DE3132351A1

DE3132351A1 - "schaftvorrichtung und verfahren zum herstellen eines nicht-linearen doppelbrennstoffwegschaftes fuer eingasturbinentriebwerk"

Info

Publication number: DE3132351A1
Application number: DE19813132351
Authority: DE
Inventors: Craig Kinnaird Cincinnati Ohio Ball; John Mac Cincinnati Ohio Richey
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1981-08-17
Publication date: 1982-08-19
Also published as: DE3132351C2; GB2096304B; FR2494777B1; JPH0220813B2; CA1178068A; IL63170A; GB2096304A; FR2494777A1; IL63170A0; US4735044A; JPS5793636A

Description

Schaftvorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines nichtlinearen DoppelbrennstoEfwegschaftes für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffdüsenschaft für ein Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere einen Schaft, der zwei nichtlineare Strömungswege zum Verbinden eines Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlasses mit einer Brennstoffdüse enthält.

In einem herkömmlichen Gasturbinentriebwerk ist ein Brennerabschnitt zum Zünden von Triebwerksbrennstoff vorgesehen, wobei die sich ergebende Energie benutzt wird, um andere Betriebsteile des Triebwerkes anzutreiben. Jn dem Brenner ist wenigstens eine Brennstoffdüse angeordnet, die dem Brenner Brennstoff zuführt. Die Düse ist über einen Schaft mit einem Brennstoffeinsprü.zvorrichtungseinlaß verbunden, der an

einer Stelle außerhiilb des Brenners fest angeordnet ist. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung liefert einen kontrollierten Strom von unter Druck stehendem Brennstoff über den Schaft zu der Düse.

Herkömmliche Schäfte sind typischerweise geschmiedet oder gegossen und sind für viele Verwendungszwecke zufriedenstellend. Es hat sich jedoch gezeigt, daß zum Erzielen der erwünschten Leistungsfähigkeit des Triebwerks beim Start es häufig notwendig ist, einen Doppelweg von dem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß zu der Düse vorzugehen. In solchen Fällen wird die Düse häufig als Brennstoffdruckzerstäubungsdüse bezeichnet, was angibt, daß der Brennstoffdruck ausgenutzt wird, um einen Strom zerstäubten Brennstoffes zum Betreiben des Brenners in diesen einzuleiten. Wenn solche Doppelströmungswege benutzt werden und wenn der Strömungsweg zwischen dem Brennstof feinspritzvorrichtungseinlaß und der Brennstoffdüse nichtlinear ist, sind solche herkömmlichen Schäfte nicht zufriedenstellend. In diesem Zusammenhang ist es unter Herstellungsgesichtspunkten schwierig und zeitraubend, solche nichtlinearen Strömungswege durch Schmieden und/oder Gießen herzustellen. Darüber hinaus haben solche herkömmlichen linearen Schäfte schlechte Isoliereigenschaften. Außerdem sind solche linearen Schäfte typischerweise schräg nach hinten zu der Brennstoffdüse gerichtet, was einen relativ langen Brennerabschnitt erfordert.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Schaftvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk geschaffen. Das Gasturbinentriebwerk hat wenigstens einen Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß zum Zuführen eines Stroms von unter Druck stehendem Brennstoff über die Schaftvorrichtung zu wenigstens einer Brennstoffdüse, die einen Strom zerstäubten Brennstoffes erzeugt. Die Schaftvorrichtung ist zwischen den Brenn-

stoffeinspritzvorrichtungseinlaß und die Brennstoffdüse geschaltet, um den Strom von unter Druck stehendem Brennstoff von dem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß zu der Brennstoffdüse zu leiten. Die Schaftvorrichtung hat ein Eingangsende, das mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß verbunden ist,und ein Ausgangsende, das mit der Brennstoffdüse verbunden ist. Die Schaftvorrichtung enthält wenigstens zwei diskrete Strömungswege, über die der Strom von unter Druck stehendem Brennstoff von dem Eingangsende zu dem Ausgangsende geleitet wird. Die beiden diskreten Strömungswege sind jeweils in bezug auf die Positionen des Eingangsendes und des Ausgangsendes nichtlinear. Das Eingangsende und das Ausgangsende sind integral miteinander verbunden.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise weggebrochene schema

tische Darstellung eines als Beispiel gewählten Gasturbinentriebwerks, auf das sich die Erfindung bezieht,

