DE1626044A1

DE1626044A1 - Brenner,insbesondere fuer die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks

Info

Publication number: DE1626044A1
Application number: DE19681626044
Authority: DE
Inventors: Keith Gradon; Alfred Harvey
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1967-03-20
Filing date: 1968-03-06
Publication date: 1970-08-20
Also published as: FR1556547A; GB1114728A; US3498059A

Description

"' ■ . 2
güiötr.f,',.ι.240275

fiOLLS-ROYCE LIMITED Derby, Derbyshire, Grossbritannien

Brenner, insbesondere für die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks

Die Erfindung· betrifft einen insbesondere fUr die BrennKammer eines Gasturbinentriebwerks geeigneten Brenner mit einer DUsenbffnung, ersten Leitungsmitteln zum Beliefern der DUsenöffnun.^ mit einer ringförmigen Wirbelströmung von Brennstoff und zweiten. Leitungsmitteln zum Anliefern eines Strömungsmittels an die hohle-Hittelzone der Wirbelströmung, um damit das Durchströmen von Verbrennungsgasen in stroniaufwärtiger Richtung durch die DUsenöffnung zu verringern oder zu verhindern.

Solche Verbrennungsgase können Kohleteilchen mitreissen und die Erfindung verringert somit die Gefahr des Verkohlens des Brenners.

Die genannte zweite Leitung kann an einem stromaufwärts der DUsenöffming gelegenen Punkt mit der ersten Leitung in Verbindung stehen und von dieser aus mit Brennstoff beliefert werden.

- 1 - 009834/0460

lÄ ORIGINAL

Die erste Leitung umfasst eine Brennetoffkammer,, die mit Brennstoff belieferet werden kann, einen Brennstoff-Lief erring, eine oder ,mehrere von der Brennstoffkammer zum. Brennstoffring führende Kanäle, eine sich axial erstreckende, zur DUsenÖffnung führende Lei tun;;; und tangentiale Wirbelschlitze, welche tangential vom Brennstoff-Lieferring zur axialen Leitung fUhren, wobei die genannte, ringförmige ßrennstoffströmung durch diesich axial erstreckende Leitung durchfliesst.

Die sich axial erstreckende Leitung kann ringförmig sein, wobei die zweiten Leitungsmittel entweder, mit der Brennstoffkammer oder mit der_ sich axial erstreckenden, ringförmigen Leitun.; kommunizieren.

Die axiale Leitung kann an ihrem stromabwMrtigen linde einen kegelstumpf förmigen Teil haben, y wobei· die genannte zweite Leitung Brennstoff an die Mitte dieses kegelstumpfförnigen ieils anliefert.

In einer alternativen Ausführungsform liefert die zweite Leitung Luft von der Aussenseite des Brenners an die hohle hittelzone an. In diesem Falle^; leitet die zweite Leitung-diese. Luft zum stromauf-, wartigeη Ende der sich axial erstreckenden Leitung.

Die DUsenÖffnung ist vorzugsweise eine Vordiisenöffnung, die in der Kitte einer ringförmigen uauptdUsenöffnung angeordnet ist, wobei dritte Leitungsraittel vorgesehen sind, welche die ^auptdlise n.it einem ringförmigen Wirbelstrom von Brennstoff beliefern.

Die Erfindung umfasst auch eine mit miodestens einem derartigen Brenner ausgestattete ^Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks.

- 2 - 00983A/0460

BAD ORIGINAL

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden, beispielsweisen Beschreibung anhand der beiliegenden .Zeichnung hervor, Fig. 1 zeigt schematisch und teilweise im Querschnitt ein Gasturbinentriebwerk, dessen Brennkammer mit erfindungsgeinMssen Brennern ausgestattet ist und

Fig. 2 und 3 sind Querschnitte weiterer AusfUhrungsformen des erfindungscemässer: Brenners.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Triebwerksgehäuse 11, umfassend in Strömungsrichtung einen Kompressor 12, eine ringförmige Brennkammer 13 (oder eine ringförmige Anordnung von individuellen Brennkammern) und eine den Kompressor 12 antreibende Turbine 1*f.

Die Brennkawmer 13 hat Brenner, die Über fiohre 16 von einer nicht dargestellten Quelle aus mit Brennstoff beliefert weiden. Jeder Brenner 1f> kann entweder die Konstruktion nach Fig.3 oder die Konstruktion nach Fig. 2 haben.

