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Gasturbinenbrennkanimer für Gleichdruckverbrennung Die Erfindung betrifft
eine Brennkammer für Gasturbinen, die nach Odem Gleichdruckverbrennungsverfahren
arbeiten.
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Es ist bekannt, in den Strom der vom Verdichter i:n die Brennkammer
geförderten Luft, deren Geschwindigkeit so groß ist, d aß eine dort erzeugte Flamme
sofort abreißen würde, hohle Staukörper (Brennmuffeln) Aderart anzuordnen, daß nur
ein kleiner Teil der verdichteten Luft in die Brennmuffel eintritt, während der
übrige Teil mach außen abgedrängt wird. Da sich der Innenraum der Brennmuffel in
Strömungsrichtung trichterförmig erweitert, wird die Geschwindigkeit derdont eingetretenen
Luft so weit vermindert, .daß -der eingebrachte Kraftstoff entzündet wenden kann
-und wenn auch unvollständig, so doch ohne Abreißen der Flamme brennt (Vorverbrennung).
Nach dem Austritt aus der Brennmuffel vermischen sich die brennenden Gase mit der
abgedrängten Luft, wobei die vollständige Verbrennung des Kraftstoffes eintreten
soll (vollständige Verbrennung). ` Der Nachteil einer solchen Anlage besteht darin,
daß die Mischung zwischen den aus der Brennmuffel austretenden Brenngasen und der
Frischluft mangelhaft ist, so daß auch noch im Brennraum der Brennkammer ein Teil
der Brenngase unter Luftmangel weiterbrennt, während die Verbrennung des übrigen
Teilers unter übermäßigem Luftü'berschuß stattfindet. Das auf diese Weise in der
Brennkammer erzeugte Treibmittel ist daher
von ungleichförmiger
Beschaffenheit, was für den Betrieb der nachgeschalteten Gasturbine unvorteilhaft
ist. Ein weiterer 'Nachteil bekannter Anlagen besteht darin, idaß die Flammenlänge
sehr groß und die Brennkammer für manche Zwecke, beispielsweise für den Einbau in
Strahltriebwerke zum Vortrieb von Luftfahrzeugen, zu lang wird. Und schließlich
liegt ein weiterer 'Nachteil= auch darin, daß es nicht möglich ist, mit Hilfe bisher
bekannter Einrichtungen eine in manchen Fällen notwendige einwandfreie Schichtung
des Treibmittelstromes zu erzeugen. beispielsweise derart, daß die den äußeren Schaufelteilen
(Schaufelkopf) zuströmenden Treibgase eine höhere Temperatur aufweisen als die den
inneren Schaufelteilen (Schaufelfuß ) zuströmenden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkammer mit Gleichdruckverbrennung
für Gasturbinen zu schaffen, bei welcher die Mischung zwischen Kraftstoff und Betriebsluft
rasch und sicher in jedem gewünschten Verhältnis erreicht -wird.
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Gemäß der Erfindung -wird diese Aufgabe bei eurer Gasturbinenbrennkammer
für Gleichdruckverbrennung mit Brennmuffel. d. h. einem in dem Luftstrom angeordneten
Staukörper, -welcher den Luftstrom derart teilt. daß nur ein kleiner Teil in seinen
Innenraum eintritt, während der übrige Teil nach außen abgedrängt -wird. dadurch
gelöst, daß sich an die Brennmuffel ein Brennraum und an diesen ein --weckmäßig
sich verjüngender Brennmuffelaustrittsraum anschließt, der in der Strömungsrichtung
durch einen Boden geschlossen ist und an dessen Mantelflächen ein oder mehrere Austrittsschlitze
angeordnet sind, durch -welche die Brenngase in den Wirbelraum der Brennkammer gelangen.