Fig. 2 eine teilweise v/eggel>rochene Darstel

lung einer Ausführunysform der Schaftvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von

Fig. 2,-

Fig. 4 und 5 Schnittansichten wie in Fig. 3, die

weitere Ausführungsformen der Schaftvorrichtung nach der Erfindung zeigen, und

Fig«, 6 eine teilweise weggebrochene Darstel

lung wie in Fig. 2, die einen Teil von noch einer weiteren Ausführungsform der Schaftvorrichtung nach der Erfindung zeigt.

In Fig. 1 ist «ine Form eines Gasturbinentriebwerks, auf das sich die Erfindung bezieht, insgesamt mit 10 bezeichnet. Das Gasturbinentriebwerk 10 hat einen Fan-Abschnitt 12, einen Verdichterabschnitt 14, einen Brennerabschnitt 16, einen Hochdruckturbinenabschnitt 18, einen Niederdruckturbinenabschnitt 20 und einen Auslaßabschnitt 22. Der Brennerabschnitt 16 enthält mehrere Brennstoffdüsen 19, die die Brennstoffzufuhr des Triebwerks empfangen und einen Strom zerstäubten Brennstoffes zur Zündung' in dem Brenner 16 erzeugen. Die Düse 19 ist über einen Schaft 21 mit einem Brennstoffeinspritz Vorrichtungseinlaß 23 verbunden. Der Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß 23 empfängt den Triebwerksbrennstoff, um ihn der Düse 19 zur anschließenden Zerstäubung und Zündung steuerbar zuzuLeiten.

Flg. 2 zeigt eine Ausführungsform der Schaftvorrichtung 21 nach der Erfindung ausführlicher. Der Brennstoffdüsenschaft 21 hat ein Eingangsende 21A, das mit dem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß 23 verbunden ist. Ein Ausgangsende 21B des Schaftes 21 ist mit der Düse 19 verbunden. Der Einlaß 23 empfängt Brennstoff über eine Leitung 25 aus einem Brennstoffvorrat (nicht dargestellt). Der Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß 23 empfängt den Brennstoff Über die Leitung 25 und, erzeugt ei.ie gesteuerte Ausgangsströmung von unter Druck stehendem Brennstoff. Der Ausgang des Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaäses 23 weist, wie dargestellt, einen Primärströmungsausgang 24 und einen konzentrischen Sekundärbrennstoff ausgang 25 auf. Der Schaft 21 enthält konzentrische Rohre

30, 32 und 34, was deutlicher in Fig. 3 zu erkennen ist. Das Eingangsende 21A des Schaftes 21 ist mit dem Ausgang des Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlasses 23 so verbunden, daß das Rohr 30 in einer Linie mit dem Primärausgang 24 ist. . Das Rohr 34 ist mit dem Einlaß 23 so verbunden, daß der Aus-" gang 26 in einer Linie mit, dem Zwischenraum zwischen den Rohren 30 und 32 ist. Das äußere Rohr 34 ist mit dem Einlaß 23 so verbunden, daß es die Rohre 30 und 32 vollständig isoliert. Insbesondere ist das Rohr 34 vorzugsweise mit dem Einlaß 23 verbunden, wobei ein Teil des unter Druck stehenden Brennstoffes frei in dessen Inneres, d.h. in einen mit 27 ₍ bezeichneten Zwischenraum eintreten kann.

Das Ausgangsende 21B des Schaftes 21 ist mit dem Einlaßende 19A der Düse 19 verbunden. Die Düse 19 kann, beispielsweise, eine Druckzerstäubungsdüse sein, die einen Primärdüsenteil 40 aufweist, der die Primärströmung über den Einspritzvorrichtungsausgang 24 und das Rohr 30 empfängt. Ein Sekundärdüsenteil 42 ist mit dem Ausgangsende 21B des Schaftes 21 verbunden, um die Sekundärbrennstoffströmung über den Ausgang 26 der Einspritzvorrichtung 23 und der Rohre 30 und 32 des Schaftes 21 zu empfangen.

Im Betrieb des Schaftes 21 von Fig. 1-3 werden die Brennstoffströme über die Ausgänge 24 und 26 der Einspritzvorrichtung 23 über Steuerventile (nicht dargestellt) getrennt gesteuert. Für den erwünschten Startbetrieb eines als Beispiel gewählten Gasturbinentriebwerks wird die Primärbrennstoffströmung über den Ausgang 24 der Einspritzvorrichtung 23, das Rohr 30 des Schaftes 21 und den Primärdüsenteil 40 auf eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Wenn die vorbestimmte Primärbrennstoff strömungsgeschwindigkeit über den Primärteil 40 der Düse 19 vorhanden ist, beginnt der Betrieb des SekundSrdüsenteils 42. Der Betrieb des Sekundärdüsenteils 42 wird einge-

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leitet, indem der Sekundärausgang 26 der Einspritzvorrichtung 23 geöffnet und die Sekundärströmung durch die Rohre 30 und 32 geleitet wird.

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung enthält der Schaft 21 konzentrische Rohre 30 und 32, die sich beide innerhalb des äußeren Rohres 34 befinden. Das äußere Rohr 34 wird vorzugsweise zur baulichen Abstützung und zur Wärmeisolierung benutzt. In diesem Zusammenhang ist es erwünscht, daß das Rohr 34 einstückig mit dem Gehäuse des Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlasses 23 hergestellt wird. Es ist erwünscht, das äußere Sekundärrohr 32 gegenüber dem äußeren Rohr 34 abzuschirmen, da das äußere Rohr 34 typischerweise der heißen Verdichterauslaßluft ausgesetzt ist. Eine Maßnahme zum Erzielen dieser Abschirmung ist die Verwendung von Distanzdrähten 35, die an dem Sekun-" därrohr 32 periodisch befestigt sind. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Schaft 21 ist das innere Primärrohr 30 vollständig isoliert, weil es sich vollständig innerhalb des Sekundärrohres 32 befindet. Weiter ist das Sekundärrohr 32 weder mit dem inneren Rohr 30 noch mit dem äußeren Rohr 34 verbunden. Das Sekundärrohr 32 ist also tatsächlich schwimmend gelagert. Der Zwischenraum 27 zwischen dem Sekundärrohr 32 und dem äußeren Tragrohr 34 nimmt typischerweise einen Teil der Brennstoffströmung auf, die dann dazu dient, das Primärrohr 30 und das Sekundärrohr 32 weiter zu isolieren. Es sind daher geringe Wärmespannungen in allen drei Rohren vorhanden, und zwar wegen des konzentrischen Aufbaus und wegen der vorhandenen inneren Isolier spalte."

Bei dem Aufbau des Schaftes 21, der in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, können drei rohrförmige Teila hergestellt werden, beispielsweise durch spanloses Formen oder durch spanabhebende maschinelle Bearbeitung, um die Rohre 30, 32 und 34 zu bilden.

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Typischerweise bestehen die Rohre 30 und 32 aus Werkstoffen, wie rostfreiem Stahl, der unter der Bezeichnung AISI 321SS im Handel erhältlich ist. Das Rohr 34 dient zur baulichen Ab- ■· Stützung und kann beispielsweise aus einer warmfesten Nickel-*.' legierung bestehen, beispielsweise aus der, die im Handel unter der Bezeichnung AMS-5754 erhältlich ist.

Die drei Rohre können konzentrisch angeordnet werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, und dann in die in Fig. 2 gezeigte Form gebogen werden, in der die Strömungswege zwischen dem Eingangsende 21A und dem Ausgangsende 21B nichtlinear sind. Das ergibt einen Schaft 21, der ein Eingangsende 21A und ein Ausgangsende 21B hat, die einstückig miteinander verbunden sind. Bei Bedarf können die "drei konzentrischen Rohre von Fig. 2 und 3 durch geeignete spanabhebende Bearbeitung eines einzigen Werkstückes für jedes gewünschte Rohr hergestellt werden. Dabei kann die herkömmliche einfache Bearbeitung angewandt werden, um den konzentrischen Rohraufbau herzustellen, der in Fig. 3 gezeigt ist. Es sei angemerkt, daß diese herkömmliche Bearbeitung erfolgen kann, wenn das Eingangsende 21A und das Ausgangsende 21B des Schaftes 21 linear sind. Bei dieser Lösung kann, nachdem der konzentrische Rohraufbau hergestellt worden ist, der maschinell bearbeitete Schaft 21 dann in die benötigte besondere Form gebogen werden, beispielsweise in die Form des Schaftes 21 in Fig. 2.

