DE1925135B2 - Nacherhitzungseinrichtung für Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerke - Google Patents
Nacherhitzungseinrichtung für Nebenstrom-GasturbinenstrahltriebwerkeInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nacherhitzungseinrichtung für Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerke gemäß
Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1.
Derartige Einrichtungen dienen zur noch weiteren Erhitzung des Triebwerksschubstrahles. Die Nacherhitzungseinrichtung
erfüllt dabei zwei Aufgaben, nämlich einerseits die Verbrennung zusätzlichen Brennstoffes
mindestens im Hauptstrom und andererseits die Durchmischung des Hauptstromes mit dem Nebenstrom.
Je nachdem, in welcher Reihenfolge diese beiden Vorgänge im Strömungsverlauf stattfinden, kann man
drei grundsätzliche Bauarten unterscheiden.
Bei der ersten Bauart findet zuerst die Nachverbrennung und anschließend das Mischen des Hauptstromes
mit dem Nebenstrom statt. Beispiele dieser Bauart zeigen die US-PS 31 50 484 und die GB-PS 9 28 475. Bei
den aus diesen Druckschriften bekannten Einrichtungen wird jeweils zuerst zusätzlicher Brennstoff in den
Hauptstrom eingespritzt und verbrannt und die Mischung des Hauptstromes mit dem Nebenstrom
findet in einer hinter der Verbrennungszone gelegenen Ebene statt.
Bei der zweiten Bauart erfolgt zuerst die Mischung des kalten Nebenstromes mit dem heißen Hauptstrom
und anschließend die Nachverbrennung. Einrichtungen dieser Bauart sind beispielsweise aus der US-PS
34 65 525 und der DT-AS 11 18 538 bekannt. Bei diesen
Anordnungen sind stromab einer Mischeinrichtung Brennstoffeinspritzer und Flammenhalter angeordnet.
Die beiden eben beschriebenen Bauarten weisen beide den Nachteil auf, daß die beiden in verschiedenen
axial hintereinanderliegenden Ebenen stattfindenden Vorgänge des Mischens und des Verbrennens eine
verhältnismäßig große Strahlrohrlänge bedingen. Während bei der ersten Bauart dafür Sorge getragen werden
muß, daß die kalte Nebenstromluft die Flammenbereiche
nicht nachteilig beeinflußt und dadurch den ; Verbrennungsvorgang stört, weshalb die Mischung erst
axial hinter der Brennzone stattfinden darf, kommt es bei der zweiten Bauart darauf an, daß der heiße
Hauptgasstrom und der kalte Nebenstrom gut miteinander vermischt werden, bevor die Verbrennung beginnt.
Die verhältnismäßig große erforderliche Strahlrohrlänge ist also bei der ersten Bauart durch die notwendige
Mindestbrennzonenlänge und bei der zweiten Bauart durch die Mindest-Mischkanallänge bedingt.
Um eine Verkürzung der Strahlrohrlänge zu erreichen,
wird deshalb von der dritten Bauart Gebrauch gemacht, bei welcher die Mischung des Hauptstromes
mit dem Nebenstrom und die Verbrennung in der gleichen Ebene stattfinden. Nacherhitzungseinrichtungen
dieser dritten Bauart, auf welche sich gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1 auch
die vorliegende Erfindung bezieht, sind aus der GB-PS 8 71 842 und der GB-PS 10 29 900 bekannt. Bei der in
der GB-PS 8 71842 dargestellten und beschriebenen Anordnung besteht die Strömungsmischeinrichtung aus
mehreren sternförmig angeordneten Mischtrichtern, die jeweils mehrere, auf verschiedenen Radien mit Bezug
auf die Triebwerksachse angeordnete Austrittsöffnungen aufweisen und daher die Nebenstromluft in Form
von einzelnen Strahlen in den Hauptstrom einleiten. Radial zwischen den Trichteraustrittsöffnungen sind
mehrere konzentrische Flammenstabilisatoren angeordnet. Der zusätzliche Brennstoff wird stromauf der
Misch- und Brennebene in den Hauptstrom eingespritzt. Die aus der GB-PS 10 29 900 bekannte Anordnung
weist eine sehr ähnliche Konstruktion auf, wobei der wesentliche Unterschied zum Gegenstand der GB-PS
8 71 842 darin liegt, daß der zusätzliche Brennstoff nicht nur in den heißen Hauptgasstrom, sondern auch in den
Nebenstrom eingespritzt wird.
