DE1118535B

DE1118535B - Flammrohr fuer Gasturbinen-Brennkammern

Info

Publication number: DE1118535B
Application number: DEU6592A
Authority: DE
Inventors: George Reeder Benson
Original assignee: United Aircraft Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1959-03-31
Filing date: 1959-10-19
Publication date: 1961-11-30
Also published as: US2951339A; GB887829A; FR1238089A

Description

Das Flammrohr nach der Erfindung enthält einen Außen- und einen Innenmantel, die am Einströmende durch eine Ringscheibe miteinander verbunden sind. Die Ringscheibe enthält eine zu dem Außenmantel konzentrische Reihe von Brennstoffdüsen, und durch die Mittelöffnung der Ringscheibe strömt Luft in den Innenmantel und durch diesen hindurch in den Brennraum.

Die Verbrennung erfolgt somit in dem Brennraum, der ringförmig von dem Außenmantel und dem Innenmantel des Brennergehäuses eingeschlosen wird.

Bei einem Brennergehäuse der oben beschriebenen bekannten Bauart ist das strömungsabwärts liegende Ende des inneren Mantels geschlossen, so daß die in den Innenmantel eintretende Luft durch die in diesem vorgesehenen seitlichen Öffnungen in den Brennraum einströmen muß. Bei einer solchen Ausführung, bei der das strömungsabwärts liegende Ende des inneren Mantels geschlossen ist, wird dieses verhältnismäßig schnell zerstört, da in dem Flammrohr eine hohe Temperatur herrscht und die stark beanspruchten Stellen unzureichend gekühlt werden.

Bei einem anderen bekannten Flammrohr ist das strömungsabwärts liegende Ende des inneren Mantels offen. Die durch dieses offene Ende in den Brennraum eintretende Luft kühlt den Innenmantel an dieser Stelle und erhöht deshalb dessen Lebensdauer.

Die Erfindung geht nun noch einen Schritt weiter und versieht das offene Ende des inneren Mantels mit einer Luftverwirbelungseinrichtung. Beim Durchtritt der Kühl- und Verbrennungsluft durch diese Verwirbelungseinrichtung wird der Wärmeübergang und die Abfuhr der Wärme von dem Innenmantel des Flammrohres auf die Kühlluft verbessert.

Zusätzlich zu der an sich bekannten Aufgabe, die mit Luftverwirbelungseinrichtungen gelöst wird, nämlich die Vermischung zwischen Brennstoff undPrimär-Verbrennungsluft zu verbessern, wird durch die Anordnung der Verwirbelungseinrichtung gemäß der Erfindung im strömungsabwärts liegenden offenen Ende des inneren Mantels erreicht, daß der Innenmantel an dieser Stelle ausreichend gekühlt wird. Die durch die Flügel der Verwirbelungseinrichtung umhergeschleuderte Luft erfaßt und bestreicht auch die weiter ab Hegenden Stellen des Innenmantels und kühlt diese ausreichend.

Der Innenmantel ist in bekannter Weise kürzer als der Außenmantel. Hierdurch wird erreicht, daß die Abgase beim Austritt aus dem Flammrohr in die Turbine über ihrem gesamten Querschnitt eine gleichmäßige Temperatur aufweisen. Bei etwa gleich langem Innenmantel und Außenmantel hätten die Abgase in Flammrohr für Gasturbinen-Brennkammern

Anmelder:

United Aircraft Corporation,
East Hartford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Berkenfeld, Patentanwalt,
Köm-Lindenthal, Universitätsstr. 31

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 31. März 1959 (Nr. 803 175)

George Reeder Benson, East Hartford, Conn.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

der Mitte wegen der durch den Innenmantel zentrisch zugeführten Luft eine niedrigere Temperatur.

Als Luftverwirbelungsemrichtung ist bei der Erfindung in an sich bekannter Weise ein Kranz von Wirbelflügeln vorgesehen. Diese Wirbelflügel bewirken, daß die durch sie durchtretende Luft auch auf entferntere Teile des Flammrohres geschleudert wird und diese kühlt.

In der Luftverwirbelungseinrichtung ist zentrisch ein geschlossenes Teil angeordnet, das als strömungsabwärts konvergierende Kappe ausgebildet sein kann. Der durchtretenden Luft wird dadurch ein strömungsgünstiges Profil geboten, und diese tritt nur am Umfang der Verwirbelungseinrichtung aus, von wo sie auf Grund der dort durch die Wirbelflügel hervorgerufenen höheren Umfangsgeschwindigkeit leichter auf die verschiedenen Stellen des Flammrohres auftreffen kann.

Als Beispiel für die Erfindung zeigt die Zeichnung eine Ausführung des Flammrohres. Dabei ist:

Fig. 1 ein Schnitt durch ein Brennergehäuse und

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Luftverwirbelungseinrichtung.

Das Brennergehäuse besteht aus einem Außenmantel 2 und einem konzentrisch dazu liegenden Innenmantel 4. Die Mäntel sind an ihrem strömungsauf wärts liegenden Ende durch eine Kappe 6 miteinander verbunden, die in Form einer Kreisscheibe zwischen ihnen liegt. Das hintere Ende des Innenmantels 4 ist

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offen. Mehrere Brennstoffdüsen 8 liegen in Öffnungen 10 der Kappe 6, und der aus diesen Düsen austretende Brennstoff strömt in den durch die beiden Mantel begrenzten ringförmigen Raum 12. In diesem Raum verbrennt das Brennstoff-Luft-Gemisch.

Das Brennergehäuse liegt in einer unter Überdruck stehenden Kammer, so daß die unter Druck stehende Luft in im allgemeinen axialer Richtung um das Brennergehäuse herum und in die durch den Mantel 4 begrenzte zentrische Luftzuführung 14 strömt. Die Verbrennungsgase werden vom Brennerraum auf das Übergangsstück 16 weitergeleitet, das am hinteren Ende des Außenmantels 2 angebracht ist. Dieses Über_r gangsstück ist an seinem oberen Ende 18 zylindrisch ausgebildet und auf den Mantel 2 aufgesteckt, während es an seinem hinteren Ende 20 segmentförmig ist.

Zwecks Zufuhr von Luft in den Brennraum 12 bestehen Innen- und Außenmantel aus kurzen, konischen und sich überlappenden Ringen, die Luftdurchlässe 22 offenlassen. Erfindungsgemäß sind im Unterstromende des Innenmantels 4 mehrere Wirbelflügel 24 angeordnet. Diese Flügel werden von einem mit dem Mantel 4 verbundenen äußeren Ring 26 gehalten. Die inneren Enden der Wirbelflügel 24 sind mit einem kappenförmigen Mittelstück 28 verbunden und halten dieses. Der Scheitel dieser Kappe ist nach hinten gerichtet, so daß der durch die Wirbelflügel 24 durchtretenden Luft ein strömungsgünstiges Profil dargeboten wird. Diese geschlossene Kappe begrenzt den durch das Ende des Mantels 4 durchtretenden Luftstrom, so daß die gesamte in den Brennraum durch das Ende des Mantels eintretende Luft über die Wirbelflügel strömen muß. Man erkennt weiter, daß bei der gewählten Anordnung der Mantel 4 in Strömungsrichtung gesehen vor dem hinteren Ende des Außenmantels 2 endet.

Durch den Eintritt der Luft in den Brennraum durch das Ende des Mantels 4 wird sie wirksam und gleichmäßiger mit den Verbrennungsgasen gemischt. Die durch das segmentförmige Ende 20 in die Turbine einströmenden heißen Gase werden deshalb auf ihrer gesamten Fläche eine praktisch gleiche Temperatur aufweisen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Flammrohr für Gasturbinen-Brennkammern ίο mit einem Außen- und einem Innenmantel, die am Einströmende durch eine Ringscheibe miteinander verbunden sind, die eine zu dem Außenmantel konzentrische Reihe von Brennstoffdüsen trägt und durch deren Mittelöffnung Luft in den Innenmantel und durch diesen hindurch in den Brennraum strömt, wobei das strömungsabwärts liegende Ende des inneren Mantels offen ist, da durch gekennzeichnet, daß das Ende des inneren Mantels (4) mit einer Luftverwirbelungseinrichtung (24) versehen ist.

2. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel (4) in bekannter Weise kürzer als der Außenmantel (2) ist.

3. Flammrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Luftverwirbelungseinrichtung in an sich bekannter Weise ein Kranz von Wirbelflügeln (24) vorgesehen ist.

4. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein geschlossenes, zentrisch in der Luftverwirbelungseinrichtung (24) angeordnetes Teil (28).

5. Flammrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (28) als strömungsabwärts konvergierende Kappe ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 670 092;
USA.-Patentschrift Nr. 2 676 460.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen