DE954381C - Brennkammer fuer Brennkraftturbinen, Treibgaserzeuger, Heissluftstrahltriebwerke u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich aiuif eine Brennkammer für Brennkrafttuirbinen, Treibgaserzeuger, Heißluftstrahltriebwerke u. dgl., bei welcher innerhalb der Kammer ein Stauscheibe angeordnet ist, um im Kern der Kammer einen die Vermischung des vor der Stauscheibe zugeführten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft und dadurch auch den Verbrennungsvorgang selbst begünstigenden Ringwirbel zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Brennkammer der beschriebenen Art, bei welcher der Verbrennungsluft außerdem beim Eintritt in die Kammer durch eine Einlaufspirale oder ein Schaufelgitter eine um die Längsachse der Kammer drehende Bewegung erteilt wird.

Bei den bisher vorgeschlagenen Brennkammern dieser Art wird der Brennstoff der Verbrennungsluft vor der Stauscheibe unmittelbar beigemischt.

Es hat sich gezeigt, daß diese Art der Beimischung des Brennstoffes trotz der Unterstütziumg durch den oben erwähnten Ringwirbel und gegebenenfalls durch den der Verbrennungsluft erteilten Drall nicht ausreicht, um eine einwandfreie Verbrennung insbesondere kohlenstoffreicherer Brennstoffe auf kürzestem Wege zu erzielen. Durch die Erfindung wird dieser Mangel beseitigt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es mit der Stauscheibe allein nicht gelingt, einen Ringwirbel von ausreichender Intensität, insbesondere in seinem der Hauptströmiuingsrichtung entgegengesetzt gerichteten inneren Teil zu erzeugen, um eine genügend schnelle und gründliche Mischung des zugeführten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft zu erhalten. Die Erfindung besteht demgemäß darin, daß innerhalb der Brenn-

kammer, vorzugsweise inmitten des Ringwirbels, ein in der Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsliuift gesehen vor der Stauscheibe mündendes Blasrohr angeordnet ist, durch welches dem Brennkammerkern entgegengesetzt zur Strömungsrichtung der Hauptverbrennungsluft Zusatzluft zugeführt wird, um die kinetische Energie des Ringwirbels zu vergrößern. Dieser Zusatzluft wird zweckmäßig der Brennstoff bereits vor ihrem Austritt in die Brennkammer beigemischt, so daß in den Ringwirbel bereits ein Vorgemisch von Brennstoff und Zusatzluft eingeblasen wird.

Weitere Einzelheiten, insbesondere hinsichtlich der praktischen Auisführungsmöglichkeiten der Erfindung, ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. In den Abb. 1 bis 4 der Zeichnung ist jeweils eine mit der Erfindung versehene Brennkammer im Längsschnitt schaubildlich darao gestellt.

In Abb. ι wird die Hauptverbrennungsluft der Brennkammer 5 aus der Leitung 6 durch eine Einlaufspirale 7 zugeführt, so daß sie zusätzlich zu ihrer Längsbewegung durch die Brennkammer eine Drehbewegung um deren Längsachse 8 erhält, wie durch den Pfeil 9 angedeutet. In dem Kern der so entstehenden sehr auibenlinienf örmigen Bewegung der Luft ist quer zur Längsachse 8 der Brennkammer eine Stauscheibe 10 angeordnet, die von einem mittig in die Brennkammer hineinragenden Rohr 11 getragen wird. Durch die Stauscheibe 10 wird im Brennkammerkern eine partielle Rückströmung der Luft erzeugt, so daß sich der schraubenlinienförmigen Bewegung derselben ein durch die Pfeile 12 angedeuteter Ringwirbel überlagert, in den hinein der Brennstoff in weiter unten noch näher angegebener Weise eingeführt wird.

