DE768049C - Gasturbinen-Brennkammer fuer Gleichdruckverbrennung mit Brennmuffel - Google Patents

Description

• Gasturbinen-Brennkammer für Gleichdruckverbrennung mit Brennmuffel Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer mit Brennmuffel für Gasturbinen, die nach dem Gleichdruckverbrennungsverfahren arbeiten.
• Es ist bekannt, in den Strom der vom Verdichter in die Brennkammer geförderten Luft, deren Geschwindigkeit so groß ist, daß eine dort erzeugte Flamme abreißen würde, hohle Staukörper (Brennmuffeln) derart anzuordnen, daß nur ein kleiner Teil der verdichteten Luft in die Brennmuffel eintritt, während der übrige Teil in den zwischen Brennkammerwand und Brennmuffel gebildeten Ringraum abgedrängt wird. Da sich der Brennmuffeleintrittsraum in StrÖmungsrichtung trichterförmig erweitert, wird die Geschwindigkeit der dort eintretenden Luft so weit vermindert, daß der in die Brennmuffel eingebrachte Kraftstoff entzündet werden kann und vollständig oder unvollständig ohne Abreißen der Flamme verbrennt. Nach dem Austritt aus der Brennmuffel vermischen sich die brennenden Gase mit der abgedrängten Luft, wobei .gegebenenfalls die Nachverbrennung des in der Brennmuffel noch nicht restlos verbrannten Kraftstoffes eintritt.
• Der Nachteil einer solchen Einrichtung besteht darin, daß das an der Zündstelle der Brennmuffel vorbeiströmendeKraftstoff-Luft-Gemisch nicht immer zündfähig ist und daher nicht in jedem Fall eine Zündung mit Sicherheit zu erreichen ist. Diese Zündschwierigkeiten verursachen beim Anlassen unangenehme Verzögerungen; sie werden untragbar, wenn sie bei Heißstrahltriebwerken zum Vortrieb von Luftfahrzeugen auftreten, deren Leistung während des Fluges durch Abschalten einzelner Brennkammern geregelt wird. Derartige während des Fluges abgeschaltete Brennkammern werden, insbesondere wenn das Flugzeug in großer Höhe fliegt, derartig stärk abgekühlt, daß die Wiederzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den kalt gefahrenen Brennkammern und damit auch die notwendige Leistungssteigerung des Strahl-' triebwerkes überhaupt unmöglich wird.
• - Diese Nachteile sollen gemäß der vorliegend4-1#-ffindung- dadurch behoben werden, daß der i$r@.rnüffel eine ihren Eintrittsquerschnitt verengende Vorkammer mit wesentlich geringerem Rauminhalt als der Rauminhalt der Brennmuffel vorgeschaltet ist, derart, daß von dem in die Brennmuffel eintretenden Luftstrom ein kleiner Teil für die Vorkammer abgezweigt wird, und daß in der Vorkammer eine beso@ndeT- Einspritzdüse, durch welche eine dem Luftdurchsatz der \'c@rkammeir angepaßte Kraftstoffmenge eingespritzt wird, und eine Zündvorrichtung angebracht sind, derart, daß in der Varl:amm@r ein laicht entzündbares Gemisch entsteht und entflammt wird, und daß der Boden der Vorkammer mit nach dem Brennmuffelbrennraum gerichteten Öffnungen versehen ist, derart, daß die aus diesen Öffnungen austretenden Brenngase Zündflammen für das in dem nachgeschalteten Brennmuffelbrennraum zur Erzeugung des eigentlichen Treibmittels notwendige Kraftstoff-Luft-Gemisch liefert. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß Mittel, z. B. verstellbare Leitschaufeln, vorgesehen sind, durch welche die in die Vorkammer eintretende Luftmenge regelbar geändert werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Öffnungen im Boden der Vorkammer düsenförmig ausgebildet und derart gerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Zündflammen nicht bis an die Wand des Brennmafelb:rennraumes gelangen. Die in der Eintrittsöffnung der Vorkammer angeordneten Leitschaufeln können eine starke Verwirbelung der durchtretenden Luft hervorrufen. Sollen nur die Schwierigkeiten des Anlassens überbrückt werden, so ist es durch Schließen der Leitschaufeln an der Eintrittsöffnung möglich, die Vorkammer im normalen Betrieb vollständig auszuschalten. Ein noch genaueres Mischungsverhältnis in der Vorkammer ist durch eine unmittelbar von dem Verdichter ausgehende und diesen mit der Vorkammer verbindende Leitung zu erhalten. Dabei ist e: vorteilhaft, daß in der die Vorkammer mit dem Verdichter verbindenden Leitung eine den Luftdurchsatz regelbar verändernde Steuereinrichtung vorgesehen ist. Das Ingang setzen der Brennkammer kann dadurch noch verbessert werden, daß zur Einspritzung in die Vorkammer ein anderer, leichter entflammbarer Kraftstoff als in der Brennmuffel verwendet wird.
• Die erfindungsmäßige Zündeinrichtung hat den Vorteil, daß die bequeme Steuerung des in die Vorkammer eintretenden Luftstromes und der Brennstoffmenge infolge des verhältnismäßig geringen Rauminhaltes der Vorkammer und der dort herrschenden schwachen Luftgeschwindigkeit in allen Betriebslagen die Bildung eines gut zündfähigen Gemisches und damit die sichere Zündung gewährleistet. Von weiterem Vorteil ist, daß durch die Vielzahl der aus der Vorkamm-r in die Bre:iiimuffel gerichtet austretenden Zündflammen eine gute Durchwirbelung des in der Brennmuffel vorhandenen festen Kraftstoff-Luft-Gemisches erfolgt, so daß außer der unbedingt sicheren Zündung im -lIuüelbrennraum eine schnellere Verbrennung der für die Bildung des Treibmittels notwendigen großen Kraftstoffmenge eintritt.
• Es ist schon vorgeschlagen, daß aus dem Verd-ichterluftstrom eines Heihstra'iltrielr Werkes nacheinander zwei oder mehrere Teilluftströme abgezweigt werden. worauf diese Teilluftströme derart verzögert «-erden, daß in sie hineingeführter Kraftstoff verbrennen kann. Jedoch bezieht sich dieses Verfahren nicht auf eine Zündeinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung, sondern lediglich auf die Erzeugung des Treibmittels und hat den Zweck, die Menge des erzeugten Treibmittels und damit die Vortriebsleistung des Strahltriebwerkes zu steigern, ohne den Durchmesser der Brennkammern und damit den Stirnwiderstand des Gesamttriebwerkes wesentlich zu vergrößern.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Abb. i den Mittellängsschnitt durch eine Brennkammer, Abb. a einenOuerschnitt nach der Linie I1-II der Abb. i und? Abb.3Vorkammereintrittsleitschaufeln einer anderen Ausführungsform in vergrößerter Darstellung.
• Der vom Verdichter i geförderte Luftstrom tritt in Richtung des Pfeiles PI in die Brennkammer z ein und wird von der Brencimuttelvorkammer 3 geteilt. Ein Teil der Luft durch strömt die mit Leitblechen .1 versehene Eintrittsöffnung 5 der Vorkammer und gelangt, durch die Leitbleche in starke Wirbelung versetzt, in das Innere der Vorkammer, wo der Luft, die ihre Geschwindigkeit stark vermindert und ihren Druck entsprechend erhöht ,hat, diwreh eine Einspri@tz-d#-ts-e 6 Kvaftstoff zugeführt wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch eine beliebige, beispielsweise elektrische Zündeinrichtung 7 entzündet. Die Verbrennungsflammen treten durch im Boden der Vorkammer angeordnete Öffnungen 8 in den Innenraum 9 der nachgeschalteten Brennmuffel io.
• Der andere Teil der Druckluft gelangt in Richtung des Pfeiles P2 in den von der Brennkammerinnenwand und der Brennmuffelvorkammer gebildeten Vorkammerringraum i i und wird durch die Wand 1.2 des Brennmuffeleintrittsraumes 13 noch einmal, und zwar in den eigentlichen Brennluftstrom und in den Zusatzluftstrom, geteilt.
• Der Brennluftstrom gelangt in Richtung des Pfeiles P3 über den Brennmuffeleintrittsraum in den Brennmuffelbrennraum 9, mischt sich mit dem durch die Düse 1q. eingebrachten Kraftstoff und mit den aus der Vorkammer austretenden Brenngasen, deren Flammen das Gemisch entzünden. Das brennende Gemisch tritt über im Mantel 15 des Brennmuffelaustrittsraumes 16 angeordnete Öffnungen 17 in den -Brennkammermischraum 18, wo das eigentliche Treibmittel für die Gasturbine gebildet wird. Da die Temperatur der aus den Schlitzen 17 austretenden Brenngase noch hoch ist, ist es zweckmäßig, die Brennkammerwand an dieser Stelle durch Anordnung einer Schutzwand i9 doppelwandig auszubilden und auf diese Weise dem unmittelbaren Bestreichen durch die Brenngase zu entziehen.