Bei den beiden eben erwähnten bekannten Anordnungen befinden sich die Flammenhalter nur im heißen
Hauptgasstrom, während die Nebenstromluft jeweils an den Flammenhaltern vorbeigeleitet wird. Obwohl also
bei den bekannten Anordnungen der Hauptstrom mit dem Nebenstrom gemischt wird, findet die Verbrennung
nur im Heißgasstrom statt. Da außerdem die Nebenstromluft in axialer Richtung in den Hauptstrom
eingeleitet wird, ist zum Erreichen einer wirksamen Durchmischung der heißen Abgase mit der kalten
Nebenstromluft immer noch ein verhältnismäßig langes Strahlrohr erforderlich. Die Forderung nach guter
Durchmischung innerhalb eines axial kurzen Bereiches steht im Widerspruch zu der Forderung nach einem
möglichst gleichmäßigen Verbrennungsbild, da der Verbrennungsvorgang durch die kalte Nebenstromluft
beeinträchtigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nacherhitzungseinrichtung nach dem Oberbegriff des
vorstehenden Patentanspruchs 1 im Sinne der Erzielung eines möglichst gleichförmigen Verbrennungsbildes so
zu verbessern, daß gegenüber der bekannten Ausführung eine noch weitergehende axiale Verkürzung des
Strahlrohres ohne Beeinträchtigung des Verbrennungsvorgangs durch die kalte Nebenstromluft erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1
angegebene Merkmale gelöst.
Die Erfindung bringt den technischen Fortschritt, daß innerhalb eines Strahlrohres mit verhältnismäßig kurzer
Länge eine sehr wirksame Durchmischung des Neben-
Stroms mit dem heißen Hauptgasstrom stattfindet und die Nebenstromluft an der Nachverbrennung teilnimmt,
wobei ein gleichförmiges Verbrennungsbild gewährleistet ist und der Verbrennungsvorgarig durch die kalte
Nebenstromluft nicht beeinträchtigt wird. Die Ausbildung des Flammrohrs veranlaßt den Nebenstrom, in
Form schräg radial einwärts verlaufender Strahlen durch die Schlitze der Flammrohrwand hindurch in den
Hauptstrom einzutreten. Die zwischen den Schlitzen verlaufenden Flammrohrwandungsstege bilden Strömungshindernisse
für die Nebenstromluft und dienen der Erzeugung von stabilisierten Wirbelzonen, in
welche die mittels der weiteren Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Brennstoff angereicherte Nebenstromluft
einströmt und verbrennt. Außerdem schirmen diese Flammrohrwandungsstege die hinter ihnen gebildeten
Verbrennungszonen gegen den unmittelbaren Zutritt der kalten Nebenstromluft ab. Bei der erfindungsgemäßen
Nacherhitzungseinrichtung bilden sich also einerseits hinter den im Hauptstromkanal angeordneten
Flammenhaltern stabilisierte Flammenbereiche zur Nacherhitzung des Hauptstromes und andererseits am
Flammrohrumfang hinter den Flammrohrwandungsstegen ebenfalls stabile Flammenzonen zur Verbrennung
von Brennstoff in der Nebenstromluft aus. Gleichzeitig findet innerhalb des Flammrohres eine sehr intensive
Durchmischung der beiden Ströme statt.
Das konische Flammrohr der erfindungsgemäßen Nacherhitzungseinrichtung bringt außerdem den Vorteil,
daß Druckrückwirkungen aus dem Nacherhitzungsbereich in den Nebenstromkanal verhindert werden.
Außerdem berücksichtigt die erfindungsgemäße Anordnung die Tatsache, daß die Verbrennungsbedingungen
im heißen Hauptstrom und im kalten Nebenstrom voneinander verschieden sind, indem zwei Verbrennungsbereiche
geschaffen werden, nämlich ein Verbrennungsbereich für den Hauptstrom und ein Verbrennungsbereich
am Flammrohrumfang für den Nebenstrom. Damit weicht die Erfindung wesentlich von
bekannten Anordnungen ab, bei welchen versucht wird, in einer einzigen Verbrennungszone Hauptstrom- und
Nebenstromluft gleichzeitig am Verbrennungsvorgang zu beteiligen.
