DE1123868B

DE1123868B - Combustion chamber, especially for gas turbines

Info

Publication number: DE1123868B
Application number: DESCH24638A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Masch-Ing Hermann Bleuler
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1958-08-26
Filing date: 1958-08-28
Publication date: 1962-02-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen, mit kurzem, im wesentlichen axial durchströmtem Flammrohr, an dessen eintrittsseitigem Ende eine Brennstoffdüse mit Primärluftzutritt liegt, sowie mit einem Außenmantel und einem zwischen diesem und dem Flammrohr liegenden Ringkanal, durch welchen Sekundärluft als Kühlluft von der Eintrittsseite in den der Brennstoffdüse im wesentlichen abgelegenen Mischraum des Flammrohres durch zwei im austrittsseitigen Teil dessen Mittelbereiches axial nebeneinanderliegende Lochreihen des Flammrohres als Sekundärlufteintrittsöffnungen mit radial zur Flammrohrachse verlaufenden Lochachsen und mit je Reihe untereinander gleich großen Löchern ausströmt, von denen die eintrittsseitig gelegenen kleiner als die austrittsseitig gelegenen sind.The invention relates to a combustion chamber, in particular for gas turbines, with a short, essentially axially flowed through flame tube, at the inlet end of which a fuel nozzle with primary air inlet lies, as well as with an outer jacket and an annular channel lying between this and the flame tube, by which secondary air is essentially used as cooling air from the inlet side into that of the fuel nozzle remote mixing space of the flame tube by two in the outlet-side part of its central area axially adjacent rows of holes in the flame tube as secondary air inlet openings Hole axes running radially to the flame tube axis and with holes of the same size in each row flows out, of which those on the inlet side are smaller than those on the outlet side.

Bei einer bekannten Brennkammer ähnlicher Ausführung weist der Ringkanal mehrere relativ kurze, in Strömungsrichtung jeweils diffusorartig erweiterte Abschnitte auf, die untereinander über im wesentliehen ringscheibenförmige, mit Durchtrittsöffnungen für die Sekundärluft versehene Zwischenwände verbunden sind. Dieser Konstruktion liegt der Gedanke zugrunde, die Sekundärluft an verschiedenen Stellen des Mischraumes im wesentlichen in axialer Richtung der Brennkammer in den Mischraum. einführen zu können, was zwangläufig zu den durch ihre Kürze allerdings nur wenig diffusorartig wirksamen Erweiterungen des äußeren Ringkanals führte. Nachteilig ist bei dieser Ausführung, daß die Mischluft wegen des gegenüber der axialen Richtung nur kleinen Eintrittswinkels einen verhältnismäßig langen Weg benötigt, bis sie mit den Flammengasen vermischt ist, weshalb die nach diesem System arbeitenden Brennkammern im Verhältnis zu ihrem Durchmesser recht lang gebaut sein müssen.In a known combustion chamber of a similar design, the annular channel has several relatively short, in the direction of flow in each case diffuser-like widened sections, which essentially about each other annular disk-shaped partition walls provided with passage openings for the secondary air are. This construction is based on the idea that the secondary air is in different places of the mixing chamber essentially in the axial direction of the combustion chamber into the mixing chamber. introduce to can, which inevitably leads to the extensions, which due to their brevity, have only a little diffuser-like effect of the outer ring canal. The disadvantage of this design is that the mixed air because of the requires a relatively long path compared to the axial direction only with a small entry angle, until it is mixed with the flame gases, which is why the combustion chambers work according to this system must be built quite long in relation to their diameter.

