EP0602404A1 - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

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EP0602404A1
EP0602404A1 EP93118569A EP93118569A EP0602404A1 EP 0602404 A1 EP0602404 A1 EP 0602404A1 EP 93118569 A EP93118569 A EP 93118569A EP 93118569 A EP93118569 A EP 93118569A EP 0602404 A1 EP0602404 A1 EP 0602404A1
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EP
European Patent Office
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combustion
combustion chamber
zone
region
constant
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EP93118569A
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English (en)
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EP0602404B1 (de
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Burkhard Dr. Schulte-Werning
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine combustion chamber according to the preamble of the claim.
  • combustion Different types of heat supply (combustion) are possible in a combustion chamber in terms of gas dynamics.
  • combustion with a constant cross-section is of primary practical importance.
  • the invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task of creating a gas turbine combustion chamber in which the total pressure loss and the combustion chamber length are small at the same time.
  • this is achieved in a gas turbine combustion chamber, which consists of an inflow zone with injection, ignition delay zone, reaction zone, burnout zone and transition zone to the turbine, in that the reaction zone has a widening cross section such that the combustion is gas dynamic at constant pressure or at a constant Mach number is feasible.
  • the advantages of the invention are that, as a result of the combustion at a constant Mach number or at a constant pressure, only a small total pressure loss is caused and the combustion chamber length is reduced. As a result, the efficiency and performance of the combustion chamber are significantly better than in the prior art.
  • a combustion chamber according to the invention is shown schematically in FIG. 1.
  • the ratio of the combustion chamber height at the beginning of reaction zone 3 to the length of reaction zone 3 is approximately one.
  • half the duct opening angle ⁇ can easily be taken into account in the combustion chamber design.
  • the constant pressure combustion at which the flow velocity u is constant, is the most favorable.
  • FIG. 1 A combustion chamber optimized in this sense is shown in FIG. 1.
  • the ignition delay zone 2 is designed as a conventional diffuser.
  • the reaction zone 3 the cross-sectional expansion according to the invention to such a mass has taken place that the combustion takes place at constant pressure.
  • the burnout zone 4 which has a constant (largest) cross section.
  • the transition zone 4 to the turbine is designed with a conventional nozzle geometry.
  • FIG. 2 Another embodiment of the invention is shown schematically in FIG. 2 on the longitudinal section of a combustion chamber.
  • the combustion chamber is designed in such a way that a constant Mach number is ensured in the reaction zone 3 by a suitable cross-sectional expansion being superimposed on the heat supply by the chemical reaction in this combustion process.
  • Half the channel opening angle ⁇ is smaller here than in the first embodiment.
  • the inflow zone 1, the ignition delay zone 2 and the burnout zone 4 can of course be structurally similar to those in embodiment 1 or also have other geometric shapes, as shown in a variant in FIG. 2.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei einer Gasturbinenbrennkammer, welche aus Zuströmzone (1) mit Eindüsung, Zündverzugszone (2), Reaktionszone (3), Ausbrandzone (4) und Übergangszone (5) zur Turbine besteht, weist die Reaktionszone (3) einen sich derart erweiternden Querschnitt auf, dass die Verbrennung gasdynamisch bei konstantem Druck oder konstanter Mach-Zahl durchführbar ist. Dadurch werden der Totaldruckverlust und die für die Verbrennung notwendige Brennkammerlänge reduziert, was sich in einer Verbesserung des Wirkungsgrades und der Leistung niederschlägt.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer gemäss Oberbegriff des Patentanspruches.
    • Stand der Technik
  • Es ist bekannt, dass in Brennkammern auf Grund der Energiezufuhr und der damit in Strömungsrichtung ansteigenden Temperatur eine Beschleunigung des Heissgases auftritt. Daraus resultiert auch reibungsfrei ein Totaldruckverlust, dessen Höhe vom Verhältnis der Aus- zur Eintrittstemperatur abhängig ist. Dieser prozesswirksame Totaldruckverlust schlägt sich in einer Reduzierung von Wirkungsgrad und Leistung der Anlage nieder.