In Fig. 4 ist ein Teil einer weiteren Ausführungsform des Schaftes nach der Erfindung insgesamt mit 50 bezeichnet. In dem Schaft 50 sind das PrimärroTir 52 und das Sekundärrohr 54 innerhalb eines äußeren Tragrohres 56 angeordnet. Distanzstükke 55 sind vorgesehen, um die inneren Rohre 52 und 54 vor einer Berührung mit dem heißen äußeren Rohr 56 zu schützen. Der Schaft 50 ist wieder für diejenigen Verwendungszwecke geeignet, bei denen das Eingangs- und das Ausgangsende (nicht dargestellt) des Schaftes nicht linear sind. Selbstverständ-.

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lieh ist es zur Anpassung an den Schaftquerschnitt, der in Fig. 4 gezeigt ist, erforderlich, daß der Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß (nicht dargestellt) und die Brennstoffdüse (nicht dargestellt) mit einem Ausgangs- bzw. Eingangsteil versehen !sind, die mit dem Schaft 50 zusammenpassen

In Fig. 5 ist ein Teil einer weiteren Ausführungsform des Schaftes nach der Erfindung insgesamt mit 60 bezeichnet. Bei dem Schaft 60 sind das Primärrohr 62 und das Sekundärrohr 64 innerhalb eines äußeren Tragrohres 66 vorgesehen, das im Querschnitt nichtkreisförmig ist. Das Tragrohr 66 kann durch eine Schweißung 68 hergestellt werden, durch die dessen geschmiedete Teile miteinander verbunden werden. Distanzstücke 65 sind für Isolierzwecke vorgesehen. Der Schaft 60 von Fig. 5 ist für diejenigen Verwendungszwecke erwünscht, bei denen der Schaft durch die Bearbeitung von einzelnen Werkstücken hergestellt werden soll. Der Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß (nicht dargestellt) und die Brennstoffdüse (nicht dargestellt) müssen, wie oben in Verbindung mit dem Schaft 50 von Fig. 4 erwähnt, mit passenden Teilen versehen sein.

Fig. 6 zeigt einen Teil von noch einer weiteren Ausführungsform des Schaftes nach der Erfindung, der insgesamt mit 70 bezeichnet ist. Der Schaft 70 hat ein Primärrohr 72 und ein um dieses herum wendelförmig angeordnetes Sekundärrohr 74. Das Primärrohr 72 und das Sekundärrohr 74 sind innerhalb eines äußeren Tragrohres 76 angeordnet. Das Ausgangsende 7OA des Schaftes 70 ist mit einer Düse 78 verbunden, deren Primäreingang 80 und deren Sekundäreingang 82 mit dem Primärrohr 72 bzw. dem Sekundärrohr 74 des Schaftes 70 verbunden sind. Distanzstücke 84 in Form von Drähten sind vorzugsweise längs der Außenfläche des Sekundärrohres 74 vorgesehen.

Die Erfindung schafft somit einen Schaft, der diskrete, nichtlineare Primär- und Sekundärströmungswege zwischen einem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß und einer Düse aufweist. Darüber hinaus hat der Schaft nach der Erfindung relativ gute Isoliereigenschaften. Weiter kann der Schaft nach der Erfindung relativ einfach hergestellt werden. Außerdem gestatten die nichtlinearen Strömungswege des Schaftes nach der Erfindung, den Schaft schräg nach vorn zu richten, im Gegensatz zu herkömmlichen Schäften, die typischerweise in bezug auf die Brennstoffdüse schräg nach hinten oder radial gerichtet sind. Somit gestattet der Schaft nach der Erfindung eine kürzere Gesamtlänge des Brennerabschnittes.

Darüber hinaus eignet sich der Schaft nach der Erfindung für die Verwendung in Fällen, bei denen es sich nicht um das oben als Beispiel beschriebene Gasturbinentriebwerk handelt. Tatsächlich ist der Schaft nach der Erfindung bei irgendeinem Gasturbinentriebwerk verwendbar, wie beispielsweise demjenigen, das nur einen Verdichterabschnitt, einen Brennerabschnitt und einen Auslaßabschnitt aufweist. Weiter kann der Schaft auch benutzt werden, um eine Brennstoffdüse, z.B. eine Öffnung in einem Schubverstärkungsabschnitt in einem Gasturbinentriebwerk, zu versorgen.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

Schaftvorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, das wenig-"stens einen Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß (23) aufweist, welcher einen Strom von unter Druck stehendem Brennstoff über die Schaftvorrichtung (21) zu wenigstens einer Brennstoffdüse (19) leitet, die einen Strom zerstäubten Brennstoffes erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen dem Brennstoffeinspritzvorrichtungseinlaß (23) und der Brennstoffdüse (19) angeordnet ist, um den Strom von unter Druck tte-hendem Brennstoff von dem BrennstoffeinspritzvorrichtungseJnlaß (23) zu der Brennstoffdüse (19) zu leiten, daß sie ein Eingangsende (21A), das mit dem Brennstoffeinspritzvorrichfungselnlaß (23) verbunden ist, und ein Ausgangsende (21ß) hat , das mit der Brennstoffdüse verbunden ist, daß sie wenigstem; zwei diskrete Brennstoffwege aufweist, die den Strom von unttr Druck stehendem Brennstoff von dem Eingangsende (21A) zu dem Ausgangsende (21B) leiten, wobei jeder der beiden diskreten Strömungswege in bezug auf die Positionen des Eingangser.des und des Ausgangsendes nichtlinear ist, und daß das Eingangsund das Ausgangsende integral miteinander verbunden sine .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Rohre (30, 32), die innerhalb eines dritten Rohres (34) angeordnet sind, wobei jedes der drei Rohre ein Eingangsund eih Ausgangsende hat und wobei die Rohre so ausgerichtet sind, daß die Eingangsenden der beiden Rohre (30, 32) innerhalb des Eingangsendes des dritten Rohres angeordnet sind und daß die Ausgangsenden der beiden Rohre innerhalb des Ausgangsendes des dritten Rohres angeordnet sind, und wobei die beiden Rohre die beiden diskreten Strömungswege bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Rohr (34) zur Halterung der ersten beiden Rohre (30, 32) dient und einen Isolierzwischenraum (27) für diese bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten beiden Rohre (30, 32) und das dritte Rohr (34) insgesamt konzentrisch sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Distanzvorrichtungen (35) zum Verringern des Kontakts zwischen den ersten beiden Rohren (30, 32) und dem dritten Rohr (34).
6. Verfahren zum Herstellen eines nichtlinearen Doppelbrennstoffwegschaftes für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bereitstellen eines im wesentlichen linearen, insgesamt rohrförmigen ersten Teils" zum Aufnehmen eines ersten BrennstoffStroms, das ein Eingangsende und ein Ausgangsende hat;

b) Bereitstellen eines im wesentlichen linearen, insgesamt rohrförmigen zweiten Teils, das einen zweiten Brenn-

stoffstrom aufnimmt und ein Eingangsende und ein Ausgangsende hat;

c) Bereitstellen eines tragenden, im wesentlichen lineanni dritten Teils, das ein Eingangsende und ein Ausgangsende hat;

d) Anordnen des ersten und des zweiten Teils in dem dritten Teil, wobei die Eingangsenden des ersten und des zweiten Teils innerhalb des Eingangsendes des dritten Teils und die Ausgangsenden des ersten und des zweiten Teils innerhalb des Ausgangsendes des dritten Teils angeordnet werden; und

e) Biegen des dritten Teils, um den ersten und den zweiten Brennstoffstrom nichtlinear zu machen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Anordnens des ersten Teils innerhalb des zweiten Teils.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Vorsehens von Distanzvorrichtungen zum Verringern des Kontakts zwischen dem zweiten Teil und dem dritten Teil.