WO1992017736A1 - Brenner für gasturbinentriebwerke - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a burner according to the preamble of claim 1.
- Relatively low pollutant emissions also set, among other things uniform preparation of the fuel-air mixture to be fed to the primary zone and a good degree of burnout; this in particular in combination with burners that work with air support as "low pressure systems” with high fuel atomization and partly wall-side (fuel film on sleeve) and aerodynamic fuel evaporation. Local undesirable fuel accumulations, which could give rise to soot, should be avoided.
- Such a burner for combustion chambers of gas turbine engines is e.g. known from DE-PS 2442895.
- the known burner has, without exception, stationary, that is to say non-controllable, swirl devices for the combustion air to be supplied; there is therefore no possibility of controlling different operating states, such as starting, full load, idling, cruise flight (stationary) with respect to the variable fuel-air throughputs required for this, with the least possible pollution.
- a two-zone combustion chamber concept is known from DE-OS 2460 740, with a high-temperature 1st combustion zone rich in fuel with approximately stoichiometric combustion and one axially downstream, low-fuel and low-temperature, and thus as low in pollutants as possible 2nd or main combustion zone.
- Brake chamber concepts are also complex, technically complex, prone to malfunction and expensive.
- they provide a "variable chamber geometry" in order to supply combustion and possibly mixed air via holes of the hole rows that are controllable in cross-section, by pipe sections of the flame tube jacket of the combustion chamber are displaceable relative to each other in the axial or U direction.
- annular combustion chamber for a gas turbine engine which has a plurality of burners distributed over the circumference at the air inflow-side head end;
- each burner should be assigned an "external" swirl device which can be regulated or blocked with regard to the supply of part of the combustion air;
- the "external” swirl device can be assigned a nozzle-centric, axial fixed swirl device;
- the "external” swirl device with radial inflow is formed between radial wall parts of a nozzle-coaxial central body with obliquely arranged openings arranged uniformly over the circumference.
- the regulation takes place by means of an orifice that can be turned on the outside in the circumferential direction on the central body; This has fingers at openings distributed over the circumference, which partially protrude lengthwise into the openings and, in intermediate positions of the diaphragm, each have an angular position deviating from the openings.
- the invention is based on the object of specifying a burner according to the type mentioned at the outset (preamble of claim 1), in which at least one swirl device enables the air throughput that is operationally required for low-pollutant and homogeneous combustion while maintaining a uniformly pronounced rotary vortex.
- the fingers practically each form a side wall of an opening which is moved with the sleeve in the axial direction and which has a circumferential width £ or. Height and length is designed to match the respective channel height and length.
- the breakthroughs can therefore preferably each form a rectangular or square or rhombic channel cross section, the actual throughflow being formed in each case between the one movable wall and the locally exposed stationary wall sections of the breakthroughs.
- the breakthroughs according to the invention could also be defined or formed as channels or slots.
- the swirl flow and thus the desired rotation vortex geometry which is jointly responsible for optimal preparation of the fuel-air mixture, are not impaired in various intermediate positions. All or a substantial part of the primary air required for low-pollutant combustion can be supplied with the swirl device; with only one adjustable swirl body, the through-flow channels or breakthroughs would have to be dimensioned sufficiently large.
- the invention enables the combination of at least one control or regulatable swirl device with a stationary swirl device which provides a constant air supply over the entire operating state, the fuel supply being varied depending on the load state, the variable one then An air supply is “superimposed” on operating states, which, in adaptation to the respective operating states, enables the air requirement with regard to combustion that is low in pollutants.
- the last-mentioned air requirement can e.g. can be regulated as a function of operationally increasing combustion temperature and / or pressure in the combustion chamber.
- the invention includes the possibility, in certain engine states - as well as depending on the design and range of use of the engine - that is to say when igniting and starting up and, if necessary, under extreme full load. B. to burn stoichiometrically and to burn predominantly, in cruise flight operation, airy and accordingly low in pollutants.
- the swirl means or devices in question can produce rotating or mixed air vortices rotating approximately in the same sense or in opposite directions to the burner or nozzle axis.
- 1 represents a perspective view of a controllable swirl device belonging to the burner in an intermediate position with clarification of radial / tangential air flow through the openings, partly on the outside and inside with respect to a downstream annular body of a central body, with a corresponding sleeve position,
- FIG. 2 shows the perspective view of the swirl device according to FIG. 1, but clarifying a fully open end position of the openings
- FIG. 3 shows the perspective view of the swirl device according to FIGS. 1 and 2, but clarifying a completely closed end position of the openings
- FIGS. 4 is a perspective view of the swirl device according to FIGS. 1 to 3, wherein, omitting the one end wall of the ring body, the profile bodies which are arranged uniformly distributed over the circumference and which form the openings are illustrated in connection with an intermediate position of the sleeve along with fingers,
- FIG. 5 shows a perspective view of the swirl device leaving out the end wall of the ring body according to FIG. 4, but clarifying a position of the sleeve and fingers in which the openings are almost closed
- FIG. 6 shows an axial section of the burner in a first embodiment, at the upstream head end of the combustion chamber together with flame tube and housing parts shown partially broken off, wherein the first burner version consists of the combination of an adjustable and a stationary swirl device in association with a central fuel nozzle
- 7 shows an axial section of a burner in a second embodiment in the combination of two stationary swirl devices with a third controllable swirl device connected downstream thereof, in which, in addition to the head end according to FIG Actuating device of the adjustable swirl device are illustrated,
- Fig. 8 is a view of the burner in viewing direction A of Fig. 7, with further clarification of the actuator and
- FIG. 9 shows an axial section of a burner in a third embodiment, in which the burner along with the central fuel nozzle at the upstream head end of the combustion chamber, two controllable swirl devices and the jointly responsible axially displaceable sleeve and details of the actuating means for this are shown.
- FIGS. 1 to 5 illustrate an adjustable swirl device; in relation to the application, it has an annular body 2 with openings 3 uniformly distributed over the circumference at the downstream end of a central body 1 arranged coaxially to the axis of the burner or the fuel nozzle; an axially displaceable sleeve 4 is seated on the central body 1 and engages in the openings 3 at the downstream end with fingers 5 angled vertically against the axis of the burner.
- the fingers 5 run parallel to the axially spaced straight line
- Walls of the openings 3 have a continuous four-section, in particular a rectangular cross-section; in other words, the fingers 5 represent walls in the openings 3 which can be moved axially with the sleeve 4, in order to achieve the throughput of radially supplied primary air (Arrows P) to regulate (intermediate position according to Fig. 1, 4 or 5) or to shut it off completely (Fig. 3) or to expose it completely (Fig. 2).
- Arrows P radially supplied primary air
- FIG. 5 - intermediate position of the fingers 5 with almost closed breaks 3 - the fingers 5 extend over the respective total length of an opening 5.