• Der Zusatzluftstrom fließt in Richtung des Pfeiles P4 an der Brennkammerinnenwand entlang und "gelangt durch den Brennmuffelringraum 2o in Richtung der Pfeile P5 zum größtenTeil indenBrennkammermischraumi8. Ein kleiner Teil der Zusatzluft wird von der in den Luftstrom hineinragenden Wand 15 des Austrittsraumes abgezweigt und fließt in Richtung des Pfeiles P6 an der Innenwand des Austrittsraumes entlang, während ein weiterer kleiner Teil der Zusatzluft in Richtung des Pfeiles P7 den durch die Schutzwand i9 und die Brennkammerwand gebildeten Schutzringraum 2 i durchströmt.
• An Stelle der festen Leitflächen q. können in der Eintrittsöffnung 5 der Vorkammer verstellbare Leitschaufeln 22 (Abb. 3) verwendet werden. Dadurch wird es nach dem Anfahren möglich, die Vorkammereintrittsöffnung 5 völlig zu schließen und die Vorkammer auszuschalten. Der vom Verdichter geförderte Luftstrom umgeht die Vorkammer und wird der Brennmuffel 9 zugeführt, die, einmal entzündet, ohne besondere Zündeinrichtung in Betrieb gehalten wird. An Stelle der im Beispiel dargestellten jalousieartigen Leitschaufeln können auch radial gerichtete, verstellbare Leitschaufeln verwendet werden.
• Auch ist es möglich, durch eine besondere (nicht gezeichnete) Leitung Luft aus dem Verdichter der Vorkammer unmittelbar zuzuführen und gegebenenfalls in die die Vorkammer mit dem Verdichter verbindende Leitung eine den Luftdurchsatz regelbar verändiern,de@ (nicht gezeichnete) .S,teuerei.nr@ichtung vorzusehen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinen-Brennkammer für Gleichdruckverbrennung mit Brennmuffel, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennmuffel (io) eine ihren Eintrittsquerschnitt verengende Vorkammer (3) mit wesent= lich geringerem Rauminhalt als der Rauminhalt der Brennmuffel vorgeschaltet ist, derart, daß von dem in die Brennmuffel eintretenden Luftstrom ein kleiner Teil für die Vorkammer abgezweigt wird, und daß in der Vorkammer eine besondere Einspritzdüse (6), durch welche eine dem Luftdurchsatz der Vorkammer angepaßte Kraftstoffmenge eingespritzt wird und eine Zündvorrichtung (7) angebracht sind, derart, daß in der Vorkammer ein leicht entzündbares Gemisch entsteht und entflammt wird, und daß der Boden der Vorkammer mit nach dem Brennmuffelbrennraum gerichteten Öffnungen (8) versehen ist, derart, daß die aus diesen Öffnungen austretenden Brenngase Zündflammen für das in dem nachgeschalteten Brennmuffelbrennraum zur Erzeugung des eigentlichen Treibmittels notwendige Kraftstoff-Luft-Gemisch liefern. z. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel, z. B. auf bekannte Art verstellbare Leitschaufeln, in der Vorkammereintrittsöffnung vorgesehen sind, durch welche die in die Vorkammer eintretende Luftmenge regelbar verändert werden kann. 3. Brennkammer nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (8) im Boden der Vorkammer (3) düsenförmig ausgebildet und derart gerichtet sind, daß die aus ihnen austretenden Zündflammen nicht bis an die Wand (io) des Brennmuffelbrennraumes (9) gelangen. q.. Brennkammer nach einem der Ansprüche i bis 3, gekennzeichnet durch in der Eintrittsöffnung (5) der Vorkammer (3) angeordnete Leitschaufeln (q.), die derart gerichtet sind, daß sie eine starke V erwirbelung der durchtretenden Luft hervorrufen. 5. Brennkammer nach Anspruch r, gekennzeichnet durch eine unmittelbar von dem Verdichter vorteilhaft von einer niedrigen Druckstufe abzweigende und diesen mit der Vorkammer (3) verbindende Leitung. 6. Brennkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Vorkammer mit dem Verdichter verbindenden Leitung eine den Luftdurchsatz regelbar verändernde Steuereinrichtung vorgesehen ist. 7. Brennkammer nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet. daß zur Einspritzung in die Vorkammer (3) ein anderer leichter entflammbarer Kraftstoff als in der Brennmuffel (9) verwendet wird. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschrift Nr. 469 899.