Gemäß der Erfindung wird dem Kern des Ringwirbels 12 nun durch das bei 13 vor der Stauscheibe 10 mündende Rohr 11 Zusatzluft in Richtung des Pfeiles 14 entgegengesetzt zur allgemeinen Fortbawegungsrichtuingis der Hauptverbrennungsluft zugeführt. Diese Zusatzluft kann der gleichen Druckquelle entstammen wie die Hauptverbrennungsluft, beispielsweise einem der Brennkammer vorgeschalteten Verdichter. Sie kann auch von einem besonderen Verdichter geliefert oder einer höheren Verdichtungsstufe des für beide Luftarten gemeinsamen Verdichters entnommen werden als die Hauptverbrennungsluft. Diuirch das Einblasen der Zusatzluft in den Kern des Ringwirbels 12 wird dessen kinetische Energie erheblich gesteigert, so daß eine wesentlich bessere Durchwirbelung des eingeführten Brennstoffes mit der Hauptmasse der Verbrennungsluft und dadurch eine schnellere und vollständigere Verbrennung desselben auf kleinstem Raum erfolgt als durch den nur mit Hilfe der Stauscheibe 10 allein erzeugten Wirbel.

Die Zuführung des gasförmigen oder flüssigen Brennstoffes erfolgt dutch die Leitung 16, an deren Ende gegebenenfalls eine geeignete Spritzdüse 17 angeordnet ist, bereits innerhalb des Blasrohres 11 für die Zusatzluft, so daß aus der Mündung 13 des Blasrohres bereits ein Vorgemisch in die Brennkammer eintritt und dadurch der Verbrennungsvorgang in an sich bekannter Weise weiter beschleunigt wird. Das auf seinem weiteren Wege durch die Brennkammer restlos ausbrennende Gemisch gelangt dann mit der überschüssigen, durch die Brenngase ebenfalls miterhitzten Luft in eine hier nicht dargestellte Arbeitsmaschine, beispielsweise in die Laiufradschaufeln einer Turbine, wo die den Gasen durch die Erhitzung zugeführte Energie in bekannter Weise in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorher beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß das Zuführungsrohr 21 für die Zusatzluft von der Eingangsseite 20 der Brennkammer 5 her in diese eingeführt ist und daß vor der Mündung 22 des Rohres 21 an die Stauscheibe 10 ein zylindrischer Führungsteil 23 angefügt ist, der zusammen mit der Stauscheibe einen napfförmigen Vorsatzkörper zur Umlenkung des aus dem Rohr 21 austretenden Vorgemisches um i8o° in die Richtung der Pfeile 14 bildet. Außerdem mündet in diesem Fall die Zuführungsleitung

26 für den Brennstoff bereits in der Nähe der Eingangsseite 20 der Brennkammer in das Rohr 21 für die Zusatzluft. Da dieses in der Flammzone der Brennkammer liegende Rohr während des Betriebes stark erhitzt wird, verdampft in ihm der in dem Vorgemisch enthaltene Brennstoff bereits restlos, bevor er in die Brennkammer gelangt, was zur weiteren Beschleunigung und Verbesserung des Verbrennungsvorganges in der Brennkammer selbst beiträgt. In das Rohr 21 ist vor der Mündung der Brennstoffzuleitung 26 außerdem ein beispielsweise aus schraubenförmig verdrehten, speichenartig angeordneten Blechstreifen bestehender Einsatzteil

27 angebracht, durch den eine intensive Verwirbelung der Zusatzluft vor ihrer Mischung mit dem Brennstoff erfolgt. Dieser Wirbeleinsatz dient gleichzeitig- als Träger für das freie Ende der Brennstoff zuleitung 26 innerhalb des Rohres 21. Durch die beschriebenen Maßnahmen kann die Länge der Brennkammer 5 so weit verringert werden, daß diese gegebenenfalls bereits an der Stauscheibe 10 enden und der von letzterer freigelassene Ringquerschnitt 28 unmittelbar den Einlaufquerschnitt für ein hinter der Stauscheibe angeordnetes Turbinenlaufrad bilden kann.

Abb. 3 zeigt eine Abänderung der zuletzt beschriebenen Ausführung insofern, als hier die Hauptverbrennungsluft der Brennkammer nicht durch eine Einlaufspirale mit tangentialer Richtungskomponente, sondern axial durch ein Rohr 30 zugeführt wird. Der Verbrennungsluft wird in diesem Fall der Drall um die Längsachse 8 der iao Kammer dulrch einen am Einlaßende 20 der Kammer angeordneten Kranz von radialen Leitschaufeln 31 erteilt, deren Nabe 32 das Zuführungsrohr 33 für die Zusatzluft trägt. Die Brennstottziu/leitung 26 wird auch hier wieder von einem im Rohr 33 ange- i«5 ordneten Wirbeleinsatz 27 getragen.

In Abb. 4 ist die Anwendung der Erfindung -an einem Staustrahltriebwerk gezeigt. Die unter der Einwirkung der Fluggeschwindigkeit in der Fangdüse 34 gestaute Luft erhält beim Durchströmen des Leitschaufelgitters 31 wieder den gewünschten Drall um die Längsachse 8 der Brennkammer 5. Die ringförmige Stauscheibe 10 und der zylindrische Führungsteil 23 für die Zusatzluft sind bei dieser Ausführungsform mit einem Fühpungsteil 35 für die abströmenden Brenngase zu einem etwa pilzförmigen Hohlkörper 36 vereingt, der während des Betriebes eine verhältnismäßig hohe Temperatur annimmt und außer dem Rohr 33 auch seinerseits zur schnelleren Verdampfung des eingeführten Brennstoffes beiträgt. Die übrigen Einzelheiten hinsichtlich der Luft- und Brennstofführung innerhalb der Kammer 5 sind hier die gleichen wie bei der Ausführung nach Abb. 3. Der Teil 36 kann ebenso wie die Teile 10 und 23 in den vorher beschriebenen Ausführungsformen auf dem Blasrohr bzw. 33 mittels an diesem radial angeordneter Blechstege befestigt sein.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Brennkammer für Brennkraftturbinen, Treibgaserzeuger, Heißluftstrahltriebwerke u. dgl. mit einer Stauscheibe zur Erzeugung eines Ringwirbels innerhalb der Kammer und gegebenenfalls mit einer weiteren Einrichtung, um der Verbrennungsluft bei ihrem Eintritt in die Brennkammer einen Drall um die Längsachse der Kammer zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Brennkammer, vorzugsweise inmitten des Ringwirbels, ein in der Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsluft gesehen vor der Stauscheibe mündendes Blasrohr angeordnet ist, duirch welches dem Brennkammerkern entgegengesetzt zur Strömuingsrichtung dei Hauptverbrennuingsluft Zusatzluft zugeführt wird, um die kinetische Energie des Ringwirbels zu vergrößern.
2. 2. Einrichtung an einer Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff der Zusatzluft bereits vor deren Austritt in die Brennkammer beigemischt wird, so daß in den Ringwirbel bereits ein Vorgemisch von Brennstoff und Zusatzluft eingeblasen wird.
3. 3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (11) für die Zusatzluft von der Auistrittseite der Brennkammer (5) her durch die Stauischeibe (10) hindurch in die Brennkammer hineinragt.
4. 4. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (21) für die Zusatzluft von der Einlalßseite (20) der Brennkammer (5) her in diese hineinragt, durch die Brennkammer in deren ganzer Länge axial hindurchgefiührt ist und vor der Stauischeibe (10) in einen zylindrischen Führungsteil (23) mündet, in welchem die Umlenkung der Zusatzluft vor deren Eintritt in die Brennkammer erfolgt.
5. 5. Einrichtung an einer Brennkammer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung des Brennstoffes in das Blasrohr (11 bzw. 21 bzw. 33) bereits in erheblichem Abstand vor dessen Einmündung (13 bzw. 22) in die Brennkammer erfolgt.
6. 6. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Blasrohr (21 bzw. 33) ein vorzugsweise die Einführungsleitung (26) für den Brennstoff umgebender und diese gegebenenfalls in dem Blasrohr haltender Einsatz (27) zur Verwirbelung der Zusatzluft angeordnet ist.
7. 7. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere in Verbindung mit einem Staustrahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stauscheibe (10) und der zylindrische Führungsteil (23) für die Zusatzluft mit einem Führungsteil (35) für die abströmenden Brenngase zu einem etwa pilzförmigen Hohlkörper (36) vereinigt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 546/217 6. (609 705 12.56)