DE1013467B

DE1013467B - Brennkammer fuer Gasturbinen und Strahltriebwerke mit Zerstaeubungseinrichtung

Info

Publication number: DE1013467B
Application number: DED20975A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Karl Eisele
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1955-07-30
Filing date: 1955-07-30
Publication date: 1957-08-08
Also published as: FR1151912A; US2994192A; GB811745A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen oder Strahltriebwerke, wobei ein aus Primärluft und Brennstoff bestehendes Gemisch der Brennkammer, vorzugsweise unter gleichzeitiger Beifügung von Sekundärluft innerhalb der Brennkammer, zugeführt wird.

Es sind derartige Brennkammern bekannt, bei denen der Brennstoff aus ortsfesten Düsen in dem Primärluftstrom gegen eine von den Brenngasen in der Brennkammer unmittelbar beheizte Wandung gespritzt wird. Rotationszerstäubung des durch einen Läufer zugeführten Brennstoffes ist ebenfalls an sich bekannt.

Diese beiden Merkmale sind je einzeln für sich nicht Gegenstand der Erfindung. Vielmehr besteht die Erfindung nur in der Kombination dieser an sich bekannten Merkmale.

Die Erfindung erstrebt eine wirksame Verbesserung der bekannten Brennkammern und besteht im wesentlichen darin, daß der vorzugsweise durch den Läufer zugeleitete Brennstoff durch Rotationszerstäubung verwirbelt in den Primärluftstrom gegen eine von den Brenngasen in der Brennkammer unmittelbar beheizte Wandung gespritzt wird. Es werden also bei raumsparender und konstruktiv besonders einfacher Bauweise die Vorteile der bekannten Maßnahmen zugleich ausgenutzt und dadurch eine besonders gute Verbrennung erzielt. Durch die Rotationszerstäubung wird nicht nur eine besonders gute Mischung des Kraftstoffes mit der Luft, sondern auch eine restlose Aufbereitung des eingespritzten Brennstoffes erreicht, da etwa von der Brennkammerwand zurückprallende Brennstoffteilchen infolge der ihnen erteilten Umfangsgeschwindigkeit wieder auf die heiße Brennkammerwand zurückgeworfen werden, wo sie verdampfen. Hierdurch ergibt sich eine fühlbare Brennstoffersparnis. Außerdem kann die Brennkammerwand durch den Kraftstoff gleichmäßig wirkungsvoll gekühlt werden, während bei ortsfesten Düsen die Kraftstoffstrahlen stets auf dieselbe Stelle der Wand auftreffen und somit die Kühlwirkung nur auf einzelne Stellen der Wand beschränkt bleibt.

Vorteilhaft wird die Primärluft zunächst einer Einspritzkammer, vorzugsweise einem düsenförmig ausgebildeten, radial innerhalb der ringförmigen Brennkammer angeordneten Ringkanal, und hierauf zweckmäßig nach einer Umlenkung der Brennkammer zugeleitet. Dieser um 180° umlenkende Ringkanal wirkt kurz vor seiner vorzugsweise tangentialen Einmündung in den Brennraum als Verdampfer, wobei Brennstoff auch an der Umlenkstelle oder auch in den Verdampfer selbst eingespritzt werden kann. Die Zuführung der Primär- und Sekundärluft in den Ringkanal bzw. Verdampfer sowie in die Brennkammer

und Strahltriebwerke
mit Zerstäubungseinrichtung

Anmelder:

Daimler-Benz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Unter türkheim,

Mercedesstr. 136

Dr.-Ing. Karl Eisele, Fellbach bei Stuttgart,
ist als Erfinder genannt worden

erfolgt zweckmäßig durch einen gemeinsamen ringförmigen Diffusor. Es wird vorgeschlagen, die Primär- und Sekundärluft von entgegengesetzten Seiten der Brennkammer zuzuführen, und zwar vorzugsweise die Primärluft auf der radial inneren Seite, die Sekundärluft auf der radial äußeren Seite der Brennkammer. Durch dieses Gegenstromprinzip wird eine innige Verwirbelung und Vermischung der brennstoffhaltigen Primärluft mit der Sekundär- oder Hauptluft erreicht.

In Ausgestaltung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, die Primär- und/oder Sekundärluft vor ihrer Mischung mit dem Brennstoff in Umdrehung zu versetzen. Hierzu sind geeignete Schaufelgitter anzuordnen. Solche Schaufelgitter sind zweckmäßig auch vor der Austrittsstelle der Primärluft an der Ringkammer, bevor sich die Primärluft mit der Sekundärluft vermischt, vorgesehen.

Das verwirbelte Brennstoff-Luft-Gemisch wird also zweckmäßig mit einem Drall der Sekundärluft bzw. der Brennkammer zugeführt, wobei die Zuführung der Primärluft und Sekundärluft axial in entgegengesetzter Richtung, vorzugsweise jedoch, im Querschnitt der Brennkammer gesehen, tangential im gleichen Drehsinn erfolgt.

Der Brennstoff wird vorteilhaft radial von innen her, vorzugsweise senkrecht gegen die Innenwand der Brennkammer gespritzt. In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der von seiner Außenseite in an sich bekannter Weise mit Austrittsöffnungen für den Brennstoff versehene Läufer von einem von der Primärluft durchströmten Ringkanal und dieser seinerseits unmittelbar von der Brennkammer umschlossen.

709 656/168

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt. Der in geeigneter Weise, z. B. an seinen Enden, gelagerte Lauf er 10 trägt einerseits die Laufschaufeln des Kompressors 11 sowie die Turbinenschaufeln 12. Eine den Läufer mit Abstand umschließende Wandung:13" bildet einen Ringkanal 14 und trennt diesen von der ringförmigen Brennkammer 1.5. Ringkanal und Brennkammer stehen einerseits gemeinsam durch einen ringförmigen Diffusor 16 mit der Luftzuführung 17 am"Kompressor 11 und andererseits durch einen von der: Wand 13 und einer weiteren Wand 18 gebildeten Verdampfer 19 miteinander in Verbindung, der gleichzeitig der um etwa 180° umgelenkte Endteil des" Ringkanals 14 ist und, im Querschnitt der Brennkammer gesehen, tangential in diese einmündet. Ein Schaufelgitter 20 für die Primärluft ist am Eintritt des Ringkanals, ein weiteres Schaufelgitter 21 am Austritt des Ringkanals bzw. Verdampfers angeordnet'." Diese sowie das S chaufel gitter 22 für die Sekundär- oder Hauptluft sind vorzugsweise mit schräg oder schraubenförmig angeordneten Schaufeln versehen, um der Luft einen Drall zu erteilen. Die Brennkammer 15 steht über die Turbine 12 mit der Strahldüse-23 in Verbindung.

Der Brennstoff wird durch eine Axialbohrung 24 im Läufer 10 zugeführt und durch einzelne radial nach außen ausmündende Querbohrungen 25 in den Ringkanal 14 bzw. gegen die denselben nach außen begrenzende Wandung 13 sowie durch eine oder mehrere in die Umlenkung des Ringkanals 14 bzw. in den Verdampfer 19 ausmündende Düsenbohrungen26 z.B. gegen die Wandung 18 eingespritzt.

Die bei 17 eintretende Luft wird durch den Kompressor 11 verdichtet, verlangsamt sich im Diffusor 16 und wird zugleich in den Primärluftzweig und den Sekundär luftzweig aufgeteilt. Der Primärluftzweig wird durch das mit dem Läufer 10 umlaufende Schaufelgitter 20 in rasche Umdrehung versetzt und durchfließt den Ringraum 14. Der durch die Axialbohrung 24, z. B. unter Vorwärmung, und die Querbohrungen 25 mit Unterstützung durch die Fliehkraft in den Ringraum 14 eingespritzte Brennstoff wird einerseits infolge der Drehung des Läufers und andererseits infolge des Dralles der Primärluft verwirbelt und beim Auftreffen auf die durch die Brennkammer 15 beheizte Wand 13 verdampft. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird hierauf nach nochmaliger Beschickung mit Brennstoff bei 26 über den Verdampfer 19 in die Brennkammer 15 geleitet, indem es durch das Schaufelgitter 21 tangential in diese eintritt und der im allgemeinen in entgegengesetzter Richtung durch das Schaufelgitter 22 vorzugsweise mit Drall eintretenden Sekundärluft beigemischt wird, so daß eine nochmalige Verwirbelung und hierauf die Verbrennung stattfindet.

Etwa von der Wand des Ringkanals 14 bzw. der Brennkammer 15 zurückprallende unverbrannte Brennstoffteilchen werden durch den Drall der Primärbzw. Sekundärluft wieder an die Wände zurückgeworfen und ebenfalls verbrannt. Die heißen Brenngase durchströmen die mit dem Läufer 10 verbundene Turbine 12 und versetzen den Läufer in rasche Umdrehung, worauf sie durch die Strahldüse 23 ins Freie austreten und hierdurch den Vortrieb erzeugen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Brennkammer für Gasturbinen oder Strahltriebwerke, wobei ein aus Primärluft und Brennstoff bestehendes Gemisch der Brennkammer, vorzugsweise unter gleichzeitiger Beifügung von Sekundärluft innerhalb der Brennkammer, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise durch den Läufer (10) zugeleitete Brennstoff durch RotatioBszerstäubung verwirbelt in den Primärluftstrom gegen eine von den Brenngasen in der Brennkammer (15) unmittelbar beheizte Wandung gespritzt wird.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft durch einen vorzugsweise düsenförmig ausgebildeten, radial innerhalb der ringförmigen Brennkammer (15) angeordneten Ringkanal (14), gegen welchen der Brennstoff gespritzt wird, geführt wird.

3. Brennkammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft unter Aufnahme von Brennstoff zunächst einer Einspritzkammer (14) und hierauf durch einen düsenförmig sich verengenden Kanal (19) der Brennkammer (15) zugeleitet wird.

4. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft unter Aufnahme von Brennstoff (bei 26) und unter Umlenkung (19) der Brennkammer (15) zugeleitet wird.

5. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und/oder Sekundärluft vor ihrer Mischung mit Brennstoff in Umdrehung versetzt wird.

6. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das verwirbelte Brennstoff-Luft-Gemisch mit einem Drall der Sekundärluft bzw. der Brennkammer (15) zugeführt wird, wobei die Zuführung der Primär- und Sekundärluft axial in entgegengesetzter Richtung (bei 21 und 22), vorzugsweise jedoch, im Querschnitt der Brennkammer (15) gesehen, tangential im gleichen Drehsinnne erfolgt.

7. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in an sich bekannter Weise mittels mehrerer, vorzugsweise in Strömungsrichtung der Luft, hintereinanderliegender Einspritzstellen (25) gegen die Wandung (13) gespritzt wird.

8. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff radial von innen her, vorzugsweise senkrecht, gegen die Innenwand (13) der Brennkammer (15) gespritzt wird.

9. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf seiner Außenseite in an sich bekannter Weise mit Austrittsöffnungen (25., 26) für den Brennstoff versehene Läufer (10) von einem von der Primärluft durchströmten Ringkanal (14) und dieser seinerseits unmittelbar von der Brennkammer (15) umschlossen ist.

10. Brennkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärluft von entgegengesetzten Seiten (21, 22) der Brennkammer (15) zugeführt wird, und zwar vorzugsweise die Primärluft (bei 21) auf der radial inneren Seite, die Sekundärluft (bei 22) auf der radial äußeren Seite der Brennkammer (15).

11. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintritt der Primärluft in den Ringkanal (14) bzw. in die Brennkammer (15) und/oder der Sekundärluft in die letztere (15) Schaufelgitter (20, 22) zur Erzeugung eines Dralls der Verbrennungsluft vorgesehen sind.

12. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Ringkanal (14) vorgeschaltete Schaufelgitter (20) am Turbinenläufer (10) angeordnet ist.

13. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (14) mit einer Umlenkung um etwa 180° — unter Bildung eines zwischen Ringkanal und Brennkammer angeordneten Verdampfers (bei 26) — vorzugsweise an der Austrittsseite der Brennkammer (15) und vorzugsweise tangential in diese einmündet.

14. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff außer in den Eingangsteil des Ringkanals (14) — Vorzugsweise in über die Länge desselben verteilten Strahlen (25) — auch an der Umlenkstelle des Ringkanals bzw. in den Verdampfer (bei 26) eingespritzt wird.

15. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Primär- und Sekundärluft dem Ringkanal (14) bzw. der Brennkammer (15) durch einen gemeinsamen ringförmigen Diffusor (16) zugeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 847 530, 734101, 935;

schweizerische; Patentschriftein Nr. 291 617, 246 172; französische Patentschrift Nr. 963 894.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen