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Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Brennkammerreparatur oder -herstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 12.
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In der Brennkammer einer Gasturbine wird Treibstoff unter hoher Luftzufuhr entzündet. Diese gesteuerte Verbrennung erfolgt bei sehr hohen Temperaturen.
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Werden die Brennkammerwände nicht ausreichend gekühlt, oder ist die Flammengeometrie ungünstig, kann es zu Verbrennungen der Brennkammerwände, insbesondere zum Abplatzen von Keramikschutzschichten und dem Schmelzen oder verstärkten Oxidieren oder Sulfidieren der Brennkammerwand kommen. Solche unerwünschten Verbrennungen können einen vorzeitigen Ausbau und eine Reparatur der Brennkammer bedingen, was mit hohen Kosten verbunden ist. Außerdem kann der thermodynamische Wirkungsgrad durch derartige Verbrennungen reduziert werden, wodurch in der Regel mehr Treibstoff verbraucht wird.
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Derartige unerwünschte Verbrennungen der Brennkammerwände können dadurch verursacht werden, dass die zur Kühlung der Brennkammer eingesetzte Luftkühlung lokal aufgehoben wird bzw. deutlich in ihrer Wirkung vermindert wird.
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Wie es zu so einer lokalen Schwächung der Brennkammerkühlung kommen kann, soll unter Zuhilfenahme der 1 und 8 veranschaulicht werden. Die 1 zeigt eine Brennkammer 6 einer Gasturbine. Die Außenwandung 7 und die Innenwandung 8 umschließen den Brennkammerinnenraum 5. Zur Kühlung der Auskleidung sind Wandströmungen 1 vorgesehen. Quer zu diesen Wandströmungen 1 wird über Einlassöffnungen 4 Luft mit hohem Druck in die Brennkammer 6 eingeführt, um den Sauerstoff für die Verbrennung bereitzustellen. Die Luft dieser einströmenden Luftsäule 2 wird auch als Verbrennungsluft bezeichnet. Die Strömungsverhältnisse an einer Einlassöffnung 4 sind in einer anderen Perspektive beispielhaft in der 8 dargestellt. Es ist zu erkennen, wie die Wandströmungen 1 eine kreisförmige Einlassöffnung 4, durch die die Luftsäule 2 in den Brennkammerinnenraum 5 geblasen wird, umströmen. Strömungsabwärts, hinter der Einlassöffnung 4, bilden sich Verwirbelungen 3 aus.
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In diesem Wirbelbereich ist die Wandströmung 1 in der Kühlwirkung beeinträchtigt und dadurch entsprechend die Wärmeabfuhr reduziert bzw. der Wärmeeintrag erhöht, wodurch es zu den beschriebenen nachteiligen Verbrennungen der Brennkammerwände, insbesondere an Teilbereichen der Außen- und Innenwandung 7, 8 kommen kann.
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Der Schadensmechanismus lässt sich demnach derart zusammenfassen, dass durch die Verwirbelungen nach den Einlassöffnungen der Verbrennungsluft der Brennstoff bzw. die Flamme mehr Wärme in die Wandung einträgt, als in anderen Bereichen. Dadurch versagen hier die Werkstoffe, Risse entstehen und/oder es kommt zu Oxidation und/oder Sulfidation mit nachfolgender Ablösung von Material. Zum Teil wird die Standzeit/Funktion der Brennkammer hierdurch derart verschlechtert, dass beispielsweise Flugzeugtriebwerke in Folge dieser Verschlechterungen ausgebaut werden müssen. Durch die reduzierte Nutzungszeit und/oder reduzierte Wirkungsgrade der Strömungskraftmaschine kommt es zum Teil zu erheblichen wirtschaftlichen Einbußen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer bereitzustellen, bei der verbesserte Strömungsverhältnisse vorliegen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren zur Brennkammerreparatur oder -herstellung bereitzustellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Brennkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Brennkammerreparatur oder -herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Brennkammer für eine Gasturbine mit einem Brennkammerinnenraum, in dem zugeführter Treibstoff entzündet wird, sowie einer Außenwandung und einer Innenwandung, welche den Brennkammerinnenraum umgeben, vorgeschlagen, wobei die Außen- und/oder Innenwandung Einlassöffnungen aufweisen, über die der Verbrennung Sauerstoff zugeführt wird und wobei die Geometrie mindestens einer Einlassöffnung so eingerichtet ist, dass sie sich in mindestens einer Raumrichtung weiter erstreckt als in einer dazu senkrechten Raumrichtung.