- the openings 3 could also be described as "slots"; they could also have a square or, for example, rhombic cross-section, each of the same shape and size, over the entire length in question.
- the respective radial / tangential openings 3 can - according to FIG. 4 - be formed on the central body 1 between wedge-shaped profiled end parts 6 which are evenly spaced in the circumferential direction; the end parts 6 could also be described or designed as blade profiles; this is, for example, similar to the way they are known from wedge-shaped diffuser blade profiles, without, however, being intended to form a diffuser here. Otherwise, the end parts could also be described as "wedge-shaped tooth-like". For example, from FIGS.
- the sleeve 4 always encompasses a wedge-shaped end part 3 or profile with two fingers 5 spaced or adjacent in the circumferential direction; in places, in each case between the fingers 5, the sleeve 4 also sits axially displaceably on the outer peripheral surfaces of the end parts 3 or profiles; these outer peripheral surfaces are therefore part of the outer cylindrical peripheral contour of the central body 1 interrupted by the openings 3; this outer "seating" of the sleeve 4 is important in order to ensure that the openings 3 are shut off as perfectly as possible (FIG. 3).
- the fingers 5 or “side walls” of the openings 3 or channels as control bodies which can be displaced axially together with the sleeve 4, on the inside of the sleeve, for example by welding; this can be advantageous when it comes to controlling several adjustable swirl devices simultaneously with one sleeve; and similar or comparable to one l arrangement according to FIG. 9 described later.
- the relevant fingers 5 or “control body” in relation to the arrangement of a burner of a combustion chamber — are angled or bent radially from the downstream outer end face of the sleeve 4.
- the design according to FIGS. 1 to 5 enables - in spite of a variable air flow change from the closed end position (FIG. 3) via intermediate positions, e.g. Fig. 1, up to the complete release (Fig.2) of the breakthroughs 3- an unchanged swirl generation, and thus rotation vortex formation.
- the specified swirl device can, in the outlet-side wall shield, coaxially to a central fuel nozzle, possibly. can be used for the sole quantity-adjustable control for the total or predominant supply of primary air. Together with the adjustable swirl device, the remaining primary air could optionally be supplied locally via special openings in the flame tube, specifically via the outer secondary air duct, between the outer housing of the combustion chamber and the flame tube.
- FIG. 6 illustrates an advantageous burner variant in the combination of a swirl device 7, which can be regulated with regard to the throughput of a part of the radially supplied primary air, in the sense of FIGS. 1 to 5, with a stationary swirl device 8 which is arranged directly axially downstream 9 and connected to a pipe 10 for fuel bent radially upwards.
- the stationary swirl device 8 likewise has radial / tangential openings 11, but for the throughput of a primary air component which remains constant over the entire operating state.
- a radial shielding wall 12 separates the openings 3, 11 axially from one another and, radially / axially bent, sits as a coaxial to the nozzle axis or to the axis 13 of the burner downstream sleeve (Venturi tube) in the direction of the Primary zone 14 continues.
- the swirl devices 7, 8 With an end part 15 which diverges in the direction of the flow, the swirl devices 7, 8 are fixed at the downstream end to the wall parts 16, 17 forming the rear wall of the flame tube 18.
- the openings 3, 11 can be made radially / tangentially in the same direction or in opposite directions in order to impress the respective emerging air currents (arrows L, G) in the same direction of rotation or rotating vortices W, W1 rotating in opposite directions.
- the central body 19 of the burner, on which the sleeve 4 is axially displaceable, is made in several parts in the present case; it consists of ring-like or sleeve-like components 20, 21 flanged together, between which a radial shielding wall 22 with a fuel nozzle 9 is held.
- the already mentioned rounded end part 15 is expanded aerodynamically to the full primary zone cross section with the sections 16, 17 of the rear wall, thermally shielding baffles 22, 23 radially outwards; In this way, an almost non-detachable air distribution via the end part 15 is also achieved on the radially outer part of the primary zone.
- 24 and 25 denote thermally insulating shielding walls or wall parts, inside, on the flame tube 18.
- FIG. 6 On the central body 19, a ring component 26 overlaps the sleeve 4, the sleeve 4 engaging with a pin 27 in a slot 28 of the ring component 26 which runs obliquely to the axis 13 of the burner; a circumferential rotation of the ring member 26 on the central body 19 causes an axial adjustment of the sleeve 4; an arm 29, which projects radially from the ring component 26, pivotably engages via hinge point 29 'on an adjusting ring 30 which is adjustable in the circumferential direction on the outer housing 45 (FIG.
- a portion of the compressor air supplied in the direction of arrow V via a diffuser 31 (FIG. 7) is radially supplied to the swirl devices 7, 8 (FIG. 6) as primary air P via chambers 32, 33 on the head side.
- the arrows B symbolize the fuel injected from the fuel nozzle 9 (spray cone).
- Portions of the supplied fuel B can flow downstream along the inner wall of the sleeve-like part of the shielding wall 12 (vortex film) and, if necessary, evaporate there and be integrated on the air side (L, G); the swirl devices here, for example downstream of the burner in the primary zone 14, produce rotational vortices W, W1; due to the relatively large shear forces that are generated when the two opposing rotational vortices W, W1 flow together, fuel arriving and draining off can be distinctly nebulized at the leading edge or tear-off edge 34 of the sleeve part of the wall 12.
- FIG. 7 embodies a burner design in which the adjustable swirl device 7 is arranged after a first and second swirl device 35 and 36 containing stationary radial / tangential openings.
- the controllable swirl device 7 a substantial proportion of the total primary air to be supplied can be fed to the primary zone 14 in a load-dependent manner in the interest of low-pollutant combustion.
- the arrows G and H, K symbolize the respective throughflow and outflow directions of the relevant primary air fractions - seen from right to left;
- G, H, K primary air fractions supplied under swirl - from outside to inside - decreasing in diameter, e.g. each other produces opposite rotating vortices, into which fuel B supplied via the fuel nozzle 9 is atomized or mist-like and homogeneously integrated.
- the first stationary swirl device 35 is assigned to the fuel nozzle 9 in the direction of the flow.
- An axially radially bent shielding wall 37 between the swirl device Tung 7.36 acts as a carrier of the axially displaceable sleeve 4.
- the Zentra arranged coaxially to the axis 13 of the burner.
- the body of the burner includes - seen from left to right - a sleeve-like component 38, the radial shielding wall 22 on the nozzle side, the swirl devices 35, 36, 7, the shielding wall 37 and the end part 15 which is rounded at the end; this is arranged downstream of the controllable swirl device 7 and at the same time is a means for holding the central body on the wall parts 16, 17 of the flame tube rear wall.
- An axial diffuser for the air V removed on the compressor end side and fed to the combustion chamber is denoted by 31.
