DE851863C - Verbrennungskammer mit Zuendkerzenanordnung fuer Gasturbinen mit Gleichdruckverbrennung - Google Patents

Verbrennungskammer mit Zuendkerzenanordnung fuer Gasturbinen mit Gleichdruckverbrennung

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DE851863C
DE851863C DEG4068A DEG0004068A DE851863C DE 851863 C DE851863 C DE 851863C DE G4068 A DEG4068 A DE G4068A DE G0004068 A DEG0004068 A DE G0004068A DE 851863 C DE851863 C DE 851863C
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DE
Germany
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combustion chamber
candle
air
combustion
axis
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Expired
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DEG4068A
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English (en)
Inventor
Donald J Steeg
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Motors Liquidation Co
Original Assignee
Motors Liquidation Co
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26Starting; Ignition
    • F02C7/264Ignition
    • F02C7/266Electric
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/02Details
    • H01T13/16Means for dissipating heat

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)

Description

  • Verbrennungskammer mit Zündkerzenanordnung für Gasturbinen mit Gleichdruckverbrennung Die Erfindung bezieht sich auf Zündvorrichtungen für Kraftstoffbrenner, und zwar auf solche, die im wesentlichen den bei Verbrennungskraftmaschinen benutzten Zündkerzen ähneln und zum Zünden des Kraftstofffes in den Brennkammern von Gasturbinen dienen.
  • Im Betrieb sind die Zündkerzen der Gasturbinen und sonstigen Maschinen mit Kraftstoffbrennern den hocherhitzten Verbrennungsprodukten und infolgedessen hohen Temperaturen ausgesetzt, die ihre Zerstörung bewirken. Ferner setzt sich Kohlenstoff aus dem Kraftstoff in dem zwischen dem Isolator und dem Kerzenmantel befindlichen Zwischenraum und in und um die Funkenstrecke ab. Dadurch wird die Kerze und folglich die damit versehene Vorrichtung schon nach kurzer Zeit unbrauchbar oder arbeitet unzuverlässig. Durch das häufige Herausnehmen der Kerzen zwecks Überprüfung und/oder Reinigung werden nicht nur die damit ausgerüsteten Vorrichtungen und das Flugzeug, falls sie darin eingebaut sind, oft aus dem Betrieb genommen und die Unterhaltkosten vergrößert, sondern es wird auch die Lebensdauer der Kerzen verkürzt. Außerdem ist bei Verwendung derartiger Vorrichtungen in Flugzeugen trotz häufiger Überprüfung und/oder Reinigung der Kerzen keine hinreichende Sicherheit dafür gegeben, daß die Kerzen während des Fluges immer so einwandfrei arbeiten, daß Maschinen mit pulsierendem Rückstoß weiterarbeiten und Turbinen mit dauernder Verbrennung erneut angelassen werden können, wenn sie unstatisch werden.
  • Um die Kerzen zu kühlen und sauberzuhalten und damit das häufige Überprüfen und/oder Reinigen zu vermeiden und um sicherzugehen, daß sie zu jeder Zeit zwischen den Überprüfungen und/oder Reinigungen arbeitsfähig sind, hat man schon vor-" geschlagen, durch den Raum zwischen dem Isolator und dem Mantel sowie durch und um die Funkenstrecke Luft zirkulieren zu lassen. Soweit bekannt, haben aber diese Vorschläge nicht den gewünschten Erfolg gehabt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Zündkerze, insbesondere für Brennkraftturbinen, zu schaffen, die so ausgebildet und angeordnet wird, daß sie von der zu der Turbine strömenden Luft kühl gehalten und gereinigt wird, so daß eine häufige Überprüfung und Reinigung zwecks Gewährleistung jederzeitiger Arbeitsfähigkeit der Kerze nicht erforderlich ist.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch den Teil, einer der Brennkammern einer Gasturbine mit dauernder Verbrennung, in den eine Zündkerze gemäß der Erfindung eingebaut ist, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform: der in Fig. i verwendeten Zündkerze in Pfeilrichtung 2 gesehen in vergrößertem Maßstabe, Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Zündkerze nach der Erfindung und Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 4. io ist das im allgemeinen zylindrisch gehaltene Gehäuse einer der Verbrennungskammern 12 einer Gasturbine mit dauernder Verbrennung. Das Gehäuse sitzt verschiebbar auf der Leitung 11 für die von dem Kompressor der Turbine in den Raum zwischen dem Gehäuse io und dem Verbrennungsraum 12 zugeführten Luft. Der Verbrennungsraum ist durch eine gewölbte Kappe 14 abgeschlossen, die in die Luftleitung i i hineinragt. In der Achse von Kappe 14 und Verbrennungskammer 12 ist eine Brennstoffdüse 15 für flüssigen Brennstoff angeordnet, die über eine Leitung 16 gespeist wird. Die Verbrennungskammer ist mit Einströmöffnungen i3 für die Verbrennungsluft versehen.
  • Zur Zündung dient eine Zündkerze 17. Der Kerzenkörper 18 hat am äußeren Ende einen Flansch i9 zur Befestigung an der Leitung i i und bildet am inneren Ende die Elektrode 2o. Der Isolator 21 für den Zündstift 22 ist kegelförmig gestaltet und in den Kerzenkörper in einem größeren Abstand von dem einen Ende desselben gasdicht eingesetzt. Das innere Ende des Isolators 21 erstreckt sich über den Kerzenkörper hinaus und ebenso der Zündstift 22 über das innere Ende des Isolators bis kurz vor die Elektrode 20 zur Bildung der Funkenstrecke. Der dadurch gebildete kegelförmige Hohlraum zwischen Kerzenkörper und Isolator ist die Ringzone, in die Gase aus der Verbrennungskammer eintreten können.
  • Der Kerzenkörper i8 hat in der Nähe des Isolatorsitzes eine Bohrung 23, die rechtwinklig zur Kerzenlängsachse verläuft, aber, wie Fig. 3 zeigt, versetzt zu dieser angeordnet ist, so daß der Hauptteil der Bohrung auf der einen Seite, der kleinere Teil (etwa 22%) auf der anderen Seite der Kerzenachse liegt.
