DE1945921A1

DE1945921A1 - Brennkammer

Info

Publication number: DE1945921A1
Application number: DE19691945921
Authority: DE
Inventors: Tartaglia Peter De; Adolf Fehler
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 1969-09-11
Filing date: 1969-09-11
Publication date: 1971-03-25
Also published as: FR2065688A1

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH.

München, den 5. Sept. I969

Brennkammer

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, deren Flammrohr mit Öffnungen für die Zumischung von Sekundärluft ausgerüstet ist.

Die Sekundärluftzumischung in dem Brennraum der Brennkammer ist vorgesehen, um den für den Verbrennungsprozeß erforderlichen Luftbedarf zu ergänzen.

Bekanntlich erhöht sich bei einem Gasturbinentriebwerk mit zunehmender Drehzahl der Verdichterenddruck und damit die Menge der vom Verdichter zur Brennkammer geförderten Verbrennungsluft, wobei gleichsam auch die Menge des der Brennkammer zuzuführenden Brennstoffes sich erhöht. Unter Zugrundelegung die ser allgemein bekannten Bedingungen bereitet es nach wie vor Schwierigkeiten, eine Brennkammer zu schaffen, welche über einen großen Betriebsbereich sich durch einen guten Ausbrenngrad, niedrige Druekverluste, ein günstiges ZUnd- sowie VerlÖBchverhalten auszeichnet.

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In dem Bemühen, ein zuverlässiges Zünden des in der Primärzone der Brennkammer befindlichen Brennstoff-/Luftgemisches und weiter einen relativ guten Wirkungsgrad der Brennkammer im Teillastbetrieb des Gasturbinentriebwerkes zu erzielen, werden bei bekannten Brennkammern die Zuströmquerschnitte für die Primär- und Sekundärluft relativ klein gewählt. Diese Maßnahme führt jedoch zu erhöhten Druckverlusten im Vollastbereich des Gasturbinentriebwerkes.

Darüber hinaus ist es nicht auszuschließen, daß bei solchen, bekannten Brennkammern auch die relativ klein gewählten Zuströmquerschnitte schon zu groß sind, um ein sicheres Zünden des Brennstoff-/Luftgemisches und einen einwandfreien Ausbrand der Brennkammer während des Startvorganges des Gasturbinentriebwerkes erreichen zu können, da die Zuströmgeschwindigkeit der Primärluft während der Startphase sehr niedrig ist. Dies gilt vor allem auch für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken, welche mit einem Wärmetauscher ausgerüstet sind.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, im Rahmen der geschilderten Probleme diese Nachteile bei bekannten Brennkammern zu beseitigen und eine Brennkammer zu schaffen, welche sich über den gesamten Betriebsbereich eines Gasturbinentriebwerkes durch einen guten Ausbrenngrad sowie weiter niedrige

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Druckverluste, insbesondere bei Vollast und weiter durch ein günstiges Zünd- und Verlöschverhalten auszeichnet.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer Brennkammer nach der eingangs genannten Gattung vor, daß die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft veränderlich sind.

Erfindungsgemäß können weiter die Zuströmquerschnitte in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck oder dem Brennkammereintrittsdruck veränderlich sein.

Die Erfindung ermöglicht, beispielsweise während des Startvorganges des Gasturbinentriebwerkes, die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft teilweise oder auch ganz zu schließen, wodurch die Primärluftmenge erhöht wird. Dies wirkt sich vorteilhaft auf das Zündverhalten und den Ausbrand der Brennkammer aus und ermöglicht außerdem eine höhere Kraftstoffmenge während der Beschleunigungsphase, wodurch das Gasturbinentriebwerk schneller die Nenndrehzahl erreicht. Mit steigender Drehzahl und damit wachsendem Verdichterenddruck können die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft stetig vergröseert werden, so daß bei entsprechender Dimensionierung der Zuströmquersehnitte der Druckverlust bei Vollast des Gasturbinentriebwerkes sehr gering gehalten werden kann.

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In einer weiteren,zweckmäßigen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann zur Veränderung der Zuströmquerschnitte ein axial oder in Umfangsrichtung der Brennkammer verschieblicher, das Flammrohr umschließender Außenmantel vorgesehen sein. Dieser Außenmantel kann mit öffnungen ausgestattet sein, deren Querschnitte und Formgebungen denjenigen der Zuströmquerschnitte des Flammrohres entsprechen, so daß in einer Endstellung dieses Außenmantels, also beispielsweise für den Vollastbetrieb ™ des Gasturbinentriebwerkes, die Zuströmquerschnitte des Flammrohres in ihrer Gänze geöffnet sein können.

Gemäß der Erfindung kann der Außenmantel durch ein Stellorgan, beispielsweise einen federbelasteten Kolben verschiebbar sein. Der Kolben kann somit unter Wirkung des Verdichterenddruckes oder des Brennkammereintrittsdruckes als Regelgrößen für die Zuströmquerschnitte betätigt werden.

k Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend näher in den Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen ist

Fig. 1 der Mittellängsschnitt einer erfindungsrgemäßen Brennkammer und

Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1.

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Figur 1 veranschaulicht die Erfindung bei einer Umkehrbrennkammer, deren Außengehäuse 1 auf der linken Seite in einen Brennstoffeinspritzkegel 2 ausläuft, welcher mittig von einer Brennstoffeinspritzdüse J5 durchsetzt ist. Koaxial zur Längsachse 4 der Umkehrbrennkammer verlaufend, ist in das Außengehäuse 1 ein Flammrohr 5 eingesetzt, welches links - zwischen dem Außengehäuse 1 und dem Einspritzkergel-2 - einen mit abgerundeten Kanten ausgestatteten, wulstartigen Verdrängungskörper 6 aufweist, wodurch ein strömungsgünstiger Primärluftumkehrkanal 7 entsteht. Der Primärluftumkehrkanal wird über einen zwischen dem Außengehäuse 1 und dem Flammrohr 5 gebildeten Ringkanal 8 in Richtung des Pfeiles F von Verdichterluft eines in den Zeichnungen nicht weiter dargestellten Gasturbinentriebwerkes durchströmt. Als Primärluft gelangt die Verdichterluft über diesen Primärluftumkehrkanal 7 in das Flammrohr 5·

Mit 9 sind kreisförmige und mit Io sind langlochähnliche Zuströmquerschnitte für die Zuführung eines Teiles der in den Ringkanal 8 und von diesem in das Flammrohr 5 einströmenden Sekundärluft bezeichnet (Pfeilrichtung G).

Die Sekundärluft kann nur in das Flammrohr über die Zuströmquerschnitte 9, Io einströmen, wenn ein das Flammrohr 5 beweglich umschließender Außenmantel 11 soweit in Umfangsrichtung (Pfeil H) der Brennkammer verdreht wird, bis dessen zugehörige öffnungen, beispielsweise 12 (Fig. 2), die ZustrÖm-

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querschnitte Io freigeben. Das Gleiche gilt für in den Zeichnungen nicht weiter dargestellte, kreisförmige Öffnungen des Außenmantels 11, welche im Bedarfsfalle,in Abhängigkeit von der Bewegung des Außenmantels 11, (Pfeil H), die Zuströmquerschnitte 9 mehr oder weniger freigeben können. Die Zuströmquerschnitte 13 des Flammrohres 5 sind im vorliegenden Beispiel unbeeinflußt von der Bewegung des Außenmantels 11.

Ein in Abhängigkeit vom steigenden Verdichterenddruck (Pfeil V) Fig. 2) über eine Leitung 14 in einem Gehäuse 15 gegen eine Rückstellfeder 16 verschiebbarer Kolben .17 ist mit einem in einem Langloch 18 des Außengehäuses 1 verschieblich angeordneten Stellglied 19 verbunden, welches in einen Halter 2o (Fig. 1) des Außenmantels 11 eingreift. Auf diese Weise sind die Zuströmquerschnitte 9, Io in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck veränderlich oder gegebenenfalls vollkommen verschließbar, beispielsweise für den Anfahrvorgang des Gasturbinentriebwerkes, wie dies aus der Lage des Zuströmquerschnittes Io zur Öffnung 12 des Außenmantels 11, gemäß Fig. 2, ersichtlich ist.

Die Erfindung ist weiter auch bei reinen Ringbrennkammern anwendbar oder beispielsweise bei Brennkammern mit einem ringförmigen Außengehäuse und mehreren darin eingesetzten Einzelflammrohren.

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Claims

sr/kn S

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH.

München, den 5. Sept. I969

Patentansprüche

/ 1. ^Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, deren Flammrohr mit Zuströmquerschnitten für die Sekundärluft ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmquerschnitte (9, lo) für die Sekundärluft veränderlich sind.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmquerschnitte (9, lo) in Abhängigkeit vom Verdichterenddruck oder dem Brennkammereintrittsdruck veränderlich sind.
J. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Zuströmquerschnitte ein axial oder in Umfangsrichtung der Brennkammer verschieblicher, das Flammrohr (5) umschließender Außenmantel (11) vorgesehen ist.
4. Brennkammer nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (11) durch ein Stellorgan, beispielsweise einen federbelasteten Kolben (I7) verschiebbar ist. 109813/0796
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