In weiterer Ausgestaltung .der Erfindung ist es möglich, in den Wirbelraum hineinragende
Prallbleche anzuordnen. Um eine bestimmte Schichtung des Treibmittelstromes zu erreichen,
-werden gemäß der Erfindung die Austrittsschlitze ungleichmäßig über den Mantel
des Brennmuftelaustrittsraumes verteilt. Eine besonders wirksame Kühlung der am
höchsten beanspruchten Teile der Brennmuffel -wird dadurch erreicht, .daß die Austrittsschlitze
aus dem Blech -der Wandung des Brennmuffelaustrittsraumes derart herausepreßt sind.
daß sie in der Längsrichtung verlaufende, hoch gebogene Lappen bilden, die zusammen
mit auf ihnen aufgelegten Deckelleisten Kühlkanäle bilden, durch welche der Frischluft
entnommene Druckluft zur Kühlung der zwischen den Austrittsschlitzen verbleibenden
Stege hindurchströmt.
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Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt liegt in
der Möglichkeit, einenTreibmittelstromvon jeder gewünschten Beschaffenheit (gleichartig
oder geschichtet) betriebssicher zu erzeugen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Abb. i den Mittellängsschnitt durch eine Brennkammer gemäß der Erfindung,
Abb. 2 den Ouerschnitt nach den Linien II-II und Abb. einen Einzelteil einer besonderen
Ausführungsform in größerem 'Maßstab. Der vom Verdichter i geförderte Druckluftstrom
wird nach seinem Eintritt in die Brennkammer 2 und nach Gleichrichtung durch die
Leitflächen 3 von der im Innern der Brennkammer angeordneten Brennmuffel.[ geteilt.
Ein Teil der Luft gelangt durch die Brennmuffeleintrittsöffnung 5 in den sich trichterförmig
erweiternden Brennmufielstauraum 6, in welchem die Geschwindigkeit der Luft vermindert
und ihr Druck entsprechend erhöht werden. An dieser Stelle wird Kraftstoff durch
die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 7 eingebracht und das Gemisch mittels der Zündeinrichtung
8 entzündet. Das einmal entflammte Kraftstoff-Luft-Gemisch brennt ohne abzureißen
im Brennraum 9 der Brennmuffel meist unter Luftmangel weiter. Es ist aber auch möglich,
Kraftstoffund Luftmenge so zu -wählen, daß bereits im Brennraum g vollständige -Verbrennung
eintritt. An den Brennraum 9 der Brennmuffel schließt sich der Brennmuffelaustrittsraum
io an. Dieser ist vorteilhaft in der Strömungsrichtung verjüngt und am Ende mit
einem Boden ii verschlossen. Am Umfang der Wandung des Brennmuffelaustrittsraumes
io sind Schlitze 12 angeordnet, durch -welche die Brenngase in den Wirbelraum 13
der Brennkammer 2 austreten und sich mit dem Teil der vom Verdichter i geförderten
Druckluft mischen, der infolge der konischen Form des Brennmuffelstauraumes 6 in
den zwischen Brennkammerinnenwand und Brennmuffelaußen-wand gebildeten Ringkanal
14 abgedrängt -wurde. Im Wirbelraum 13 mischen sich die aus den Schlitzen 12 austretenden
Brenngase mit der Frischluft, -wobei gegebenenfalls die Nachverbrennung des Kraftstoffes
eintritt.
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Zur Verbesserung der Durchtnischung --wischen den aus den Schlitzen
12 austretenden Brenngasen und der im Ringkanal 1.4 ankommenden Frischluft sind
in den Wirbelraum 13 hineinragende Prallbleche 15 vorgesehen.
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Die Abb. 3 zeigt in größerem Maßstab eine besondere Ausbildung des
Brennmuffelaustrittsraumes io. Die Schlitze 12 sind aus dem Blech der Wandung 16
derart herausgepreßt, daß sie in der Längsrichtung durch die
Lappen
17 begrenzt werden. Auf die Kanten der abgebogenen Lappen 17 werden beispielsweise
durch Schweißung befestigte Deckelleisten 18 aufgelegt und an beiden Enden offene
Kühlkanäle i9 gebildet, durch welche der Frischluft entnommene Druckluft zur Kühlung
der zwischen den Austrittsschlitzen i2 verbleibenden Stege hindurchströmt.
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In einer besonderen (nicht gezeichneten) Ausführungsform ist es möglich,
die Schlitze 12 über den Umfang der Wandung 16 ungleichmäßig zu verteilen. Es kann
auf diese Weise jede aus konstruktiven oder betrieblichen Gründen gewünschte Schichtung
des Treibmittelstromes erreicht wenden.