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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Mehrstufen-Ringbrenner für ein Gasturbinentriebwerk
und insbesondere auf die Art der Halterung eines Mittelkörpers in
seiner Position zwischen benachbarten Domen von derartigen Mehrstufen-Ringbrennern.
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Bemühungen,
Emissionen in Gasturbinentriebwerken zu verringern, haben die Verwendung von
abgestuften Verbrennungstechniken mit sich gebracht, wobei der eine
Brenner oder Satz von Brennern für
Niedrigdrehzahl-, Niedrigtemperatur-Bedingungen, wie beispielsweise
Leerlauf, verwendet wird, und ein anderer oder zusätzlicher
Brenner oder mehrere Brenner für
Hochtemperatur-Betriebsbedingungen verwendet wird. Eine besondere
Konfiguration von einem derartigen Konzept ist diejenige des Doppelringbrenners,
wobei die zwei Stufen konzentrisch in einer einzigen Brennerauskleidung
angeordnet sind. Üblicherweise
ist der Pilotstufenabschnitt konzentrisch außen angeordnet und arbeitet
bei niedrigen Temperaturen und Bedingungen mit einem kleinen Brennstoff/Luft-Verhältnis während des
Leerlaufbetriebs des Triebwerkes. Der Hauptstufenabschnitt, der
konzentrisch innen angeordnet ist, wird später mit Brennstoff versorgt
und von der Pilotstufe kreuzgezündet,
um bei der hohen Temperatur und Bedingungen mit einem relativ hohen
Brennstoff/Luft-Verhältnis
zu arbeiten. Die Verwirbelungsbecher von den entsprechenden Pilot-
und Hauptstufenabschnitten liegen im Allgemeinen in den gleichen
radialen und Umfangsebenen, wie es beispielsweise in dem US-Patent
4,292,801 für
Wilkes u. a. und den US-Patenten 4,374,466 und 4,249,373 für Sotheran
beschrieben ist.
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Wie
jedoch in einem Entwicklungsbericht der National Aeronautics and
Space Administration (NASA) über
die Verbrennungssystemkomponententechnologie für das Energy Efficient Engine
(E3) und dem US-Patent 4,194,358 für Stenger
erläutert ist,
können
die Pilotstufe und die Hauptstufe radial versetzt sein (d. h. in
besonderen radialen Ebenen liegen). In den Konfigurationen sowohl
nach dem '358 Patent
als auch E3 ist die effektive Länge des Hauptstufenabschnittes
relativ kurz, und die effektive Länge des Pilotstufenabschnittes
ist relativ lang. Diese Konfiguration gestattet eine vollständige oder
nahezu vollständige
Verbrennung, um die Menge der Kohlenwasserstoff- und Kohlenstoffmonoxid-Emissionen
zu verringern, da es eine relativ lange Verweilzeit in dem Pilotstufenabschnitt
und eine relativ minimale Verweilzeit in dem Hauptstufenabschnitt
gibt.
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Ob
nun die inneren und äußeren Brenner
radial ausgerichtet sind oder nicht und ob der äußere Ringbrenner als die Pilotstufe
oder Hauptstufe arbeitet, der Stand der Technik beschreibt die Verwendung von
einem Mittelkörper
zwischen den Pilot- und Hauptstufen. Der beabsichtigte Zweck dieser
Mittelkörper
besteht darin, die Pilotstufe von der Hauptstufe zu trennen, um
die Verbrennungsstabilität
der Pilotstufe an verschiedenen Betriebspunkten sicherzustellen
und zu gestatten, dass primäre
Verdünnungsluft
in die Pilotstufen-Reaktionszone gerichtet wird.
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Bis
vor kurzem sind derartige Mittelkörper ein kontinuierlicher Ring
gewesen, der aus geschmiedeten oder gewalzten Ringen und Blechmaterial
gefertigt war. Derartige einstückige
Konstruktionen sind schwierig zu fertigen aufgrund von engen Größen- und
Formtoleranzanforderungen für
die Fertigung und Montage. Darüber
hinaus erzeugte die Temperaturdifferenz zwischen der Brennerstruktur
und dem Mittelkörper
große
Ringbeanspruchungen und entsprechende Kräfte am Befestigungspunkt. Um
diese und andere Probleme zu lösen,
die aus einstückigen Mittelkörperkonstruktionen
stammen, ist ein Mittelkörper
entwickelt worden, der aus mehreren unabhängigen Bogensegmenten entwickelt
ist, die entweder mit den inneren oder äußeren Domen des Brenners verbunden
sind (siehe US-Patent 5,375,420 für Falls u. a.).
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Mittelkörper im
Allgemeinen und Mittelkörpersegmente
im Besonderen sind bisher an den inneren und/oder äußeren Domen
des Brenners durch eine Bolzenverbindung oder Schweißen befestigt worden.
Da der Mittelkörper
in einer feindlichen Umgebung angeordnet ist, in der die Flammtemperaturen
sich einer idealen stöchiometrischen
Reaktion (2204°C)
nähern,
ist die Lebensdauer dieser Komponente begrenzt aufgrund der letztendlichen
Oxidation des Metalls (trotz Kühlluft
und thermischen Trennüberzügen, die
verwendet werden, um das Hauptmetall vor den extremen Temperaturen
zu schützen).
Da die bekannten Verfahren zum Befestigen der Mittelkörpersegmente
an dem Brenner es schwierig gemacht haben, derartige Segmente im
Feld auszutauschen, würde
es wünschenswert
sein, wenn eine neue Art ihrer Befestigung entwickelt werden würde, die
es dem Benutzer des Triebwerkes gestatten würde, den Brenner einfacher
zu warten. Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung einen
neuen Weg der Halterung der Mittelkörpersegmente in ihrer Lage
zwischen den inneren und äußeren Domen
von einem Brenner dar, der ihr Einsetzen und Entfernen erleichtert.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Doppel-Ringbrenner offenbart, der konzentrisch
angeordnete innere und äußere Ringbrenner
aufweist. Der Doppel-Ringbrenner enthält einen inneren Dom mit einem
inneren Abschnitt und einem äußeren Abschnitt,
einen äußeren Dom
mit einem inneren Abschnitt und einem äußeren Abschnitt, wobei der
innere Abschnitt von dem äußeren Dom
mit dem äußeren Abschnitt
von dem inneren Dom verbunden ist, und ein im wesentlichen ringförmiger Mittelkörper zwischen
dem inneren Dom und dem äußeren Dom
angeordnet ist. Der Mittelkörper
enthält
eine Anzahl von strukturell unabhängigen Bogensegmenten, wobei jedes
Mittelkörpersegment
in seiner Lage gehalten ist durch einen Festsitz zwischen einem
ersten Flansch von dem Mittelkörper,
der sich stromabwärts erstreckt,
und einem Haken in dem äußeren Abschnitt
des inneren Doms und/oder über
eine Klemmpassung von einem zweiten Flansch des Mittelkörpers, der
sich stromaufwärts
erstreckt zu einem Flansch von dem äußeren Abschnitt des inneren Doms.
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Zwar
enthält
die Beschreibung Ansprüche, die
die vorliegende Erfindung besonders hervorheben und deutlich beanspruchen,
es wird aber angenommen, dass sie besser verständlich wird aus der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 eine Querschnittsansicht
von einem Doppel-Ringbrenner gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist;
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2 eine vergrößerte Teilansicht
von dem in 1 gezeigten
Brenner ist;
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3 eine nach vorne gerichtete
perspektivische Teilrückansicht
von dem in den 1 und 2 gezeigten Brenner ist,
wobei der äußere Dom
der Klarheit halber entfernt ist;
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4 eine Teilquerschnittsansicht
entlang der Linie 4-4 in 2 ist;
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5 eine vergrößerte Teilansicht
von 2 ist und die Relation
von der C-Klemme 70, dem zweiten Flanschteil 65 und
dem Flansch 66 zeigt;
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6 eine nach hinten gerichtete
Teilvorderansicht von der in den 1–3 und 5 gezeigten C-Klemme ist; und
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7 eine Teildraufsicht auf die in 6 gezeigte C-Klemme ist.