Das stromabwärtige Ende der Flammrohrwandung
kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung V-förmig nach innen umgebogen sein. Dadurch ergibt
sich ein weiterer Flammenstabilisierungsbereich.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen
beispielsweise beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar
Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch ein Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerk mit einer
Nacherhitzungseinrichtung nach der Erfindung und
Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Nacherhitzungseinrichtung.
Das in F i g. 1 dargestellte Nebenstrom-Gasturbinentriebwerk weist einen Niederdruckverdichter 1, einen
Hochdruckverdichter 2, eine Brennkammeranordnung 3, eine über eine Hochdruckwelle 6 mit dem
Hochdruckverdichter gekuppelte Hochdruckturbine 4 und eine über eine Niederdruckwelle 7 mit dem
Niederdruckverdichter gekuppelte Niederdruckturbine 5 auf. Ein Teil der vom Niederdruckverdichter 1
geförderten Luft gelangt als Nebenstrom durch einen Nebenstromkanal 10. Stromab der Niederdruckturbine
5 ist eine Nacherhitzungseinrichtung 20 angeordnet, an welche sich ein Strahlrohr 8 anschließt.
Nachstehend wird auf F i g. 2 Bezug genommen, welche die Nacherhitzungseinrichtung 20 im einzelnen
zeigt. ■ ■ ■ ■ ■ ■'
Die Nacherhitzungseinrichtung weist ringförmige, als Rippen 21 mit V-förmigem Querschnitt ausgebildete
Flammenhalter auf, welche mittels Radialstreben 22 im heißen Hauptstrom gehalten werden. Stromauf dieser
Flammenhalter 21 wird mittels Brennstoffeinspritzvorrichturigcn
23 Brennstoff in den Heißgasstrom eingespritzt. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 23 werden
von einem Verteilerrohr 24 aus mit Brennstoff gespeist und mittels einer Radialstrebe 25 im Heißgasstrom
gehalten.
Außerdem weist die Nacherhitzungseinrichtung ein kegelstumpfförmiges Flammrohr 30 auf, welches vom
stromabwärtigen Ende der Innenwandung des Nebenstromkanals 10 zum stromabwärtigen Ende der äußeren
Nebenstromkanalwandung stromabwärts divergiert. Die Flammrohrwandung ist mit sich über den größten
Teil der Flammrohrlänge erstreckenden, gleichmäßig am Flammrohrumfang geteilten Schlitzen versehen,
zwischen welchen Wandungsstege 31 verlaufen. Das stromabwärtige Flammrohrende ist mittels einer Ringleiste
32 am stromabwärtigen Ende der äußeren Nebenstromkanalwandung befestigt und das stromaufwärtige
Flammrohrende 33 ist mit Hilfe einer Gleitdichtung relativ zur inneren Nebenstromkanalwandung
verschieblich gelagert. Am Flammrohrumfang ist mit gegenseitigen Umfangsabständen eine Vielzahl
von weiteren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 36 angeordnet, welche über ein Brennstoffverteilerrohr 35
gespeist werden. Mittels dieser weiteren Einspritzvorrichtungen 36 kann Brennstoff in die zwischen den
Flammrohrwandungsstegen 31 verlaufenden Schlitze eingespritzt werden.
Das den Nebenstromkanal abschließende Flammrohr 30 läßt aufgrund seiner Konstruktion die Nebenstromluft
in Form von schräg radial einwärts gerichteten Strahlen durch die Flammrohrwandungsschlitze hindurch
in den Hauptstrom einströmen. Die zwischen den Schlitzen verlaufenden Wandungsstege 31 bilden
Strömungshindernisse für die Nebenstromluft und erzeugen dadurch hinter sich stabilisierte Wirbelzonen,
in welche ein Teil der Nebenstromluft hineingelangt und in welchen der am Flammrohrumfang eingespritzte
Brennstoff verbrannt wird. Die Wandungsstege 31 wirken daher als Flammenhalter und erzeugen ein
gleichförmiges stabilisiertes Verbrennungsbild am Flammrohrumfang. Die Wandungsstege 31 schützen die
stabilisierten Kaltluftbrennzonen vor dem unmittelbaren schädlichen Zutritt der kalten Nebenstromluft.
Das stromaufwärtige Ende 33 der Flammrohrwandung ist V-förmig nach innen umgebogen und erzeugt
daher hinter sich eine weitere Wirbelzone, in welche ein Teil des heißen Hauptstromes radial nach außen
hineinströmt, wodurch die Mischung der beiden Ströme unterstützt und eine weitere Flammenzone zur Verbrennung
von Brennstoff in den beiden Strömen geschaffen wird. Es kann auch Brennstoff in diesen vom
umgebogenen Flammrohrende erzeugten stabilen Bereich eingespritzt werden.
Die Nacherhitzungseinrichtung kann während des Betriebs des Triebwerks wahlweise durch Zuführen von
Brennstoff oder Absperren der Brennstoffzufuhr betrieben oder außer Betrieb gehalten werden. Bei abgeschalteter
Nacherhitzungseinrichtung wirkt das Flammrohr 30 als Mischgerät zur intensiven Durchmischung der
verhältnismäßig kalten Nebenstromluft mit dem heißen
Hauptstrom, wodurch der Vortriebsschub erheblich verbessert wird, ■·.■.-: : ., ■ ■ ' -.-:.■. ■ .■ :. ■.■
Im Betrieb berücksichtigt die Nacherhitzungseinrichtung die aufgrund der verschiedenen Temperaturen des
Hauptstromes und des Nebenstromes gegebenen unterschiedlichen Verbrennungsbedingungen, indem
durch die im Hauptstrom angeordneten Flammhalter 21 stabilisierte Verbrennungszonen für den Hauptstrom
und durch die Wandungsstege 31 stabilisierte Verbrennungszonen für den verhältnismäßig kalten Nebenstrom
erzeugt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Nacherhitzungseinrichtung für Nebenstrom-Gasturbinenstrahltriebwerke,
mit einer am stromabwärtigen Ende des Nebenstromkanals angeordneten Vorrichtung zum Mischen des Nebenstromes mit
dem heißen Hauptstrom bei gleichzeitiger Herstellung stabilisierter Flammenbereiche, weiterhin mit
einer im Hauptstromkanal angeordneten Brennstoffeinspritzvorrichtung und stromab davon im
Hauptstrom :ian|eofilneten:;JFfammenhaltern, ,d aid
u rc h g"e ki:'e n«n z'e-i c;h riet; daß die Str'ömüngsmisch-
und Flammenstabilisierungsvorrichtung ein kegelstumpfförmiges, vom" stromabwärtigen Ende
der inneren Nebenstromkanalwandung zum stromabwärtigen Ende der äußeren Nebenstromkanalwandung
stromabwärts divergierendes Flammrohr (30) aufweist, wobei die Flammrohrwandung mit sich
über den größten Teil der Flammrohrlänge erstrekkenden, am Flammrohrmantel gleichmäßig verteilten
Schlitzen versehen ist, und daß eine weitere Brennstoffeinspritzvorrichtung (36) an der Außenseite
des Flammrohres zur Einspritzung von Brennstoff in die, die Schlitze durchströmende Luft
aus dem Nebenstromkanal angeordnet ist. ...
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das stromaufwärtige Ende (33) der Flammrohrwandung V-förmig nach innen umgebogen
ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB2325568 | 1968-05-16 | ||
GB23255/68A GB1242066A (en) | 1968-05-16 | 1968-05-16 | Improvements in reheat combustion apparatus for by-pass gas turbine engines |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1925135A1 DE1925135A1 (de) | 1969-11-27 |
DE1925135B2 true DE1925135B2 (de) | 1975-10-30 |
DE1925135C3 DE1925135C3 (de) | 1976-06-24 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1242066A (en) | 1971-08-11 |
NL6907576A (de) | 1969-11-18 |
FR2008648A1 (de) | 1970-01-23 |
SE393162B (sv) | 1977-05-02 |
US3633362A (en) | 1972-01-11 |
DE1925135A1 (de) | 1969-11-27 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EGA | New person/name/address of the applicant | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |