environmental Protection Agency (EPA) als auch
durch Standards der International Civil Aviation Organization (ICAO)
geregelt. Diese Standards regeln die Emission von Stickoxiden (NOx),
unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) von
Flugzeugen in der Umgebung eines Flughafens, wo sie zu fotochemischen
Smogproblemen von Städten
beitragen. Die meisten Flugtriebwerke sind in der Lage, die momentanen
Emissionsstandards durch Verwendung von Brennkammertechnologien
und Theorien zu erfüllen, die
sich über
die vergangenen 50 Jahre der Triebwerkentwicklung hinweg bewehrt
haben. Jedoch ist mit dem Aufkommen eines stärkeren Umweltbewusstseins weltweit
nicht sichergestellt, dass künftige Emissionsstandards
innerhalb der Leistungsfähigkeit momentaner
Brennkammertechnologien liegen werden. Es werden neue Konstruktionen
und Technologien erforderlich sein, um strengere Standards zu erfüllen.
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Im
Allgemeinen werden diese Emissionen in zwei Klassen unterteilt:
diejenigen, die aufgrund hoher Flammentemperaturen gebildet werden
(NOx), und diejenigen, die aufgrund niedriger Flammentemperaturen
gebildet werden, die der Brennstoff-Luft-Reaktion nicht ermöglichen, bis zum Ende abzulaufen
(HC und CO). Es existiert ein kleines Fenster, in dem beide Schadstoffe
minimiert sind. Damit dieses Fenster wirksam wird, müssen jedoch die
Reaktionspartner gut miteinander vermischt sein, so dass die Verbrennung
gleichmäßig über dem
Gemisch ohne heiße Staupunkte
bzw. Hot Spots, in denen NOx erzeugt wird, oder kalte Staupunkte
bzw. Cold Spots, in denen CO und HC erzeugt werden, stattfinden
kann. Hot Spots werden dort erzeugt, wo das Gemisch aus Brennstoff
und Luft nahezu in einem bestimmten Verhältnis vorliegt, bei dem der
gesamte Brennstoff und die gesamte Luft reagieren (d.h. in den Produkten
kein unverbrannter Brennstoff oder keine Luft vorhanden ist). Dieses
Gemisch wird als stöchiometrisch
bezeichnet. Cold Spots können auftreten,
wenn entweder zu viel Luft in den Produkten vorhanden ist (was als
magere Verbrennung bezeichnet wird) oder wenn zu viel Brennstoff
in den Produkten vorhanden ist (was als fette Verbrennung bezeichnet
wird).
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Moderne
Gasturbinenbrennkammern bestehen aus zwischen 10 und 30 Mischern,
die Luft hoher Geschwindigkeit mit einem feinen Brennstoffsprühstrahl
mischen. Diese Mischer bestehen aus einer einzelnen Brennstoffeinspritzquelle,
die in der Mitte einer Vorrichtung angeordnet ist, die dazu vorgesehen
ist, die ankommende Luft zu verwirbeln, um die Flammenstabilisierung
und Vermischung zu verbessern. Sowohl die Brennstoffeinspritzeinrichtung
als auch der Mischer sind auf dem Brennkammerdom angeordnet. Im
Allgemeinen ist das Verhältnis
zwischen Brennstoff und Luft in dem Mischer fett. Weil das Brennstoff-Luft-Verhältnis der
gesamten Brennkammer von Gasturbinenbrennkammern mager ist, wird
durch einzelne Verdünnungslöcher vor
dem Austritt aus der Brennkammer zusätzliche Luft hinzugefügt. Eine
schlechte Vermischung und Hot Spots können beide an dem Dom, in dem
der injizierte Brennstoff vor der Verbrennung verdampfen und sich vermischen
muss, und in der Umgebung der Verdünnungslöcher auftreten, wo Luft zu
dem fetten Domgemisch hinzugefügt
wird. Wenn sie richtig entworfen sind, bilden fette Dombrennkammern
sehr stabile Vorrichtungen mit weiten Entzündbarkeitsgrenzen und können niedrige
HC- und CO-Emissionen sowie akzeptable NOx- Emissionen erzielen. Jedoch existiert
bei fetten Dombrennkammern eine grundlegende Einschränkung, weil
das fette Domgemisch durch stöchiometrische
oder maximales NOx erzeugende Regionen hindurch treten muss, bevor
es die Brennkammer verlässt.
Dies ist von besonderer Wichtigkeit, weil das Betriebsdruckverhältnis (OPR
Operating Pressure Ratio) moderner Gasturbinen aufgrund verbesserter
Prozesswirkungsgrade und Kompaktheit steigt, so dass die Einlasstemperaturen
und -drücke
der Brennkammer die Rate der NOx-Erzeugung drastisch erhöhen. Da
Emissionsstandards immer strenger werden und das OPR steigt, erscheint
es unwahrscheinlich, dass herkömmliche
fette Dombrennkammern in der Lage sein werden, die Anforderungen
zu erfüllen.
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Magere
Dombrennkammern haben das Potential, einige dieser Probleme zu lösen. Ein
derartiger momentaner Aufbau einer mageren Dombrennkammer nach dem
Stand der Technik wird als Doppelringbrennkammer (DAC, Dual Annular
Combustor) bezeichnet, weil sie zwei in Radialrichtung gestapelte
Mischer an jeder Brennstoffdüse
enthält,
was bei einer Betrachtung von der Vorderseite der Brennkammer aus
wie zwei kreisringförmige
Ringe erscheint. Die zusätzliche
Reihe von Mischern ermöglicht
dem Aufbau, für
den Betrieb bei unterschiedlichen Bedingungen abgestimmt zu werden.
Im Leerlauf wird der äußere Mischer
mit Brennstoff versorgt, der dazu vorgesehen ist, unter Leerlaufbedingungen effizient
zu arbeiten. Bei hohen Leistungen werden beide Mischer mit Brennstoff
versorgt, wobei der Großteil
des Brennstoffs und der Luft zu dem inneren Ringraum geliefert wird,
der dazu vorgesehen ist, am effizientesten und mit geringen Emissionen
bei hohen Leistungen zu arbeiten. Ein derartiger Aufbau bildet einen
Kompromiss zwischen niedrigen NOx- und CO/HC-Emissionen. Während die
Mischer abgestimmt sind, um bei jedem Dom einen optimalen Betrieb
zu ermöglichen,
löscht
die Begrenzung zwischen den Domen die CO-Reaktion über einem
größe ren Bereich,
was den CO-Gehalt dieser Konstruktionen höher werden lässt als
bei ähnlichen
fetten Einzelring-Dombrennkammern (SAC, Single Annular Combustor).
Diese Anwendung ist jedoch seit mehreren Jahren ziemlich erfolgreich
im Einsatz und bildet einen hervorragenden Kompromiss zwischen Emissionen
bei niedriger Leistung und NOx-Emissionen bei hoher Leistung.
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Andere
neuere Konstruktionen lindern die vorstehend beschriebenen Probleme
durch die Verwendung eines neuen mageren Dombrennkammerkonzeptes.
Anstatt die Pilot- und Hauptstufen in gesonderte Dome aufzutrennen
und eine deutliche CO-Einfangzone an der Schnittstelle zu erzeugen, enthält der Mischer
zueinander konzentrische, jedoch voneinander verschiedene Pilot-
und Hauptluftströme
innerhalb der Vorrichtung. Jedoch ist bei diesen Konstruktionen
die gleichzeitige Steuerung der CO/HC-Emission bei niedriger Leistung und
der Rauchemission schwierig, weil eine Steigerung der Brennstoff/Luft-Vermischung
häufig
zu hohen CO/HC-Emissionen führt
und umgekehrt. Die wirbelnde Hauptluft neigt in natürlicher
Weise dazu, die Pilotflamme mitzureißen und diese zu ersticken.
Um zu verhindern, dass der Brennstoffsprühstrahl in die Hauptluft mitgerissen
wird, setzt der Piloteinrichtung einen Sprühstrahl mit einem schmalen
Sprühwinkel ein.
Dies hat eine Langstrahlflammencharakteristik einer Strömung mit
einer geringen Drallzahl zur Folge. Derartige Pilotflammen erzeugen
hohe Rauch-, Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen und
weisen eine schlechte Stabilität
auf.
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EP 0 924 459 beschreibt
einen venturilosen Drallerzeuger für ein Gasturbinentriebwerk.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion einer
Menge von Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoff emissionen sowie Rauch
aus einer Gasturbinenbrennkammer gemäß Patentanspruch 1 sowie die
Kombination aus einem Basisdruckluftverteiler und einer Verteilerverlängerung
gemäß Patentanspruch
1 und eine Gasturbinenbrennkammer gemäß Patentanspruch 7.
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Die
abhängigen
Ansprüche
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung dar.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform
arbeitet eine Brennkammer mit einem hohen Verbrennungswirkungsgrad
und bei niedrigen Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff- und Rauchemissionen.
Die Brennkammer gemäß der Erfindung
enthält
eine Brennstoffeinspritzeinrichtung zur Einspritzung von Brennstoff
in die Brennkammer, einen Basisdruckluftpilotverteiler, der eine
stromabwärts
liegende Seite enthält,
die in Richtung auf eine Symmetrieachse eines Zentralkörpers konvergiert,
und eine Verteilerverlängerung.
Die Verteilerverlängerung
enthält
einen konvergierenden stromaufwärts
befindlichen Abschnitt, der an dem Pilotverteiler angebracht ist,
einen divergierenden stromabwärts
befindlichen Abschnitt und einen Zwischenabschnitt, der sich zwischen
dem stromaufwärts
befindlichen Abschnitt und dem stromabwärts befindlichen Abschnitt
erstreckt.
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Die
Verteilerverlängerung
erhöht
eine effektive Drallzahl einer Pilotströmung für einen Winkel eines inneren
und eines äußeren Leitelementes.
Die erhöhte
effektive Drallzahl hat eine stärkere
Rezirkulationszone auf der Achse zur Folge. Ein rezirkuliertes Gas
liefert Sauerstoff zur Vervollständigung
der Verbrennung in dem brennstoffreichen Pilotdrallerzeuger, ruft
eine intensive Vermischung und hohe Verbrennungsraten hervor und
brennt in der Flamme erzeugten Ruß ab. Die Verteilerverlängerung
ermöglicht
eine Drall stabilisierte Flamme bei kleinen Leitelementwinkeln.
Die Verteilerverlängerung
verringert auch die Geschwindigkeit des Pilotbrennstoffs, der in die
Brennkammer injiziert wird, und die Geschwindigkeit des inneren
Pilotluftstroms. Die geringen Geschwindigkeiten verbessern die Vermischung
zwischen Brennstoff und Luft und erhöhen die Verweildauer des Brennstoffs
in der Flamme. Eine Brennstoffmitnahme und Übertragung in den äußeren Pilotluftstrom
werden ebenfalls durch die Verteilerverlängerung verringert. Schließlich verzögert die
Verteilerverlängerung
physisch die Vermischung zwischen dem inneren und dem äußeren Pilotluftstrom
und bewirkt dadurch, dass eine Vermischung aufgrund der geringen
Geschwindigkeiten der Pilotluftströme an dem Austritt der Verteilerverlängerung
weniger stark ist. Im Ergebnis ist eine Brennkammer geschaffen, die
mit einem hohen Verbrennungswirkungsgrad arbeitet, während sie
geringe Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff- und Rauchemissionen aufrechterhält.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ist nun zu Beispielszwecken mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht, in denen zeigen:
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1 eine
schematisierte Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, das eine
Brennkammer enthält;
und
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2 eine
Querschnittsansicht der in 1 veranschaulichten
Brennkammer, die eine Verteilerverlängerung enthält.