  • In einer Brennkammer sind gasdynamisch verschiedene Arten der Wärmezufuhr (Verbrennung) möglich. Praktische Bedeutung hat dabei hauptsächlich der Sonderfall der Verbrennung bei konstantem Querschnitt.
  • Wird die Verbrennung bei konstantem Querschnitt realisiert, so ist der Totaldruckverlust relativ gross. Demzufolge sind der Wirkungsgrad und die Leistung der Brennkammer gering und die zusätzliche Beschleunigung des Heissgases führt bei gegebener Zeitkonstante für die chemische Umsetzung zu einer relativ langen Brennkammer.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbinenbrennkammer zu schaffen, bei der gleichzeitig Totaldruckverlust und Brennkammerlänge gering sind.
  • Erfindungsgemäss wird dies bei einer Gasturbinenbrennkammer, welche aus Zuströmungszone mit Eindüsung, Zündverzugszone, Reaktionszone, Ausbrandzone und Übergangszone zur Turbine besteht, dadurch erreicht, dass die Reaktionszone einen sich derart erweiternden Querschnitt aufweist, dass die Verbrennung gasdynamisch bei konstantem Druck oder bei konstanter Mach-Zahl durchführbar ist.
  • Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass infolge der Verbrennung bei konstanter Mach-Zahl oder bei konstantem Druck nur ein geringer Totaldruckverlust verursacht wird und die Brennkammerlänge reduziert wird. Dadurch sind der Wirkungsgrad und die Leistung der Brennkammer im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich besser.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Gasturbinenbrennkammer dargestellt.
    Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt der Brennkammer für p=const;
    Fig. 2
    einen Längsschnitt der Brennkammer für Ma=const.
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt ist beispielsweise der Brenner. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemässe Brennkammer dargestellt. Das Verhältnis von Brennkammerhöhe am Beginn der Reaktionszone 3 zur Länge der Reaktionszone 3 beträgt ungefähr Eins.
  • Damit ergeben sich folgende, in der Tabelle dargestellte Werte für verschiedene Fälle, wobei po der Totaldruck ist und der Index 1 sich jeweils auf die Werte am Eintritt in die Reaktionszone 3 und der Index 2 sich jeweils auf die Werte am Austritt aus der Reaktionszone 3 beziehen.
    Figure imgb0001
  • Der halbe Kanalöffnungswinkel Θ kann bei diesem Beispiel problemlos in der Brennkammerkonstruktion berücksichtigt werden.
  • Wie der Tabelle zu entnehmen ist, ist die Gleichdruckverbrennung, bei der auch die Strömungsgeschwindigkeit u konstant ist, am günstigsten. Die Gleichdruckverbrennung hat den Vorteil, dass bei ihr der Totaldruckverlust, die Brennkammerlänge und der Differenzdruck über die Brennkammerwand auf ein Minimum reduziert werden. Sollte z. B. aus geometrischen Gründen (Kanalöffnungswinkel in der Reaktionszone 3 ist relativ gross) konstruktiv keine Gleichdruckverbrennung realisiert werden können, so kann zur Optimierung der Brennkammer die Verbrennung bei konstanter Mach-Zahl zu Grunde gelegt werden, da diese im Vergleich zum stand der Technik (A=const) den Totaldruckverlust und die Beschleunigung des Heissgases durch die Energiezufuhr ebenfalls noch erheblich reduziert.
  • Eine in diesem Sinne optimierte Brennkammer zeigt Fig. 1. Nach der Zuströmung mit Eindüsung (Zuströmungszone 1) ist die Zündverzugszone 2 als üblicher Diffusor gestaltet. In der Reaktionszone 3 ist die erfindungsgemässe Querschnittserweiterung auf solche Masse erfolgt, dass die Verbrennung bei konstantem Druck erfolgt. Danach schliesst sich die Ausbrandzone 4 an, die einen konstanten (grössten) Querschnitt aufweist. Die Übergangszone 4 zur Turbine ist mit einer üblichen Düsengeometrie gestaltet.
  • In Fig. 2 ist schematisch am Längsschnitt einer Brennkammer ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Brennkammer ist so ausgelegt, dass in der Reaktionszone 3 eine konstante Mach-Zahl gewährleistet wird, indem bei diesem Verbrennungsprozess der Wärmezufuhr durch die chemische Reaktion eine geeignete Querschnittserweiterung überlagert wird. Der halbe Kanalöffnungswinkel Θ ist hier kleiner als im ersten Ausführungsbeispiel. Die Zuströmungszone 1, die Zündverzugszone 2 und die Ausbrandzone 4 können selbstverständlich konstruktiv ähnlich gestaltet sein wie im Ausführungsbeispiel 1 oder auch andere geometrische Formen aufweisen, wie in einer Variante in Fig. 2 dargestellt ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zuströmungszone
    2
    Zündverzugszone
    3
    Reaktionszone
    4
    Ausbrandzone
    5
    Übergangszone
    p
    Druck
    A
    Querschnitt
    u
    Strömungsgeschwindigkeit
    Θ
    halber Kanalöffnungswinkel
    Ma
    Mach-Zahl