Es ist bei einer anderen, der eingangs genannten ebenfalls ähnlichen Brennkammerausführungen bereits bekanntgeworden, den austrittsseitigen Teil des Flammrohres konisch verjüngt auszubilden und die Sekundärlufteintrittsöffnungen entlang dem ganzen verjüngten Flammrohrteil gleichmäßig, etwa wie eine Perforation, zu verteilen. Ein das Flammrohr umgebender Außenmantel ist bei diesem Vorschlag lediglich im Schnitt offenbart. Selbst wenn man annimmt, daß der Außenmantel das Flammrohr konzentrisch umgibt, so bleibt doch nachteilig, daß die in den Mischraum des Flammrohres schon zu Beginn der dann gebildeten diffusorartigen Erweiterung eintretende Sekundärluft, die in dem vor der konischen Verjüngung des Flammrohres befindlichen äußeren Ringkanal noch eine erhebliche axiale Geschwindig-This is already the case with another combustion chamber design that is similar to the one mentioned at the beginning has become known to form the outlet-side part of the flame tube tapered and the Secondary air inlet openings along the entire tapered flame tube part evenly, roughly like one Perforation, to distribute. An outer jacket surrounding the flame tube is only required in this proposal revealed in the cut. Even if it is assumed that the outer jacket is concentric with the flame tube surrounds, it remains disadvantageous that the in the mixing chamber of the flame tube already at the beginning of then formed diffuser-like expansion entering secondary air, which in the front of the conical Tapering of the flame tube located outer ring channel still a considerable axial speed

Anmelder:Applicant:

SchweizerischeSwiss

Lokomotiv- und Maschinenfabrik,
Winterthur (Schweiz)Locomotive and machine factory,
Winterthur (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10Representative: Dipl.-Ing. R. Beetz, patent attorney,
Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Dipl.-Masch.-Ing. Hermann Bleuler,Dipl.-Masch.-Ing. Hermann Bleuler,

Zollikon, Zürich (Schweiz)
ist als Erfinder genannt wordenZollikon, Zurich (Switzerland)
has been named as the inventor

keit und einen entsprechend geringen Druck aufweist, durch die radialen Öffnungen nur mit verhältnismäßig kleinem Druck eintreten und deshalb nicht bis in den Mittelbereich des Mischraumes eindringen kann. Anderseits wird sich auch der Massenabstrom der Sekundärluft durch die ersten Sekundärlöcher des konisch verjüngten Teils in einer starken Verzögerung der axialen Luftgeschwindigkeit auswirken, wodurch trotz der relativ schlanken Ausbildung der Flammrohrverjüngung eine Ablösung der Strömung vom perforierten konischen Flammrohrteil kaum zu verhindern ist. Es kann also auch von dem durch die weiter austrittsseitig gelegenen Eintrittsöffnungen durchströmenden Sekundärluftstrom nicht erwartet werden, daß er bis in den Mittelbereich des Mischraumes vordringt. Eine wirksame Durchmischung des Mischraumes mit Sekundärluft ist deshalb auch hier nur mit einer genügend langen Flammrohrausbildung erzielbar.speed and a correspondingly low pressure, through the radial openings only with relatively low pressure and therefore cannot penetrate into the middle area of the mixing chamber. On the other hand, the mass outflow of the secondary air through the first secondary holes of the conically tapered part in a strong deceleration of the axial air velocity, causing despite the relatively slim design of the flame tube taper, a separation of the flow from the perforated conical flame tube part can hardly be prevented. So it can also be from the one through the Secondary air stream flowing through inlet openings further on the outlet side not expected that it penetrates into the central area of the mixing chamber. An effective mixing of the Mixing space with secondary air is therefore only here with a sufficiently long flame tube formation achievable.

Bei einer anderen, der eingangs genannten Ausführung entsprechend bekannten Brennkammer weist das Flammrohr zwar nur eine einzige durchlöcherte, etwa ringscheibenförmig nach außen ragende Wand auf, die sich im austrittsseitigen Bereich des Mischraumes befindet, wodurch der ganze Mittelbereich des Flammrohres bis zu dieser Wand konisch eingezogen ist. Vor der genannten Wand befinden sich im Flammrohr zwei axial nebeneinanderliegende Lochreihen mit je Reihe untereinander gleich großen Löchern, von denen die eintrittsseitig gelegenen kleiner als die austrittsseitig gelgenen sind. Die Sekundärluft kann also außer etwa axial durch die Löcher der genanntenIn another known combustion chamber, corresponding to the embodiment mentioned at the outset, this has The flame tube only has a single perforated wall protruding outwards in the shape of a ring, which is located in the outlet-side area of the mixing chamber, whereby the entire central area of the flame tube is drawn in conically up to this wall. In front of the said wall are located in the flame tube two axially adjacent rows of holes with holes of the same size per row, from those on the inlet side are smaller than those on the outlet side. So the secondary air can except approximately axially through the holes of said