- a portion of the air V supplied as primary air P flows into the head end of the combustion chamber via openings 39 in a closure hood 40 of the burner, in order to be fed from there via the chambers 32, 33 to the swirl devices 35, 36, 7.
- the already mentioned radial shielding wall 37 between the swirl devices 36, 7 continues as a stro openly open sleeve 41, which is bent radially outward in the sense of the rounding of the end part 15; a sleeve 42 closest to the fuel nozzle 9 is part of a shielding wall between the swirl devices 35, 36.
- a remaining part of the compressor air V supplied via the axial diffuser 31 flows as secondary air (arrows S) into annular spaces 43, 44, between outer housing walls 45, 46 and flame tube 18 of the combustion chamber in order to, among other things, from there to the flame tube 18 as mixed air (dilution air) and as tertiary air (equalization of the temperature profile and reduction of the temperature at the combustion chamber outlet).
- the ring component 26 is rotatably guided in the circumferential direction with the oblique guide slot 28 (FIG. 8) into which the pin 27 connected to the axially displaceable sleeve 4 projects.
- Positions 29, 29 'and 30 - lever arm articulation point, adjusting ring - of the adjusting system are practically identical to that according to FIG. 6; 7 shows that the adjusting ring 30 is rotatably supported and supported on the outer housing 45 by means of rollers 47 in the circumferential direction.
- FIG. 9 is a variant of the burner, modified in particular in relation to FIG. 6, according to which two adjustable swirl devices 7, 47, which follow one another in the axial direction, are provided on the central body 19; ring bodies of the two swirl devices 7, 47, fingers 5, 48 of an axially displaceable sleeve 4 'engage in the openings 3, 11; the sleeve 4 'is seated on a radial shielding wall 12', with a section widening in a step-like manner, between the axially spaced openings 3, 11, so as to be axially displaceable.
- the sleeve 4 '- as described in relation to FIG. 6 - is axially displaceable on the central body 19 (part 21).
- the sleeve 4 ' is provided with openings 49 which ensure the relevant supply of the primary air portion to the openings 3.
- the entire primary air P or a substantial part of it can be supplied to the primary zone 14 via the two swirl devices 7, 47 depending on the load and for the purpose of combustion that is as low in pollutants as possible.
- a pronounced swirl and rotation vortex formation (see also W, W 1- Fig. 6) is not impaired despite the variably controllable or regulatable primary air supply.
- the exemplary embodiments according to FIGS. 6 to 9 are ring combustion chambers, with several of the burners shown being always distributed uniformly over the circumference on the head side.
- the invention - as described and illustrated - can also be used to advantage in the case of individual combustion chambers (tubular construction) which each have only one burner.
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Abstract
Der Brenner soll am Kopfende einer Brennkammer mindestens eine Brennstoffdüse (9) und mindestens eine für die Zufuhr von Verbrennungsluft lastabhängig regulierbare Dralleinrichtung (7) mit zwischen radialen Wandteilen eines düsenkoaxialen Ringkörpers radialen/tangentialen Durchbrüchen (3) aufweisen, in die über dem Umfang verteilte Finger (5) einer gegenüber dem Ringkörper verstellbaren Hülse eingreifen, dabei soll die Hülse (4) mit den Fingern axial verschiebbar am äußeren Umfang des Ringkörpers angeordnet sein und die Finger sollen jeweils parallel zu axial beabstandeten Wänden der Durchbrüche gegen die zentrale Brennerachse abgewinkelt sein und sich über die gesamte Durchbruchlänge erstrecken. Gegebenenfalls in Kombination mit mindestens einer stationären Dralleinrichtung (8) soll eine an Schadstoffen arme Verbrennung erzielt werden.
Description
Brenner für Gasturbinentriebwerke
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei neuzeitlichen Brennern und Brennkammerauslegungen für Gastur¬ binentriebwerke wird eine an Schadstoffen arme Verbrennung, insbe¬ sondere in der Primärzone der Brennkammer, angestrebt. Die wesent¬ lichen Schadstoffe sind: CO (Kohlenmonoxid) , N0X (Stickoxid), CXHV (unverbrannte Kohlenwasserstoffe) sowie C (Kohlenstoff). Es hat sich gezeigt, daß eine wesentliche Reduzierung aller betreffenden Schadstoffemissionen bei einer vergleichsweise niedrigen Verbren¬ nungstemperatur von < 1900 K in Kombination mit einem vergleichs¬ weise hohen Luftanteil zum zugeführten Brennstoff erreicht wird.
Verhältnismäßig geringe Schadstoffemissionen setzen außerdem u.a.
eine gleichförmige Aufbereitung des der Primärzone zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches sowie einen guten Ausbrenngrad voraus; dieses insbesondere in Kombination mit Brennern, die mit Luftunter¬ stützung als "Niederdrucksysteme" mit hoher Brennstoffzerstäubungs- gute und teilweiser wandseitiger (Brennstoff-Film auf Hülse) und aerodynamischer Brennstoffverdampfung arbeiten. Dabei sollen u.a. örtliche unerwünschte Brennstoffanreicherungen, die zu Rußbildung Anlaß geben könnten, vermieden werden.
Ein derartiger Brenner für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken ist z.B. aus der DE-PS 2442895 bekannt. Der bekannte Brenner weist jedoch ausnahmslos stationäre, also nicht steuerbare Dralleinrich- tungen für die zuzuführende Verbrennungsluft auf; es ist dabei also keinerlei Möglichkeit aufgezeigt, unterschiedliche Betriebszustände, wie Anfahren, Vollast, Leerlauf, Marschflug (stationär) in Bezug auf hierfür notwendige variable Brennstoff-Luft-Durchsätze möglichst Schadstoffarm zu beherrschen.
Aus der DE-OS 2460 740 ist ein Zwei-Zonen-Brennkammerkonzept be- kannt, mit einer an Brennstoff reichen hochtemperaturigen 1. Brennzo¬ ne mit etwa stöchiometrischer Verbrennung und einer dieser axial nachgeschalteten, an brennstoffarmen und niedertemperaturigen, und somit an Schadstoffen möglichst armen 2. oder Hauptverbrennungszone.
Im bekannten Fall liegen lediglich separat für die betreffenden Ver¬ brennungszonen steuerbare Brennstoffeinspritzdüsen vor. Ein im Hin¬ blick auf eine schadstoffarme "kalte" Verbrennung mit Rücksicht auf variable Betriebszustände steuerbare Primärluftzufuhr liegt im be¬ kannten Fall nicht vor. Ferner sind im bekannten Fall keine Drallein- richtungen vorgesehen, mit denen der zuzuführenden Primärluft Rota¬ tionswirbel aufgeprägt bzw. das Brennstoff-Luftgemisch homogen aufbe¬ reitet und eine aerodynamisch stabile Reaktionszone für die Ver¬ brennung aufgebaut werden könnten. Zudem ist ein derartiges Zwei-Zonen-Verbrennungskonzept des bekannte Falles bauaufwendig und
verhältnismäßig teuer und verlangt außerdem ein relativ ausgeprägtes Kammervo1:__neπ bzw. eine große Brennkammerlänge.