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Es
wird nun auf die Figuren im Einzelnen eingegangen, wobei gleiche
Bezugszahlen gleiche Elemente in den Figuren angeben. 1 zeigt eine kontinuierlich
brennende Verbrennungseinrichtung 10 des Typs, der für eine Verwendung
in einem Gasturbinentriebwerk geeignet ist, und einen Hohlkörper 11 aufweist,
der darin eine Brennkammer 12 bildet. Der Hohlkörper 11 hat
eine im Allgemeinen ringförmige Form
und ist von einer äußeren Auskleidung 13 und einer
inneren Auskleidung 14 gebildet. Am stromaufwärtigen Ende
von dem Hohlkörper 11 befindet
sich eine Reihe von Öffnungen 15 für die Einführung von Luft
und Brennstoff in einer bevorzugten Art und Weise, wie es nachfolgend
beschrieben wird.
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Der
Hohlkörper 11 kann
von einem geeigneten Mantel 16 umschlossen sein, der zusammen
mit den Auskleidungen 13 und 14 einen äußeren Kanal 17 bzw.
einen inneren Kanal 18 bildet, die geeignet sind, in einer
stromabwärtigen
Strömung
die Druckluft von einer geeigneten Quelle zuzuführen, wie beispielsweise einem
Verdichter (nicht gezeigt) und einem Diffusor 19. Die verdichtete
Luft aus dem Diffusor 19 strömt hauptsächlich in die Ringöffnung 15, um
die Verbrennung zu unterstützen,
und teilweise in Kanäle 17 und 18,
wo sie dazu verwendet wird, die Auskleidungen 13 und 14 durch
eine Anzahl von Öffnungen 20 zu
kühlen
und die Turbomaschine weiter stromabwärts zu kühlen.
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Zwischen
den äußeren und
inneren Auskleidungen 13 und 14 und diese nahe
ihren stromaufwärtigen
Enden verbindend, befinden sich äußere und innere
Dome 21 bzw. 22, die vorzugsweise getrennte und
besondere Domplatten sind, die an den Auskleidungen durch Bolzen,
Schweißen
oder ähnliches
befestigt sind. Die äußeren und
inneren Domplatten 21 und 22 haben jeweils innere
Abschnitte 25 und 26 und äußere Abschnitte 27 bzw. 28.
Dementsprechend ist der äußere Abschnitt 27 der äußeren Domplatte
mit der äußeren Auskleidung 13 verbunden, und
der innere Abschnitt 26 von der inneren Domplatte ist mit
der inneren Auskleidung 14 verbunden. Der innere Abschnitt 25 des äußeren Doms
ist mit dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms verbunden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
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Die
Domplatten 21 und 22 sind in einer sogenannten "Doppelring"-Konfiguration angeordnet, wobei die
zwei die vorderen Grenzen von getrennten, radial im Abstand angeordneten
Ringbrennern bilden, die etwas unabhängig als getrennte Brenner während verschiedener
Betriebsstufen arbeiten. Zu Beschreibungszwecken werden diese Ringbrenner als
der innere Ringbrenner (Hauptstufenabschnitt) 23 und ein äußerer Ringbrenner
(Pilotstufenabschnitt) 24 bezeichnet und nachfolgend näher beschrieben.
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Zwischen
dem inneren Ringbrenner 23 und dem äußeren Ringbrenner 24 ist
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ein Mittelkörper 50 angeordnet,
der die Funktion hat, die inneren und äußeren Ringbrenner 23 bzw. 24 zu
trennen und auch teilweise die gemeinsame Grenze zu bilden. Der
Mittelkörper 50 leitet
die Luftströmung
nach hinten, um die Verbrennungsgase des inneren Ringbrenners 23 daran
zu hindern, in den äußeren Ringbrenner 24 einzutreten,
und umgekehrt. Wie in 3 des
US-Patentes 5,375,420 für
Falls u. a. zu sehen ist, ist der Mittelkörper 50 vorzugsweise
in eine Anzahl von bogenförmigen
Segmenten 41 unterteilt, die eine gleiche Umfangslänge haben.
