DE850969C - Brennkammer, insbesondere fuer Strahltriebwerke - Google Patents

Description

• Brennkammer, insbesondere für Strahltriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer, insbesondere für Strahltriebwerke, welche beispielsweise mit flüssigem, staubförmigem oder gasförmigem Brennstoff betrieben «erden. Bei solchen Triebwerken wird die Arbeitsluft als Verbrennungsluft in die Brennkammer eingeführt und zum Teil um die Brennkammer geleitet und mit den aus der Brennkammer austretenden Verbrennungsgasen vermischt, um eine Abgasturbine zu heaufschlagen. Die Turbine dient zum Beispiel zum Antrieb der Verdichter für die Arbeitsluft. Bei solchen Verbrennungskammern wird eine Verbrennung auf kurzem Wege angestrebt, ferner eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes auf (lern ganzen Brennkammerquerschnitt. Ferner muß Vorsorge getroffen werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit in der Brennkammer nicht so groß wird, daß die Flamme abreißt. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß an der Mischstelle der Abgase mit der die Brennkammer umfließenden Luft keine Druckverluste entstehen. Sodann muß verhindert werden, daß die den Abgasen zugeführte Luft in die Brennkammer zurückschlägt.
• Gemäß der Erfindung wird eine gleichmäßige Verteilung der in die Brennkammer eintretenden Verbrennungsluft über den Brennkammerquerschnitt durch ein Führungsgitter erzielt, das z. 1i. in Form von vorzugsweise konzentrischen Ringe» tiiri eine insbesondere zentral angeordnete Brennstoffeinspritzdüse herumgruppiert ist.' -Die Ringe sind derart geformt, daß sich die Ringabstände gegen die Brennkammer diffusorartig erweitern. Dieses Führungsgitter verzögert gleichzeitig die Strömungsgeschwindigkeit der in die Brennkammer eintretenden Verbrennungsluft so weit, daß die hinter ihm in der Brennkammer auftretende Flamme nicht abreißt. Um demgegenüber aber zu verhindern, daß die um die Brennkammer herumströmende Luft nicht am Austrittsende der Brennkammer in diese zurückschlägt, wird hinter der vorzugsweise düsenförmig gestalteten Lufteintrittsöffnung bzw. hinter einem die Gesamtbetriebsluft führenden Verdichter ein weiterer ein- oder mehrstufiger Verdichter vorgesehen, der lediglich den durch die Brennkammer strömenden Luftanteil in diese fördert. Auf diese Weise ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Brennkammer mit Rücksicht auf die Erhaltung der Flamme zwar gegenüber der Strömungsgeschwindigkeit der um die Brennkammer herumströmenden Luft geringer, doch bleibt noch in der Brennkammer ein so hoher Druck aufrechterhalten, daß ein Druckabfall dieser Luft am Ende der Brennkammer bzw. ein Zurückschlagen in diese nicht auftritt.
• Zwecks einer guten Mischung von Abgasen und Luft am Ende der Brennkammer ist außerdem das :\ustrittsende der Brennkammer als Mischer ausgebildet, und zwar wird dieser Mischer durch einander überdeckende Schaufelflächen oder noch besser durch Kanäle gebildet, die gegebenenfalls durch Lufteintrittsöfinungen mit dem die Brennkammer umgebenden Luftführungsspalt in Verbindung stehen können. Die Flächen des Mischers werden auf der einen Seite von den heißen Abgasen und auf der anderen Seite von der die Brennkammer anströmenden Luft bestrichen, so daß bereits im Mischer eine Temperaturangleichung von Abgasen und Luft stattfindet. Außerdem lenken die Mischerkanäle die Luft gegen den Abgasstrahl hin. Zur Vergrößerung der Mischerfläche läuft dieser, in Strömungsrichtung von Luft und Abgasen gesehen, konisch zu. Die Mischung erfolgt hierbei an Trennflächen. Bekanntlich ist die Mischung um so besser, je mehr Trennflächen vorhanden sind und je größer diese sind.
• In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die Brennkammer für eine Gasströmungsmaschine im Längsschnitt; Abb.2, 3 und 4 zeigen Querschnitte durch die Brennkammer nach den Linien II-II, 111-11I und IV-IV von Abb. i.
• Wie die Abb. i zeigt, besteht die Brennkammer, von denen mehrere in an sich bekannter Weise ringförmig z. B. in einer stromlinienförmigen Verkleidung mit einer gemeinschaftlichen Lufteintrittsdüse angeordnet sein können, aus einem länglichen Raum i mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt, der sich von seinem Eintrittsende her zunächst konisch erweitert und gegen sein Austrittsende zu wieder verjüngt. Die Eintrittsseite der Brennkammer ist durch ein Luftführungsgitter 2 begrenzt, das aus einer Anzahl von konzentrisch um eine zentral angeordnete Einspritzdüse 3 und mit einigem Abstand voneinander angeordneten Ringen besteht (Abb. 2). Die Abstände dieser Ringe können gleich oder ungleich groß sein. Sie erweitern sich gegen die Brennkammer i zu diffusorartig (Abb. i). An der Austrittsseite der Brennkammer i ist die Brennkammerwand zu flachen, kanalartigen Durchlässen 6 geformt, die radial zu der Eintrittsmündung 7 der Brennkammer liegen (Abb. ,4). Zwischen den durch die Kanalwände gebildeten Rippen sind Schaufelflächen io vorgesehen, die gegen die Brennkammermündung 7 zulaufende Luftführungsspalte 8 bilden, die mit einem die Brennkammer i bzw. 5 umgebenden Luftspalt 21 in Verbindung stehen, der durch die Doppelwand 9 gebildet wird. Kanäle 6 und Schaufeln io bilden zusammen einen Mischer für Luft und Abgase und laufen zur Vergrößerung der Mischerfläche gegen die Mündung 7 der Brennkammer i konisch zu.
• Die Wand 9 ist über die Brennkammer 5 und den Mischer io hinaus verlängert und verjüngt sich hinter diesen zu einer Düse i i, die z. B. in den Leitschaufelkranz 12 einer Abgasturbine 13 hineinragt (Abb. i). Die Abgasturbine 13 dient zum Antrieb einer an der Eintrittsseite der Brennkammer angeordneten Verdichtergruppe i:4, 15. Der eine Verdichter, 14, erfaßt die gesamteBetriebsluft, während Ader andere, 15, hiervon nur die für die Brennkammer i bestimmte Verbrennungsluft befördert. Das Leitkanalsystem der leiden Verdichtergruppen 14, 15 ist zusammen mit den llaltevorrichtungen für die Einspritzdüse 3. <las Führungsgitter 2 und die Zündvorrichtung 16 in einem gemeinschaftlichen Gußstück 17 angeordnet, an das der aus Blech bestehende Brennkammerabschnitt 5 mit seiner Luft- und Abgasluftgemischführung 9 derart befestigt ist, daß sich die Blechteile unter Einwirkung der Wärme axial ausdehnen können. Die rückwärtige Verlängerung der Luftführung 9 ist durch über deren Umfang verteilte Hohlrippen 18 versteift und außerdem durch als Luftschaufeln wirkende Stege i9 an der Brennkammerwand 5 abgestützt. Eine weitere Abstützung kann nahe oder tininittelbar am Leitschaufelkranz 12 erfolgen, und zwar mit Rücksicht auf die bereits erwähnte axiale Ausdehnungsmöglichkeit des Blechkörpers 9 nachgiebig z. B. durch Pendelstege 20, eine Gleitlagerung, durch Rollkörper od. dgl.
• Die Regelung der Luftzufuhr nach der Brennkammer i kann durch eine Drehzahlregelung der Brennkammergebläsestufe 1s erfolgen, was jedoch die Anordnung eines Zwischengetriebes notwendig macht. Einfacher erfolgt die erwähnte Regelung durch ein Absperrglied, z. B. eine Drosselklappe 22, einen Schieber od. dgl., insbesondere in dem zur Brennkammer i führenden Luftführungskanal 23. Die Verstellung der Drosselklappe kann in Abhängig'keit vom C02-Gehalt der Abgase, von der Temperatur oder von der Turbinen- bzw. Gebläsedrehzahl erfolgen. Eine Steigerung dieser Werte hat jeweils eine Steigerung der Luftzufuhr zur Folge. Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung ergibt sich aus der Zeichnung ohne weiteres. Die gesamte Betriebsluft wird durch den ein- oder mehrstufigen Verdichter 14 erfaßt und zum Teil (lern Luftführungsspalt 21 zwischen den Wänden 5, 9 und zum Teil der Brennkammer i zugeführt. Die Zuführung der zur Brennkammer i strömenden Luft geschieht unter der Einwirkung des Gebläses i_5, das ebenfalls mehrstufig sein kann. Die Schaufelhöhe des zweiten Gebläses entspricht z. B. mir einem Viertel der Schaufelhöhe des Schaufelgebläses 14, und die von ihm erfaßte Luftmenge wird ausschließlich der Brennkatnmer i zugeleitet. Durch das zweite Gebläse 1.5 ergibt sich der Vorteil, daß die beim Durchtritt durch (las Führungsgitter 2 und in der Brennkammer i auftretenden Druckverluste auf den durch die Brennkammer durchströmenden Luftanteil beschränkt bleiben. Außerdem kann man die Wirheleriergie in der Brennkammer beliebig hoch wählen und eine Wirbelung dadurch hervorrufen, daß inan wenigstens die brennkammerseitlichen Kanten der Luftfiihrungsgitterringe unregelin 'ißig gestaltet, z. B. verzahnt, wellig macht od. dgl. Auch die Vermischung der Brenngase mit dem die Brennkammer umgebenden Luftanteil am Austrittsende wird begünstigt, cla der Drucküberschuß der Bretlngase die Anwendung von Kreuzströmungen, tatigentiale «'irhelungen usw. ermöglicht. Die Regelung der zur Bretnikammer strömenden Luftmenge wird außer durch die Drehzahl des Brennkammerverdichters durch die Stellung der Regelklappe 22 IteStltllnit.
• Beim Durchtritt durch das Führungsgitter 2 wird die in die Brennkammer eintretende Luft erstens gleichmäßig uni die Einspritzdüse 3 herum über den Brennkainmercluerschnitt verteilt, und außer-(lern erfolgt die Verzögerung der Luft- bzw. der Kraftstoffluftgetnisch-Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar itn Bereich hinter der Düse 3 und der Zündvorrichtung i6.
• Es nimmt dafür die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase gegen die Austrittsmündung 7 der Brennkammer wieder züi, und im Bereich der Kanäle 6. Durchlässe 8 und Schaufeln io vermischen sie sich gründlich mit dem um die Brennkammer herumströmendenLuftanteil,wohei dasLuft-Abgas-Gemisch an dem Austritt 1 i eine weitere erhebliche Beschleunigung und gleichzeitig eine Ausrichtung erfährt. Die Leitschaufeln 12 sind enrthehrlich, wenn man den Düsen i i bereits eine günstige Richtung gibt, die in Richtung der Turbinenschaufeleintrittsspalte liegt. Die zweckmäßig an der Düsenmündung i i endigenden hohlen Versteifungsrippen 18 tragen außerdem wirksam zur Kühlung bei, weil ein Teil der durch den Luftführungsspalt 21 strömenden Luft in die von den Rippen eingeschlossenen Kanäle eintritt.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. l,rentikaininer, vorzugsweise für Strahltriebwerke von Luftfahrzeugen, bei denen die Arbeitsluft zum Teil als Verbrennungsluft in die Brennkammer ein-, zum Teil um die Brennkammer herumgeführt wird und mit den aus dieser austretenden Verbrennungsgasen vermischt eine Abgasturbine antreibt, gekennzeichnet durch ein an der Lufteintrittsseite vorgesehenes Führungsgitter, das die in die Brennkammer eintretende Luft möglichst gleichmäßig über dein Brennkammerquerschnitt verteilt. z.
2. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgitter aus einer Anzahl von konzentrischen Ringen (2) besteht, die vorzugsweise ebenfalls konzentrisch um eine insbesondere zentral angeordnete Brennstoffeinspritzdüse (3) angeordnet sind.
3. 3. Brennkammer nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgitterdurchlässe (4) sich gegen den Brennrautn (i) zu diffusorartig erweitern.
4. 4. Brennkammer nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Führungsgitterringe alle gleich groß sind.
5. 5. Brennkammer nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeiduiet, daßderen Ausströmende (7) durdh den Übergang in einzelne konvergierende Kanäle oder Düsen und zwischen diesen angeordnete Schrägflächen zu einem Mischer ausgebildet ist, der die aus der Brennkammer austretenden Abgase mit der die Brennkammer umströmenden Luft mischt.
6. 6. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (6, 7, 8, io) zwecks Vergrößerung der Mischerfläche in der Strömungsrichtung von Luft und Altgasen konisch sich verjüngt.
7. 7. Brennkammer nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eintrittsseite der Brennkammer ein die gesamte Betriebsluft fördernder Verdichter (14) mit einer oder mehreren Verdichterstufen und hinter diesem ein weiterer ein- oder mehrstufiger Verdichter(15) vorgesehen ist, der die für die Brennkammer (8) bestimmte Verbrennungsluft vom Gesamtluftstrom abzweigt und in die Brennkammer hineindrückt, während die übrige Luft als Kühlluft um die Brennkammer (9) herumgeführt wird. B.
8. Brennkammer nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Blech bestehenden Altschnitte (5 und 9) von Brennkammer und Luftführung mit axialer Ausdehnungsmöglichkeit an eXnem Gußstück (17) befestigt sind, das neben den Leitschaufeln für die Verdichter auch die Befestigungsmittel für das Luftführungsgitter (2), die Brennstof£einspritzdüse (3) und Zündvorrichtung (16) aufweist..
9. 9. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer hzw. der sie umgehende Luftführungsmantel durch eine Pendelstütze abgestützt ist oder axial verschiebbar auf einem Gleit- oder Wälzlager aufliegt. io. Brennkammer nach denAnsprücheni bis8, dadurch gekennzeichnet, daß der die Brennkammer einschließende Luftführungsmantel (9) insbesondere vom Bereich des Mischers ab durch Hohlrippen (i8) versteift ist, die gleichzeitig zur Kühlluftführung dienen. i i. Brennkammer nach denAnsprücheni bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zur Brennkammer (i) führenden Luftkanal (23) ein die Luftzufuhr zur Brennkammer regelndes Absperrglied, z. B. eine Drosselklappe (22), vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehzahl der Abgasturbine oder des Verdichters gesteuert wird.