Bauaufwendig, technisch komplex sowie störanfällig und teuer sind ferner Bremnkammerkonzepte, die im Interesse einer an Schadstoffen armen Verbrennung eine "variable Kammer-Geometrie" vorsehen, um Verbrennungs- und gegebenenfalls Mischluft über im Querschnitt steuerbare Löcher der Lochreihen zuzuführen, indem Rohrabschnitte des Flammrohrmantels der Brennkammer relativ zueinander in Achs- oder U fangsrichtung verschiebbar sind.
Aus der EP-PS 0251895 ist eine Ringbrennkammer für ein Gastur¬ binentriebwerk bekannt, die am luftzuströmseitigen Kopfende mehrere über dem Umfang verteilte Brenner aufweist; zwecks einer an Schad- Stoffen armen Verbrennnung soll jedem Brenner eine "externe", hin¬ sichtlich der Zufuhr eines Teils der Verbrennungsluft regulierbare oder absperrbare Dralleinrichtung zugeordnet sein; der "externen" Dralleinrichtung kann eine düsenzentrale, axiale feste Wirbeleinrich¬ tung zugeordnet sein; zwischen radialen Wandteilen eines düsen- koaxialen Zentralkörpers ist die "externe" Dralleinrichtung mit ra¬ dialer Zuströmung ausgebildet mit gleichförmig über dem Umfang ange¬ ordneten, schräg angestellten Durchbrüchen. Die Regulierung erfolgt mittels einer außen in Umfangsrichtung am Zentralkörper verdrehbaren Blende; diese weist an über dem Umfang verteilten Öffnungen Finger auf, die der Länge nach zum Teil in die Durchbrüche hineinragen und in Zwischenstellungen der Blende jeweils eine von den Durchbrü¬ chen abweichende Winkelanstellung besitzen. In Zwischenstellungen der Blende, die für die Regulierung maßgeblich sind, erfolgt im bekannten Fall eine Vordrosselung der Luftströmung in Verbindung mit eine die natürliche vorgegebene Geometrie der Durchbrüche störenden aerodyna¬ mischen Beeinflussung; mit anderen Worten wird in der Art einer sich ablösenden Diffusor-Strömung die jeweilige U fangskomponente der Strömung am jeweiligen Austritt eines Durchbruches deutlich abge¬ schwächt, wodurch die erforderliche Drallerzeugung nicht unerheblich
beeinträchtigt wird; dies ist aber ein wesentlicher Nachteil für eine über den gesamten Betriebszustand erforderliche gleichförmige Tur¬ bulenzausbildung und damit einhergehende gleichförmige, stabile sowie an Schadstoffen arme Verbrennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner nach der ein¬ gangs genannten Art (Oberbegriff des Patentanspruchs 1) anzugeben, bei dem mindestens eine Dralleinrichtung den für eine schadstoffarme und homogene Verbrennung betrieblich notwendigen Luftdurchsatz unter Aufrechterhaltung einer stets gleichförmig ausgeprägten Rotationswir¬ bels ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Bei der Erfindung ist es wesentlich und wichtig, daß bei der Dral¬ leinrichtung in allen Zwischenstellungen der axial verschiebbaren Hülse die vorhandene Geometrie der Durchbrüche hinsichtlich radialer tangentialer Durchströmung erhalten bleibt; die Finger bilden prak- tisch jeweils eine mit der Hülse in axialer Richtung mitbewegte seit¬ liche Wand eines Durchbruches aus, die hinsichtlich Umfangsbreit£bzw. Höhe und Länge auf die jeweilige Kanalhöhe und -länge abgestimmt gestaltet ist. Vorzugsweise können die Durchbrüche mithin jeweils einen rechteckigen oder quadratischen oder rhombischen Kanalquer- schnitt ausbilden, wobei die tatsächliche Durchströmung jeweils zwi¬ schen der einen bewegbaren Wand und den örtlich freigelegten statio¬ nären Wandabschnitten der Durchbrüche ausgebildet ist. Die Durch¬ brüche könnten erfindungsgemäß im übrigen auch als Kanäle bzw. Schlitze definiert bzw. ausgebildet werden. Im Wege aufgezeigter Merkmale wird also die DrallStrömung und damit die gewünschte Rota¬ tionswirbelgeometrie, die für eine optimale Aufbereitung des Brennstoff-Luftgemisches mitverantwortlich ist, in verschiedenen Zwischenstellungen nicht beeinträchtigt.
Mit der Dralleinrichtung kann die gesamte oder ein wesentlicher Teil der für eine an Schadstoffen armen Verbrennung benötigten Primärluft zugeführt werden; bei ausschließlich einem regulierbaren Drallkörper wären also die Durchströmkanäle bzw. Durchbrüche hinreichend groß zu bemessen.
In vorteilhafter Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung die Kombina¬ tion mindestens einer Steuer- oder regelbaren Dralleinrichtung, mit einer stationären Dralleinrichtung, die über den gesamten Betriebszu- stand eine konstante Luftzufuhr bereitstellt, wobei die Brennstoff¬ zufuhr je nach Lastzustand variert wird, wobei dann den variablen Betriebszuständen eine Luftzufuhr "überlagert" wird, die in Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände den Luftbedarf hinsichtlich einer an Schadstoffen armen Verbrennung ermöglicht. Der zuletzt genannte Luftbedarf kann z.B. als Funktion betrieblich zunehmender Verbren¬ nungstemperatur und/oder Druckes in der Brennkammer geregelt werden. Die Erfindung schließt die Möglichkeit ein, in bestimmten Triebwerks- zuständen - sowie je nach Auslegung und Einsatzspektrum des Trieb¬ werks - also beim Zünden und Anfahren sowie gegebenenfalls bei ex- tremer Vollast - z. B. stöchiometrisch zu verbrennen und überwiegend, im Marschflugbetrieb, luftreich und demgemäß schadstoffarm zu ver¬ brennen.
Die betreffenden Drall ittel bzw. - einrichtungen können etwa gleich- sinnig oder einander entgegengerichtet zur Brenner- oder Düsenachse rotierende Rotations- bzw. Mischluftwirbel erzeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung (Anspruch 1) finden in den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 17 ihren Niederschlag.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu¬ tert; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer zum Brenner gehörenden regulierbaren Dralleinrichtung in einer Zwischenstellung unter Verdeutlichung radialer/tangentialer Luftdurchströmung der Durchbrüche, teils außen- und innenseitig in Bezug auf einen stromabwärtigen Ringkörper eines Zentralkörpers, bei entsprechender Hülsenstellung, repräsentiert,
Fig. 2 die Perspektivdarstellung der Dralleinrichtung gemäß Fig. 1, jedoch unter Verdeutlichung einer vollständig geöffneten Endstellung der Durchbrüche,
Fig. 3 die Perspektivdarstellung der Dralleinrichtung gemäß Fig. 1 und 2, jedoch unter Verdeutlichung einer vollständig ver¬ schlossenen Endstellung der Durchbrüche,
Fig. 4 eine Perspektivdarstellung der Dralleinrichtung gemäß Fig. 1 bis 3, worin, unter Fortlassung der einer stirnseitigen Endwand des Ringkörpers, die gleichförmig über dem Umfang verteilt angeordneten Profilkörper verdeutlicht sind, die die Durchbrüche ausbilden, in Verbindung mit einer Zwischenstel¬ lung der Hülse nebst Fingern,
Fig. 5 eine Perspektivdarstellung der Dralleinrichtung unter Fort¬ lassung der Stirnwand des Ringkörpers gemäß Fig. 4, jedoch unter Verdeutlichung einer Stellung der Hülse nebst Fingern, in der die Durchbrüche fast verschlossen sind,
Fig. 6 einen Axialschnitt des Brenners in einer ersten Ausführungs¬ form, am stromaufwärtigen Kopfende der Brennkammer nebst teilweise abgebrochen dargestellten Flammrohr- und Gehäus¬ eteilen, worin die erste Brennerausführung in der Kombination einer regulierbaren und einer stationären Dralleinrichtung in Zuordnung zu einer zentralen Brennstoffdüse besteht,
Fig. 7 ein Axialschnitt eines Brenners in einer zweiten Ausführungs¬ form in der Kombination aus zwei stationären Dralleinrich- tungen mit einer diesen nachgeschalteten dritten regulier¬ baren Dralleinrichtung, worin zusätzlich zum Kopfende nach Fig. 6 Außengehäuse und Axialdiffusorabschnitte, teilweise abgebrochen sowie insbesondere Einzelheiten einer Betäti¬ gungseinrichtung der regulierbaren Dralleinrichtung ver¬ anschaulicht sind,
Fig. 8 eine Ansicht des Brenners in Blickrichtung A der Fig. 7, unter weiterer Verdeutlichung der Betätigungseinrichtung und
Fig. 9 einen Axialschnitt eines Brenners in einer dritten Aus- führungsform, worin dem Brenner nebst zentraler Brennstoff¬ düse am stromaufwärtigen Kopfende der Brennkammer zwei regu¬ lierbare Dralleinrichtungen nebst gemeinsam dafür erantwort¬ licher axial verschiebbarer Hülse sowie Einzelheiten der Betätigungsmittel hierfür aufgezeigt sind.
Unter Bezug auf eine geeignete Anordnung bei einem Brenner für die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes veranschaulichen die Fig. 1 bis 5 eine regulierbare Dralleinrichtung; sie weist - in Bezug auf den Anwendungsfall - am stromabwärtigen Ende eines koaxial zur Achse des Brenners oder der Brennstoffdüse angeordneten Zentralkörpers 1 einen Ringkörper 2 mit gleichförmig über dem Umfang verteilten Durch¬ brüchen 3 auf; auf den Zentralkörper 1 sitzt eine axial verschiebbare Hülse 4, die am stromabwärtigen Ende mit vertikal gegen die Brenne¬ rachse abgewinkelten Fingern 5 in die Durchbrüche 3 eingreift. Dabei verlaufen die Finger 5 parallel zu den axial beabstandeten geraden
Wänden der Durchbrüche 3; diese weisen einen durchgehend jeweils hier vier-, insbesondere rechteckigen Querschnitt auf; mit anderen Worten stellen die Finger 5 axial mit der Hülse 4 verfahrbare Wände in den Durchbrüchen 3 dar, um den Durchsatz radial zuzuführender Primärluft
(Pfeile P) zu regulieren (Zwischen-Stellung nach Fig. 1,4 oder 5) bzw. gänzlich abzusperren (Fig.3) bzw. gänzlich freizulegen (Fig.2). Wie dies insbesondere aus Fig. 5 hervorgeht - hier Zwischenstellung der Finger 5 bei fast verschlossenen Durc brüchen 3 - erstrecken sich die Finger 5 über die jeweilige Gesamtlänge eines Durchbruches 5. Die Durchbrüche 3 könnten auch als "Schlitze" umschrieben werden; sie könnten im übrigen auch einen quadratischen oder z.B. rhombischen Querschnitt, jeweils gleicher Form und Größe, über die betreffende Gesamtlänge hinweg aufweisen. Die jeweils radial/tangential ange- stellten Durchbrüche 3 können - gemäß Fig. 4 - zwischen gleichmäßig in Umfangsrichtung mit Abstand angeordneten, keilförmig profilierten Endteilen 6 an dem Zentralkörper 1 ausgebildet sein; die Endteile 6 könnten auch als Schaufelprofile beschrieben bzw. ausgebildet sein; dies z.B. ähnlich der Art, wie sie aus keilförmigen Diffusorschau- felprofilen bekannt sind, ohne hier allerdings einen Diffusor aus¬ bilden zu sollen. Im übrigen könnten die Endteile auch als "keilförmig-zahnartig" umschrieben werden. Z.B. aus Fig. 1, 2 und 5 erkennt man, daß die Hülse 4 mit immer jeweils zwei in Umfangsrich¬ tung beabstandeten bzw. benachbarten Fingern 5 ein keilförmiges End- teil 3 oder Profil umgreift; an Stellen, jeweils zwischen den Fingern 5, sitzt die Hülse 4 also ebenfalls axial verschiebbar auf den äußeren Umfangsflachen der Endteile 3 bzw. Profile auf; diese äußeren Umfangsflachen sind mithin Bestandteile der von den Durchbrüchen 3 unterbrochenen äußeren zylindrischen Umfangskontur des Zentralkörpers l; dieses äußere "Aufsitzen" der Hülse 4 ist wichtig, um ein mög¬ lichst einwandfreies Absperren der Durchbrüche 3 zu gewährleisten (Fig.3).
Erfindungsgemäß wäre es ferner möglich, die Finger 5 oder "Seitenwände" der Durchbrüche 3 bzw. Kanäle, als axial zusammen mit der Hülse 4 verschiebbare Steuerkörper, innen an der Hülse, z.B. durch Verschweißung, anzubringen; dies kann vorteilhaft sein, wenn es darum geht, mehrere regulierbare Dralleinrichtungen gleichzeit mit einer Hülse zu steuern; und zwar ähnlich oder vergleichbar einer
l später noch beschriebenen Anordnung nach Fig. 9.
Beim Ausführungsbeispiel der regulierbaren Dralleinrichtung nach Fig. 1 bis 5 sind die betreffenden Finger 5 oder "Steuerkörper" - in bezug auf die Anordnung eines Brenners einer Brennkammer - vom strom¬ abwärtigen äußeren Stirnende der Hülse 4 radial abgewinkelt bzw. umgebogen. Die Ausbildung nach Fig. 1 bis 5 ermöglicht - trotz va¬ riabler Luftdurchsatzänderung von der geschlossenen Endstellung (Fig. 3) aus über Zwischenstellungen, z.B. Fig. 1, bis hin zur gänzlichen Freigabe (Fig.2) der Durchbrüche 3- eine unveränderte Drallerzeugung, und damit Rotationswirbelbildung.
Die angegebenen Dralleinrichtung kann, in austrittsseitiger Wandab¬ schirmung, koaxial zu einer zentralen Brennstoffdüse, u.U. zur alleinigen mengenmäßig veränderbaren Steuerung für die insgesamt oder überwiegend zuzuführende Primärluft verwendet werden. Zusammen mit der regulierbaren Dralleinrichtung könnte übrige Primärluft gegebe¬ nenfalls über besondere Öffnungen im Flammrohr örtlich zugeführt werden, und zwar über den äußeren Sekundärluftkanal, zwischen dem Außengehäuse der Brennkammer und dem Flammrohr.
Fig. 6. veranschaulicht eine vorteilhafte Brennervariante in der Kombination einer hinsichtlich des Durchsatzes eine Teils radial zugeführter Primärluft regulierbaren Dralleinrichtung 7 im Sinne der Fig. 1 bis 5 mit einer axial unmittelbar nachgeordneten stationären Dralleinrichtung 8. Eine zentral am Brenner angeordnete Brennstoff¬ einspritzdüse ist mit 9 bezeichnet und an eine radial nach oben umge¬ bogene Rohrleitung 10 für Brennstoff angeschlossen. Die stationäre Dralleinrichtung 8 weist ebenfalls radiale/tangentiale Durchbrüche 11 auf, jedoch für den Durchsatz eines über den gesamten Betriebszustand konstant bleibenden Primärluftanteils. Eine radiale Abschirmwand 12 trennt die Durchbrüche 3,11 axial voneinander und setzt sich, radial/axial umgebogen, als koaxial zur Düsenachse bzw. zur Achse 13 des Brenners stromab offene Hülse (Venturi-Rohr) in Richtung auf die
Primärzone 14 fort. Mit einem in Richtung der Strömung divergierend ausgerundeten Endteil 15 sind die Dralleinrichtungen 7,8 am stromab¬ wärtigen Ende an die Rückwand des Flammrohrs 18 bildenden Wandteilen 16,17 festgelegt. Die Durchbrüche 3,11 können gleichsinnig oder ein- ander entgegengerichtet radial/tangential angestellt sein, um der jeweils austretenden Luftströmungen (Pfeile L,G) im gleichen Drehsin¬ ne oder einander entgegengerichtet rotierende Rotationswirbel W,W1 aufzuprägen. Der Zentralkörper 19 des Brenners, auf dem die Hülse 4 axial verschiebbar aufsitzt, ist im vorliegenden Fall mehrteilig ausgeführt; er besteht aus ring- bzw. hülsenartigen, miteinander verflanschten Bauteilen 20,21, zwischen denen eine radiale Ab¬ schirmwand 22, mit Brennstoffdüse 9 gehaltert ist.
Das schon erwähnte ausgerundete Endteil 15 ist mit die Abschnitte 16,17 der Rückwand thermisch abschirmenden Umlenkblechen 22,23 radial nach außen hin aerodynamisch günstig auf den vollen Primärzonen- querschnitt erweitert; auf diese Weise wird eine über das Endteil 15 nahezu ablösungsfreie Luftverteilung auch auf den radial äußeren Teil der Primärzone erreicht. 24 und 25 bezeichnen thermisch isolierende Abschirmwände oder -wandteile, innen, am Flammrohr 18.
Aus Fig. 6 schon entnehmbar und besser zu Fig. 7 und 9 in sinngemäß gleicher Funktion verdeutlicht, sind Einzelheiten des Betätigungs¬ systems für die axiale Hülsenverstellung vorgesehen; hierzu über- greift in Fig. 6, am Zentralkörper 19, ein Ringbauteil 26 die Hülse 4, wobei die Hülse 4 mit einem Stift 27 in einen schräg zur Achse 13 des Brenners verlaufenden Schlitz 28 des Ringbauteils 26 eingreift; eine Umfangsverdrehung des Ringbauteils 26 am Zentralkörper 19 ruft eine AxialVerstellung der Hülse 4 hervor; ein vom Ringbauteil 26 radial auskragender Arm 29 greift schwenkbar über Gelenkpunkt 29' an einen in Umfangsrichtung am Außengehäuse 45 (Fig.8) verstellbar geführten Verstellring 30 an, der einer z.B. motorisch eingeleiteten Verstellbewegung aussetzbar ist.
Ein Teil der in Pfeilrichtung V über einen Diffusor 31 (Fig.7) zuge¬ führte Verdichterluft wird als Primärluft P über kopfseitige Kammern 32,33 den Dralleinrichtungen 7,8 (Fig. 6) radial zugeführt. Die Pfei¬ le B symolisieren den aus der Brennstoffdüse 9 eingespritzten Brenn- stoff (Abspritzkegel). Anteile des zugeführten Brennstoffes B können stromabwärtig an der Innenwand des Hülsenartigen Teils der Ab¬ schirmwand 12 filmartig entlangfließen (Wirbelfilm) und dort gege¬ benenfalls verdampfen und luftseitig (L,G) eingebunden werden; die Dralleinrichtungen erzeugen hier z.B. stromab des Brenners in der Primärzone 14 einander entgegengerichtete Rotationswirbel W,W1; durch die verhältnismäßig großen Scherkräfte, die beim Zusammenströmen der beiden gegenläufigen Rotationswirbel W,W1 erzeugt werden, kann an der U fangs- bzw. Abrißkante 34 des Hülsenteils der Wand 12 ankommender und von dort abfließender Brennstoff ausgeprägt vernebelt werden.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für im wesentlichen gleiche oder kaum veränderte Bauteile verkörpert Fig. 7 eine Brennerausfüh¬ rung, bei der die regulierbare Dralleinrichtung 7 einer ersten und zweiten, stationäre radiale/tangentiale Durchbrüche enthaltenden Dralleinrichtung 35 und 36 nachgeordnet ist. Mit der regulierbaren Dralleinrichtung 7 kann ein wesentlicher Anteil der insgesamt zuzu¬ führenden Primärluft lastabhängig im Interesse einer an Schadstoffen armen Verbrennung der Primärzone 14 zugeführt werden. Symbolisch verkörpern die Pfeile G bzw. H, K die jeweiligen Durch- und Ab- Strömrichtungen der betreffenden Primärluftanteile - von rechts nach links gesehen; gemäß G,H,K unter Drall zugeführter Primärluftanteile werden - von außen nach innen - im Durchmesser abnehmende, z.B. ein¬ ander jeweils entgegengerichtete Rotationswirbel erzeugt, in die über die Brennstoffdüse 9 zugeführter Brennstoff B hochfein bzw nebelartig zerstäubt und homogen eingebunden wird.
Gemäß Fig. 7 ist die - in Richtung der Strömung - erste stationäre Dralleinrichtung 35 der Brennstoffdüse 9 am nächsten zugeordnet. Eine axial radial umgebogene Abschirmwand 37 zwischen den Dralleinrich-
tungen 7,36 fungiert als Träger der axial verschiebbaren Hülse 4. Der koaxial zur Achse 13 des Brenners angeordnete Zentra. örper des Bren¬ ners schließt - von links nach rechts gesehen - ein hülsenartiges Bauteil 38, die düsenseitige radiale Abschirmwand 22 die Drallein- richtungen 35,36,7, die Abschirmwand 37 sowie das endseitig diver¬ gierend ausgerundete Endteil 15 ein; dieses ist stromab der regu¬ lierbaren Dralleinrichtung 7 angeordnet und ist zugleich Mittel zur Halterung des Zentralkörpers an den Wandteilen 16,17 der Flammrohr¬ rückwand. Ein Axial-Diffusor für die verdichterendseitig entnommene und der Brennkammer zuzuführende Luft V ist mit 31 bezeichnet. Über Öffnungen 39 in einer Abschlußhaube 40 des Brenners strömt ein Teil der zugeführten Luft V als Primärluft P in das Kopfende der Brennkam¬ mer ein, um von dort über die Kammern 32,33 den Dralleinrichtungen 35,36,7 zugeführt zu werden. Die schon erwähnte radiale Abschirmwand 37 zwischen den Dralleinrichtungen 36,7 setzt sich als eine stro ab- wärtig offene Hülse 41 fort, die im Sinne der Ausrundung des Endteils 15 radial nach außen umgebogen ist; eine der Brennstoffdüse 9 nächst!iegende Hülse 42 ist Bestandteil einer Abschirmwand zwischen den Dralleinrichtungen 35,36.
Ein übriger Teil der über den Axial-Diffusor 31 zugeführten Ver¬ dichterluft V strömt als Sekundärluft (Pfeile S) in Ringräume 43,44, zwischen Außengehäusewänden 45,46 und Flammrohr 18 der Brennkammer ab, um u.a. von dort dem Flammrohr 18 als Mischluft (dilution air) und als Tertiärluft (Vergleichsmäßigung des Temperaturprofiles und Reduzierung der Temperatur am Brennkammeraustritt) zugeführt zu wer¬ den.
Am hülsenartigen Bauteil 38 des Zentralkörpers des Brenners ist das Ringbauteil 26 in Umfangsrichtung verdrehbar geführt mit dem schrägen Führungsschlitz 28 (Fig.8), in den der mit der axial verschiebbaren Hülse 4 verbundene Stift 27 hineinragt. Positionen 29,29' und 30 - Hebelarm Gelenkpunkt, Verstellring - des VerstellSystems sind mit demjenigen nach Fig. 6 praktisch identisch; aus Fig. 7 erkennt man,
daß der Verstellring 30 mittels Rollen 47 am Außengehäuse 45 in Um¬ fangsrichtung verdrehbar gelagert und abgestützt ist.
Fig. 9 ist eine insbesondere gegenüber Fig. 6 abgewandelte Variante des Brenners, wonach am Zentralkörper 19 zwei in axialer Richtung aufeinander folgende, regulierbare Dralleinrichtungen 7,47 vorgesehen sind; dabei greifen in die Durchbrüche 3,11 betreffender _Ringkörper der beiden Dralleinrichtungen 7,47 Finger 5,48 einer axial ver¬ schiebbaren Hülse 4' ein; dabei sitzt die Hülse 4' mit einem stro ab- wärtig stufenartig erweiteren Abschnitt auf einer radialen Ab¬ schirmwand 12', zwischen den axial beabstandeten Durchbrüchen 3,11, axial verschiebbar auf. Stromaufwärtig sitzt die Hülse 4' - wie zu Fig. 6 beschrieben axial verschiebbar am Zentralkörper 19 (Teil 21) auf.
Am stufenförmig erweiteren Teil ist die Hülse 4' mit Öffnungen 49 ausgestattet, die die betreffende Zufuhr des Pri äluftanteils zu den Durchbrüchen 3 gewährleisten.
Mit der Anordnung nach Fig. 9 kann also die gesamte Primärluft P oder ein wesentlicher Teil derselben über die beiden Dralleinrichtungen 7,47 lastabhängig sowie zwecks einer möglichst an Schadstoffen armen Verbrennung der Primärzone 14 zugeführt werden. Ein ausgeprägte Drall- und Rotationswirbelausbildung (s.h. auch W,W 1- Fig. 6) wird trotz variabel steuerbarer oder regelbarer Primärluftzufuhr nicht beeinträchtigt.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 bis 9 handelt es sich um Ring-Brennkammern, wobei immer mehrere der dargestellten Brenner kopfseitig gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnet sind. Die Erfindung - wie beschrieben und dargestellt- kann sinngemäß auch bei Einzelbrennkammern (Rohrbauweise), die jeweils nur einen Brenner aufweisen, vorteilhaft eingesetzt werden.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Brenner für Gasturbinentriebwerke, bei dem am Kopfende insbe¬ sondere einer Ringbrennkammer mindestens eine Brennstoffdüse (9) und mindestens eine für die Zufuhr von Verbrennungsluft last¬ abhängig regulierbare Dralleinrichtung (7) angeordnet sind, die zwischen Profilen (6) eines düsenkoaxialen Ringkörpers (2) gleich¬ mäßig über dem Umfang verteilte radiale/tangentiale Durchbrüche (3) mit über deren Gesamtlänge konstantem Querschnitt aufweist, in die von außen radial abgewinkelte Finger (5) einer gegenüber dem Ringkörper
(2) verstellbaren Hülse (4) eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Finger (5) über die Hülse (4) axial verschiebbar in die Durchbrüche (3) eingreifen,
- die Finger (5) jeweils parallel zu axial beabstandeten, den maximalen Verstellweg begrenzenden Wänden der Durchbrüche (3), angeordnet sind,
- die Finger (5) hinsichtlich ihrer Breite und Länge auf die Durchbrüche (3) abgestimmt sind, derart, daß in Zwischen¬ stellungen jeder Finger (5) gegenüber der jeweils einen Wand einen über die gesamte Durchbruchlänge konstanten Durch¬ strömquerschnitt einstellt.
