DE7709545U1 - Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents
Brennkammer fuer gasturbinentriebwerkeInfo
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Description
MOTOREN- UND TURBINEN-UNION*
MÜNCHEN GMBH
MÜNCHEN GMBH
München, den 14. März 1977
Brennkammer für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinentriebwerke,
die mit mindestens einem Wärmetauscher ausgerüstet sind, um die der Brennkammer zuzuführende Verdichterluft
mittels eines Teiles der im Abgas enthaltenen Wärme aufzuheizen, wobei der zwischen dem Außengehäuse und
mindestens einem darin eingesetzten Flammrohr gebildete Ringraum der Brennkammer mit der aufgeheizten Verdichterluft
beaufschlagbar ist, welche über im Flammrohr enthaltene öffnungen als Primär-, Sekundär- bzw. Tertiärluft ins Flammrohrinnere
einbringbar ist, und wobei weiter der die Brennstoffeinspritzdüse enthaltende Flammrohrkopf innerhalb eines gegenüber
dem Ringraum abgeschxrmten Luftsammelgehäuseseingebettet
ist, dem ein vor dem Wärmetauscher abgezweigter Verdichterluftanteil
als Kühlluft zuführbar ist.
Gasturbxnentrxebwerke mit Wärmetauscher werden in der Regel bei Schwerfahrzeugen und stationären Anlagen eingesetzt. Die
Lebensdauererwartung solcher Antriebe liegt bei ca. 10.000 Laufstunden.
Besonders hohe Anforderungen werden in diesem Zusammenhang an die Brennkammer gestellt, da durch die Aufheizung der Verdichterluft
über den Wärmetauscher die Wandtemperaturen in der Reaktions- und Nachreaktionszone der Brennkammer bei 10000C
und darüber liegen. Diese hohe thermische Belastung der Brennkammer führt zu unzureichender Lebansdauer bei den bisher
eingesetzten metallischen Brennkammern.
Bei einer eingangs genannten, im wesentlichen durch das DT-Gbm
7 430 508 bekannten Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit Wärmetauscher soll zwar schon hinsichtlich der bei Dauerbetrieb
auftretenden verhältnismäßig hohen Temperaturbelastungen eine Erhöhung der Brennkammerlebensdauer dadurch möglich sein,
daß. ein relativ geringer Teil der vor dem Wärmetauscher abgezweigten Verdichterluft ausschließlich zur Kühlung der vorderen
Flammrohrpartie oder auch seitlicher Flammrohrpartien verwendet werden kann.
Insbesondere mit Rücksicht auf die Möglichkeit der zusätzlichen Kühlung der seitlichen Flammrohrpartien ergibt sich bei dieser
bekannten Brennkammer ein verhältnismäßig hoher Kühlluftbedarf
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und andererseits entsprechen die hierdurch erzielbaren Temperaturabsenkungen
nicht den Anforderungen, welche im Rahmen einer erwünschten verhältnismäßig hohen Prozeßtemperatur bei neuzeitlichen
Gasturbinenanlagen mit Wärmetauscher vorgegeben sind.
Durch die DT-AS 21 63 822 ist weiter eine Gasturbinenanlage mit
Wärmetauscher bekannt, bei der eine Aufteilung der Brennkammerluftzufuhr in der Weise vorgenommen werden soll, daß die den
Wärmetauscher umgehende Verdichterluft vorwiegend in die Verbrennüngszone der Brennkammer geführt wird, während der Hauptanteil
der Verdichterluft nach Aufheizung in einem Wärmetauscher zur restlichen Luftversorgung der Brennkammer dient. Hierdurch
soll im wesentlichen durch Absenkung der Verbrennungsspitzentemperaturen in der Reaktionszone unter gleichzeitiger
Beibehaltung von genügend hohen Nachreaktionstemperaturen die Schadstoffemission (Stickkoxide, unverbrannte Kohlenwasserstoffe)
möglichst gering gehalten werden kennen. Die wesentlichen Nachteile
bei dieser bekannten Anlage bestehen hauptsächlich in einer Absenkung des thermischen Wirkungsgrades des Kreisprozesses
und damit in einer erheblichen BrennstoffVerbrauchserhöhung.
Beispielsweise verursachen 1 % Bypassluft ca. 1,5 - 2 g/PS Ii
Mehrverbrauch in der Triebwerksleistungsklasse zwischen 300 PS
und 400 PS. übliche Bypassluftanteile bekannter Ausführungen
liegen zwischen 10 % und 30 %, je nach Betriebsart und Lastfall.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgebrachten
Nachteile zu beseitigen und eine Brennkammer zu schaffer
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die bei verhältnismäßig einfacher Herstellung hohen Temperaturbelastungen
besser gewachsen sein soll.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist es erfindungsgemäß bei einer Brennkammer nach der eingangs genannten Art hauptsächlich
vorgesehen, daß der Flammrohrkopf sowie ein stromab der Mischzone liegendes Obergangsteil des Flammrohrs aus einem warmfesten
metallischen Werkstoff gefertigt sind, wobei das Flammrohr im Bereich zwischen Flammrohrkopf und übergangsteil als schwimmend
gelagertes Keramikrohr ausgebildet ist.
Vorteilhaft sollen anhand der erfindungsgemäßen Brennkammer
durch die Kombination von optimal gekühlten Blechabschnitten und durch den Einsatz von neuartigen und höher belastbaren
keramischen Brennkammer-Werkstoffen in der Art von einfachen, zur Zeit beherrschbaren geometrischen Formen die Einsatzanforderongen
von Wärmetauscher-Triebwerken hinsichtlich hoher Prozeßtemperatur, kleinem spezifischen Brennstoffverbrauch
und erforderlicher hoher Lebensdauer erfüllt werden können.
Die hierbei weiter vorteilhafte Aufteilung der Verdichterluft in Kalt- und Heißluftströme ermöglicht es - im Gegensatz zum
bereits vorgeschlagenen Zwecke der Absenkung der maximalen Reaktionstemperaturen in der Brennkammer - daß die den Wärmetauscher
umgehende Verdichterluft wegen ihrer niedrigen Temperatur zur gezielten intensiven Wandkühlung im Bereich des Brennkammer-
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kopfes im Rahmen heute üblicher moderner Kühlverfahren hoher
Wirksamkeit, wie Konvektionskühlung in Verbindung mit Filmkühlung angewendet werden kann. Dadurch kann bei miirimaiem Bypassluftanteil,
im allgemeinen kleiner als 5 % der Gesamtverdichterluft,
die maximale Wandteinperatur in den Bereich abgekühlt werden, bei dem Materialien verwendet werden können, die weniger warmfest,
d.h. weniger hoch legiert sind, z.B. XIOCrNiTi 189. Dabei soll
die konstruktive Kühlluftführung im Kopf so gestaltet sein, daß unmittelbar in der Reaktionszone nur unwesentliche Anteile
der Kühlluft an der Reaktion teilnehmen.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Erfindungsmerkmale wird auf die Unteransprüche verwiesen.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung beispielsweise weiter erläutert,
worin eine Brennkammer als Mittellängsschnitt dargestellt ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Brennkammer soll zu einem Gasturbinentriebwerk mit einem Wärmetauscher gehören, mit welchem
die der Brennkammer zuzuführende Verdichterluft mittbls eines Teiles der im Abgas enthaltenen Wärme aufgeheizt werden soll;
der zwischen dem Außengehäuse 1 und dem darin eingesetzten Flammrohr 2 gebildete Ringraum 3 der Brennkammer soll mit der
über den Wärmetauscher aufgeheizten Verdichterluft (Lufttemperatur z.B. ca. 800° C) über die im Außengehäuse 1 enthaltenen
Zuströmöffungen 4 und 5 beaufschlagbar sein.
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Der die Brennstoffeinspritzdüse 6 enthaltende Flaimnrohrkopf 7
ist innerhalb eines gegenüber dem Ringraum 3 abgeschirmten Luftsammelgehäuses 8 eingebettet, dem ein vor dem Wärmetauscher
abgezweigter Verdichterluftanteil als Kühlluft zuführbar ist (Lufttemperatur z.B ca. 2600C), (Pfeil K) über eine
öffnung 9 im Brennkammerdeckel 10.
Weiter sollen der Flammrohrkopf 7 sowie ein stromab der Mischzone
M liegendes Übergangsteil 11 des Flammrohrs 2 aus einen warmfesten metallischen Werkstoff gefertigt, sowie weiter das
Flammrohr 2 im Bereich zwischen Flammrohrfc»pf und Übergangsteil
als schwimmend gelagertes Keramikronr 12 ausgebildet sein.
Thermisch beeinflußte Relativbewegungen des Flammrohrkopfes 7
und des Übergangsteils 11 sind hierbei weiter mittels zwischen diesen metallischen Bauteilen und dem Keramikrohr 12 angeordneter
warmfester Isoliermatten 13, 14 aufnehmbar. Die Isoliermatten 13, 14 sollen ferner eine Berührung des Keramikrohrs
12 mit den beiden Blechteilen (Flammrohrkopf 7 und Übergangsteil 11) verhindern.
Auf diese Weise ist eine Brennkammer geschaffen, die besonders in dem von der Reaktionszone R und in der Nachreaktionszone N R
definierten hohen Temperaturbereich aufgrund des hitzebeständigen Keramikrohrs 12 Temperaturen bis 1400° C standhalten
kann.
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Andererseits kann der dem Keramikwerkstoff anhaftende Mangel
verhältnismäßig geringer Elastizität und Festigkeit, welcher insbesondere bei der Herstellung und Verwendung schwieriger
geformter Brennkammerpartien in Erscheinung tritt, durch die Verwendung warmfester, matellischer Werkstoffe für diese
schwieriger zu verformenden Bauteile (Flammrohrkopf 7 und Obergangsteil 2) optimal kompensiert werden, und zwar hierbei
besonders unter Berücksichtigung der sogenannten "schwimmenden Lagerung" des Keramikrohrs 12.
Zur besseren Kompensation verhältnismäßig hoher Temperaturbelastungen
sowie auch -Schwankungen soll weiter das Übergangsteil 11 vorzugsweise an seinem stromabwärtigen Ende mit dem
Außengehäuse 1 fest verbunden, hingegen der Flammrohrkopf 7 über das Luftsammeigehäuse 8 an einem stirnseitigen Brennkammerdeckel
10 bzw. am Außengehäuse 1 befestigt sein. Infolge der beschriebenen Anordnung des Flammrohrkopfes 7 am Brennkammerdeckel
10 lassen sich die einzelnen Baugruppen der Brennkammer leicht montieren bzw. warten.
Aus der Zeichnung weiter entnehmbar, umschließt das Luftsammeigehäuse
8 den Flammrohrkopf 7 nebst Brennstoffeinspritzdüse trommeiförmig und liegt gegenüber dem Außengehäuse 1 radial
beabstandet im Ringraum 8.
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Ferner weisen der Flammrohrkopf 7 und das übergangsteil 11
in Achsrichtung einander zugewandte, rotationssymmetrisch aufgeweitete Endwandabschnitte 15, 16 auf, welche die Enden
des Keramikrohrs 12 unter Zwischenschaltung der Isoliermatten 13, 14 umgreifen, wobei diese rotationssymmetrischen Aufweitungen
in Relation zu den gewählten Wandstärken des Keramikrohrs und den Isoliermatten vorgegeben sind.
Zweckmäßig soll weiter das übergangsteil 11 als Verbundteil
der Brennkammer bzw. deren Außengehäuses 1 hergestellt sein. Das übergangsteil kann als Brennkammeraustrittsteil gleichzeitig
als integrales Gasführungsteil zur Turbine gestaltet
sein.
Mit 17 bzw. 18 sind in der Zeichnung für eine gezielte Kühlung des Flammrohrkopfes 7 geeignete Kühlluftschlitze bzw. Kühlluftführungen
bezeichnet.
Anstelle der beispielhaft dargestellten Schlitze und Führungen für die Kühlluft kann der Flammrohrkopf auch mit einer verhältnismäßig
großen Anzahl relativ kleiner Kühlluftbohrungen durchsetzt sein.
Bei allen möglichen Varianten für die Kühlluftzuführung wäre darauf zu achten, diese Schlitz- bzw. Bohrungskonfigurationen
so auszubilden, daß bei optimaler Kühlung des Flammrohrkopfes
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nur unwesentliche Anteile der Kühlluft an der Verbrennung bzw. Reaktion teilnehmen.
