DE1214939B - Verbrennungsvorrichtung fuer eine Gasturbinen-anlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F02c

Deutsche Kl.: 46 f-7/03

Nummer: 1214 939

Aktenzeichen: A 348521 a/46 f

Anmeldetag: 10. Juni 1960

Auslegetag: 21. April 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung für eine Gasturbinenanlage mit einer Misch- und Verbrennungseinrichtung für Brennstoff und Primärluftanteil und mit einer Luftkammer, in die der den Verdichterdiffusor verlassende Gesamtluftstrom durch von einem Leitschaufelgitter zur Umlenkung des Luftstroms in Richtung über die Außenfläche der Flammkammerwand gebildete Kanäle eintritt und betrifft eine derartige Vorrichtung, bei der in der Flammkammer stromab der Hauptbrennzone Öffnungen vorgesehen sind, innerhalb deren quer zur Strömungsrichtung angeordnete Umlenkflächen der in die Flammkammer durch diese Öffnungen eingeblasenen Sekundär- und Verdünnungsluft eine zur Strömungsrichtung im Flammkammerinneren parallele Strömungskomponente erteilen.

Bei der Entnahme von Primär- und Sekundärluft aus einem gemeinsamen, den Verdichter verlassenden Luftstrom besteht ein Problem darin, daß die notwendigen Strömungseigenschaften von Primärluft einerseits und Sekundärluft andererseits unterschiedlich sind. So benötigt die Primärluft eine höhere Geschwindigkeit, d. h. eine höhere Energie, während die Sekundärluft zur Vermeidung von Turbulenz in der Flammkammerr langsamer strömen soll. Gleichzeitig soll die Gesamtluft aus dem Verdichter als Kühlmedium für die Flammkammerwand dienen und dabei vorgewärmt werden.

Es ist bekannt, die Strömungsbahn für die aus dem Verdichter kommende Gesamtluft als Ringkanal konzentrisch um die Flammkammer anzuordnen und in diesem Ringkanal und an der Sekundärluftzuführung Leitschaufeln anzuordnen. Dabei sind an der Innenseite des Umlenkkrümmers und an der Krümmungsaußenseite bei einigen bekannten Ausführungsformen Öffnungen angeordnet, durch welche Luft aus der Grenzschicht einmal in den radialinnersten Abschnitt der Turbine selbst und zum anderen in die Luftströmung am Verdichterabschnitt abgesaugt wird. Diese Maßnahme dient der Erhaltung einer laminaren Strömung an den Schaufeln. Deshalb ist es bei dieser bekannten Anordnung erforderlich, die Absaugeöffnungen in den Leitkanälen jeweils mit einer Stelle niederen Luftdrucks zu verbinden.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die Aufteilung der vom Verdichter kommenden Luft in Primär- und Sekundärverbrennungsluft derart durchzuführen, daß als Primärverbrennungsluft Strömungsanteile mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden, während die Sekundärluft lang-

Verbrennungsvorrichtung für eine Gasturbinenanlage

Anmelder:

AVCO Corporation, Stratford, Conn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. J. F. Wochinger, Patentanwalt,

München 23, Clemenstr. 30

Als Erfinder benannt:

Anselm Franz, Stratford, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 4. September 1959
(838 346)

sanier strömt und als Rückkühlluft dient. Die bekannten Anordnungen lösen diese Aufgaben nur teilweise, indem zwar auch ein Teil des der Brennkammer zuströmenden Luftstromes durch entsprechende Leitschaufeln umgelenkt und den Verbrennungsgasen beigemischt wird, jedoch wird dieser umgelenkte Sekundärluftanteil an einer Stelle mit über den ganzen Strömungsquerschnitt gleichförmig höchster Geschwindigkeit entnommen, so daß ein wesentlicher Teil der Aufgabe — schnell strömende Primärluft und langsam strömende Sekundärluft — durch die bekannten Anordnungen nicht gelöst wird. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe vollständig dadurch gelöst, daß die Öffnungen mit ihren Umlenkblechen sich unmittelbar an das stromabwärtige Ende der Leitgitterschaufeln, und zwar neben deren Krümmungsprofil-Rückseite, anschließen und jeweils etwa die halbe Breite der Leitschaufelgitterkanäle aufweisen. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird also die sich an den Leitschaufeln unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit ausgenutzt.
Bei Gasturbinen mit Umkehrbrennkammern ist vorzugsweise die Luftkammer an der Außenseite um die Flammkammer angeordnet und die Umlenkbleche lenken den Luftstrom um 180° nach innen.

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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 teilweise geschnitten eine Schrägansicht auf eine Gasturbinenanlage mit der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung,

F i g. 2 einen Teillängsschnitt durch die Verbrennungsvorrichtung,

F i g. 3 eine Draufsicht auf die Abwicklung der im Ringkanal angeordneten Leitschaufelanordnung.

Es wird vor allem auf die perspektivische Darstellung der F i g. 1 Bezug genommen, von welcher ein Teil weggeschnitten ist. Das Gehäuse im vorderen Teil der Gasturbinenanlage bildet einen Lufteinlaß 12, aus welchem Luft in einen mehrstufigen Verdichter zugeführt wird, der besteht aus mehreren vorderen Axialstufen 14 und einer radialen Austrittsstufe 18, die alle durch eine Turbine 34 über eine hohle Verdichterantriebswelle 16 angetrieben werden. Im Inneren der Welle 16 liegt koaxial eine Arbeitswelle 17, die unabhängig von der Arbeitsturbine 35 angetrieben wird.

Die Luft wird aus der letzten Stufe 18 des Verdichters mit hoher Geschwindigkeit in ein ringförmiges Diffusörgehäuse 20 abgegeben, welches einen radialen Diffusorenausflußkanal 20 a bildet. Dieser Ausflußkanal hat einen allmählich zunehmenden Strömungsquerschnitt zur teilweisen Umwandlung der kinetischen Energie in statischen Druck. Infolge der Drehung der Radialverdichterstufe hat diese Luft bei Verlassen des Endes des AusfLußkanals 20 α eine Umfangsgeschwindigkeitskomponente. Um die Strömungsrichtung, soweit möglich, etwas axial zu richten, hat der Diffusor Leitschaufeln 21. Diese Schaufeln sind so schräg angeordnet, daß sie zum Teil der Luftbewegung in Umfangsrichtung folgen. Der Ausfiußkanal 20 a geht in eine axiale ringförmige Luftkammer 22 über, in deren Umfang kurvenförmige Schaufeln 21« verteilt sind, die kurvenförmige Kanäle 21 & bilden. Der Luftstrom mit seiner ursprünglichen rotierenden Komponente wird in diesen Kanälen 21 & in Richtung auf Umlenkbleche 26 parallel zur Längsachse der Anlage geleitet. Jedes Leitblech 26 ist so angeordnet, daß es Luft durch die Wand 27 in den Bereich 25 a des Verbrennungsraums 25 ablenkt. Jedes Leitblech 26 deckt nur den Teil der Breite seines Ringkanals 21 b an der Innenseite der Kurve, während der übrige Teil der Kanalbreite einen Diffusionskanal 21c in Verlängerung der Außenseite der Kurve in jedem Kanal 21 b bildet.

Die Schaufeln 21a bilden je eine Wand eines Leitbleches 26 und sind so verbreitert und abgekantet, daß die anderen Seiten der Leitbleche 26 mit kanalförmigem Querschnitt gebildet werden. Schaufeln und Leitbleche bilden also kurvenförmige Kanäle 21 b und Diffusionskanäle 21c.

Der von den Leitblechen 26 erfaßte Teil des Luftstroms auf der Innenseite des kurvenförmigen Kanals 21 b hat eine geringere Energie, als der von den Kanälen 21c gedeckte Teil auf der Außenseite des kurvenförmigen Kanals.

Der als Primärluft verwendete Teil des Luftstromes, welcher nicht von den Leitblechen 26 erfaßt wird, strömt in die Kammer 22 a, die den Verbrennungsraum und die Haüp'tmisch- und Verbrennungszone der Flammkammef üfrigibt und von da durch Öffnungen 29 a, 29 b, 29 c in der Flammkammerwand 27 in die Flarnmkammer.

Der Brennstoff wird der Flammkammer 25 durch Brennstoffeinspritzeinheiten 29 zugeführt, die in einer Reihe in Abstand um die Flammkammer 25 angeordnet sind: Die Leitbleche 26 sind so ausgebildet, daß die Strömungsrichtung beim Durchgang durch die Flammkammerwand 27 in den Sekundärbrennbereich 25 α um 180° umgekehrt wird. Mit den Abgasen werden nach Umleitung um 180° die Verdiehterantriebsturbine 34 und dann die Arbeitsturbine 35 beaufschlagt, worauf sie aus dem Austritt 38 auf der Rückseite der Anlage abgeführt werden.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird der Strömungszustand hinter den kurvenförmigen Diffusorschaufeln ausgenutzt, um die höchstmögliche

zo Energie oder die höchstmögliche Wirbelbildung in der Primärverbrennungszone und laminare Strömungsbedingungen in der Nachbrennzone zu erreichen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verbrennungsvorrichtung für eine Gasturbinenanlage mit einer Misch- und Verbrennungseinriehtung für Brennstoff und Primärluftanteil und mit einer Luftkammer, in die der den Verdichterdiffusor verlassende Gesamtluftstrom durch von einem Leitschaufelgitter zur Umlenkung des Luftstroms in Richtung über die Außenfläche der Flammkammerwand gebildete Kanäle eintritt, wobei in der Flammkammer stromab der Hauptbrennzone Öffnungen vorgesehen sind, innerhalb deren quer zur Strömungsrichtung angeordnete Umlenkfläehen der in die Flammkammer durch diese Öffnungen eingeblasenen Sekundär- oder Verdünnungsluft eine zur Strömungs-

richtung im Flammkammerinneren parallele Strömungskomponente erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen mit ihren Umlenkblechen (26) sich unmittelbar an das stromabwärtige Ende der Leitgitterschaufeln

(21a), und zwar neben deren Krümmungsprofil-Rückseite, anschließen und jeweils etwa die halbe Breite der Leitschaufelgitterkanäle (21 b) aufweisen.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 für eine Gasturbinenanlage mit Umkehrbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (22) an der Außenseite um die Flammkammer (25 a) angeordnet ist und daß die Umlenkbleche (26) den Luftstrom um 180° nach innen umlenken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 666 416;
USA.-Patentschrift Nr. 2 638 745;
G. G.

Smith, »Gas Turbines and Jet Propulsion«,

5. Aufl., 1950, S. 49, 53 und 65;

F.W. Godsey und L. A. Joung, »Gas Turbines for Aircraft«; I. Auflage, 1949, S. 141.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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