DE2807369A1 - Brenneinrichtung, insbesondere fuer gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

PATBN

Dipl. ing. E.

PHILIPPINE -WEIiSEB - STHASSE 14

8900 ATJGSBUKG

ΤΕΜΒΕΌΪΓ 516475

533 202 patol d

M. 613

Augsburg, den 20. Februar I978

The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, England

Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft eine Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke, mit einer Brennkammer und einem an deren stromaufwärtigen Ende angeordneten Brennstoffeinspritzer.

Rauch im Abgas eines Gasturbinentriebwerks ist ein Nachteil, der bei bekannten Gasturbinen im allgemeinen

809834/0834

durch Inkaufnahme einer gewissen Triebwerksleistungseinbuße vermieden wird. Es ist bekannt, daß sich während der Verbrennung fetter Brennstoffgemische Ruß bildet, und daß durch Erhöhung des in die Brennkammer einströmenden Primärluftanteils die Rauchbildung herabgesetzt werden kann. Die Triebwerks leistung kann dabei jedoch, beispielsweise durch Herabsetzung der Stabilitätsgrenzen der Verbrennung, ungünstig beeinflußt werden.

■ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenneinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine Rauchemission durch verbesserte Brennstoff-Luft-Vermischung in der Primärverbrennungszone vermieden oder weitgehend herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist den Vorteil auf, daß der Brennstoff i" die durch die Luftexnlaßoffnungen einströmende Luft hineingezogen wird, so daß ein gutes Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht. Die vom Brennstoffeinspritzer erzeugten Brennstoffstrahlen können Brennstoffnebel und/oder Brennstoffdampf enthalten.

809834/0834

Die Brennkammer kann zylindrisch oder ringförmig ausgebildet sein. Die Reihen von Lufteinlaßöffnungen können geradlinig radial oder, wenn den Brennstoffstrahlen ein Drall mitgeteilt wird, bogenförmig verlaufen. Die Brennstoffstrahlen werden in diesem Fall gezwungen, der Krümmung der Lufteinlaßöffnungsreihen zu folgen.

Gemäß einer bevorzugten Ausfünrungsform der Erfindung sind die Lufteinlaßöffnungen kreisförmig und weisen in jeder Reihe einen mit zunehmendem Abstand vom Brennstoffeinspritzer fortschreitend größer werdenden Durchmesser auf, um eine gleichförmige Mitnahme des Brennstoffs vom Brennstoffeinspritzer durch die Luft zu erreichen.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt:

Pig. I einen Längsschnitt durch eine Brenn

einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die in

Figur 1 gezeigte Brenneinrichtung längs der Linie A-A in Figur 1,

809834/0834

Pig. 3 einen Axialhalbschnitt durch eine

weitere Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt der in Figur 3

gezeigten Anordnung längs der Linie B-B in Figur 3, und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine noch

xveitere Aus führungs form der Erfindung.

Die in Figur 1 gezeigte Brenneinrichtung weist eine im wesentlichen rohrförmige Brennkammer 8 mit einem etwa zylindrischen Teil 5 auf, der stromabseitig in einer konvergenten Düse J endigt und stromaufseitig in einen konischen Teil 4 übergeht. Der zylindrische Teil 5 weist zwei mit gegenseitigem Axialabstand angeordnete Umfangsschlitze 6 zum Einleiten von Kühlluft auf.

In der Wand des konischen stromaufwärtigen Teils 4 der Brennkammer sind acht mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordnete axiale bzw. radiale Reihen von jeweils drei kreisrunden Primärlufteinlaßöffnungen 3 gebildet, wie aus Figur 2 deutlich hervorgeht. Die Durchmesser der Einlaßöffnungen 3 nehmen in stromabwärtiger Richtung fortschreitend zu.

809834/0834

Ferner weist die Brenneinrichtung einen Brennstoffeinspritzer 2 auf, der über eine Brennstoffzuleitung 1 mit einem (nicht gezeigten) Brennstofftank in Verbindung steht.

Der Brennstoffeinspritzer 2 weist acht mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordnete Einspritzdüsen auf, die jeweils Brennstoffnebelstrahlen (durch die gestrichelten Linien in den Zeichnungen angedeutet) längs der Zwischenräume zwischen benachbarten Reihen von Einlaßöffnungen 3 erzeugen.

Im Betrieb vier de η die vom Brennstoffeinspritzer erzeugten Brennstoffstrahlen von Primärluftstrahlen mitgerissen, die durch die Einlaßöffnungen 3 beiderseits jedes BrennstoffStrahls in die Brennkammer einströmen, so daß ein verbrennungsfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht.

Die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform weist eine ringförmige Brennkammer 8 auf, deren Mittelteil 5 konzentrische zylindrische Wände hat, die stromabseitig in eine Ringdüse 7 und stromaufseitig in einen stromabwärts divergierenden Teil 3 übergehen. Der Mittelteil 5 weist in seinen Wänden jeweils zwei in Umfangsrichtung

809834/0834

verlaufende Sekundärlufteintrittsschlitze 6 auf. Der stromaufwärtige Brennkammerteil 3, in welchem ein ebenfalls ringförmiger Brennstoffeinspritzer 3 angeordnet ist, ist mit einer Anzahl von mit gegenseitigen Umfangsabständen angeordneten Reihen von jeweils drei kreisrunden Primärlufteinlaßöffnungen 3 versehen, wie aus Figur 4 mehr im einzelnen ersichtlich ist. Die Durchmesser dieser Einlaßöffnungen nehmen in stromabviärtiger Richtung progressiv zu. Der Brennstoffeinspritzer 11 weist eine Anzahl von radial inneren und radial äußeren Einspritzdüsen auf, die so angeordnet sind, daß sie Brennstoffnebelstrahlen (wiederum durch gestrichelte Linien angedeutet) längs der Zwischenräume zwischen jeweils benachbarten Reihen von Einlaßöffnungen 3 erzeugen, die zur Brennkammerachse hin bzw. von dieser weg gerichtet sind.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt einer Brenneinrichtung, die grundsätzlich ähnlich der in Figur 3 gezeigten Brenneinrichtung ist. Bei der in Figur 5 gezeigten Brenneinrichtung ist der stromaufwärtige Teil 4 der Brennkammer jedoch abgerundet und der ebenfalls ringförmige Brennst off einspritzer 26 ist im Querschnitt T-förmig. Der Brennstoffeinspritzer weist eine Ablenkplatte 25 auf, die dazu dient, durch eine Reihe von Schlitzen 19 in die

809834/0834

Brennkammer einströmende Luft so abzulenken, daß sie im brennstoffeinspritzernahen Bereich über die Innenwandung des abgerundeten stromaufwärtigen Kammerendteils strömt. Außerdem weist der Brennstoffeinspritzer einen Schaftteil 20 auf, in welchem eine Reihe von Bohrungen gebildet ist, durch welche Brennstoff zu einer entsprechenden Reihe von Einspritzdüsen 23 und 24 gelangt, die so angeordnet sind, daß sie Brennstoffstrahlen entlang der Zwischenräume zwischen den Lufteinlaßöffnungsreihen 3 erzeugen.

Im Betrieb strömt Luft durch die Schlitze 19 ein und wird von der Ablenkplatte 25 des Brennstoffeinspritzers von der Linie Y-Y weg über die Innenwandfläche des stromaufwärtigen abgerundeten Kammerendteils 4 abgelenkt. In den abgelenkten Luftstrom wird zwischen den benachbarten Einlaßöffnungsreihen 3 Brennstoff aus den Düsen und 24 eingeleitet, der von den durch die Einlaßöffnungen einströmenden Luftstrahlen mitgerissen wird, so daß ein gut brennfähiges Brennstoff-Luft-Gemisch entsteht.

Bei den eben beschriebenen Konstruktionen sind noch verschiedene vorteilhafte Modifikationen denkbar. Beispielsweise kann ein weiterer, in Umfangsrichtung verlaufender Sekundärlufteintrittsschlitz an oder nahe dem

809834/0

Übergang zwischen dem stromaufwärtigen Kamnierteil und dem Kammermittelteil angeordnet sein, um eine zusätzliche Kühlung oder eine Unterdrückung unerwünschter Rezirkulationen zu bewirken.

Gemäß einer weiteren Abwandlung können die Primärlufteintrittsöffnungsreihen längs der Seitenwände der Brennkammer verlängert sein, um die sektorweise Aufteilung der brennstoffhaltigen Strömung weiter aufrechtzuerhalten.

Ferner kann eine Ablenkeinrichtung der in Figur 5 gezeigten grundsätzlichen Art auch bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 in schräg radial-axialer Richtung längs der Brennstoffstrahlrichtung Anwendung finden.

Bei Verwendung dickerer Brennkammerwände können die Leibungen der Primärlufteinlaßöffnungen in Strömungsrichtung konvergent ausgebildet werden, und es können große Luftzustromgeschwindigkeiten Anwendung finden, um einen von der üblicheren rechtwinkeligen Richtung abweichenden Eintrittswinkel der durch die Einlaßöffnungen eintretenden Luft zu erreichen, um eine bessere Steuerung der Gemischbildung zu erzielen und außerdem die Verbrennung

809834/0834

durch Steuerung der Rezirkulation und des Mischungsverhältnisses in dem kritischen Bereich der Luft/Brennstoff-Gemischbildung nahe den Brennstoffeinspritzstellen zu unterstützen.

8Ü9834/0834

ι ^A

Leerseite

Claims (7)

1. Patentansprücne

   Qj Brenneinrichtung, insbesondere für Gasturbinentriebwerke , mit einer Brennkammer und einem an deren stromaufwärtigern Ende angeordneten Brennstoffeinspritzer, dadurch gekennzeichnet, daß am stromaufwärtigen Brennkammerende (4) Reihen von Lufteinlaßöffnungen (3) für den Eintritt von Primärluft gebildet sind und daß der Brennstoffeinspritzer (2; 13; 20) den Brennstoff in Form von Brennstoffstrahlen einspritzt, die jeweils längs der Zwischenräume zwischen benachbarten Reihen von Lufteinlaßöffnungen verlaufen.
2. 2. Brenneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßöffnungen (3) jeder Reihe in stromabwärtiger Richtung eine fortschreitend zunehmende Größe haben.
3. 3· Brenneinrichtung nacn Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Lufteinlaßöffnungen (3) mit gegenseitigen Umfangsabständen kranzartig um die Kammerachse herum angeordnet sind.
4. 4. Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4, 5) und der

   8U9834/0834 ORKSiNAL INSPECTED

   Brennstoffeinspritzer (11, 13) ringförmig sind.
5. 5. Brenneinrichtung nach Anspruch 4, dadurcn gekennzeichnet, daß der Brennstoff einspritzer (H₃ 13) jeweils zwischen den Reinen von Einlaßöffnungen (3) gelegene Einspritzdüsen (13) aufweist, von denen ein Teil der Düsen Brennstoff strahlen in Richtung zur Karnmerachse hin und ein anderer Teil der Düsen Brennstoffstrahlen in Richtung von der Kammerachse weg erzeugt.
6. 6. Brenneinrichtung nach Anspruch 5, dadurcn gekennzeichnet, daß die Düsen (13) jeweils paarweise radial miteinander fluchtend angeordnet sind.
7. 7. Brenneinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinspritzer (20) eine Luftablenkvorrichtung (25) zum Ablenken von durch mindestens einen weiteren Lufteinlaß (19) einströmender Luft aufweist und daß die Düsen (23, 24) so angeordnet sind, daß sie die Brennstoffstrahlen in den abgelenkten Luftstrom einspritzen.

   809834/0834