In der AusfUhrunrsform nach Fig. 2 hat jeder Brenner 15 eine irittip in einem block 21 geformte. Leitung 20, die mit Hilfsbrennstoff beliefert wird. Die Leitung 10 fllhrt zu einer Brennstoff kammer 22, die in einem Abstandsstück 23 liegt. Diese Brennstoffkammer 22 steht Über eine Vielzahl von winkelraKssir weetzten, radial nach aussen «^enei-ten Kanälen 2h (oder liber eine ringförmige, kefrelstutnpfförmife Leitung 2*f) mit einem Brennstoff-Lieferring 25 in Verbindung, welcher radial ausserhalb der Brennstoffkammer 22 liert. Eine Vielzahl von winkelmSssi^ versetzten, tane-entiell anpeordneten Wirbelschlitzen 2·- fUhrt tangentiell und radial nach innen vom

009834/0480 " ³ -

Brennstoff-Lieferring 25 zu iriner ringförmigen, euch axial erstrekkenden Leitung 27. Die Leitung 27 liegt zwischen einem zylindrischen Teil 30» dessen stromahwMrtiges Ende mit einer VordUsenöffnung 31 versehen ist, und einem hUleenförmigen Glied 32, das radial innerhalb des zylindrischen Teils 30 angeordnet ist. Die Anordnung iet derart, dass ein ringförmiger Wirbelstrom vom Hilfsbrennstoff durch die Lietung 27 zur VordUsenöffnung £1 strömt. Das stromabwärtige Ende des HUlsenglied» 32 liegt stromaufwärts der VordUsenöffnung 31» sodass am stromabwSrtigen Ende des zylindrischen Teils 30 und in der VordUsenöffnung 31 die Wirbelströmung ties Hilfebrennstoffe in der Mitte ein hohle Zone hat.

Die HUlse 32 erstreckt sich von einem mittigen Teil 33 des AbstandsstUcks 23; alternativerweise kann der Teil 33 auch vom Abstandsstück 23 getrennt seih und mit diesem einen ringförmigen Kanal 2k. bilden.

Die HUlse 32 hat eine axiale Bohrung 3¹*·» die eine Leitung bildet, deren stromaufwSrtiges Ende mit der Brennstoffkammer 22-in Verbindung steht.

Das stromabwSrtige Ende der Leitun {-27 hat einen kegelstumpfförmigen Teil 35 und dae stromabwSrtige Ende der Bohrung Jk kommuniziert mit diesem Teil 35 Über ein Loch 36 in einer Endwandung 37 der HUlse 32.

Durch die Bohrung Jk und das Loch 36 strömender Brennstoff fUllt daher mindestens einen Teil der hohlen Mittelzone in ringförmigen Wirbelstrom des an die VordUsenöffnung 31 angelieferten Brennstoffe. Der durch die Bohrung Jk durchströmende Brennstoff verringert oder verhindert daher eine stromaufwärts gerichtete Strömung der Verbren-

. 00983 4/0460

nungsgase durch, die Vordüsenöffnung 31· Dies ist wünschenswert, da solche durch die VordUsenöffnung stromaufwärts strömende Verbrennungsgase Kohleteilchen mit sich reissen können, die dann durch ilen Brennstoff mitgetragen werden und Verkohlen des Brenners bewirken können. /

Ausserdem ändert der Brennstoffstrom durch die Bohrung 3*f auch den an der Vorüüsenöffnung gebildeten Nebel. Wenn dieser Strom durch die Bohrung 3k nicht vorhanden wäre, würde der durch den kegelstumpfförmigen Teil 35 gebildete Sprühnebel einen äusseren Winkel haben, der nur um wenig grosser wäre als der innere Winkel. Der Brennstoffstrom durch die Bohrung 3^ verkleinert jedoch den inneren Winkel und vergrössert damit den Unterschied zwischen diesem und dem äusseren Winkel. Dies bewirkt eine bessere Brennstoffverteilung und ein besseres Durchmischen des Brennstoffs mit der Luft.

Anstelle durch die Bohrung 3^ mit der BrennstoffKammer in Verbindung zu stehen, kann das Loch 3o auch mit der Leitung 2? kommunizieren und aus dieser mit Brennstoff beliefert werden, wobei in diesem Falle zwischen dem stromaufwärtigen Ende der Bohrung 3^ und der Brennstoffkammer 22 eine Wandung vorgesehen ist.

Die Vordüsenöffnung 31 liegt mittig in einer HauptdUsenöffnung kQ.

Der Block 21 umfasst eine ringförmige Leitung \Λ , durch welche der Hauptbrennstoff durchströmt, und welche konzentrisch um die Leitung 2Φ herum angeordnet ist und zu einer ringförmigen Leitung k2 im Abstandsstück 23 führt. Die Ringleitung k2 führt in eine ringförmige Brennstoffkammer *f3, die grösstenteils im Abstandsstück 23 und teilweise in einem sich radial erstreckenden Flanschteil kk des

QQ 9 83 4/046Q

zylindrischen Teils J>0 angeordnet ist. Der Teil hh umfasst eine Vielzahl von winkelmässig versetzten Kanälen ^5» deren stromaufwärtige Enden rnit der ringförmigen Brennstoffkammer k3 und deren stromabwär-•tige Enden mit einem Brennstoff-Lieferring ho verbunden sind.

Eine Vielzahl von winkelmäsig versetzten, tangentiellen Wirbelschlitzen h7 erstrecken sich tangentiell vom Brennstoff-Lieferring h6 und führen radial nach innen und tangentiell zu einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung 50, welche die Leitung; konzentrisch umgibt. Die Anordnung ist so getroffen, dass ein ringförmiger Wirbelstrom von Brennstoff stromabwärts durch die Leitung 50 strömt und an die hauptdüsenöffnung ^O angeliefert wird.

Obwohl nun innerhalb dieses ringförmigen Wirbelstroms eine hohle mittige Zone vorhanden ist, können keine Verbrennungsgase stromaufwärts durchtreten, da diese hohle Zone durch das stronabwärtige Ende des zylindrischen Teils 30 und den durch die Vordüsenöffnung 31 durchströmenden Hilfsbrennstoff ausgefüllt wird.

Die oben beschriebenen Teile des Brenners 15 sind in einem Gehäuseteil 51 angeordnet. Dieser Teil 51 sitzt seinerseits in einem Gehäuseteil 52 und bildet mit diesem eine ringförmige Leitung. Diese ringförmige Leitun-g 53 ist an ihrem stromaufwärtigen Ende offen und nimmt Umgebungsluft auf, die daher durch die Leitung 53 durchströmt und durch kegelstumpfförmige Oberflächen 5h, 55 auf dem Gehäuseteil 51 und auf einem zylindrischen Teil 56 gegen die HauptdUsenoffnugtg *tO und gegen die Vordüsenöffngng 31 geleitet wird.

, 009834/0460

— b —

Der konzentrisch im zylindrischen Teil 30 angeordnete zylindrische Teil 56» der vor ersterem getrennt ist und die Leitung 50 bildet, hat eine äussere OberllHche 60, die in einem sehr kleinen Abstand von einer Oberfläche 61 des Behäuseteils 51 angeordnet ist. Der Spalt zwischen den beiden Flächen 60 und 61 erstreckt sich zwischen Brennstoffbehältern 62 und 63, die im zylindrischen Teil 56 angeordnet sind, wobei der Behälter 62 mit Brennstoff Über Bohrungen Gk versorgt wird,die mit den tarigentiellen Schlitzen k7 in Verbindung stehen. Infolgedessen strömt beim Betrieb des Brenners dauernd ein dünner Brennstoffilm vom Behälter C3 stromabwärts Über die Oberfläche 55 und trägt dazu bei, dass das Absetzen von Kohle auf dieser Fläche verhindert wird. . Der Luftstrom liber der Oberfläche 55 trägt zum Brennstoffluss Uber diese Fläche bei.

Fig. 3 zeigt eine angewandelte AusfUhrungsform des erfindungegemässen Brenners, in welcher ein Grossteil der Teile den Teilen nach Fig. 2 entsprechen und daher mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Aus diesem Grund erUbrigt eich auch eine eingehende Beschreibung dieser AusfUhrungsform und sich die Beschreibung auf die Unterschiede beschränken kann.

In der AusfUhrunesform nach Fig. 3 umfasst das Innere des zylindrischen Teils 30 eine sich axial erstreckende Leitung 65, die i«¹ üerensatz zur Leitung 27 keine rincfb'rmi.re Leitung, da diese AusfUhrunpsform keine KUlse 32 umfasst. Das Abstandsstück 23 hat hier· einen rcittigen Teil 66, der im Gegensatz zum raittif-en Teil 33 der AxisfUhrunrsform nach Fig. 2, keine durchrehende, mit der Brennstoffkaminer 22 in Verbindung stehende Bohrung hat.

BAD

_ 7 _ 0 0 9 8 3 -v / 0 4 6 0

In der AusfUhrungsform nach Fig. 3 hat dagegen der mittige Teil 66 eine Leitung 67, deren stromabwMrtiges End· rait einer Leitung 65 und deren stromaufwUrtiges Ende mit einer Bohrung 68 verbunden sind. Die Bohrung 68 geht durch das Abstandsstück 23 hindurch, sowie auch durch den Gehäuseteil 51 und nimmt daher Umgebungsluft auf. Diese Umgebungsluft strömt daher mit verhSltnismässip; hohem Druck in die mittige Zone der Leitung 65 und verhindert oder behindert das Stromaufwärtsströmen der Verbrennungsgase durch-die VordUsenöffnung 31. Die hohle Mittelzone des ringförmigen Wirbelstroms ist somit im wesentlichen vollkommen mit Luft zu höheren Druck gefUllt, als jeder der Verbrennungsgase unmittelbar ausserhalb des Brenners.

Vorzugsweise nimmt die Bohrung 68 einen dynamischen Druck auf, der so hoch wie möglich ist. Zu diesem Zweck kann . sich die Bohrung 68 erwUnschtenfalls durch den Block 21 anstelle durch den Gehäuse teil 51 erstrecken.

00983 4/0460

Claims

Patentans ρ r U c h e

Brenner mit einer DUsenöffnung, gekennzeichnet durch erste Leitungsmittel (20,22,2^-27) zum Beliefern der DUsenöffnung (31) mit einer ringförmigen Wirbelströmung von Brennstoff und zweite Leitungsmittel (3^,36) ^zum Anliefern eines Strömungsmittels an die hohle Mittelzone der Wirbelströmung, um damit das Durchströmen von Verbrennungsgasen in stromaufwärtiger Richtung durch die DUsenöffnung (31) zu verringern oder zu verhindern.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Leitung (J>h ,36) an einem stromaufwärts der DUsenöffnung (31) gelegenen Punkt mit der ersten Leitung (2o.22,2^-27) in Verbindung •steht und von dieser aus mit Brennstoff beliefert wird.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (2ο,22,2^-27) eine Brennstoffkammer (22) umfasst, die mit Brennstoff beliefert werden kann, einen Brennstoff-Lieferring (25), einen oder mehrere von der Brennstoffkammer (22) zum Brennstoff ring (25) führende Kanäle (2*f), eine sich axial erstreckende, zur DUsenöffnung (3D fUhrende Leitung (27) und tangentiale Wirbelschlitze (26), welche tangential vom Brennstoff-Lieferring (25) zur axialen Leitung (27) fUhren, wobei der genannte, ringförmige Brennstoffstrom durch die sich axial erstreckende Leitung (27) durchströmt.

*f. Brenner nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, dass die sich axial erstreckende Leitung (27) ringförmig ist, wobei die zweiten Leitungsmittel (3^*36) entweder mit der Brennstoffkammer (22) oder mit der sich axial erstreckenden Leitung (27) kommunizieren.

_₉_ 009834/0480

5. Brenner nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Leitung an ihrem stromabwMrtigen Ende einen kegelstumpfförmigen Teil (35)hat, wobei die zweite Leitung (3^,36) Brennstoff an die Mitte dieses kegelstumpfförmigen Teils (35) anliefert.

6. Brenner nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (3^,35) Luft von der Aussenseite des Brenners an die hohle Mittelzone anliefert.

7. Brenner nach Anspruch 3 und k, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitung (3^,3'S) diese Luft zum stromaufwärtigen Ende der sich axial erstreckenden Leitung (27) leitet.

8. Brenner nach einem der vorangehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dlisenöffnung eine VordUsenöffnung (31) ist, die in der Mitte einer ringförmigen HauptdUsenöffnung (^fO) angeordnet ist, wobei dritte. Leitungsmittel (65,6?) vorgesehen sind, welche die Hauptdlise (ko) mit einem ringförmigen Wirbelstrom von Brennstoff beliefern.

9. Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens einem Brenner nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgestattet ist.

BAD ORiGiNAL -ίο- 009834/0460