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Hierdurch kann die aus den größeren Löchern unter der Einwirkung des durch den Diffusor erhöhten Druckgefälles und unter dem Schutz der aus den kleineren Löchern vorgelagerten Sekundärluft in den 5 Mischraum einströmende weitere Sekundärluft besonders schnell, d. h. auf einem besonders kurzen axialen Weg, bis zur Hammrohrachse vordringen.This allows the holes from the larger holes to be increased under the action of the diffuser Pressure gradient and under the protection of those from the smaller ones Secondary air in front of the holes in the mixing space, especially additional secondary air fast, d. H. on a particularly short axial path, penetrate to the hammer tube axis.

Andere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der erfindungs-Other embodiments of the invention relate to further structural details of the invention

Druck der Sekundärluft nur gering ist und diese nur langsam — auf einem entsprechend langen axialen Weg — in den zentralen Mittelbereich des Mischraumes gelangen kann.Pressure of the secondary air is only low and this only slowly - on a correspondingly long axial Way - can get into the central middle area of the mixing room.

Schließlich ist auch schon eine von der letztgenannten etwas abgewandelte Brennkammerausführung bekanntgeworden, bei der der Außenmantel der konischen Einschnürung des Flammrohres nicht folgtFinally, a combustion chamber design that is somewhat modified from the latter has already become known, in which the outer jacket of the conical Constriction of the flame tube does not follow

Wand auch durch die beiden davor befindlichen Lochreihen in zunächst etwa radialer Richtung in den Mischraum einströmen. Abgesehen davon, daß auch hier noch ein beträchtlicher Anteil der Sekundärluft in nahezu axialer Richtung in den Mischraum eintritt, ist weiterhin nachteilig, daß durch die Formgebung des den Ringkanal einschließenden Brennkammermantels auch im Bereich der beiden Lochreihen kein größerer Ringkanalquerschnitt als anWall also through the two rows of holes in front of it in an initially approximately radial direction into the Flow into the mixing chamber. Apart from the fact that here, too, a considerable proportion of the secondary air enters the mixing chamber in an almost axial direction, is further disadvantageous that due to the shape of the combustion chamber jacket enclosing the annular channel also in the area of the two rows of holes no larger ring channel cross-section than on

dessen engster Querschnittsstelle vorhanden ist, wes- io gemäßen Brennkammer.the narrowest cross-section of which is present, which is why a combustion chamber according to the present invention.

halb der an diesen Lochreihen zur Verfugung stehende Es ist bei Brennkammern zwar schon bekannthalf of those available at these rows of holes is already known for combustion chambers

geworden, an aus dem äußeren Ringkanal in den Mischraum führenden Löchern des Flammrohres noch ein kleines Ansatzstück etwa düsenförmig radial 15 oder tangential in das Flammrohrinnere vorspringen zu lassen, um die Sekundärluft in das Flammrohr radial möglichst bis in die Kernströmung zu führen. Bei anderen bekannten Brennkammern werden an Stelle der düsenförmigen Führungen nach innen sichbecome, at holes in the flame tube leading from the outer ring channel into the mixing chamber a small extension piece protruding radially 15 or tangentially into the interior of the flame tube in the form of a nozzle in order to guide the secondary air into the flame tube radially as far as possible into the core flow. In other known combustion chambers, instead of the nozzle-shaped guides, inwardly

und deshalb der dortige Ringquerschnitt in Strö- ao nach außen in den Ringkanal zwischen Flammrohr mungsrichtung zunimmt. Bei dieser Ausführung weist und Außenmantel erstreckende, gegen den Strom gedas Flammrohr in seinem konisch verengten Mittel- richtete rinnenförmige Leitkanäle vorgesehen. Abgebereich jedoch überhaupt keine Löcher für den Ein- sehen von dem damit verbundenen Aufwand an zutritt von Sekundärluft auf und ist in diesem Bereich sätzlichen wärmegefährdeten und Druckverlust verurstatt dessen mit äußeren ringförmigen Rippen ver- as sachenden Teilen ist dabei der Ringkanal in Strösehen. Infolgedessen würde hier eine wirksame Ver- mungsrichtung statt erweitert gerade verengt, so daßand therefore the ring cross-section there in flow to the outside into the ring channel between the flame tube direction increases. In this version, the outer jacket has an extending against the current gedas Flame tube is provided in its conically narrowed central direction, channel-shaped guide channels. Discharge area however, no holes at all for the view of the effort involved secondary air and additional heat endangered and pressure loss is caused in this area the parts of which with outer annular ribs are the annular channel in Strösehen. As a result, an effective direction of flow would be narrowed instead of widened, so that

ein wirksames Vortreiben der Sekundärluft bis tatsächlich in den zentralen Flammrohrbereich, wie es nunmehr durch die erfindungsgemäße diffusorartige 30 Erweiterung des Ringkanals und die weiteren genannten Maßnahmen erreicht ist, mit diesen ganz anderen bekannten Maßnahmen mangels eines wirklichen Überdruckes der einströmenden Sekundärluft gegenüber dem Flammrohrinneren mindestens zweifelsetzungen in einfacher und doch betriebssicherer Weise 35 haft erscheint, eine gute Durchmischung der Flammengase mit Se- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel desan effective propulsion of the secondary air into the central flame tube area, like it now through the diffuser-like 30 expansion of the annular channel according to the invention and the others mentioned Measures is achieved with these completely different known measures in the absence of a real one The overpressure of the incoming secondary air compared to the inside of the flame tube at least raises doubts appears in a simple and yet reliable manner 35 adhesive, a good mixing of the flame gases with Se- In the drawing is an embodiment of the

kundärluft zu sichern. Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigtto secure secondary air. Subject of the invention shown. It shows

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im we- Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer,According to the invention, the problem posed is in FIG. 1 a longitudinal section through a combustion chamber,

sentlichen dadurch gelöst, daß der Ringkanal im vor- Fig. 2 einen Querschnitt nach der Schnittlinie H-IIsentlichen solved in that the ring channel in the front Fig. 2 shows a cross section along the line H-II

deren Teil seines Mittelbereiches als an sich bekann- 40 der Fig. 1, ter, glattwandiger, sekundärlufteintrittsöffnungsfreier Fig. 3 eine Einzelheit.whose part of its central area is known per se- 40 of Fig. 1, ter, smooth-walled, secondary air inlet opening free Fig. 3 shows a detail.

Diffusorabschnitt ausgebildet ist und der sich an diesen Die zu einer Gasturbinenanlage gehörende Brennglatt anschließende hintere Teil des genannten Mittel- kammer besitzt ein Flammrohr 1 mit Verbrennungsbereiches in an sich bekannter Weise zugleich diffusor- raum 2 und Mischraum 3, eine Düse 4 für flüssigen artig erweitert ist und die Lochreihen der Sekundär- 45 oder gasförmigen Brennstoff, einen diese Teile konlufteintrittsöffnungen aufweist. zentrisch umschließenden Mantel 5 sowie einen Zu-Diffuser section is formed and the Brennglatt belonging to a gas turbine system is attached to these The adjoining rear part of said central chamber has a flame tube 1 with a combustion area in a manner known per se, at the same time diffuser space 2 and mixing space 3, a nozzle 4 for liquid Is widened like a pattern and the rows of holes of the secondary 45 or gaseous fuel, one of these parts konlufteintrittsöffnungen having. centrically enclosing jacket 5 as well as a supply

Bei einer solchen Ausführung der Brennkammer führungskanal 6, der die zur Verbrennung und Kühkann sich die diffusorartige Erweiterung des das lung notwendigen Luftmengen von einem nicht dar-Flammrohr umgebenden Ringraumes im ersten Teil gestellten Verdichter und zwischengeschalteten Appader Erweiterung in einem vorteilhaften Druckaufbau 50 raten heranfuhrt.In such an embodiment of the combustion chamber guide channel 6, which can be used for combustion and cooling the diffuser-like expansion of the necessary air volume from a non-dar-flame tube surrounding annulus in the first part placed compressor and intermediate appader Expansion in an advantageous pressure build-up 50 advises approaching.

der Sekundärluft auswirken, woraufhin der nunmehr Der Zuführungskanal 6 ist in einen oberen undthe secondary air, whereupon the now The supply channel 6 is in an upper and

durch die Eintrittsöffnungen in den Mischraum ein- einen unteren Kanal verzweigt. Der obere Kanal 6 a tretenden Sekundärluft ein erhöhtes Druckgefälle zur ist z. B. für das Brenngas oder den ersten Primär-Verfügung steht, durch welches sie in den Mischraum luftanteil bestimmt, der über das Umlenkschaufelauf einem nur kurzen axialen Weg schnell bis zur 55 gitter 7 durch die Drallschaufehl 8 und durch die Flammrohrachse eindringen und sich intensiv mit den Verengung des Schirmes 9 hindurch in die unrnittel-Brenngasen vermischen kann. Vorteilhaft ist weiter- bare Nähe des Brennstoffdüsenendes 4 a geführt wird, hin, daß die Mittel, mit denen die angestrebte gute Hier beginnt die Verbrennung des zerstäubten Brenn-Durchmischung erreicht wird, gegenüber den zur Er- stoffes oder des Brenngases, wobei die starke Wirbelzielung einer schnellen Durchmischung früher üb- 60 bildung eine für die Stabilität der Flamme erwünschte liehen Mitteln, z. B. nach der zentralen Achse der Rückströmung im zentralen Bereich des ersten Brennkammer hin gerichteten Leitblechen, Rohr- Brennraumteiles la erzeugt.branches through the inlet openings into the mixing chamber into a lower channel. The upper channel 6 a secondary air entering an increased pressure gradient is z. B. is available for the fuel gas or the first primary, through which it determines the proportion of air in the mixing chamber, which quickly penetrate via the deflection vane an only short axial path up to the 55 grille 7 through the twist vane 8 and through the flame tube axis and intensely with it the constriction of the screen 9 can mix into the medium fuel gases. It is advantageous to move closer to the fuel nozzle end 4 a, so that the means with which the desired good combustion of the atomized fuel mixing is achieved compared to the fuel or the fuel gas, whereby the strong vortex aiming is achieved a rapid mixing earlier training a desired for the stability of the flame borrowed means, z. B. after the central axis of the return flow in the central region of the first combustion chamber directed baffles, pipe combustion chamber part la is generated.

stücken od. dgl., auch sehr einfach, unempfindlich und Der Hauptteil der Primärluft strömt dem Flammin der Wartung anspruchslos sind. rohr zusammen mit der Sekundärluft durch denpieces or the like, also very simple, insensitive and the main part of the primary air flows to the flame maintenance is undemanding. pipe together with the secondary air through the

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Er- 65 unteren Kanal 6 b zu, der als spiralförmig gewundenes findung ist die Zahl der eintrittsseitigen, kleineren Eintrittsrohr 12 gestaltet ist. Dieses Spiralrohr ist Löcher doppelt so groß wie die Zahl der austritts- über den oberen Teil des Flammrohres gestülpt, so seitigen, größeren Löcher der beiden Lochreihen. daß durch seine Anwesenheit die Gesamthöhe derAccording to a preferred embodiment of the ER 65 lower channel 6 b, the wound as spiral invention, the number of incident side smaller inlet tube is designed 12th This spiral tube has holes twice as large as the number of exits placed over the upper part of the flame tube, so-sided, larger holes of the two rows of holes. that by his presence the total height of the

mischung der Sekundärluft mit den Flammengasen eine noch längere Ausführung des Mischraumes als bei der zuvor genannten Brennkammerausführung erfordern.mixing of the secondary air with the flame gases requires an even longer design of the mixing space than in the aforementioned combustion chamber design.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, auch bei Brennkammern, die eine im Verhältnis zu ihrem Durchmesser nur kurze Baulänge aufweisen, trotz der an sich ungünstigeren Voraus-In contrast, the invention is based on the object, even in combustion chambers, which have a ratio have only a short overall length compared to their diameter, despite the inherently less favorable

Brennkammer nur unwesentlich vergrößert wird. Es ermöglicht aber dennoch einen strömungstechnisch günstigen Übertritt in das obere freie Ende des Mantels 5. Durch passende Bemessung des oberen Endes des Dosierungsringes 13 wird der in den Mantel 5 eintretende Luftstrom richtig in die Anteile für Primär- und Sekundärluft unterteilt. Die Primärluft strömt dann durch die Löcher 14 nach dem Verbrennungsraum 2 a Combustion chamber is only slightly enlarged. However, it still allows a fluidically favorable transition into the upper free end of the shell 5. By suitably dimensioning the upper end of the metering ring 13, the air flow entering the shell 5 is correctly divided into the proportions for primary and secondary air. The primary air then flows through the holes 14 to the combustion chamber 2a

Die Sekundärluft strömt durch den Ringkanal 15 dem. Mischraum 3 zu. Der Ringkanal ist als Diffusor ausgebildet, indem das Flammrohr in diesem Teil kegelig geformt ist. Obschon das eigentliche Hammrohr la verhältnismäßig kurz ist, indem beim gewählten Ausführungsbeispiel das Verhältnis von Diffusorlänge L zum kleinsten Durchmesser D nur etwa 1,5 beträgt, erfolgt die Zunahme des Querschnittes in Strömungsrichtung sanft, so daß sich die Strömungsenergie mit gutem Wirkungsgrad in eine Druckerhöhung umwandeln kann. Anderseits befindet sich der engste Querschnitt des Diffusors und damit die größte Strömungsgeschwindigkeit neben der heißesten Zone des Flammrohres, was zu einer erhöhten Kühlwirkung an dieser Stelle beiträgt. Im unteren Teil des Flammrohres sind in nur zwei Reihen und auf den Umfang verteilt wenige große Öffnungen 16,17 in der Flammrohrwand vorgesehen, durch welche Sekundärluft in das Flammrohr strömt. Dabei bietet die wiedergewonnene Druckenergie die Möglichkeit, die Beschleunigung der Sekundärluftstrahlen in radialer Richtung besonders intensiv zu gestalten. Da gleichzeitig die axiale Zuströmgeschwindigkeit im Diffusor stark abgenommen hat, kann nur noch eine ganz untergeordnete Ablenkung der in das Flammrohr eintretenden Sekundärluftstrahlen in axialer Richtung erfolgen, so daß der angestrebte Effekt — nämlich die innige Vermischung der Verbrennungsluft mit den Sekundärgasen bei möglichst geringer axialer Kammerlänge — in der angestrebten einfachen Weise erreicht wird. Die öffnungen 17 der zweiten, abströmseitigen Reihe sind größer als diejenigen, 16, der ersten Reihe, und ihnen ist eine Öffnung der ersten Reihe vorgelagert. In der ersten Reihe sind doppelt so viele öffnungen wie in der zweiten Reihe vorgeshen, z. B. acht und vier. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß bei Verwendung von sechs bzw. drei Eintrittsöffnungen die Durchmesserverhältnisse (I₁ZD₀ in den Grenzen von 0,1 bis 0,2 bzw. d₂/D₀=0,2 bis 0,3 liegen, wobei mit d_t der Durchmesser der Eintrittsöffnungen der ersten, mit d₂ der zweiten Reihe und mit D₀ der Innendurchmesser des Mantels 5 bezeichnet ist. Besonders gute Resultate ergeben sich auch bei Verwendung von acht bzw. vier Eintrittslöchern 16 und 17, wenn die Verhältnisse von dJD₀ = 0,08 bis 6,16 und d₂/D₀=0,16 bis 0,25 betragen. Da die Achsen der Löcher 16, 17 angenähert radial liegen, können die Sekundärluftstrahlen unter der Einwirkung des durch den Diffusor erhöhten Druckgefälles bei der gewählten Anordnung am besten bis zur Flammrohrachse eindringen. Es kommt damit nicht nur eine gute Durchmischung der heißen Verbrennungsgase mit Kühlluft zustande, sondern es stellt sich auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung über den ganzen Flammrohrquerschnitt ein. Die so vermischten Brenngase strömen durch das nach unten erweiterte Austrittsrohr 18 und das Verbindungsrohr 19 nach der Gasturbine weiter.The secondary air flows through the annular channel 15 to the. Mixing room 3 closed. The ring channel is designed as a diffuser in that the flame tube is conically shaped in this part. Although the actual Hammrohr la is relatively short, in that in the selected embodiment the ratio of diffuser length L to smallest diameter D is only about 1.5, the cross-section increases gently in the direction of flow, so that the flow energy is converted into a pressure increase with good efficiency can. On the other hand, the narrowest cross-section of the diffuser and thus the greatest flow velocity is next to the hottest zone of the flame tube, which contributes to an increased cooling effect at this point. In the lower part of the flame tube, a few large openings 16, 17 are provided in the flame tube wall in only two rows and distributed around the circumference, through which secondary air flows into the flame tube. The recovered pressure energy offers the possibility of making the acceleration of the secondary air jets particularly intense in the radial direction. Since at the same time the axial inflow velocity in the diffuser has decreased significantly, only a very minor deflection of the secondary air jets entering the flame tube can take place in the axial direction, so that the desired effect - namely the intimate mixing of the combustion air with the secondary gases with the smallest possible axial chamber length - is achieved in the intended simple manner. The openings 17 of the second, downstream row are larger than those 16, of the first row, and an opening of the first row is upstream of them. In the first row there are twice as many openings as in the second row, e.g. B. eight and four. It has been found to be useful that when using six or three inlet openings, the diameter ratios (I ₁ ZD _{0 are} within the limits of 0.1 to 0.2 and d ₂ / D ₀ = 0.2 to 0.3 , where d _t denotes the diameter of the inlet openings of the first row, d _{2 of} the second row and D ₀ denotes the inner diameter of the jacket 5. Particularly good results are also obtained when using eight or four inlet holes 16 and 17, if the Ratios of _{dJD 0} = 0.08 to 6.16 and d ₂ / D ₀ = 0.16 to 0.25. Since the axes of the holes 16, 17 are approximately radial, the secondary air jets under the action of the diffuser can With the selected arrangement, it is best to penetrate up to the flame tube axis due to the increased pressure gradient. This not only results in good mixing of the hot combustion gases with cooling air, but also a uniform temperature distribution over the entire flame tube cross-section n fuel gases continue to flow through the downwardly widened outlet pipe 18 and the connecting pipe 19 after the gas turbine.

In konstruktiver Hinsicht weist das Flammrohr einige Besonderheiten auf. Es besteht aus drei einzelnen, senkrecht zur Achse begrenzten Stoßen 13, la und 18, die lose aneinanderliegen und durch Federdruck gegeneinandergedrückt werden. Dies ermöglicht ihnen, sich unabhängig voneinander auszudehnen. Die hierzu verwendete Feder 20 befindet sich in einem Gehäuse 21, das auf dem Lufteintrittskanal 6 a befestigt ist. Sie drückt die Hülse 22 nach unten, und diese leitet die Federkraft über den Drallschaufelring 8 nach dem bei 23 geführten Rohr 24 und nach den drei Flammrohrstößen weiter.In terms of construction, the flame tube has some special features. It consists of three individual joints 13, 1 a and 18 delimited perpendicular to the axis, which lie loosely against one another and are pressed against one another by spring pressure. This allows them to expand independently of each other. The spring 20 used for this purpose is located in a housing 21 which is attached to the air inlet duct 6 a. It pushes the sleeve 22 downwards, and this transfers the spring force via the swirl vane ring 8 to the pipe 24 guided at 23 and after the three flame pipe joints.

Das Flammrohr ist in axialer Richtung durch federnd nachgiebige, am Außenmantel befestigte Halteglieder geführt. Die oberen Führungsglieder bestehen aus vier auf den Umfang verteilten Stahllamellen 25, die an ihren oberen Enden am Rohr 5 befestigt sind und an ihren unteren Enden ein Zäpfchen 26 tragen, das in den Ringraum hineinragt und sich federnd gegen das Flammrohr legt. Die unteren Halteglieder bestehen aus vier Stahllamellen 27, die am Rohrstoß 18 befestigt sind (Fig. 3). Ihr oberes Ende ist hakenförmig ausgebildet und legt sich an ein entsprechend ausgebildetes und am Mantel 5 befestigtes Gegenstück 28. Auf diese Weise übernehmen die abströmseitigen Führungsglieder zugleich die axiale Abstützung.The flame tube is attached to the outer jacket in the axial direction by resilient ones Holding members out. The upper guide links consist of four steel plates distributed around the circumference 25, which are attached to the tube 5 at their upper ends and a cone at their lower ends 26 wear, which protrudes into the annulus and lays resiliently against the flame tube. The lower Retaining members consist of four steel plates 27 which are attached to the pipe joint 18 (Fig. 3). Your upper one End is hook-shaped and rests against a correspondingly designed and attached to the jacket 5 Counterpart 28. In this way, the downstream guide members take over at the same time axial support.