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Die Raumrichtung, in der sich die Einlassöffnung weiter erstreckt, wird im Folgenden als Haupterstreckungsrichtung L bezeichnet. Die darauf senkrecht stehende Raumrichtung wird als Nebenerstreckungsrichtung B bezeichnet. Die Haupterstreckungsrichtung L ist die Raumrichtung, in der die Einlassöffnung die größte Erstreckung aufweist, in der sie am längsten ist. Verdeutlicht wird dies in der 5, die an späterer Stelle beschrieben wird.
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Unter den Raumrichtungen der Einlassöffnungen sind dabei die Richtungen zu verstehen, welche in der Ebene senkrecht zu dem Strömfaden der die Einlassöffnung durchströmenden Verbrennungsluft liegen. Demnach beziehen sich die Raumrichtungen auf den von der Verbrennungsluft durchströmten Querschnitt und dessen Geometrie.
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Vorzugsweise ist die Länge der Haupterstreckungsrichtung L mindestens einer Einlassöffnung größer als 5 mm, bevorzugt größer als 10 mm. Vorzugsweise ist die Länge der Nebenerstreckungsrichtung B mindestens einer Einlassöffnung größer als 3 mm, vorzugsweise größer als 6 mm. Die Größe der Einlassöffnungen ist von Bedeutung, da die oben beschriebenen Probleme bei größeren Einlassöffnungen aufgrund der umfangreicheren Verwirbelung stärker ausgeprägt sind. Somit wirkt sich eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse bei größeren Einlassöffnungen verstärkt positiv aus.
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Einlassöffnungen im Sinne der Erfindung sind nur solche Einlassöffnungen, die die Luft bzw. den Sauerstoff für die Verbrennung zuführen. Die daneben bei manchen Brennkammern auch vorgesehenen – deutlich kleineren – Kühlluftöffnungen, die hauptsächlich zur Kühlung von Brennkammerbauteilen, beispielsweise zur Erzeugung von Wandströmungen bzw. Filmkühlungen, eingesetzt werden und bestenfalls nur einen vernachlässigbaren Anteil an der Sauerstoffzufuhr leisten, sind keine Einlassöffnungen im Sinne dieser Erfindung. Darüber hinaus strömt die Luft aus Kühlluftöffnungen nach Austritt aus den Kühlluftöffnungen nahe an der zu kühlenden Oberfläche, wohingegen die Luft aus Einlassöffnungen, auch „Dilution holes” genannt, bis tief in den Brennkammerinnenraum hinein strömt.
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Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkammer liegt darin begründet, dass der Verlauf der Wandströmungen derart vorteilhaft beeinflusst werden kann, dass es nicht zu den beschriebenen schadhaften Verbrennungen der Brennkammerwandungen kommen kann bzw. dass derartige Verbrennungen vermindert werden können. Erreicht wird dies durch eine Verbesserung der Strömungsverhältnisse, insbesondere der Wandströmungsverhältnisse im Bereich von Einlassöffnungen.
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Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Geometrie der Einlassöffnungen wird unmittelbar die Geometrie der einströmenden Luftsäule vorteilhaft ausgestaltet, da diese naturgemäß von der Geometrie der Einlassöffnung abhängt. Zur strömungsgünstigen Ausformung werden hierbei vorzugsweise solche Geometrien eingesetzt, die eine stationäre Wirbelschleppe hinter der Einlassöffnung im wandnahen Bereich verhindern. Derartige vorteilhafte Geometrien sind beispielsweise in der 6 dargestellt, die an späterer Stelle beschrieben wird. Bevorzugt sind rauten-, dreieck-, drachen- und tropfenförmige Geometrien sowie asymmetrische bzw. unregelmäßige Geometrien. Weiter bevorzugt sind Geometrien, bei denen die Kanten abgerundet sind. Einlassöffnungen mit derartigen Geometrien weisen erhöhte Resistenz gegen Rissbildung auf. Die abgerundeten Kanten führen weitergehend zu einer Auffächerung der eingeführten Strömung, was im Einzelfall eine positive Beeinflussung der Flammenausbildung nach sich ziehen kann.
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Vorzugsweise weist mindestens eine Einlassöffnung ein Verhältnis von Haupterstreckungsrichtung L zu Nebenerstreckungsrichtung B auf, welches in einem Bereich zwischen 1,2:1 bis 40:1 liegt. Bevorzugt ist ein Bereich zwischen 1,4:1 bis 20:1, weiter bevorzugt ist ein Bereich zwischen 1,6:1 bis 10:1. Durch derart gestaltete Einlassöffnungen können die schadhaften Wirbel deutlich reduziert werden.
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Vorzugsweise ist mindestens eine Einlassöffnung ellipsenförmig ausgeführt. Unter ellipsenförmig sind dabei Geometrien zu verstehen, die einer Ellipse ähneln bzw. eine Ellipse darstellen, aber keine Kreise bzw. im Wesentlichen kreisförmige Geometrien. Ellipsenförmig kann dabei beispielsweise auch olivenförmige Geometrien mit umfassen. Bei einer olivenförmigen Geometrie sind die Bereiche zweier gegenüberliegender Scheitelpunkte deutlich abgeflacht und weniger rund. Dadurch weicht die Olivenform etwas von der idealen elliptischen Geometrie ab, sie ist aber dennoch ellipsenförmig. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Geometrie der mindestens einen Einlassöffnung in Richtung ihrer Haupterstreckungsrichtung L verändert. Durch ellipsenförmige Einlassöffnungen bzw. Einlassöffnungen, die eine ellipsenförmige Geometrie aufweisen, können die Strömungsverhältnisse weiter vorteilhaft beeinflusst werden.
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Vorzugsweise verläuft die Haupterstreckungsrichtung L mindestens einer Einlassöffnung im Wesentlichen parallel zur Strömungsmittelachse. Diese Einlassöffnungen werden im Folgenden als Typ A bezeichnet.
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Zusätzlich zu den beschriebenen Vorteilen kann durch die erfindungsgemäße Brennkammer die Vermischung der Verbrennungsluft und Treibstoff während der Verbrennung erhöht werden.
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Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Haupterstreckungsrichtung L' mindestens einer Einlassöffnung im Wesentlichen quer zur Strömungsmittelachse verläuft. Derartige Einlassöffnungen werden im Folgenden mit Typ B bezeichnet. Einlassöffnungen, deren Haupterstreckungsrichtung quer zur Strömungsmittelachse verläuft – Typ B – führen zu erhöhten Verwirbelungen. Wie bereits beschrieben, können sich solche Verwirbelungen an manchen Stellen negativ auf die Bauteile auswirken, beispielsweise Verbrennungen der Bauteilwandungen verursachen. Es kann jedoch an bestimmten Positionen – vorzugsweise an solchen, die weniger anfällig für Verbrennungen sind – vorteilhaft sein, die Stärke der Verwirbelungen gezielt zu erhöhen. Eine solche Verstärkung der Verwirbelungen kann zur verbesserten Vermischung der Verbrennungsluft mit dem eingesetzten Treibstoff bzw. Brennstoff führen.
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Vorzugsweise sind zusätzlich zu Einlassöffnungen, deren Haupterstreckungsrichtung L im Wesentlichen parallel zur Strömungsmittelachse verläuft, weitere Einlassöffnungen vorgesehen, deren Haupterstreckungsrichtung L' zu der Haupterstreckungsrichtung L der ersten Einlassöffnungen in einem Winkel zwischen 60 bis 120°, vorzugsweise in etwa 90° steht. Durch Einsatz verschiedener Winkel und/oder Geometrien können speziell abgestimmte Strömungsverhältnisse eingestellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die jeweils gewählten Einlassöffnungen mit speziellen Geometrien über den kompletten Umfang äquidistant verteilt sind und für verschiedene ringförmig aufgeteilte Abschnitte der Brennkammer jeweils eine Art von Öffnung vorgesehen ist.
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Vorzugsweise schließt sich an einen Abschnitt mit Typ A Einlassöffnungen ein Abschnitt mit Typ B Einlassöffnungen an. Weiter vorzugsweise schließt sich daran wiederum ein Abschnitt mit Typ A Einlassöffnungen an.
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Vorzugsweise ist einströmende Luft durch das Durchströmen mindestens einer Einlassöffnung mit einem Drall versehbar.
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Erreicht wird dies vorzugsweise dadurch, dass der Querschnitt mindestens einer Einlassöffnung über den Verlauf der Öffnungstiefe verändert wird, vorzugsweise durchläuft der Querschnitt eine Drehung. Beispielsweise ist die Einlassöffnung an der luftausströmenden Seite im Verhältnis zur lufteinströmenden Seite gedreht. Dies stellt eine weitere Ausprägung, den Typ C von Einlassöffnungen dar. Die austretende Luftsäule weist hier einen Drall auf und verwirbelt im Brennkammerinnenraum stark, wodurch der Treibstoff überdurchschnittlich gut mit der Luft durchmischt wird, was die Verbrennung begünstigt. Der Unterschied zu Typ B liegt darin begründet, dass der Typ C nur Verwirbelungen in der Mitte der Brennkammer erzeugt, an den Brennkammerwänden führt der Typ C – wie der Typ A – zu einer reduzierten Wirbelschleppe der Wandströmungen. Einlassöffnungen des Typs C kombinieren damit die vorteilhafte Wirbelreduzierung im Wandbereich – den Typ A – mit der verbesserten Verbrennung durch erhöhte Verwirbelungen in dem Bereich der Brennkammerflamme – den Typ B –, wobei durch den zusätzlichen Drall die gezielt erzeugten Verwirbelungen und damit die Verbrennung noch weiter verbessert werden kann.
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Durch den vom Typ C erzeugten Drall werden zusätzlich Verwirbelungen in der Brennkammermitte erzeugt. Somit wird der Treibstoff schneller und besser verbrannt und die Flamme verkürzt, was insbesondere für die sich anschließende Hochdruckturbine vorteilhaft ist, da diese durch zu langsame und lange Verbrennung geschädigt werden kann. Bei einer langsamen bzw. langen Verbrennung kann die Flamme bis ans Ende der Brennkammer bzw. nahe an die Hochdruckturbine heranragen und dort die Bauteile schädigen.
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Dieses bekannte Problem der Schädigung von Hochdruckturbinenbauteilen kann neben der Verbesserung der Strömungsverhältnisse an den Brennkammerwandungen zusätzlich durch die Erfindung reduziert werden.
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Vorzugsweise ist ein Abschnitt mit Einlassöffnungen des Typs C vor und/oder hinter einem Abschnitt mit Einlassöffnungen des Typs A angeordnet. Bevorzugt ist er zwischen zwei Abschnitten des Typs A angeordnet.
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Durch die Verbesserung der Durchmischung von Sauerstoff und Treibstoff kann die Effizienz der Gasturbine insgesamt erhöht werden, wodurch Emissionen reduziert und Treibstoff gespart werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Verfahren zur Brennkammerreparatur oder -herstellung vorgeschlagen, wobei im Zuge der Reparatur oder Herstellung Einlassöffnungen einer Brennkammer derart ausgestaltet werden, dass sie eine Geometrie mit den beschriebenen Merkmalen aufweisen. Beim Herstellungsverfahren kann eine Brennkammer direkt mit den speziell geformten Einlassöffnungen ausgestattet werden, beispielsweise durch Bohrungen, Laserschneiden, oder im Zuge eines Gußverfahrens. Bei dem Verfahren zur Brennkammerreparatur können Brennkammern, die beispielsweise nur kreisförmige Einlassöffnungen aufweisen, im Nachhinein so modifiziert werden, dass sie die weiterentwickelten Einlassöffnungen aufweisen. So können beispielsweise Bohrungen aufgeweitet werden, um aus kreisförmigen Einlassöffnungen ellipsenförmige Einlassöffnungen zu erlangen. Durch Schneidprozesse können die Geometrien der Einlassöffnungen ebenfalls entsprechend verändert werden.
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Somit ist es möglich, eine Brennkammer, die sich bereits im Einsatz befunden hat, im Rahmen der regelmäßig durchgeführten Überholung mit den verbesserten Einlassöffnungen zu versehen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkammer nach dem Stand der Technik,
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2 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammer,
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3 eine Teilansicht einer Brennkammeraußenwandung mit erfindungsgemäßen Einlassöffnungen,
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4 das Strömungsverhalten an einer ellipsenförmigen Einlassöffnung des Typs A,
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5 das Strömungsverhalten an einer asymmetrischen Einlassöffnung des Typs A,
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6 Einlassöffnungen mit unterschiedlichen vorteilhaften Geometrien,
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7 das Strömungsverhalten an einer Einlassöffnung des Typs B mit der Geometrie einer abgerundeten Raute,
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8 das Strömungsverhalten an einer Einlassöffnung nach dem Stand der Technik.
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In der 1 ist die Brennkammer 6 einer Gasturbine dargestellt. Dabei kann es sich um eine stationäre oder um eine für ein Luftfahrzeug vorgesehene Gasturbine handeln. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine typische Brennkammer 6 aus einem Flugzeugtriebwerk.