  • Die Kerze wird mittels des Flansches i9 an der Außenseite der Luftleitung i i befestigt. Der Kerzenkörper ragt durch die Kappe 14 hindurch, so daß die Elektroden im 'Jerbrennungsraum 12 liegen. Die Kerze wird in den Zwischenraum zwischen der Kappe 14 und der Leitung i i so eingesetzt, daß die Bohrung 23 der einströmenden Luft zugekehrt ist und die Wandflächen der Bohrung annähernd parallel zur Richtung des Luftstromes liegen.
  • Wenn die Zündkerze in dieser Weise eingebaut wird und die Turbine läuft, wird verhältnismäßig kühle Luft vom Kompressor über die Bohrung 23 in das Kerzeninnere und von hier über den zwischen dem Kerzenkörper und dem Isolator 21 befindlichen Zwischenraum an den Elektroden 22, 20 vorbei in die Verbrennungskammer 12 eintreten. Dadurch wird die Kerze gekühlt und verhindert oder mindestens erschwert, daß sich aus dem Kraftstoff abscheidender Kohlenstoff in dem Raum zwischen Kerzenkörper und Isolator und in und um die Funkenstrecke absetzt.
  • Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei einer Bohrung, die gemäß Fig. 1, 2 und 3 ausgebildet und angeordnet ist, die Kühlung der Kerze und die Verhinderung von Kohlenstoffablagerungen viel wirkungsvoller erfolgt als bei einer radial gerichteten Bohrung, deren Achse in Aufströmrichtung parallel der durch die Kerze verlaufenden Luftströmung liegt. Das erklärt sich daraus, daß bei einer solchen Bohrung die in den Kerzenkörper eintretende Luft durch den Isolator in zwei Ströme von ungefähr gleichem Volumen und gleicher Stärke aufgeteilt wird, welche an der Seite, die dem Lufteintritt gegenüberliegt, zusammenstoßen und Wirbelungen hervorrufen, die das Hindurchströmen der Luft durch den Raum zwischen dem Isolator und dem Kerzenkörper hindern. Bei der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausbildung und Anordnung einer Bohrung gelangt von der in den Kerzenkörper eintretenden Luft ein größerer Teil nach der einen Seite des Isolators als nach der anderen Seite, so daß die Luft weniger durchwirbelt wird. Ferner wird durch den schwächeren Luftstrom der stärkere gegen das innere Ende der Kerze abgelenkt, so daß die in den Kerzenkörper eintretende Luft das Bestreben hat, schraubengangförmig durch den Raum zwischen dem Kerzenkörper und dem Isolator und über die Elektroden zu strömen.
  • Infolge dieser Art der Luftströmung fließt die Luft freier durch die Kerze, und der über die Elektroden fließende Luftanteil wird vergrößert. Es ist anzunehmen. claß sowohl diese Vergrößerung des Luftanteils als auch die Art der Luftzuführung durch die Kerze und über die Elektroden dazu beitragen, die Fähigkeit einer Bohrung gemäß den Fig. 1, 2 und 3 die Kerze zu kühlen und sie von Kohleniedersc'hlägetl freizuhalten, zu steigern. Der Strömungsverlauf der Luft, besonders die Steigung der schraubenförmigen Bahn, ist abhängig von den einströmenden Luftvolumen und dem Verhältnis der Luftmengen, die nach der einen oder anderen Seite des Isolators fließen, also davon, wie weit die Bohrung seitlich zur Achse des Kerzenkörpers und des Isolators versetzt ist. Der durch die Kerze und über die Elektroden fließende Luftanteil ist durch diesen Faktor und durch die Größe der Bohrung bestimmt. Infolgedessen kann der Strömungsverlauf und der Anteil der Luft, der über die Elektroden fließt, durch Änderung der seitlichen Versetzung der Bohrung und der Größe derselben geändert und so festgelegt werden, daß das Optimum der Kühl- und Reinigungswirkung erhalten wird, ohne daß die Art der Strömung oder die Tiber die Elektroden fließende Luftmenge die Aufrechterhaltung eines brennbaren Gemisches hemmt.
  • Die Wichtigkeit der Vergrößerung des durch die Kerze str<inletlden Luftanteils für die Beseitigung selbst kleiner Strömungshindernisse wird deutlich, wenn man berücksichtigt, daß der Luft für den Eintritt in die Verbrennungskammer zahlreiche, auf eine verhältnismäßig große Fläche verteilte Öffnungen 13 offen stehen und daß der Unterschied der Drücke im Verbrennungsraum und im Gehäuse nur klein ist.
  • Die durch die Bohrung 23 der Zündkerze erreichte Wirkung kann auch durch eine radial gerichtete Bohrung des Kerzenkörpers erreicht werden, deren Achse zu der Richtung des Luftstromes durch den Raum zwischen Brennkammer und Gehäuse einen solchen Winkel bildet, daß auf der einen Seite des Isolators mehr Luft eintritt als auf der anderen Seite.
  • Eine derartige Bohrung weist die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Kerze 24 auf. Der Kerzenkörper 25 ist mit einem Befestigungsflansch 26, einem Isolator 27 und Elektroden 28, 29 versehen, die in derselben Weise wie bei der Kerze 17 der Fig. i bis 3 angeordnet sind. Die Kerze wird in gleicher Weise wie die Kerze 7 in den Verbrennungsraum einer Gasturbine mit Gleichdruckverbrennung eingebaut. Jedoch ist das Verhältnis des Durchmessers der Bohrung 30 zum Durchmesser des Kerzenkörpers 25 etwas größer als das des Durchmessers der Bohrung 23 zum Durchmesser des Kerzenkörpers 18 der Kerze 17. Ferner verläuft die Achse der Bohrung 3o radial zur Achse des Kerzenkörpers.
  • Wenn die Kerze in die Turbine eingebaut ist, nimmt die Bohrung eine Lage ein, daß ihre Achse mit der Strömungsrichtung der Luft an der Bohrung den in Fig. 5 durch einen doppelköpfigen Pfeil angegebenen Winkel bildet, so daß der größere Teil der Eintrittsöffnung (etwa 780/0) auf der einen Seite der Achse des Kerzenkörpers und Isolators und rechtwinklig zu der Luftströmung liegt, der kleinere Teil (etwa 220/0) auf der anderen Seite.
  • Die Kerze nach der Erfindung kann auch bei anderen Arten von Gasturbinen oder bei Maschinen angewendet werden, in die Zündvorrichtungen in gleicher Weise eingebaut sind.