Es sei darauf hingewiesen, dass jedes Segment 41 des Mittelkörpers 50 einen
oberen Abschnitt 49 mit einer oberen Wand 52,
einer unteren Wand 53, einer stromaufwärtigen Wand 54, einem
stromabwärtigen
Ende 25 und zwei Seitenwänden 56 und 57 (vorzugsweise
geflanscht, wie es in 3 zu
sehen ist) aufweist, wobei darin eine innere Kammer ausgebildet
ist. Es ist verständlich,
dass Kühllöcher in
der oberen Wand 52, der unteren Wand 53, den Seitenwänden 56 und 57 und
in dem stromabwärtigen
Ende 55 vorgesehen sind, wie es in der Technik bekannt
ist.
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Wie
am besten in 2 zu sehen
ist, ist jedes Mittelkörpersegment 51 durch
eine Presspassung mit dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms in seiner Lage gehalten. Genauer gesagt, der äußere Abschnitt 28 des
inneren Doms weist einen Haken 58 auf, in den ein erstes
oder stromabwärtiges Flanschteil 59 eingesetzt
ist, das von einem unteren Abschnitt 60 des Mittelkörpersegmentes 51 ausgeht. Es
sei darauf hingewiesen, dass das erste Flanschteil 59 vorzugsweise
konstruiert (d. h. abgeschrägt) ist,
um so einen Berührungspunkt
zwischen einer radial äußeren Oberfläche 61 von
dem ersten Flanschteil 59 und einer Innenfläche 62 von dem
Haken 58 zu steuern. Um nur einen Berührungspunkt zwischen der radial äußeren Oberfläche 61 und
der inneren Hakenfläche 62 in
einem mittleren Abschnitt des Haken 58 beizubehalten, ist
der radial äußeren Oberfläche 61 von
diesem ersten Flanschteil 59 ein Umfangsradius R1 gegeben, der kleiner als ein Umfangsradius 62 von
der inneren Hakenfläche 62 ist
(siehe 4). Dies gestattet
eine Abschwächung
des Eingriffes über
der gesamten Umfangslänge
von dem ersten Flanschteil 59 und es wird für eine "weichere" Passung gesorgt
als wenn der Eingriff für
die gesamte Umfangslänge
des ersten Flansches gleichförmig wäre. Weiterhin
weist das erste Flanschteil 59 vorzugsweise eine Stufe 63 auf,
die entlang seiner radial inneren Oberfläche 64 ausgebildet
ist, um die Last zwischen dem ersten Flanschteil 59 und
dem Haken 58 besser zu verteilen. Es wird auch deutlich,
dass die Verbindung zwischen dem ersten Flanschteil 59 und
dem Haken 58 fester wird, wenn der innere Ringbrenner 23 aus
ist und der äußere Ringbrenner 24 ein
ist (d. h. im Pilotbetrieb), da die Seitenwände 56 und 57 der
Mittelkörpersegmente 51 die
Tendenz haben, sich in Umfangsrichtung nach unten zu biegen, und
das stromabwärtige
Ende 55 die Tendenz hat, sich radial nach unten zu biegen,
wenn man die Axial- bzw. Umfangsperspektiven betrachtet.
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Ein
zweites Flanschteil 65 erstreckt sich vorzugsweise stromaufwärts von
dem Bodenabschnitt 60 des Mittelkörpersegmentes und ist so aufgebaut, dass
es neben einer stromaufwärtigen
Fläche 29 von dem
inneren Abschnitt 25 des äußeren Doms endet. In den 2 und 3 ist zu sehen, dass der äußere Abschnitt 28 des
inneren Doms vorzugsweise einen Flansch 66 aufweist, der
stromaufwärts
von dem Haken 58 angeordnet ist, und das zweite Flanschteil 65 von
dem Mittelkörpersegment 51 liegt
in einer Stoßrelation
mit der Oberfläche 67 des
Flansches 66. Selbstverständlich ist wenigstens ein Kanal 68 durch den äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms hindurch ausgebildet, der mit einem entsprechenden Kanal 69 in
den unteren Abschnitt 60 des Mittelkörpersegmentes hinein ausgerichtet
ist, so dass Luft in einen serpentinenförmigen Innenkanal in dem oberen
Abschnitt 49 des Mittelkörpersegmentes zu Kühlzwecken
eingeführt
werden kann. Ein zweites Paar von Kanälen durch den äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms und den Bodenabschnitt von jedem Mittelkörpersegment 51 ist
bevorzugt, um im Vergleich zu einem einzelnen Einlass Druckverluste für eine gegebene
Luftmenge senken zu helfen, die erforderlich ist, um das Mittelkörpersegment
zu kühlen.