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Die Brennkammer 6 weist einen Brennkammerinnenraum 5 auf, welcher von einer Innenwandung 8 und einer Außenwandung 7 umgeben ist. zwischen den beiden Wandungen auf Höhe der Strömungsmittelachse 12 befindet sich eine Treibstoffzuführung 9, über den der für die Verbrennung benötigte Treibstoff eingelassen wird.
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Die Außen- und Innenwandung
7,
8 weisen kreisförmige Einlassöffnungen
4 auf, über die der Verbrennung unter hohem Druck (ca. 30 bis 40 bar) Luft zugeführt wird. Quer zu dieser einströmenden Verbrennungsluft sind Wandströmungen
1 vorgesehen, um die Brennkammerwände zu kühlen. Eine derartige Brennkammer mit kreisförmigen Einlassöffnungen ist beispielsweise in der Druckschrift
GB 2 465 853 A beschrieben.
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Zur Verdeutlichung der Probleme, die bei derartigen Brennkammern 6 auftreten können, soll an dieser Stelle die bereits eingangs vorgestellte 8 beschrieben werden. In der 8 ist eine kreisförmige Einlassöffnung 4 dargestellt, durch die Verbrennungsluft als Luftsäule 2 in den Brennkammerinnenraum 5 hineinströmt und die von den beschriebenen Wandströmungen 1 umströmt wird. Strömungsabwärts hinter der Luftsäule 2 bzw. der Einlassöffnung 4 bilden sich – verursacht durch das Umströmen der Einlassöffnung bzw. der Luftsäule 2 – Verwirbelungen 3 aus, die mit den beschriebenen Einbußen der Kühlleistung und den sich daraus ergebenden schadhaften Konsequenzen verbunden sind.
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Diese negativen Effekte können durch die in der 2 dargestellte Brennkammer 6 unterbunden bzw. zumindest reduziert werden. Zur Verdeutlichung der Geometrien und Ausrichtungen der Einlassöffnungen 4 ist die Darstellung der Brennkammer 6 mit den Einlassöffnungen 4 vereinfacht und nicht maßstabsgetreu. Verbrennungsluft 11 strömt über die Einlassöffnungen 4 in die Brennkammer 6. Die Wandwinkel 10 der Einlassöffnungen 4 können dabei so eingestellt werden, dass die Verbrennungsluft 11 in vorteilhaften Winkeln in die Brennkammer 6 strömt. Außerdem ist die Geometrie der Einlassöffnungen nicht kreisförmig, sondern es werden verschiedene nicht-kreisförmige Einlassöffnungen vorgesehen. In einem ersten Abschnitt weisen die Einlassöffnungen 4 eine tropfenförmige 43 Geometrie auf. In einem dritten Abschnitt weisen die Einlassöffnungen 4 eine asymmetrische 45 Geometrie auf. In beiden Abschnitten sind demnach Typ A Einlassöffnungen vorgesehen.
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In einem dazwischen liegenden zweiten Abschnitt weisen die Einlassöffnungen 4 eine ellipsenförmige 40 Geometrie auf. Die Besonderheit an dem zweiten Abschnitt ist, dass es sich um einen Brennkammerabschnitt mit Einlassöffnungen des Typs C handelt, die Geometrie bzw. die Ausrichtung der Einlassöffnungen 4 also über die Tiefe der Einlassöffnung 4 nicht konstant ist. An der Innenseite der Brennkammerwand, also der Seite, die dem Brennkammerinnenraum 5 zugeordnet ist, ist die Ausrichtung – ähnlich wie im ersten und dritten Abschnitt – im Wesentlichen parallel zur Strömungsmittelachse 12. Im Gegensatz dazu ist an der Außenseite der Brennkammer 6 die Geometrie derselben Einlassöffnungen um ca. 90° gedreht, was zur Folge hat, dass die Verbrennungsluft beim Durchströmen dieser Einlassöffnungen 4 verdrallt wird.
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Eine solche Außenseite einer Brennkammer 6 ist in der 3 dargestellt. In diesem Beispiel handelt es sich um die Außenwandung der Brennkammer 6. Es sind drei Abschnitte dargestellt, die hintereinander angeordnet sind. Im ersten Abschnitt sind tropfenförmige 43 Einlassöffnungen 4 vorgesehen, im zweiten Abschnitt ellipsenförmige 40 Einlassöffnungen 4 und im dritten Abschnitt haben die Einlassöffnungen 4 die Geometrie einer abgerundeten Raute 48a.