Claims (1)

  1. Gasturbinenbrennkammer, bestehend aus Zuströmungszone (1) mit Eindüsung, Zündverzugszone (2), Reaktionszone (3), Ausbrandzone (4) und Übergangszone (5) zur Turbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszone (3) einen sich in Strömungsrichtung derart erweiternden Querschnitt aufweist, dass die Verbrennung gasdynamisch bei konstantem Druck oder bei konstanter Mach-Zahl durchführbar ist.
EP93118569A 1992-12-17 1993-11-18 Gasturbinenbrennkammer Expired - Lifetime EP0602404B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4242650A DE4242650A1 (de) 1992-12-17 1992-12-17 Gasturbinenbrennkammer
DE4242650 1992-12-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0602404A1 true EP0602404A1 (de) 1994-06-22
EP0602404B1 EP0602404B1 (de) 1997-09-03

Family

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP93118569A Expired - Lifetime EP0602404B1 (de) 1992-12-17 1993-11-18 Gasturbinenbrennkammer

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EP (1) EP0602404B1 (de)
JP (1) JPH06221557A (de)
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6213489B1 (en) 1998-07-08 2001-04-10 Meritor Heavy Vehicle Technology, Llc Operating system for locking pins for sliding undercarriages
DE10250101A1 (de) * 2002-10-28 2004-05-06 Alstom (Switzerland) Ltd. Verbesserter Brenner für einen Wärmeerzeuger
US10876732B2 (en) * 2016-10-19 2020-12-29 Gloyer-Taylor Laboratories Llc Scalable acoustically-stable combustion chamber and design methods
CN110732888B (zh) 2018-07-20 2022-07-26 米沃奇电动工具公司 工具刀头夹持器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2541170A (en) * 1946-07-08 1951-02-13 Kellogg M W Co Air intake arrangement for air jacketed combustion chambers
US2565308A (en) * 1945-01-17 1951-08-21 Research Corp Combustion chamber with conical air diffuser
DE847091C (de) * 1944-05-13 1952-08-21 Daimler Benz Ag Heissluftstrahltriebwerk
GB1541408A (en) * 1968-08-12 1979-02-28 Snecma Combustion chambers operating on a supersonic stream chiefly for jet engines

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2685421A (en) * 1950-08-30 1954-08-03 G M Giannini & Co Inc Aircraft nose mounting for jet engines
GB736823A (en) * 1953-01-19 1955-09-14 Lucas Industries Ltd Engine combustion chambers
DE1046954B (de) * 1953-03-26 1958-12-18 Herbert Troeger Verbrennungsturbine mit zugleich als Expansionsduesen wirkenden Brennkammern
US3783616A (en) * 1961-03-02 1974-01-08 Garrett Corp Control method for detonation combustion engines
US3372542A (en) * 1966-11-25 1968-03-12 United Aircraft Corp Annular burner for a gas turbine
GB1253097A (de) * 1969-03-21 1971-11-10
US4146357A (en) * 1975-07-30 1979-03-27 Hotwork International Limited Fuel fired burners
GB1556414A (en) * 1975-08-11 1979-11-21 Flight Dynamics Res Ejector assembly for thrust augmentation and a method of operating the assembly
DE2629761A1 (de) * 1976-07-02 1978-01-05 Volkswagenwerk Ag Brennkammer fuer gasturbinen
JPS5857655B2 (ja) * 1976-08-27 1983-12-21 株式会社日立製作所 ガスタ−ビン用燃焼器
US4947641A (en) * 1988-06-23 1990-08-14 Sundstrand Corporation Pulse accelerating turbine
DE9207469U1 (de) * 1992-06-03 1992-08-13 Nerenberg, Gerhard, 2400 Luebeck, De

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE847091C (de) * 1944-05-13 1952-08-21 Daimler Benz Ag Heissluftstrahltriebwerk
US2565308A (en) * 1945-01-17 1951-08-21 Research Corp Combustion chamber with conical air diffuser
US2541170A (en) * 1946-07-08 1951-02-13 Kellogg M W Co Air intake arrangement for air jacketed combustion chambers
GB1541408A (en) * 1968-08-12 1979-02-28 Snecma Combustion chambers operating on a supersonic stream chiefly for jet engines

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOYCE: "GAS TURBINE ENGINERING HANDBOOK", 1983, GULF, HOUSTON (USA) *
KOSMOWSKI: "TURBOMASCHINEN", HEIDELBERG, HUTHIG., HEIDELBERG (DE) *
SAWYER: "GAS TURBINE CONSTRUCTION", 1947, PRENTICE HALL, NEW YORK *
SPALDING: "SOME FUNDAMENTALS OF COMBUSTION", 1955, BUTTERWORTHS, LONDON, 6696 *

Also Published As

Publication number Publication date
US5465577A (en) 1995-11-14
DE4242650A1 (de) 1994-06-23
EP0602404B1 (de) 1997-09-03
JPH06221557A (ja) 1994-08-09
DE59307265D1 (de) 1997-10-09

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