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Es
wird zwar angenommen, dass jedes Mittelkörpersegment 51 ohne
sie in seiner Lage gehalten werden können, aber vorzugsweise ist
eine C-Klemme 70 vorgesehen (hergestellt aus einzelnen C-Klemmensegmenten
für jedes
Mittelkörpersegment),
um das zweite Flanschteil 65 des Mittelkörpersegmentes 51 an
dem Flansch 66 des äußeren Abschnittes 28 des
inneren Doms festzuklemmen. Wie am besten in 5 zu sehen ist, hat die C-Klemme 70 einen
ersten Kontaktpunkt entlang einer ersten Oberfläche 71 mit der oberen
Umfangsfläche 72 von dem
zweiten Flanschteil 65 und einem zweiten Kontaktpunkt entlang
einer zweiten Oberfläche 76 mit
der unteren Umfangsfläche 77 des
Flansches 66. Die C-Klemme 70 hat vorzugsweise
einen dritten Kontaktpunkt entlang einer dritten Oberfläche 73 mit
einer radialen Fläche 74 des
zweiten Flanschteils 65 und einer radialen Fläche 75 des
Flansches 66 (siehe 3).
Auf diese Weise ist das Mittelkörpersegment 51 radial
in seiner Lage gehalten und daran gehindert, sich axial nach vorne
zu bewegen. Es wird somit deutlich, dass die C-Klemme 70 eine
stromaufwärtige
Fläche 78 hat,
die neben einem stromabwärtigen Bereich 29 des
inneren Abschnittes 25 des äußeren Doms liegt, was verhindert,
dass die C-Klemme 70 das zweite Flanschteil 65 und
den Flansch 66 hinterschleift. Es ist zwar bevorzugt, dass
die C-Klemme 70 für
eine Klemmpassung zwischen dem zweiten Flanschteil 65 des
Mittelkörpersegmentes 51 und dem
Flansch 66 des äußeren Abschnittes 65 des
inneren Doms in Verbindung mit der Presspassung sorgt, die durch
den Haken 58 des äußeren Abschnittes 28 des
inneren Doms und das erste Flanschteil 59 des Mittelkörpersegmentes 51 gebildet
ist, es wird aber angenommen, dass die Verwendung der C-Klemme 70 eine
derartige Presspassung unnötig machen
könnte.
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Ferner
ist die C-Klemme 70 so aufgebaut, dass sie großen Auslenkungen
mit einer relativ kurzen Armlänge
widersteht, indem große
Hohlkehlen 78 und 80 mit einem Verbundradius und
auch ein Stegbereich 81 eingefügt sind, der dazwischen angeordnet
und in der Lage ist, einen Kontakt an der dritten Kontaktfläche 73 mit
sowohl der radialen Fläche 74 des
zweiten Flanschteiles als auch der radialen Fläche 75 des Flansches
beizubehalten, um ein Verschieben und Gleiten während des Triebwerksbetriebes
aufzunehmen. Für
den Fachmann ist verständlich,
dass die C-Klemme 70 die
Klemmlast über
eine breite Oberfläche
verteilt und nicht irgendeinen verwundbaren Bereich überlastet.
Dies ist eine definitive Verbesserung gegenüber der Verwendung von Befestigungsbolzen
oder dem Schweißen
im Stand der Tech nik, die einen harten Punkt oder eine konzentrierte
Lastbahn in dem Bolzen oder der Schweißverbindung haben, die zum
Befestigen des Mittelkörpers verwendet
werden.