_ 5~
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durch¬ brüche (3) rechteckige oder quadratische Querschnitte mit jeweils gleichen Abmessungen aufweisen und mit jeweils gleichmäßiger Umfangsverteilung angeordnet sind.
Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (5) über die Hülse (4) jeweils mitbewegte innere Kanalwände der Durchbrüche
(3) ausbilden und die axial beabstandeten Wandungen der Durchbrüche zugleich Endanschläge der axial verschiebbaren Hülse (4) sind.
4. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (3) zwischen im wesentlichen keilförmig profilierten Endteilen (6) oder Schaufelprofilen des Ringabschnitts ausgebildet sind.
5. Brenner nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die regulierbare Dralleinrichtung (7) enthaltende Ring¬ körper am stromabwärtigen Stirnende eines koaxial zur Düsen- oder Brennerachse (13) angeordneten Zentralkörpers (19) ausgebildet ist, der gegenüber zugeführter Verbrennungsluft axial versperrt ist und auf dem die Hülse (4) axial verschiebbar aufsitzt.
6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (5) am stromabwärtigen Stirnende der Hülse (4) ausgebildet sind, wobei die Hülse (4) mit jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarter Fingern (5) ein keilförmiges Endteil (6) oder Profil umgreift und mit Wandabschnitten, zwischen den Fingern (5), axial verschiebbar auf äußeren Umfangsflächen der Endteile (6) oder Profile angeordnet ist.
7. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekenn¬ zeichnet durch die Kombination mindestens einer hinsichtlich des Luftdurchsatzes steuerbaren bzw. regulierbaren Dralleinrich-
-_£- tung (7) mit mindestens einer weiteren, stationäre radiale/ tan- gentiale Durchbrüche (11) enthaltenden Dralleinrichtung (8) wobei die Dralleinrichtungen im gleichen Drehsinne oder einander ent¬ gegengesetzt rotierende Rotationswirbel (W,W1) erzeugen und je- weils austrittsseitig durch koaxial zur Brenner- oder verlängerten Düsenachse (13) angeordnete Leithülsen (12) mit radialem/ axialem Wandverlauf gegeneinander abgeschirmt sind.
8. Brenner nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinsichtlich eines ersten Primärluftanteils steuerbare oder regu¬ lierbarer Dralleinrichtung (7) am Zentralkörper (19) eine Ab¬ schirmwand (22) mit der Brennstoffdüse (9) aufweist, wobei der regulierbaren Dralleinrichtung (7) eine mit stationären radialen tangentialen Durchbrüchen (11) ausgestattete weitere Dralleinrich¬ tung (8) für die Förderung eines weiteren Primärluftanteils axial nachgeordnet ist und mit einem brenner- oder düsen-koaxialen, in Strömungsrichtung divergierend gerundeten Wandteil (15) in die radial aufgeweitete Primärzone (14) der Brennkammer übergeht und an der Rückwand des Flammrohrs (18) gehaltert ist.
9. Brenner nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichent, daß die steuerbare bzw. regulierbare Dralleinrichtung (7), einer ersten und einer zweiten, stationäre radiale tangentiale Durchbrüche enthaltenden Dralleinrichtung (35,36) nachgeordnet ist und damit einen dritten Primärluftanteil, der hauptsächlich in Richtung auf den radial außen aufgeweiteten Teil der Primärzone (14) abfließt, steuert, wobei die erste stationäre Dralleinrichtung (35) mit ihrem Luftaustritt dem Brennstoffabspritzkegel (B) der Brennstoff- düse (9) am nächsten liegt.
10. Brenner nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichent, daß am
Zentralkörper (19) zwei in axialer Richtung aufeinander folgende, regulierbare Dralleinrichtungen (7,47) vorgesehen sind, wobei in
- 4 - die Durchbrüche (3,11) axial und gegebenenfalls in Umfangsrichtung zueinander versetzte Finger (5,48) der am Zentralkörper (19) axial verschiebbaren Hülse (4') eingreifen, die über den stromauf ersten
Ringabschnitt hinweggeführt und mit Öffnungen (49) für die Zufuhr 5 eines ersten Primärluftanteils in die ersten Durchbrüche ausge¬ stattet ist.
11. Brenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4') mit einem stufenartig erweiterten Abschnitt auf einer 0 radialen Abschirmwand (12') -zwischen den axial beabstandeten Durchbrüchen (3,11) der beiden Dralleinrichtungen (7,47)- axial verschiebbar aufsitzt.
12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die 5 Abschirmwand (12') hülsenförmig -zwischen den Austrittsbereichen der Durchbrüche (3,11) beider Dralleinrichtungen (7,47) mit radial/axial umgebogenem Wandverlauf sowie, koaxial zur Brenner¬ bzw, verlängerten Düsenachse
(13) fortsetzt.
^ 13. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die am weitesten stromabwärtig angeordnete Drall¬ einrichtung (47) mit einem brenner- oder düsen-koaxialen, in Strömungsrichtung divergierend gerundeten Wandteil (15) in den radial aufgeweiteten Teil des Flammrohrs (18) übergeht und an _ dessen Rückwand (16,17) festgelegt ist.
14. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralkörper (19) mehrteilig, aus ring- und hülsenartigen Bauteilen (20,21) zusammengesetzt ist.
15. Brenner nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die axiale Verstellung der Hülse (4) am stromaufwärtigen Ende des Zentralkörpers (19) ein Ring bauteil (26) koaxial zur Achse (13) des Zentralkörpers oder des
- H-
Brenners in Umfangsrichtung verstellbar geführt ist und mindestens eine schräg zu einer der genannten Achsen (13) angeordnete Schlitzführung (28) aufweist, in die ein Stift (27) der Hülse (4) eingreift, wobei ein am Außengehäuse (45) der Brennkammer in Umfangsrichtung verdrehbar gelagerter Verstellring (30) mit einem Verstellhebel (29) des Ringbauteils (26) gelenkig gekoppelt ist.
16. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4,4') als Funktion einschlägiger Triebwerksparameter lastabhängig' verstellbar ist.
17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (4;4'), und damit die Primärluftzufuhr über die Durchbrüche (3 bzw. 3,11) als Funktion örtlich gemessener Drücke und/oder Tempe¬ raturen in der Brennkammer Steuer- oder regelbar ist.
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| JP50495092A JP3150971B2 (ja) | 1991-03-30 | 1992-02-27 | ガスタービン機関のための燃焼器 |
| US08/122,493 US5490378A (en) | 1991-03-30 | 1992-02-27 | Gas turbine combustor |
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Publications (1)
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