Anstatt das Flammrohr im Diffusorteil kegelig und den Außenmantel zylindrisch auszubilden, könnte man selbstverständlich auch umgekehrt das Flammrohr zylindrisch und den Außenmantel entsprechend kegelig gestalten.Instead of making the flame tube conical in the diffuser part and the outer jacket cylindrical, could you can of course also vice versa the cylindrical flame tube and the outer jacket accordingly design conical.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Combustion chamber, especially for gas turbines, with a short, essentially axially flowed-through flame tube, at the inlet end of which there is a fuel nozzle with primary air inlet, as well as with an outer jacket and an annular duct lying between this and the flame tube, through which secondary air as cooling air from the inlet side into The mixing chamber of the flame tube, which is essentially separated from the fuel nozzle, flows out through two rows of holes in the flame tube axially adjacent to one another in the outlet part of its central area as secondary air inlet openings with hole axes extending radially to the flame tube axis and with holes of equal size in each row, of which the ones on the inlet side are smaller than those on the outlet side , characterized in that the annular channel (15) is formed in the front part of its central region (impact la of the flame tube 1) as a known, smooth-walled, secondary air inlet opening-free diffuser section and the rear part of said central area that adjoins this smoothly is at the same time expanded like a diffuser in a manner known per se and has the rows of holes of the secondary air inlet openings.

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the number of the inlet side smaller holes (16) twice as large as the number of larger holes (17) on the outlet side of the two rows of holes.

3. Combustion chamber according to claims 1 and 2, characterized in that when arranging

tion of six small and three large secondary air inlet openings (16, 17) the, diameter ratio (O ₁ ZD ₀ or _{IiJD 0} ) to the inner diameter (D ₀ ) of the outer combustion chamber jacket (5) at the small inlet openings (16) within the limits 0, 1 to 0.2 and in the case of the large inlet openings (17) within the limits of 0.2 to 0.3.

4. Combustion chamber according to claims 1 and 2, characterized in that with the arrangement of eight small and four large secondary air inlet openings the diameter ratio (U ₁ ID ₀ or d ₂ / D ₀ ) for the small inlet openings (16) within the limits 0, 08 to 0.16 and in the case of the large inlet openings (17) in the limits 0.16 to 0.25.

5. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the radially resiliently mounted flame tube (1) in a manner known per se consists of at least three individual joints (13, la, 18) delimited along transverse planes of the flame tube, which lie loosely against one another and are only pressed axially against one another by spring pressure (20) so that they can expand both axially and radially independently of one another. :

6. Combustion chamber according to claims 1 and 5, characterized in that in the outlet side Area of the flame tube (1) arranged in a manner known per se in a radially resilient manner outer guide members (steel lamellas 27) on the outer shell (5) of the combustion chamber in an axial direction Are arranged extending direction and in this direction at the same time for axially rigid support of the flame tube (1) serve against the spring force acting on the inlet side (spring 20).

Considered publications:

German Patent Nos. 876 495, 841661, 274;

German exposition L 17266 Ia / 46 f (published on December 8, 1955);

Swiss Patent No. 271829;

Belgian Patent No. 496,626;

British Patent No. 736 028;

U.S. Patents Nos. 2,748,567, 2,547,619,
503;

Luftfahrttechnik, No. 4, August 1955, p. 59;

Flight, Volume 61, No. 2261 (May 23, 1952), p. 638;

The Airplane, Volume 84, No. 2174 (3/20/1953), pp. 344 to 348; Volume 82, No. 2128 (May 2, 1952), Pp. 530,531; 77th Volume, No. 1997 (September 16, 1949), p. 390; 72nd Volume, No. 1863 (7.2.1947), pp. 162 to 164);

Aero Digest, Volume 60, Issue 2 (February 1950), p. 53.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings