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Die
Erfindung betrifft das Gebiet von Doppelstrom-Strahlturbinen, und
genauer Nachbrennervorrichtungen.
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Die
Doppelstrom-Strahlturbinen weisen einen Abgasstrom auf, genannt
Primärstrom,
der eine höhere
Temperatur aufweist, als ein Luftstrom, genannt Sekundärstrom.
Es ist bekannt, dass die Doppelstrom-Strahlturbinen eine Nachbrennervorrichtung
aufweisen. Letzter umfasst ein äußeres ringförmiges Gehäuse und
im Inneren und beabstandet von dem äußeren ringförmigen Gehäuse ein ringförmiges Abgasgehäuse und
weist innere und äußere ringförmige Seitenwände auf,
die als Drehachse die Drehachse der Strahlturbine aufweisen. Die äußere Seitenwand
und das äußere ringförmige Gehäuse bilden einen
Kanal für
den Sekundärstrom,
die äußere ringförmige Seitenwand
und die innere ringförmige
Seitenwand definieren einen Kanal für den Primärstrom. Nach einer ersten Verbrennung,
die den Abgasstrom (Primärstrom)
durch die Hochdruck- und Niederdruckturbinen ausbringt, weist die
Strahlturbine eine Vorrichtung auf, die die Brennstoffeinspritzung
in den Primärstrom
und den Sekundärstrom
verwendet, um eine zweite Verbrennung auszulösen. Es sind Nachbrennervorrichtungen
bekannt, die einen Nachbrennerring aufweisen, der sich in dem Primärstrom befindet,
und es sind Flammenfangarme vorgesehen, die sich in dem Primärstrom befinden
und einen Teil von diesem mit dem Sekundärstrom vermischen. Es sind
auch Nachbrennervorrichtungen bekannt, die einen Nachbrennerring
aufweisen, der sich in dem Primärstrom
befindet. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem
Dokument FR-A-2696502 bekannt. Aus dieser Position ergeben sich
starke Wärmespannungen.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
vor, die Nachbrennervorrichtung zu verbessern.
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Die
Erfindung betrifft einen Nachbrennerring für Doppelstrom-Strahlturbinen,
wobei ein Abgasstrom, genannt Primärstrom, eine höhere Temperatur aufweist,
als ein Luftstrom, genannt Sekundärstrom, wobei der Ring eine
Drehachse aufweist, die in der Lage ist, in Übereinstimmung mit der Drehachse
der Strahlturbine gesetzt zu werden, wobei der Ring einerseits eine
stromaufwärtige
ringförmige
Hülle,
die einen zur stromabwärtigen
Seite hin axial offenen Hals und andererseits eine Brennstoffeinspritzrampe aufweist,
die in dem Hals angeordnet ist, wobei der Ring aus einer Mehrzahl
von Ringabschnitten gebildet ist, die untereinander verbunden sind,
und jeweils einen stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitt aufweisen,
wobei jeder stromaufwärtige
ringförmige Hüllabschnitt
mit einer Brennstoffzufuhr versehen ist, die mit der Brennstoffeinspritzrampe
verbunden ist.
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Gemäß einem
Hauptmerkmal der Erfindung ist die stromaufwärtige (oder äußere) Oberfläche der stromaufwärtigen ringförmigen Hülle in der
Lage, mit dem Primärstrom
in Kontakt zu sein. Darüber
hinaus weist jeder Hüllabschnitt
eine Verbindungseinrichtung auf, die in dem Hals stromauf der Brennstoffeinspritzrampe
angeordnet ist, um einerseits die Brennstoffzuleitung und andererseits
einen Lüftungskasten bzw.