Claims (3)

  1. PATENTANSPROCHE: i. Verbrennungskammer für eine Gasturbine mit Gleichdruckverbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch mit Lufteintrittsöffnungen (13) versehene Verbrennungskammer (12) .in einem zylindrischen Gehäuse (1o) von größerem Durchmesser angeordnet ist, das an die Leitung (ii) für die vom Kompressor zugeführte Verbrennungsluft angeschlossen ist und eine gewölbte Kappe (14) der Verbrennungskammer (12) und die Brennstoffzuleitung (16) umgibt, deren Düse (15) im Scheitel der Kappe (14) in die Brennkammer (12) mündet, und daß die Zündvorrichtung (Kerze 17, 24) den Raum zwischen Kappe (14) und Leitung (i i) derart überbrückt, daß ihre Elektroden (20, 22, 28, 29) in der Kappe (14) liegen und in diesem Zwischenraum der einströmenden Luft eine Bohrung (23, 3o) des Kerzenkörpers (18, 215) zugekehrt ist, die zu der Achse der Kerze (17, 24) seitlich derart versetzt ist, daß der größere Teil der Öffnung (23, 3o) auf der einen Seite der Kerzenachse, der kleinere Teil auf der anderen Seite liegt.
  2. 2. Verbrennungskammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Bohrung (23) der Zündkerze (17) annähernd parallel, aber zu dem in der Strömungsrichtung der Luft liegenden Radius versetzt ist (Fig. 2 und 3).
  3. 3. Verbrennungskammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Bohrung (3o) der Zündkerze (24) radial zur Achse der Kerze liegt und einen Winkel zur Richtung der Luftströmung (Fig. 4 und 5) bildet.
DEG4068A 1948-09-04 1950-09-30 Verbrennungskammer mit Zuendkerzenanordnung fuer Gasturbinen mit Gleichdruckverbrennung Expired DE851863C (de)

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