Im übrigen sind dio im Flammrohr 2 für die Zuführung der
Primär-, der Sekundär- sowie der Tertiärluft enthaltenen Bohrungen entsprechend dieser Reihenfolge mit 19, 20 und
bezeichnet.
Vorteilhaft stellt die erfxndungsgemäße Brennkammer im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens eine Kombination zwischen
warmfesten metallischen und keramischen Werkstoffen dar.
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Claims (7)
1. Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, die mit mindestens einem Wärmetauscher ausgerüstet sind, um die der Brennkammer
zuzuführende Verdichterluft mittels eines Teiles der im Ab^as enthaltenen Wärme aufzuheizen, wobei der
zwischen dem Außengehäuse und mindestens einem darin eingesetzten Flammrohr gebildete Ringraum der- Brennkammer
mit der aufgeheizten Verdichterluft beaufschlagbar ist, welche über im Flammrohr enthaltene öffnungen als Primär-,
Sekundär- bzw. Tertiärluft ins Flammrohrinnere einbringbar ist, und wobei weiter der die Brennstoffeinspritzdüse
enthaltende Flammrohrkopf innerhalb eines gegenüber dem Ringraum abgeschirmten Luftsammeigehäuses eingebettet
ist, dem ein vor dem Wärmetauscher abgezweigter Verdichterluftanteil als Kühlluft zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flammrohrkopf (7) sowie ein stromab
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der Mischzone liegendes Übergangsteil (11) des Flammrohrs
(2) aus einem warmfesten metallischen Werkstoff gefertigt sind, wobei das Flammrohr im Bereich zwischen
Flammrohrkopf und übergangsteil als schwimmend gelagertes
Keramikrohr (12) ausgebildet ist.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß thermisch beeinflußte Relativbewegungen des Flamrarohrkopfes
(7) und des Üb»rgangsteils (11) mittels zwischen diesen
metallischen Bauteilen und dem Keramikrohr (12) angeordneter
warmfester Isoliermatten (13, 14) aufnehmbar sind.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsteil (11) vorzugsweise an seinem stromabwärtigen
Ende mit dem Außengehäuse (1) fest verbunden ist, während der Flammrohrkopf (7) über das Luftsammeigehäuse
(8) an einem stirnseitigen Brennkammerdeckel (10)
bzw. am Außengehäuse (1) befestigt ist.
4. Brennkammer nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Luftsammeigehäuse (8) den Flammrohrkopf (7) nebst Brennstoffeinspritzdüse (6) umschließt und
gegenüber dem Außengehüu&e (1) radial beabstandet im
Ringraum (3) liegt.
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• t « · t
5. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Flammrohrkopf (7) und das Obergangsteil (11) in Achsrichtung einander zugewandte,
rotationssymmetrisch aufgeweitete Endwandabschnitte (15, 16) aufweisen, welche die Enden des Keramikrohrs (12)
unter Zwischenschaltung der Isoliermatten (13, 14) umgreifen, wobei die rotationssymmetrischen Aufweitungen
in Relation zu den gewählten Wandstärken des Keramikrohrs und den Isoliermatten vorgegeben sind.
6. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Obergangsteil (11) als Verbundteil der Brennkammer bzw. deren Außengehäuses (1) hergestellt
ist.
7. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Obergangsteil als Brennkammeraustrittsteil gleichzeitig als integrales Gasführungsteil zur
Turbine gestaltet ist.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19777709545 DE7709545U1 (de) | 1977-03-26 | 1977-03-26 | Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19777709545 DE7709545U1 (de) | 1977-03-26 | 1977-03-26 | Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7709545U1 true DE7709545U1 (de) | 1979-10-11 |
Family
ID=6677111
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19777709545 Expired DE7709545U1 (de) | 1977-03-26 | 1977-03-26 | Brennkammer fuer gasturbinentriebwerke |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7709545U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3519938A1 (de) * | 1985-06-04 | 1986-12-04 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Brennkammereinrichtung |
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1977
- 1977-03-26 DE DE19777709545 patent/DE7709545U1/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3519938A1 (de) * | 1985-06-04 | 1986-12-04 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Brennkammereinrichtung |
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