ein Lüftungsgehäuse aufzunehmen,
der/das sich in dem Hals über
einen Abschnitt wenigstens der Länge
des stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
und stromauf der Brennstoffeinspritzrampe erstreckt, wobei jeder
stromaufwärtige
ringförmige Hüllabschnitt
mit einer Zuleitung von Sekundärluft versehen
ist, die durch den Lüftungskasten
verteilt wird, um die Brennstoffeinspritzrampe zu kühlen. Darüber hinaus
ist ein stromabwärtiger
ringförmiger Hüllabschnitt
stromabwärts
der Brennereinspritzrampe angeordnet, um die Brennstoffeinspritzrampe
zu schützen.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Nachbrennervorrichtung für Doppelstrom-Strahlturbinen, wobei
ein Abgasstrom, genannt Primärstrom,
sich bei einer Temperatur befindet, die höher ist als ein Luftstrom,
genannt Sekundärstrom,
wobei die Vorrichtung ein äußeres ringförmiges Gehäuse und
ein ringförmiges
Abgasgehäuse
im Inneren und beabstandet vom äußeren ringförmigen Gehäuse, und
eine innere Seitenwand und eine äußere Seitenwand
aufweist, die als Drehachse die Drehachse der Strahlturbine haben,
wobei die äußere Seitenwand
und das äußere ringförmige Gehäuse eine
Passage bzw. einen Kanal für
den Sekundärstrom
definieren, wobei die äußere ringförmige Seitenwand
und die innere ringförmige
Seitenwand eine Passage bzw. einen Kanal für den Primärstrom definieren, wobei die
Vorrichtung weiterhin Nachbrennerarme aufweist.
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Gemäß einem
Hauptmerkmal der Erfindung weist die äußere Seitenwand Öffnungen
auf, und die Vorrichtung weist den Nachbrennerring, der vorher definiert
wurde, auf, der an der äußeren Seitenwand derart
befestigt ist, dass die stromaufwärtige Oberfläche der
stromaufwärtigen
ringförmigen
Hülle in
Kontakt mit dem Primärstrom
steht, und dass die Zuführleitung
und Sekundärluft
eines jeden stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
mit den Öffnungen der äußeren Seitenwand übereinstimmt.
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Die
nachfolgenden Figuren zeigen auf nicht einschränkende Weise Ausführungsformen
der Erfindung:
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die 1A zeigt im Schnitt eine Doppelstrom-Strahlturbine,
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die 1B zeigt ein Detail des Schnitts der Doppelstrom-Strahlturbine
von 1A,
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die 1C zeigt eine Reliefansicht eines Brennerringabschnitts
in einer ersten Montagephase gemäß der Erfindung,
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die 2 zeigt
eine Reliefansicht eines Brennerringabschnitts in einer zweiten
Montagephase, gemäß der Erfindung,
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die 3 ist
ein Schnitt A-A des Brennerringabschnitts von 5,
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die 4 ist
eine Reliefansicht des Brennerringabschnitts, versehen mit einem
Befestigungsendstück
an seinen Enden,
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die 5 ist
eine Sicht stromabwärts
des Brennerringsabschnitts, versehen mit einem Befestigungsendstück an seinen
Enden,
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die 6 ist
eine allgemeine schematische Schnittansicht der Nachbrennervorrichtung,
wobei sie hier nur den erfindungsgemäßen Brennerring auf weist,
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die 7 ist
eine Reliefansicht stromaufwärts
des Verbindungsstücks,
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die 8 ist
eine Reliefansicht stromabwärts des
Verbindungsstücks,
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die 9 ist
eine Reliefansicht stromabwärts des
Verbindungsstücks,
verbunden mit dem Lüftungsgehäuse,
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die 10 ist
eine Reliefansicht stromauf des Verbindungsstücks, verbunden mit dem Lüftungsgehäuse.
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Die
Zeichnungen enthalten im Wesentlichen Elemente bestimmter Eigenschaften.
Sie können also
nicht nur dazu dienen die Beschreibung besser zu verstehen, sondern
können
auch gegebenenfalls an der Definition der Erfindung teilnehmen.
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Die 1A zeigt schematisch eine Doppelstrom-Strahlturbine.
