DE1966660A1 - GAS TURBINE WITH MULTIPLE REVERSE FLOW COMBUSTION CHAMBERS - Google Patents
GAS TURBINE WITH MULTIPLE REVERSE FLOW COMBUSTION CHAMBERSInfo
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Description
Patentanwälte IPatent Attorneys I
Dipl.-Ing. V. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochera -«r-o^^nDipl.-Ing. V. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochera - «r-o ^^ n
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6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str.6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str.
Bennes Marrel, Societe AnonymeBennes Marrel, Societe Anonyme
Hue Pierre Copel, Saint-Etienne (Loire)Hue Pierre Copel, Saint-Etienne (Loire)
FrankreichFrance
Gasturbine mit mehreren Umkehrstrombrennkammern ·Gas turbine with multiple reverse flow combustion chambers ·
Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen mit mehreren Umkehrstrombrennkammern, bestehend jeweils aus einem · äußernn Brennkammergehäuse und einem darin angeordneten 1Π /unmrohr. TKo Erfindung bol.rif.ft; iHiitm.nomlpr'o (inMUn'b l'ür· Kνα t'l, l*nhri*,(»ui;o.The invention relates to gas turbines with a plurality of reverse flow combustion chambers, each consisting of an outer combustion chamber housing and a 1 / 10m tube arranged therein. TKo invention bol.rif.ft; iHiitm.nomlpr'o (inMUn'b l'ür · Kνα t'l, l * nhri *, (»ui; o.
Normalerweise ist für jede Brennkammer eine besondere Zündeinrichtung vorgesehen. Bei einer solchen umabhängigen Zündung besteht die Gefahr, daß die Brennkammern ungleichmäßig arbeiten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen angel zu beheben und für eine gleichmäßige Verbrennung in den parallel geschalteten Brennkammern zu sorgen.A special ignition device is normally provided for each combustion chamber. With such a dependent Ignition there is a risk that the combustion chambers will work unevenly. The invention has the task the basis for eliminating this problem and ensuring even combustion in the combustion chambers connected in parallel to care.
Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen wenigstens zwei Brennkammern eine Zündungen übertragende Verbindung besteht. Diese kann vorzugsweise durch ein Überschlagrohr gebildet sein, welches die Brennzonen der Flammrohre verbindet»The above object is achieved according to the invention in that there is an ignition between at least two combustion chambers transmitting connection exists. This can preferably be formed by a flashover tube, which the combustion zones the flame tubes connects »
H 356P/11.12.1972 BADORtGINALH 356P / 12/11/1972 BADORtGINAL
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Pig. 1 eine perspektivische OJeilansicht einer Gasturbine mit zwei Brennkammern gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine dor Brennkammern gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 4-, Fig. 3 einen Schnitt durch das hintere Ende einer Brennkammer Fig. 4 einen Querschnitt durch beide Brennkammern der Gasturbine entsprechend der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It show: Pig. 1 is a partial perspective view a gas turbine with two combustion chambers according to the invention, FIG. 2 shows a longitudinal section through one of the combustion chambers according to the section line II-II in Fig. 4-, Fig. 3 a section through the rear end of a combustion chamber Fig. 4 a cross section through both combustion chambers of the gas turbine corresponding to the section line IV-IV in FIG. 1.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Teile einer die heißen Brenngase erzeugenden Anlage einer Gasturbine perspektivisch dargestellt, so daß ihre gegenseitige Lage erkennbar ist. Zu der insgesamt mit 1 gekennzeichneten Vorrichtung gehören ein Rotor 2 eines Zentrifugalkompressors und zwei Brennkammern 3, die als Umkehrstrombrennkammerrt ausgebildet sind. In der Zeichnungsfigur zum Teil sichtbar ist auch ein Rotor einer Hochdruckturbine 4-, Der Kompressor, fördert Luft in die Brennkammern 3· Aus diesen strömt heißes Gas unter Druck aus .. - In Fig. 1, the essential parts of a system of a gas turbine generating the hot fuel gases are shown in perspective, so that their mutual position can be seen. A rotor 2 of a centrifugal compressor and two combustion chambers 3, which are designed as reverse flow combustion chambers, belong to the device, which is generally designated by 1 . A rotor of a high-pressure turbine 4-, The compressor, conveys air into the combustion chambers 3 · From these, hot gas flows out under pressure.
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und beaufschlagt die Hochdruckturbine 4. Auf eine weitere Darstellung der der Hochdruckturbine nachgeordneten Turbinenteile, zu denen mehrere Leitschaufelringe und Mittel- und Niederdruckturbinen gehören können, wird verzichtet, da Gegenstand der vorliegenden Erfindung nur die Ausbildung und Funktion der Brennkammer ist·and acts on the high pressure turbine 4 Further illustration of the turbine parts downstream of the high-pressure turbine, to which several guide vane rings and medium and low pressure turbines, is dispensed with as the subject matter of present invention is only the design and function of the combustion chamber
Wie bereits erwähnt, wird die in Fig.. 1 gezeigte Anordnung von zwei parallelliegenden Brennkammern 3 für zur Verwendung in Kraftfahrzeugen bestimmte Gasturbinen bevorzugt· Die Brennkammern sind dabei zweckmäßigerweise in derselben Querebene mit bezug . auf die Richtung 5 der Turbinenv/elle 6 angeordnet.As already mentioned, the arrangement shown in Fig. 1 of two parallel combustion chambers 3 preferred for gas turbines intended for use in motor vehicles · The combustion chambers are included expediently in the same transverse plane with reference. arranged in the direction 5 of the turbine shaft 6.
Jede Brennkammer 3 besteht im grundsätzlichen Aufbau aus zwei konzentrischen Stahlblechmänteln, " nämlich einem äußeren Brennkammergehäuse 7 und einem darin gehaltenen Flammrohr δ (s. Fig· 4·),Each combustion chamber 3 basically consists of two concentric sheet steel jackets, " namely an outer combustion chamber housing 7 and a flame tube δ held therein (see Fig.4),
■ Jedes Brennkammergehäuse 7 ist unmittelbar an einem die Turbinenwelle 6 umgebenden Gehäuse 9 befestigt, wobei vom letzteren auch ein ringförmiger Sammelkanal 10 umschlossen wird, der die vom Rotor 2 des Kompressors geförderte Luft empfängt· '■ Each combustion chamber housing 7 is immediately on a casing 9 surrounding the turbine shaft 6, the latter also being an annular one Collecting channel 10 is enclosed, which is the conveyed by the rotor 2 of the compressor air receives'
Das äußere Brennkammergehäuse 7 ist an seinem · oberen Ende durch eine kegelige Kappe 11 geschlossen, an welcher eine Brennstoffeinspritz» vorrichtung 12 befestigt ist· Zu dieser gehört eine Einspritzdüse 13· .The outer combustion chamber housing 7 is closed at its upper end by a conical cap 11, to which a fuel injection device 12 is attached · belongs to this an injector 13 ·.
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Die Einspritzdüse 13 der Brennstoffpxnspritzvoj'richtunc mündet im hinteren Ende 14- des Flammrohres 8. An das hintere Ende 14 schließt sich ein sich kegelig erweiternder Wandübergang 15 an, dann ein mit einer Zündkerze 47 versehener, erweiterter zylindrischer Bereich 16 der Hautbrennzone, woraufhin sich das Flammrohr in Strömungsrichtung gesehen düsenförmig verengt und wieder erweitert. Der Bereich der kegeligen Verengung ist mit 17» dor dor Erweiterung mit 18 bezeichnet. Das Flammrohr endet in einer zylindrischen Kupplung 19, welche eine Verbindung zwischen der Brennkammer und einem Gassammeiraum 2o bildet, von dom aus die heißen Brenngase konzentrisch zur Turbinonwelle zu einem mit 21 angedeuteten Einlaßdüsenring geleitet werden..The injection nozzle 13 of the fuel injection system opens in the rear end 14 of the flame tube 8. At the rear end 14 there is a conically widening Wall transition 15 on, then one with a spark plug 47 provided, enlarged cylindrical area 16 of the skin burning zone, whereupon the flame tube, viewed in the direction of flow, narrows in the shape of a nozzle and widens again. The area of the conical narrowing is 17 »dor Extension labeled 18. The flame tube ends in a cylindrical coupling 19, which is a connection between the combustion chamber and a gas collection space 2o forms, from dom from the hot fuel gases concentric to the turbine shaft to an inlet nozzle ring indicated by 21 ..
Die Formdes Flammrohres 8 ist aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, bezüglich der Einzelheiten wird nachstehend auf Fig. 4 Bezug genommen.The shape of the flame tube 8 can be seen in Figs. 2 and 3, with reference to Fig. 4 below for details Referenced.
Das hintere Ende 14 des Flammrohres 8 enthält fest ange-' brachte profilierte Wirbelschaufeln 22, welche die Einspritzdüse 13 umgeben und einen kreisringförmigen Luftwirbel der einströmenden Primärluft erzeugen. Damit sich nun nicht auch Wirbelströme außerhalb des Flammrohres dort ausbilden, wo die Primärluft in das Flammrohr hinein umgelenkt wird (Strömung 23), sind erfindungsgemäß sich radial "erstreckende Rippen oder Leitschaufeln 24 vorgesehen, die mit gleichmäßigem Zwischenabstand das hintere Ende 14 des Flammrohres umgeben und an der kegeligen Kappe 11 sowie dem Mantel des äußeren Brennkämmergehäuses 7 befestigt sind.The rear end 14 of the flame tube 8 contains firmly attached ' brought profiled vortex blades 22, which the injector 13 and generate a circular air vortex of the inflowing primary air. So that yourself now not also eddy currents outside the flame tube Form there where the primary air is deflected into the flame tube (flow 23), are according to the invention radially "extending ribs or guide vanes 24 are provided, which surround the rear end 14 of the flame tube with an even spacing and are attached to the conical Cap 11 and the jacket of the outer combustion chamber housing 7 are attached.
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In Strömungsrichtung gesehen unmittelbar unterhalb der Virbelschaufeln 22 ist der sich kegelförmig erweiternde Wandühergang 15 mit zwei umlaufenden Reihen von Löchern 25 kleinen Durchmessers versehen· Wenn z.B. der Gesaratdurchmesser 26 der Brennkammer 3 in der Größenordnung von 130mm liegt, dann können die Lochreihen 25 je zwölf gleichgroße Löcher umfassen, deren Durchmesser 3nun beträgt.Immediately below, viewed in the direction of flow of the Virbelschaufeln 22 is the conically widening Wandühergang 15 with two circumferential Provide rows of holes 25 with a small diameter If e.g. the total diameter 26 of the combustion chamber 3 is on the order of 130mm, then the rows of holes 25 can each Include twelve holes of the same size, the diameter of which is 3nun.
In ähnlicher Weise sind auch in erweiterten Bereich 16 des Flammrohres zahlreiche kleine Löcher eingebohrt· Unter Zugrundelegung einer Brennkammer der vorstehend angegebenen Größe sind im Beispielsfall zv/ei Reihen von Löchern 27 vorhanden j von denen jede aus zweiunddreißig(Löchern mit einem Durchmesser von 4-mm besteht. Zwischen diesen Lochreihen ist eine mittlere Reihe Löcher 28 angeordnet, welche durch 16 Löcher mit einem Durchmesser von 4-ram gebildet wired.Similarly, numerous small holes are drilled into the enlarged area 16 of the flame tube.Assuming a combustion chamber of the size indicated above, there are in the example two rows of holes 27, each of which consists of thirty-two ( holes with a diameter of 4-mm Between these rows of holes there is a middle row of holes 28, which are formed by 16 holes with a diameter of 4-ram.
Der sich verengende Boreich 17 dos Flammrohres trägt eine ungerade Anzahl verhältnismäßig großer Löcher mit eingeschweißten Rohrstücken 29, die mit ihren radial inneren Enden schräg nur Spitze der Brennkammer 3 weisen. Es sind in gleichmäßiger Aufteilung rund um die Achse 30 dor Brennkammer insgesamt sieben solcher Rohr:rs tu elco 29, jeweils mit einem Durchmesner von I4imn, vorgesehen.The narrowing Boreich 17 dos Flammrohres carries an odd number of relatively large ones Holes with welded pipe pieces 29, the with their radially inner ends inclined only point the tip of the combustion chamber 3. It's in more evenly Distribution around the axis 30 of the combustion chamber a total of seven such tube: rs tu elco 29, each with a diameter of I4imn.
Der sich düsenförmig erweiterndο Bereich 18 des Flammrohres trägt zunächst unmittelbar hinter dem Übergang zum Bereich 17 einen Krar.a kleiner Löcher 51» deren Anzahl zwanzig ist und deren Durchmesser 3mm beträgt. ~The nozzle-shaped widening area 18 of the Flame tube initially carries a Krar.a small holes immediately behind the transition to area 17 51 »whose number is twenty and whose diameter is 3mm. ~
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Λη ocincm in Strömungorichbung gcochcn hinteren Ende sind in den sich erweiternden Bereich 18 dec Flammrohres unmittelbar vor der zylindrischen Kupplung 19 rund um die Achse 30 weite Schlitze* 52 eingearbeitet. Auch für die.Schlitze 32 wird zweckmäßigerweise eine ungerade Anzahl gewählt, um zu verhindern, daß nicht genau entgegengesetzt gerichtete Gasstrom© entstehen. Insgesamt sind'sieben Schlitze vorhanden, deren jeder eine Breite 55 von ungefähr 20mm und eine Höhe 3^- von 50mm aufweist.Λη ocincm in flow direction gcochcn rear End are in the widening area 18 dec flame tube immediately in front of the cylindrical Coupling 19 around the axis 30 wide slots * 52 incorporated. Also for die.Schlitze 32 is expedient an odd number is chosen to prevent not exactly oppositely directed Gas flow © arise. There are seven in total Slots are present, each of which has a width 55 of approximately 20mm and a height 3 ^ - of 50mm.
Es versteht sich, daß die vorstehend wiedergegebe.-· nen Zahlen- und Maßangaben, be-fcreffend die verschiedenen Lufteinlässe in das Flammrohr, nur beispielhaften Charakter haben und sich zum Beispiel mit der Größe der Turbine ändern.It is understood that the above wiedergegebe.- · nen number and dimensions, fcreffend be-do the various air inlets into the flame tube, only exemplary character and change, for example, with the size of the turbine.
Die Schlitze 32 am Ende des Flammrohrbereiches 18 sind im wesentlichen abgedeckt durch ein trichterförmiges Leitblech 55, das" sich mit bezug auf Fig.4-nach obenhin im Durchmesser erweitert· Es ist an dem den Gassammelraum 20 bildenden Gehäuseteil in Höhe der zylindrischen Kupplung 19 befestigt.The slots 32 at the end of the flame tube area 18 are essentially covered by a funnel-shaped guide plate 55, which "with reference to Fig.4-after Expanded in diameter at the top · It is on the housing part which forms the gas collecting space 20 attached at the level of the cylindrical coupling 19.
Damit beide im Beispielsfall zur Anwendung kommenden, parallelliegenden Brennkammern gleichmäßig arbeiten und damit vor allem in beiden die Verbrennung ununterbrochen aufrechterhalten wird, sind die erweiterten Flamrarohrbereiche 16 miteinander verbunden. Diese mit 36 bezeichnete Verbindung kann aus einem Überschlagrohr mit einem . Dehnungsbalg 3? bestehen. Wenn bei dieser Anordnung die Flamme in der einen Brennkammer für einen Augenblick ausgeblasen wird, so wird sie von der anderen Brennkammer' her automatisch wieder entzündet. The expanded flame tube areas 16 are connected to one another so that both of the parallel combustion chambers that are used in the example are working uniformly and, above all, that the combustion is maintained uninterrupted in both of them. This designated 36 connection can consist of a rollover tube with a. Expansion bellows 3? exist. If, with this arrangement, the flame in one combustion chamber is blown out for a moment, it is automatically re-ignited from the other combustion chamber.
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