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Wie
am besten in 3 zu sehen
ist, weist der äußere Abschnitt 28 des
inneren Doms mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Schlitze 82 (einer
von ihnen ist gezeigt) in dem Flansch 66 auf, und das zweite
Flanschteil 65 weist auf dem Umfang im Abstand angeordnete
Ansatzstücke 83 auf,
die radial nach innen vorstehen, um so die Mittelkörpersegmente 51 um
ihn herum richtig anzuordnen. Dementsprechend ist sichergestellt,
dass Lufteinlasskanäle 69 der
Mittelkörpersegmente 51 mit
Luftkanälen 68 in dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms ausgerichtet sind. Zusätzlich werden die Ansatzstücke 83 von
dem zweiten Flanschteil 65 verwendet um zu verhindern,
dass das Mittelkörpersegment 51 während der
Montage zu weit axial nach hinten geschoben wird, was anderenfalls
zu viel Dehnung auf den Haken 58 ausüben könnte. Die C-Klemme 70 weist vorzugsweise
zwei Endabschnitte 84 auf jeder Seite auf, die mit einem
entsprechenden Ansatzstück 83 und
einem Teil von einem entsprechenden Schlitz 82 ausgerichtet
sind (siehe 6 und 7) und deshalb nicht für eine Klemmfunktion sorgen.
Demzufolge ist jedes C-Klemmensegment
in Umfangsrichtung in seiner Lage gehalten, da sich die Ansatzstücke 83 von
dem Flansch 66 radial nach innen erstrecken und verhindern,
dass der Klemmabschnitt von der C-Klemme den Schlitz 82 überlappt.
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Im
Gegensatz zu bekannten Konstruktionen sind die Mittelkörpersegmente 51 gemäß der vorliegenden
Erfindung vorzugsweise in der Größe so bemessen,
dass sie sich derart in Umfangsrichtung erstrecken, dass ein derartiges
Segment für
jeden Brennstoffbecher oder Vergaser vorgesehen ist. Die Trennlinie
zwischen benachbarten Mittelkörpersegmenten
befindet sich vorzugsweise an den Mittellinien von jedem Brennstoffbecher,
wodurch gestattet wird, dass sich erhitzte Ecken der Mittelkörpersegmente 51 frei
von dem kälteren
Mittelbereich des Teils bewegen, der zwischen Brennstoffbechern
angeordnet ist, und darauf ausgeübte
thermische Beanspruchungen verkleinert werden.
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Im
Lichte der vorstehenden Beschreibung des Mittelkörpers 50 und der Presspassung
zwischen dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms und dem inneren Abschnitt 25 des äußeren Doms enthält das Verfahren
zum Einsetzen einzel ner Mittelkörpersegmente 51 in
ihre Lage, dass zunächst
die Ansatzstücke 83 von
dem zweiten Flanschteil 65 mit Schlitzen 82 des
Flansches 66 ausgerichtet werden. Dann wird das erste Flanschteil 59 in
dem Haken 58 angeordnet und das Mittelkörpersegment 51 wird nach
unten gedreht, so dass das zweite Flanschteil 65 in einer
Stoßrelation
mit der oberen Umfangsfläche 67 von
dem Flansch 66 ist. Auf diese Weise wird die Presspassung
zwischen dem Mittelkörpersegment 51 und
dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms ausgebildet, da ein Kontaktpunkt zwischen der radial äußeren Oberfläche 61 von
dem ersten Flanschteil 59 und der Innenfläche 62 des
Hakens 58 erhalten wird. Anschließend wird die C-Klemme 70 vorzugsweise
auf dem zweiten Flanschteil 65 und dem Flansch 66 angeordnet,
um so für
die Klemmpassung dazwischen zu sorgen. Der letzte Schritt besteht
darin, den inneren Abschnitt 25 des äußeren Doms an dem äußeren Abschnitt 28 des
inneren Doms über
einen Bolzen und Mutter oder andere ähnliche Mittel an stromaufwärtigen Enden
davon zu befestigen, die im wesentlichen in einer Stoßrelation liegen
(siehe 1). Dementsprechend
verhindert der stromabwärtige
Bereich 29 des inneren Abschnittes 25 des äußeren Doms,
dass die C-Klemme 70 das zweite Flanschteil 65 und
den Flansch 66 hinterdreht. Infolgedessen ist jedes Mittelkörpersegment 51 in
seiner Lage zwischen dem inneren Dom 21 und dem äußeren Doms 22 durch
eine Presspassung und eine Klemmpassung ohne radiale und axiale
Einflüsse
gehalten.