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Die
Luft wird zunächst
durch den Eingangsverdichter 11 angesaugt und sodann zu
dem Niederdruckkompressor 12 geleitet. Ein Teil des verdichteten
Luftstroms wird zu dem Hochdruckkompressor 14 geleitet
und der andere Teil in den Abschnitt 18 der Strahlturbine.
Nach der Brennkammer 16 werden die Abgase in die Hochdruckturbine
und danach in die Niederdruckkabine 17 geleitet, bevor
sie in das Abgasgehäuse 23 geleitet
werden. Diese Abgase mit hoher Temperatur entsprechen einem Primärstrom. Der
Kaltluftstrom des Abschnitts 18 der Strahlturbine wird
im Kontakt mit dem Heißluftkanal 15 aufgeheizt. Der
aufgeheizte Luftstrom wird Sekundärstrom genannt.
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Die
Nachbrennvorrichtung 19 wird nunmehr unter Bezugnahme auf
die 1B detaillierter beschrieben.
Diese Nachbrennvorrichtung weist ein äußeres ringförmiges Gehäuse 25 und ein ringförmiges Abgasgehäuse im Inneren
und beabstandet von dem äußeren ringförmigen Gehäuse auf.
Die beiden Gehäuse
haben dieselbe Drehachse entsprechend der Drehachse der Strahlturbine.
Das ringförmige
Abgasgehäuse
weist innere Seitenwände 29 und äußere Seitenwände 27 auf,
die als Drehachse die Drehachse der Strahlturbine aufweisen, wobei
die äußere Seitenwand 27 und
das äußere ringförmige Gehäuse 25 einen
Kanal 32 für
den Sekundärstrom
nach seinem Strömen
in dem Abschnitt 18 definieren, wobei die äußere ringförmige Seitenwand 27 und
die innere ringförmige
Seitenwand 29 einen Kanal 34 für den Primärstrom nach dessen Strömen durch
die Turbinen 17 definieren. Eine Öffnung 30 in der äußeren ringförmigen Seitenwand 27 ermöglicht,
einen Kanal freizulassen, damit der Sekundärstrom sich mit dem Primärstrom in
dem Kanal 34 mischt. Ein Brennstoffzuleitungsmechanismus
in dem Kanal 34 ermöglicht, dass
sich die Mischung Primärstrom/Sekundärstrom/Brennstoff
entflammt, wobei sich die Flammen an den Flammenfangarmen 22 festsetzen.
Wie in 1B gezeigt, sind die Arme an
dem äußeren Gehäuse angebracht
und erstrecken sich stromabwärts gemäß einem
Neigungswinkel bezüglich
einer senkrechten Ebene zur Drehachse. Darüber hinaus ist ein Brennerring 21 in
den Sekundärstrom
gesetzt und setzt sich aus Ringabschnitten zusammen, die zwischen
den Flammenfangarmen angeordnet sind. Die stromaufwärtige ringförmige Hülle dieses
Brennerrings schützt
gegen die Flammen der Nachverbrennung und gegen den Primärstrom von
hoher Temperatur (900°C)
eine Brennstoffeinspritzrampe, die den Brennstoff stromabwärts pulverisiert,
derart, dass sie die Nachverbrennung unterhält.
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Um
die Leistung der Nachverbrennung zu verbessern, ist der Brennerring
in den Primärstrom gesetzt.
Diese Anordnung erzeugt im Bereich des Brennerrings sehr hohe Wärmespannungen.
So ist erfindungsgemäß letzterer
derart verwirklicht, dass die Wärmespannungen
reduziert sind und die Leistung der Nachverbrennung verbessert ist.
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Die 6 zeigt
einen schematischen Schnitt der erfindungsgemäßen Nachbrennervorrichtung. Diese
Vorrichtung weist einen Brennerring auf, der einerseits eine stromaufwärtige ringförmige Hülle, die einen
axial offenen Hals stromabwärts
bildet, und andererseits eine Brennstoffeinspritzrampe 4 auf,
die in dem Hals angeordnet ist, wobei der Brennerring aus einer
Mehrzahl von Ringabschnitten 20 gebildet ist, die untereinander
verbunden sind und jeweils einen stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt 1 aufweisen,
wobei jeder stromaufwärtige
ringförmige Hüllabschnitt 1 mit
einer Brennstoffzuleitung 35 versehen ist, die mit der
Brennstoffeinspritzrampe 4 verbunden ist. Ausschließlich beispielhaft
ist die stromaufwärtige
ringförmige
Hülle aus
einem ringförmigen Dieder
ausgebildet, dessen gerundete Kante stromaufwärts gerichtet ist, wobei die
innere Platte des Dieders parallel zur Drehachse ist und die äußere Platte
radial nach außen
gerichtet ist. Gemäß 6 weist
die äußere ringförmige Außenwand 27 in
der zur Drehachse senkrechten Ebene regelmäßig über den gesamten Umfang der äußeren ringförmigen Seitenwand 27 beabstandete Öffnungen 36 auf.
Diese Öffnungen 36 sind
durch einen sich nach stromaufwärts
erstreckenden Rohrabschnitt 28 begrenzt, wobei dieser Rohrabschnitt 28 mit
offenen Enden, durch Formen beispielhafterweise ein einstückiges Teil
mit der inneren ringförmigen
Seitenwand 27 bildet. Der Rohrabschnitt 28 erstreckt
sich stromabwärts
gemäß einem
Neigungswinkel bezüglich
einer zur Drehachse senkrechten Ebene. Jeder stromaufwärtige ringförmige Hüllabschnitt
des Brennerrings, insbesondere jede äußere Platte eines jeden Abschnitts
weist eine Öffnung
auf, die durch einen Rohrabschnitt 37 begrenzt ist, der
sich stromaufwärts
gemäß einem
Neigungswinkel bezüglich
einer zur Drehachse senkrechten Ebene erstreckt. Die Öffnung des
stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
ist derart ausgebildet, dass sie mit einer der Öffnungen der äußeren ringförmigen Seitenwand 27 übereinstimmt
und daran befestigt ist.
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Die Öffnung des
stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts,
dient als Sekundärluftzuleitung und
als Brennstoffzuleitung in den Hals, der von dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
gebildet wird. Eine weitere Verwirklichung der Öffnungen könnte vorgesehen sein, um die
Luftzuleitung von der Brennstoffzuleitung zu trennen. Die Brennstoffzuleitung
wird insbesondere durch ein Rohr 35 erzeugt, die durch Öffnungen
geht in Übereinstimmung
mit der äußeren ringförmigen Seitenwand
des stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts.
Das Rohr 35 mündet
an seinem Ende auf einem Verbindungskopf, der mit der Brennstoffeinspritzrampe
verbunden ist, die in dem Hals angeordnet ist, die von dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
begrenzt wird. Diese Brennstoffeinspritzrampe 4 erstreckt
sich über
wenigstens einen Abschnitt des stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts 1 und
ist aus einem stromabwärts
perforiertem Rohr gebildet. In einer Umgebung mit sehr hoher Temperatur,
aufgrund der Anordnung des Brennerrings in den Primärstrom,
ist die Lüftung
und die Kühlung
eines jeden Brennerringabschnitts notwendig, um zu große Wärmespannungen
zu vermeiden. Um die Belüftung
der stromaufwärtigen
ringförmigen
Hülle und
der Brennstoffeinspritzrampe zu verbessern, ist ein Lüftungsgehäuse 2 in
dem Hals stromaufwärtig
der Brennstoffeinspritzrampe 4 angeordnet, und wird mit
einer Luftzuleitung gespeist. Die 1-C zeigt
die Anordnung des Lüftungsgehäuses vor
jener der Brennstoffeinspritzrampe in den Hals, wie in 2 gezeigt.
Jedes Rohr des Lüftungsgehäuses ist
mit lokalen Ausbuchtungen versehen, genannt Vorsprünge, um
einen Luftspalt zwischen dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
und dem Lüftungsgehäuse sicherzustellen.
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Jeder
Brennerringabschnitt weist ein Verbindungsstück 3 auf, das in dem
Hals stromaufwärts
der Brennstoffeinspritzrampe angeordnet ist, um einerseits das Brennstoffzuleitungsrohr
und das Luftzuleitungsrohr aufzunehmen, und andererseits das Lüftungsgehäuse, das
sich in dem Hals über
einen Bereich erstreckt, der wenigstens gleich der Länge des stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts
ist, und stromaufwärts
der Brennstoffeinspritzrampe liegt. Dieses Verbindungsstück ist insbesondere
detailliert in den 7, 8, 9 und 10 dargestellt.
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Das
Verbindungsstück 3 hat
eine zum Hals komplementäre
Form, die durch die stromaufwärtige ringförmige Hülle gebildet
ist, um stromaufwärts
der Brennstoffeinspritzrampe platziert zu werden. Dieses Stück weist
eine Hauptvertiefung auf, die in der Lage ist, gegenüber der Öffnung des
stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts
gesetzt zu werden, und um den Verbindungskopf der Brennstoff- und
Luftzuleitung aufzunehmen. Die Hauptvertiefung mündet in einer stromabwärtigen Öffnung 45,
um dem Verbindungskopf zu ermöglichen,
mit der Brennstoffeinspritzrampe verbunden zu werden, die senkrecht
zur Richtung des Verbindungskopfes angeordnet ist. Um die Drehung
des Verbindungskopfes in der Vertiefung, die an der stromabwärtigen Öffnung mündet, zu verhindern,
weist das Verbindungsstück
einen Vorsprung 48 auf, der sich axial erstreckt, und radial nach
außen über die
stromabwärtige Öffnung hinaus angeordnet
ist. Darüber
hinaus weist das Verbindungsstück 3 seitliche Öffnungen
auf, das heißt
gegenüberliegende Öffnungen,
die sich über
den Umfang des Rings beiderseits der Luftzuleitungshauptvertiefung
erstrecken.
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Diese
seitlichen Öffnungen
ermöglichen
das Anbringen des Lüftungsgehäuses. Vorteilhafterweise weist
das Lüftungsgehäuse zwei
mit vielen Öffnungen
versehene hohle Rohre auf, die in der Lage sind, jeweils am offenen
Ende an einer der beiden seitlichen Öffnungen gehalten zu werden,
wobei deren freies Ende in der Hauptvertiefung mündet. Die von der Öffnung des
stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
kommende Luft strömt
durch die Hauptvertiefung, die die Zuleitungsaufnahmeluft bildet,
und wird seitlich und umfangseitig in die hohlen Rohre des Lüftungsgehäuses geleitet,
durch ihre Enden, die in den seitlich Öffnungen des Verbindungsstücks angeordnet
sind.
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Um
die Brennstoffeinspritzrampe und das Lüftungsgehäuse von der Rückkehr der
Flammen und der Strahlung zu schützen,
ist ein stromabwärtiger
ringförmiger
Hüllabschnitt 5 stromabwärts von diesem
in dem Hals angeordnet, der von dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
begrenzt wird. Dieser stromabwärtige
ringförmige
Hüllabschnitt
weist einen allgemein halbkreisförmigen
Axialabschnitt auf, wobei die Enden dieses Abschnitts entsprechend
mit den Enden der Platten des stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts
Kanäle
für den
Brennstoff bilden, der von der Brennstoffeinspritzrampe kommt. Dieser
stromabwärtige
ringförmige
Hüllabschnitt 5 bildet
einen Wärmeschutzschirm
des Brennerrings nach stromabwärts.
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Der
stromabwärtige
ringförmige
Hüllabschnitt
bildet einen stromabwärts
axial offenen Hals und ist durch Befestigungsmittel an dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
befestigt. Diese Befestigungsmittel können ein Niet sein. Wie in 3 gezeigt.
weist der stromabwärtige
ringförmige
Hüllabschnitt 5 Halteeinrichtungen
auf, die axial und stromaufwärts
von diesem Abschnitt angeordnet sind, um die Brennstoffeinspritzrampe
an Ort und Stelle zu halten, das Lüftungsgehäuse an Ort und Stelle gegen
die innere Seitenwand des stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts
zu halten, und punktuell den stromabwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
mit der Oberfläche
stromabwärts
des stromaufwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
zu verbinden. Diese Halteeinrichtungen sind beispielsweise Laschen 54 (beispielsweise
zwei Laschen pro Abschnitt) mit einer schwachen Umfangsbreite, die
aus einem einzigen Stück
mit dem stromabwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitt
und stromaufwärts
von diesem letzteren geformt sind. Eine Lasche 54 ist im Schnitt
in 3 dargestellt. Die Lasche 54 weist einen
Innenvorsprung 55 auf, der sich axial und stromaufwärts des
stromabwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitts
erstreckt, damit, wenn der stromabwärtige ringförmige Hüllabschnitt korrekt in dem
Hals positioniert ist, der von dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
gebildet wird, dieser innere Vorsprung 55 eines der Rohre
des Lüftungsgehäuses gegen den
Boden dieses Halses drückt.
Ein äußerer Vorsprung 56 der
Lasche 54 begrenzt mit dem Innenvorsprung 55 einen
konkaven Hohlraum, um die Brennstoffeinspritzrampe aufzunehmen,
um letztere beabstandet, um einen bestimmten Abstand von der stromaufwärtigen Oberfläche des
stromabwärtigen ringförmigen Hüllabschnitts 5 zu
halten. So spielt der stromabwärtige
ringförmige
Hüllabschnitt 5 gut
die Rolle des Wärmeschutzschirms.
Die Lasche 54 weist ebenfalls an ihren radialen inneren
und äußeren Enden
Hohlräume
auf, die gegenüber
von Löschern
gesetzt werden sollen, die in dem stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
ausgebildet sind, derart, dass sie Zapfen 6 aufweisen,
die sich durch die Löcher
erstrecken, um gegen die Hohlräume
zu drücken.
Diese Zapfen 6 sind angeschweißt, um zwischen sie den stromaufwärtigen ringförmigen Hüllabschnitt
und den stromabwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitt
zu fixieren. Andere Befestigungseinrichtungen der stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitte
können
vorgesehen sein, um den Wärmeschutzschirm
für Instandsetzungsarbeiten
des Brennerrings zu entfernen.
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Die 4 und 5 zeigen
einen Brennerringabschnitt, der an seinen Enden mit seitlichen Befestigungsstücken versehen
ist, um den Abschnitt mit einem weiteren Abschnitt an einem jeden
Ende zu verbinden. So sind die Ringabschnitte untereinander durch
seitliche Befestigungsstücke
verbunden, die ein Teil aufweisen, das an seinen Enden gegenüber den
Enden des Ringabschnitte mit Kerben versehen ist, in denen die Enden
der stromabwärtigen
ringförmigen
Hüllabschnitte
zu liegen kommen. Darüber
hinaus dienen diese seitlichen Befestigungsstücke dazu, die Ringabschnitte
an den Nachbrennerarmen durch einen Vorsteckstift 8 und
eine Nadel 9 zu befestigen.
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Das
Vorhandensein dieser seitlichen Befestigungsstücke ermöglicht eine freie Ausdehnung
der Ringabschnitte, wobei die Enden dieser letzteren nicht festgelegt
sind. Jedoch ermöglicht
der Niet 10 die Anordnung festzuhalten.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der Befestigungsvorrichtung, die ausschließlich beispielhaft angegeben
sind, begrenzt, sondern sie umfasst jegliche Varianten, die der
Fachmann im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche sich vorstellen kann.