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1 zeigt
eine schematisierte Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10,
das einen Niederdruckverdichter 12, einen Hochdruckverdichter 14 und
eine Brennkammer 16 enthält. Das Triebwerk 10 enthält ferner
eine Hochdruckturbine 18, eine Niederdruckturbine 20 und
eine Leistungsturbine 22.
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Im
Betrieb strömt
Luft durch den Niederdruckverdichter 12, und komprimierte
Luft wird von dem Niederdruckverdichter 12 zu dem Hochdruckverdichter 14 geliefert.
Die stark komprimierte Luft wird der Brennkammer 16 zugeführt. Eine
von der Brennkammer 16 herrührende Luftströmung treibt die
Turbinen 18, 20 und 22 an.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der (in 1 veranschaulichten)
Brennkammer 16 für
ein (nicht veranschaulichtes) Gasturbinentriebwerk. In einer Ausführungsform
ist das Gasturbinentriebwerk ein GE 90, das von der General
Electric Company, Evendale, Ohio, erhältlich ist. Alternativ kann
das Gasturbinentriebwerk ein von der General Electric Company, Evandale,
Ohio, erhältliches
F110-Triebwerk sein. Die Brennkammer 16 enthält einen
Zentralkörper 42,
einen Hauptdrallerzeuger 43, einen äußeren Pilotdrallerzeuger 44,
einen inneren Pilotdrallerzeuger 46 und eine Pilotbrennstoffeinspritzeinrichtung 48.
Der Zentralkörper 42 weist
eine Symmetrieachse 60 auf und ist im Wesentlichen zylindrisch mit
einem (nicht veranschaulichten) ringförmigen Querschnittsprofil gestaltet.
Eine (nicht veranschaulichte) innere Flamme, die manchmal als ein
Pilot oder eine Pilotflamme bezeichnet wird, ist eine Sprühdiffusionsflamme,
die vollständig
ausgehend von Gasturbinenstartbedingungen mit Brennstoff beliefert
wird. Bei erhöhten
Leistungseinstellungen des Gasturbinentriebwerks wird in die Brennkammer 16 zusätzlicher
Brennstoff durch (nicht veranschaulichte) Brennstoffeinspritzeinrichtungen
injiziert, die in dem Zentralkörper 42 angeordnet
sind.
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Die
Pilotbrennstoffeinspritzeinrichtung 48 enthält eine
Symmetrieachse 62 und ist in dem Zentralkörper 42 derart
positioniert, dass die Symmetrieachse 62 der Brennstoffeinspritzeinrichtung
im Wesentlichen koaxial zu der Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers verläuft. Die
Brennstoffeinspritzeinrichtung 48 injiziert Brennstoff
in die Piloteinrichtung und enthält
eine Einlassseite 64, eine Auslassseite 66 und
einen Körper 68,
der sich zwischen der Einlassseite 64 und der Auslassseite 66 erstreckt.
Die Auslassseite 66 enthält eine zusammenlaufende Auslassdüse 70,
die eine Brennstoffströmung 72 von der
Brennstoffeinspritzeinrichtung 48 nach außen im Wesentlichen
parallel zu der Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers leitet.
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Der
innere Pilotdrallerzeuger 46 ist ringförmig und in Umfangsrichtung
um die Pilotbrennstoffeinspritzeinrichtung 48 herum angeordnet.
Der innere Pilotdrallerzeuger 46 enthält eine Einlassseite 80 und eine
Auslassseite 82. Ein innerer Pilotluftstrom 84 tritt an
der Einlassseite 80 des inneren Pilotdrallerzeugers ein
und tritt an der Auslassseite 82 aus.
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Stromabwärts von
dem inneren Pilotdrallerzeuger 46 ist ein Basisdruckluftpilotverteiler 90 positioniert.
Der Basisdruckluftpilotverteiler 90 enthält eine
stromaufwärts
befindliche Seite 92 und eine stromabwärts befindliche Seite 94.
Die stromaufwärts
liegende Seite 92 enthält
einen vorderen Rand 96 und weist einen Durchmesser 98 auf,
der von dem vorderen Rand 96 bis zu der stromabwärts liegenden Seite 94 konstant
ist. Die stromaufwärts
befindliche Seite 92 enthält eine Innenfläche 99,
die im Wesentlichen parallel und benachbart zu dem inneren Pilotdrallerzeuger 46 angeordnet
ist.