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Um
die Kühlung
des Mittelkörpers 50 und auch
seiner Struktur zu verbessern, ist es bevorzugt, dass sich Säulen und/oder
Stifte zwischen den inneren Oberflächen der oberen Wand 52 und
der unteren Wand 53 erstrecken, wie es bekannt ist, um
einen serpentinenförmigen
Kühlkanal
darin auszubilden. Es ist auch bevorzugt, dass die Mittelkörpersegmente 51 metallisch
sind, um so die gewünschte
Federwirkung zwischen dem ersten Flanschteil 59 und dem Haken 58 zu
gestatten, obwohl jedes Material akzeptabel ist, das mit dieser
gewünschten
Funktion konsistent ist.
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In
dem äußeren Ringbrenner 24 sind
mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Vergaservorrichtungen 30 angeordnet,
wobei deren Achsen mit derjenigen des äußeren Ringbrenners 24 koinzidiert
und mit der äußeren Auskleidung
13 im wesentlichen ausgerichtet ist, um ein Ringbrennerprofil darzustellen,
das im wesentlichen gerade ist. Es sollte klar sein, dass die Vergaservorrichtung 30 irgendeine
von verschiedenen Konstruktionen sein kann, die die Funktion haben,
den Brennstoff und Luft zu mischen oder zu vergasen für eine Einführung in die
Brennkammer 12. Eine Konstruktion könnte diejenige sein, die in
dem US-Patent 4,070,826 mit der Bezeichnung "Low Pressure Fuel Injection System", von Stenger u.
a. gezeigt und beschrieben ist und auf die Rechtsnachfolgerin der
vorliegenden Erfindung übertragen
ist. Im Allgemeinen empfängt
die Vergaservorrichtung 30 Brennstoff aus einem Brennstoffrohr 31 über eine
Brennstoffdüse 33 und
Luft aus einer Ringöffnung 15,
wobei der Brennstoff durch die Luftströmung zerstäubt wird, um der Brennkammer 12 einen
zerstäubten
Nebel aus Brennstoff zuzuführen.
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In
einer dem äußeren Ringbrenner 24 ähnlichen
Weise enthält
der innere Ringbrenner 23 eine Anzahl von auf den Umfang
im Abstand angeordneten Vergaservorrichtungen 32, deren
Achsen im wesentlichen parallel zur Achse der Vergaservorrichtung 30 ausgerichtet
sind. Die Vergaservorrichtungen 32 bilden zusammen mit
der inneren Domplatte 22, der inneren Auskleidung 14 und
dem Mittelkörper 50 den
inneren Ringbrenner 23, der im wesentlichen unabhängig von
dem äußeren Ringbrenner 24 betrieben
werden kann, wie es oben erläutert
wurde. Noch einmal, der spezielle Typ und der Aufbau der Vergaservorrichtung 32 ist
für die
vorliegende Erfindung nicht wichtig, aber vorzugsweise sollten sie
optimiert sein für
ein effizientes und emissionsarmes Leistungsvermögen. Lediglich zu Beschreibungszwecken
und abgesehen von einem beträchtlich
höheren Luftströmungsvermögen ist
die Vergaservorrichtung 32 identisch mit der Vergaservorrichtung 30 und
enthält
eine mit dem Brennstoffrohr 31 verbundene Brennstoffdüse 34 zum
Einführen
von Brennstoff, der durch hohen Druck zerstäubt oder in einem flüssigen Zustand
bei einem niedrigen Druck eingeführt
wird. Ein primärer
Verwirbler 35 empfängt
Luft, um mit dem Brennstoff in Wechselwirkung zu treten und ihn
in die Venturi-Anordnung 36 hinein zu verwirbeln. Ein sekundärer Verwirbler 37 hat
dann die Funktion, für eine
Verwirbelung von Luft in der entgegengesetzten Richtung zu sorgen,
um mit dem Brennstoff/Luft-Gemisch
in Wechselwirkung zu treten, um das Gemisch weiter zu zerstäuben und
zu bewirken, dass es in die Brennkammer 12 strömt. Eine
sich erweiternde Prallplatte 38, die vorzugsweise einstückig mit
dem Verwirbelungsbecher ist, wird am stromabwärtigen Ende von der Vergaservorrichtung 32 verwendet,
um eine übermäßige Verteilung
des Brennstoff/Luft-Gemisches zu verhindern. Dieser integrale Prallplat ten/Verwirbelungsbecher 38 ist
Gegenstand von dem US-Patent 5,321,951, dessen Inhaberin ebenfalls
die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung ist.