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Die 4 und 5 zeigen beide den vorteilhaften Effekt von Einlassöffnungen 4, bei denen die Haupterstreckungsrichtung L im Wesentlichen parallel zur Strömungsmittelachse 12 verläuft. Aufgrund der Tatsache, dass sich einzelne Segmente der Brennkammerwandung überlappen und die Außen- und Innenwandung insgesamt in Strömungsrichtung bei manchen Brennkammern leicht konisch zulaufen, können gewisse Winkelunterschiede zwischen Haupterstreckungsrichtung L und Strömungsmittelachse 12 auftreten, so dass diese nicht exakt parallel, sondern nur im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Bei einer Verlängerung ihrer Richtungen durch gedachte Linien, läge ein Treffpunkt der gedachten Linien außerhalb des Brennkammerinnenraums 5.
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Es bleibt jedoch festzuhalten, dass die unter Umständen bei manchen Brennkammern vorhandenen Winkelunterschiede zwischen Haupterstreckungsrichtung L und Strömungsmittelachse 12, wodurch beide nicht – oder auch im Wesentlichen nicht – parallel zueinander verlaufen, für das Wesen der Erfindung nicht von Bedeutung sind.
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Die Nebenerstreckungsrichtung B steht somit vorzugsweise quer zur Strömungsmittelachse 12. Dargestellt ist eine ellipsenförmige 40 Einlassöffnung 4 in der 4 und eine asymmetrische 45 Einlassöffnung 4 in der 5. Die Wandströmung 1 umströmt jeweils die Einlassöffnung 4 bzw. die durch die Einlassöffnung 4 durchströmende Luftsäule 2, ohne dass dabei Verwirbelungen 3 auftreten. Die Abströmluft 3a ist weniger turbulent und somit wird die Kühlwirkung der Wandströmung 1 nicht verringert.
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In der 6 sind weitere vorteilhafte Geometrien dargestellt. Die Einlassöffnungen 4 können beispielsweise rautenförmig 48, dreieckig 41, drachenförmig 42, kartoffelförmig 44, olivenförmig 40a oder tropfenförmig 43 sein. Daneben können auch hausförmige 46, pfeilförmige 47 oder asymmetrische 45 Geometrien vorteilhaft sein. Zur Minimierung von Kanten können beispielsweise abgerundete Rauten 48a oder abgerundete Dreiecke 41a als Einlassöffnungsgeometrie vorgesehen werden. Allen Geometrien ist gemein, dass sie sich mindestens in einer Raumrichtung weiter erstrecken als in einer dazu senkrechten Raumrichtung. Das Verhältnis aus Haupterstreckungsrichtung L zu Nebenerstreckungsrichtung B ist hier vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1,2:1 bis 40:1.
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In der 7 ist eine Einlassöffnung 4 mit der Geometrie einer abgerundeten Raute 48a dargestellt. In diesem Fall ist die Haupterstreckungsrichtung L' im Wesentlichen quer zur Strömungsmittelachse 12. Dies hat zur Folge, dass die anströmende Luft hinter der Einlassöffnung 4 verstärkt Verwirbelungen 3 aufweist.
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Wie bereits beschrieben, können diese Verwirbelungen 3 die Vermischung aus Verbrennungsluft 11 und Treibstoff erhöhen. Allerdings ist dies in der Regel nicht für Bereiche nahe an den Brennkammerwandungen vorteilhaft, sondern für Bereiche, die nahe am Zentrum der Verbrennungsflamme liegen. Dafür ist vorzugsweise ein Abschnitt mit Einlassöffnungen 4 des Typs C vorgesehen, bei dem gleichzeitig die Verwirbelungen 3 in Wandungsnähe reduziert und im zentralen Brennkammerinnenraum erhöht werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wandströmung
- 2
- Luftsäule
- 3
- Verwirbelungen
- 3a
- Abströmluft
- 4
- Einlassöffnung
- 5
- Brennkammerinnenraum
- 6
- Brennkammer
- 7
- Außenwandung
- 8
- Innenwandung
- 9
- Treibstoffzuführung
- 10
- Wandwinkel
- 11
- Verbrennungsluft
- 12
- Strömungsmittelachse
- 40
- ellipsenförmig
- 40a
- olivenförmig
- 41
- dreieckförmig
- 41a
- abgerundetes Dreieck
- 42
- drachenförmig
- 43
- tropfenförmig
- 44
- kartoffelförmig
- 45
- asymmetrisch
- 46
- hausförmig
- 47
- pfeilförmig
- 48
- rautenförmig
- 48a
- abgerundete Raute
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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