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Die
stromabwärts
befindliche Seite 94 des Basisdruckluftpilotverteilers
erstreckt sich von der stromaufwärts
liegenden Seite 92 bis zu einem hinteren Rand 100 des
Basisdruckluftpilotverteilers 90. Der hintere Rand 100 weist
einen Durchmesser 102 auf, der kleiner ist als der Durchmesser 98 der
stromaufwärts
befindlichen Seite. Die stromabwärts
befindliche Seite 94 läuft
in Richtung auf die Pilotbrennstoffeinspritzeinrichtung 48 unter
einem Winkel 104 in Bezug auf die Symmetrieachse 60 des
Zentralkörpers
zusammen.
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Der äußere Pilotdrallerzeuger 44 erstreckt sich
im Wesentlichen senkrecht von dem Basisdruckluftpilotverteiler 90 aus
und ist an einer profilierten Wand 110 befestigt. Die profilierte
Wand 110 ist an dem Zentralkörper 42 angebracht.
Der äußere Pilotdrallerzeuger 44 ist
ringförmig
und in Umfangsrichtung um den Basisdruckluftpilotverteiler 90 herum angeordnet.
Der äußere Pilotdrallerzeuger 44 weist eine
Einlassseite 112 und eine Auslassseite 114 auf. Ein äußerer Pilotluftstrom 116 tritt
in die Einlassseite 112 des äußeren Pilotdrallerzeugers ein
und wird unter einem Winkel 118 ausgerichtet.
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Stromabwärts von
dem Basisdruckluftpilotverteiler 90 ist eine Verteilerverlängerung 120 angeordnet.
Die Verteilerverlängerung 120 enthält einen stromaufwärts befindlichen
Abschnitt 122, einen stromabwärts befindlichen Abschnitt 124 und
einen Zwischenabschnitt 126, der sich zwischen dem stromaufwärts liegenden
Abschnitt 122 und dem stromabwärts liegenden Abschnitt 124 erstreckt.
Der stromaufwärts
befindliche Abschnitt 122 weist einen ersten Durchmesser 130,
eine Innenfläche 132 und eine
Außenfläche 134 auf.
Die Innenfläche 132 des stromaufwärts befindlichen
Abschnitts 122 der Verteilerverlängerung ist konvergierend bzw.
zusammenlaufend ausgebildet und an der stromabwärts befindlichen Seite 94 des
Basisdruckluftpilotverteilers 90 angebracht. Der Zwischenabschnitt 126 erstreckt
sich von dem stromaufwärts
befindlichen Abschnitt 122 und konvergiert in Richtung
auf die Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers. Der Zwischenabschnitt 126 enthält einen
zweiten Durchmesser 140, der kleiner ist als der Durchmesser 130 des
stromaufwärts
befindlichen Abschnitts, eine Innenfläche 142 und eine Außenfläche 144. Der
stromabwärts
befindliche Abschnitt 124 erstreckt sich von dem Zwischenabschnitt 126 aus
und enthält
eine Innenfläche 150, eine
Außenfläche 152 und
einen dritten Durchmesser 154. Der stromabwärts befindliche
Abschnitt 124 divergiert von der Symmetrieachse 60 des
Zentralkörpers
aus, so dass folglich der dritte Durchmesser 154 größer ist
als der zweite Durchmesser 140 des Zwischenabschnitts.
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Der
stromabwärts
befindliche Abschnitt 124 der Verteilerverlängerung
läuft in
Richtung der profilierten Wand 110 auseinander. Die profilierte
Wand 110 enthält
einen Scheitel oder eine Spitze, der bzw. die zwischen einem konvergierenden
Abschnitt 158 der profilierten Wand 110 und einem
divergierenden Abschnitt 160 der profilierten Wand 110 angeordnet ist.
Die Verteilerverlängerung 120 enthält eine
Länge 168,
die sich von dem stromaufwärts
befindlichen Abschnitt 122 der Verteilerverlängerung
bis zu dem stromabwärts
befindlichen Abschnitt 124 der Verteilerverlängerung
erstreckt. Die profilierte Wand 110 erstreckt sich zu dem
Hauptdrallerzeuger 43. Der Hauptdrallerzeuger 43 ist
in Umfangsrichtung um die profilierte Wand 110 herum angeordnet
und leitet eine verwirbelte Luftströmung 170 in einen
Brennkammerhohlraum 178.
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Im
Betrieb tritt der innere Pilotluftstrom 84 an der Einlassseite 80 des
inneren Pilotdrallerzeugers ein und wird von der Auslassseite 82 des
inneren Drallerzeugers aus nach außen beschleunigt. Der innere
Luftstrom 84 strömt
im Wesentlichen parallel zu der Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers und
trifft auf den Basisdruckluftverteiler 90 auf. Der Pilotverteiler 90 richtet
die innere Luftströmung 84 in
einer Drallbewegung in Richtung der Brennstoffströmung 72 unter
einem Winkel 104 aus. Der innere Luftstrom 84 prallt
auf die Brennstoffströmung 72 auf,
um sich zu vermischen und die Brennstoffströmung 72 zu zerstäuben, ohne
dass ein (nicht veranschaulichtes) Sprühmuster, das die Pilotbrennstoffeinspritzeinrichtung 48 verlässt, kollabiert.
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Gleichzeitig
wird der äußere Pilotluftstrom durch
den äußeren Pilotdrallerzeuger 44 beschleunigt.
Der äußere Luftstrom 116 verlässt den äußeren Drallerzeuger 44,
indem er im Wesentlichen parallel zu der Symmetrieachse 60 des
Zentralkörpers strömt. Der äußere Luftstrom 116 strömt weiter
im Wesentlichen parallel zu der Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers und
trifft auf die profilierte Wand 110 auf. Die profilierte
Wand 110 lenkt den äußeren Luftstrom 116 unter
dem Winkel 118 in Richtung auf die Symmetrieachse des Zentralkörpers in
einer Drallbewegung aus. Der äußere Luftstrom 116 strömt weiter in
Richtung auf die Symmetrieachse 60 des Zentralkörpers und
prallt auf die Außenfläche 134 des stromaufwärts befindlichen
Abschnitts der Verteilerverlängerung
auf.
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Die
stromaufwärts
befindliche Außenfläche 134 der
Verteilerverlängerung
richtet den Luftstrom 116 in Richtung auf die Außenfläche 144 des
Zwischenabschnitts der Verteilerverlängerung aus, an der die Luftströmung 116 erneut
in Richtung auf den divergierenden Abschnitt 160 der profilierten
Wand umgelenkt wird. Der äußere Luftstrom 116 strömt über die
Längserstreckung 168 der
Verlängerung und
strömt
weiter im Wesentlichen parallel zu der profilierten Wand 110,
bis er mit dem Luftstrom 170 zusammenstößt, der den Hauptdrallerzeuger 43 verlässt.
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Der
innere Pilotluftstrom 84 prallt auf die Brennstoffströmung 72 auf,
um ein Gemisch aus Brennstoff und Luft zu erzeugen, das durch die
Verteilerverlängerung 120 strömt. Die
Verteilerverlängerung 120 verlangsamt
die Geschwindigkeit des Gemisches und erhöht dadurch die Dauer der Verweilzeit
des Gemisches in dem Zentralkörper 42.
Die verlängerte
Verweilzeitdauer ermöglicht
eine stärkere Verdampfung
und verbessert die Vermischung der Brennstoffströmung 72 mit dem inneren
Pilotluftstrom 84. Die niedrige Geschwindigkeit ermöglicht ferner dem
Gemisch, mehr Zeit innerhalb einer (nicht veranschaulichten) Pilotflamme
zu verbringen, um ein eher vollständiges Verbrennen des Gemisches
zu erzielen. Die Verteilerverlängerung 120 erhöht eine
Pilotdrallzahl und bringt die Flamme in das Innere des Zentralkörpers 42,
wodurch sie im Wesentlichen die Flammenstabilität verbessert und Kohlenmonoxid-, Kohlenwasserstoff-
und Rauchemissionen verringert.
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Die
Länge 168 der
Verteilerverlängerung
ermöglicht
der Verteilerverlängerung 120,
die äußere Pilotluftströmung 116 von
der inneren Pilotluftströmung 84 zu
isolieren, und verzögert
irgendeine Vermischung zwischen den Strömen 84 und 116.
Die Länge 168 der
Verteilerverlängerung
ermöglicht
ferner eine individuelle Steuerung des inneren Pilotluftstroms 84 und
des äußeren Pilotluftstroms 116,
was eine geringere Brennstoffmitnahme oder -übertragung durch den äußeren Pilotluftstrom 116 zur
Folge hat. Eine individuelle Steuerung des inneren Pilotluftstroms 84 und
des äußeren Pilotluftstroms 116 ermöglicht es,
die Geschwindigkeit des äußeren Pilotluftstroms 116 zu
verringern. Eine Verringerung der axialen Geschwindigkeit des äußeren Pilotluftstroms 116 führt eine
kleinere Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem inneren Pilotluftstrom 84 und
dem äußeren Pilotluftstrom 116 herbei.
Die kleinere Geschwindigkeit erhöht
die Verweildauer und verringert die Brennstoffmitnahme und Erstickung
durch den äußeren Pilotluftstrom 116.
Im Ergebnis arbeitet die Brennkammer 16 mit einem hohen
Wirkungsgrad und bei geringen Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffemissionen.
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Die
Erhöhung
der Pilotdrallzahl, die durch die Verteilerverlängerung 120 bewirkt
wird, hat eine starke axiale Rezirkulationszone 180 zur
Folge, die in Verbindung mit der verminderten Geschwindigkeit des
Brennstoff/Luft-Pilotgemisches einen (nicht veranschaulichten) starken
Rücksog
in dem Zentralkörper 42 erzeugt,
der bewirkt, dass alle unverbrannten Verbrennungsprodukte (nicht
veranschaulicht) wieder der Pilotflamme zugeführt werden. Infolge des Rücksogs oder
der umgekehrten Luftströmung
wird der Verbrennungswirkungsgrad wesentlich verbessert. Außerdem bringt
das wieder umlaufende Verbrennungsgas Sauerstoff von dem Hauptluftstrom 170 in
die Pilotflamme ein. Infolgedessen wird in der Pilotflamme erzeugter
(nicht veranschaulichter) Ruß abgebrannt
und nicht emittiert.
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Die
vorstehend beschriebene Brennkammer ist kostengünstig und sehr zuverlässig. Die
Brennkammer enthält
eine Verteilerverlängerung
bzw. einen Verteilerfortsatz, die bzw. der einen stromaufwärts befindlichen
Abschnitt, einen stromabwärts
befindlichen Abschnitt und einen dazwischen befindlichen Abschnitt
enthält,
der sich zwischen dem stromaufwärts
befindlichen Abschnitt und dem stromabwärts befindlichen Abschnitt
erstreckt. Der stromaufwärts
befindliche Abschnitt verläuft
divergierend und erstreckt sind zu einem konvergierenden Zwischenabschnitt.
Der konvergierende Zwischenabschnitt erstreckt sich bis zu einem
divergierenden stromabwärts
befindlichen Abschnitt. Infolge der Verteilerverlängerung
ist eine Brennkammer geschaffen, die mit geringer Brennstoffmitnahme
und erhöhter
Verweildauer eines Brennstoff/Luft-Gemisches in einem Zentralkörperabschnitt
der Brennkammer arbeitet. Somit ist eine Brennkammer geschaffen,
die bei einem hohen Verbrennungswirkungsgrad und mit geringen Kohlenmonoxid-,
Kohlenwasserstoff- und niedrigen Rauchemissionen arbeitet.