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Es
wird nun der Betrieb des oben beschriebenen Doppel-Ringbrenners
betrachtet, wobei der äußere Ringbrenner 24 und
der innere Ringbrenner 23 einzeln oder in Kombination benutzt
werden können,
um für
den gewünschten
Verbrennungszustand zu sorgen. Vorzugsweise wird der äußere Ringbrenner 24 für sich selbst
zum Starten und Bedingungen mit niedriger Drehzahl verwendet und
wird als die Pilotstufe bezeichnet. Der innere Ringbrenner 23 wird bei
Bedingungen mit höherer
Drehzahl und höherer Temperatur
verwendet und wird als der Hauptstufenbrenner bezeichnet. Beim Starten
des Triebwerkes und für
einen Betrieb im Leerlaufzustand werden die Vergaservorrichtungen 30 über die
Brennstoffleitungen 31 mit Brennstoff versorgt, und die
Pilotstufe 24 wird durch eine Zündvorrichtung 39 gezündet. Die Luft
aus dem Diffusor 19 strömt,
wie es durch die Pfeile gezeigt ist, sowohl durch die aktiven Vergaservorrichtungen 30 als
auch durch inaktive Vergaservorrichtungen 32. Während dieser
Leerlaufzustände, bei
denen sowohl die Temperaturen als auch die Luftströmung relativ
niedrig sind, arbeitet die Pilotstufe 24 über einem
relativ schmalen Brennstoff/Luft-Verhältnisband, und die äußere Auskleidung 13,
die in der direkten axialen Linie der Vergaservorrichtungen 30 ist,
sieht nur schmale Ausschläge
in relativ kalten Temperaturwerten. Dies gestattet, dass die Kühlströmungsverteilung
in den Öffnungen 20 auf
einem Minimum gehalten werden kann. Da ferner der äußere Ringbrenner 24 und
der innere Ringbrenner 23 in bestimmten axialen Ebenen
liegen, ist die Pilotstufe 24 relativ lang im Vergleich
zu der Hauptstufe 23, und die Verweilzeit ist vorzugsweise
relativ lang, um dadurch die Menge an Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen
zu minimieren.
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Wenn
die Drehzahl des Triebwerkes ansteigt, wird Brennstoff durch die
Brennstoffleitung 31 in die Vergaservorrichtungen 32 über Brennstoffdüsen 34 eingeführt, um
so die Hauptstufe 23 zu aktivieren. Während dieses Betriebs bei höherer Drehzahl
bleibt die Pilotstufe 24 in Betrieb, aber die Hauptstufe 23 verbraucht
den größeren Anteil
des Brennstoffes und der Luft. Es ist erkennbar, dass die Hauptstufe 23 eine
axial kurze Länge
hat im Vergleich zur Pilotstufe 24 aufgrund der dazwischen
befindlichen axialen Versetzung, wodurch die Verweilzeit relativ kurz
ist, um die NOx Emissionen zu verringern.
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Es
ist zwar das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben worden, aber weitere Anpassungen des Doppel-Ringbrenners
und insbesondere seiner inneren und äußeren Dome können durch
geeignete Modifikationen vom Fachmann vorgenommen werden, ohne den
Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es wird auch deutlich,
dass die hier offenbarte Art der Halterung eines Mittelkörpers auf
jeden Mehrstufen-Ringbrenner anwendbar ist, der radial benachbarte
Dome hat.