DE4228817C2 - Brennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei neuzeitlichen Brennern und Brennkammerauslegungen für Gastur­ binentriebwerke wird eine an Schadstoffen arme Verbrennung, insbe­ sondere in der Primärzone der Brennkammer, angestrebt. Es hat sich gezeigt, daß eine wesentliche Reduzierung der Schadstoffemissionen bei einer vergleichsweise niedrigen Verbrennungstemperatur von < 1900 K in Kombination mit einem vergleichsweise hohen Luftanteil zum zuge­ führten Brennstoff erreicht wird.

Verhältnismäßig geringe Schadstoffemissionen setzen außerdem u. a. eine gleichförmige Aufbereitung des der Primärzone zuzuführenden Brennstoff-Luft-Gemisches sowie einen guten Ausbrenngrad voraus; dieses insbesondere bei bekannten Brennern gemäß der DE-PS 24 42 895, die mit Luftunterstützung als "Niederdrucksysteme" mit hoher Brennstoff­ zerstäubungsgüte und teilweiser wandseitiger und aerodynamischer Brennstoffverdampfung arbeiten. Der bekannte Fall sieht Jedoch keine hinsichtlich des Luftdurchsatzes regulierbaren Dralleinrichtungen vor, um unterschiedliche Betriebszustände, in Bezug auf hierfür not­ wendige variable Brennstoff-Luft-Durchsätze möglichst schadstoffarm zu beherrschen.

Bauaufwendig, technisch komplex sowie störanfällig und teuer sind ferner Brennkammerkonzepte, die im Interesse einer an Schadstoffen armen Verbrennung eine "variable Kammer-Geometrie" vorsehen, um Verbrennungs- und gegebenenfalls Mischluft über im Querschnitt steuerbare Löcher der Lochreihen zuzuführen, indem Rohrabschnitte des Flammrohrmantels der Brennkammer relativ zueinander in Achs- oder Umfangsrichtung verschiebbar sind.

Aus der EP-PS 0251895 ist eine Ringbrennkamer für ein Gastur­ binentriebwerk bekannt, bei der für eine an Schadstoffen armen Ver­ brennnung jedem Brenner eine "externe", hinsichtlich der Zufuhr eines Teils der Verbrennungsluft regulierbare Dralleinrichtung zugeordnet sein soll; im bekannten Fall erfolgt die Regulierung mittels einer außen in Umfangsrichtung an einem Zentralkörper verdrehbaren Blende, die an über dem Umfang verteilten Öffnungen Stege aufweist, die der Länge nach nur zum Teil in radiale/tangentiale Durchbrüche des Zen­ tralkörpers so hineinragen, daß sie in Zwischenstellungen der Blende jeweils eine von den Durchbrüchen abweichende Winkelanstellung auf­ weisen. In den für die Regulierung maßgeblichen Zwischenstellungen werden im bekannten Fall über die gesamte Kanallänge hinweg keine in sich geschlossen profilierten Drallkanäle ausgebildet; die dabei zwischen jeweiligen Stegen und einer Kanalwand in Umfangsrichtung belassenen, zur Austrittsseite hin offenen "Toträume" lassen nicht unerhebliche Strömungsablösungen erwarten. Außerdem ergibt sich in den Zwischenstellungen eine die Luftströmung am Eintritt drosselnde, in Richtung der Strömung divergente Kanalführung, die stromab der Steghinterkante sich sprunghaft in Richtung auf einen großflächigen Kanalaustrift erweitert; dabei wird in der Art einer sich ablösenden Diffusor-Strömung die jeweilige Umfangskompon­ tene der Strömung am jeweiligen Austritt eines Durchbruches deutlich abgeschwächt, wo­ durch die erforderliche Drallerzeugung nicht unerheblich beeinträchtigt wird; dies ist ein we­ sentlicher Nachteil für eine über den gesamten Betriebszustand erforderliche gleichförmige Turbulenzausbildung und damit einhergehende gleichförmige, stabile sowie an Schadstoffen arme Verbrennung.

Aus der DE-OS 30 48 461 ist eine Einrichtung zur Regelung des Primärluftverbrauchs für Brennkammern bekannt, bei der ein axial bewegliches Drosselelement Einsätze aufweist, die jeweils beweglich in einem zugehörigen Drallkanal angeordnet sind. Dadurch wird der Kanal­ querschnitt an einer Stelle verengt und weitet sich stromabwärts davon sprunghaft wieder auf. Dadurch entstehen nachteilhafte Strömungsverhältnisse. Die bekannte Einrichtung kann auch so ausgestaltet sein, daß sich die Drosseleinsätze durch rechteckige Durchbrüche in einer festen Scheibe erstrecken und schräge Flächen aufweisen. Bei axialer Bewegung der Einsätze verändert sich so der Durchströmungsquerschnitt der Durchbrüche, da sich der Abstand zwischen dem Rand des Durchbruchs und der schrägen Fläche des Drosseleinsat­ zes verändert. Die Luftströmung wird dabei an den schrägen Innenflächen des Einsatzes abgelenkt und trifft auf schroffe Kanten, wodurch Strömungsablösungen bzw. nachteilhafte Strömungsverhältnisse entstehen.

EP-PS 0 239 462 zeigt eine Einspritzvorrichtung für eine Brennkammer, wobei die Luftzufuhr in axiale Kanäle über eine in Umfangsrichtung verdrehbar angeordnete Blende gesteuert wird. Die Luftzufuhr in radiale Kanäle wird über dort hineinragende Stege gesteuert. In Zwi­ schenstellungen bilden sich die Aeordynamik störende Zwischenräume.

DE-AS 10 39 785 zeigt eine Brennkammer für hohe Wärmebelastung, insbesondere für die Verbrennung heizwertarmer Gase mit paarweise zusammengefaßten Kammern und gemein­ samen Ablenkblechen. Über einen Drehschieber soll die Primärluftmenge für die Ölverbren­ nung gesteuert werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammer zu schaffen, mit der kompakter gewichtlich leichter und einfacher Bauweise der Drallvorrichtung ein über dem Umfang stets gleichförmig regulierbarer Luftdurchsatz ermöglicht wird, der aerodynamisch strömungsfrei ist und stets eine optimale Rotationswirbelgeometrie in der Brennkammer er­ möglicht.

Die gestellte Aufgabe ist mit einer Brennkammer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.

Im Rahmen der Erfindung können auf verhältnismäßig einfache Weise jeweils gleichmäßig über dem Umfang verteilte variable Drallkanäle ausgebildet werden, die im Schnitt, quer zur Dralleinrichtung, stets gleichförmig gestaltet sind, z. B. keilförmig, wobei über die gesamte Längenerstreckung der Kanäle hinweg die jeweilige Kanalbreite in Richtung der Brennerach­ se - sämlicher Kanäle gleichmäßig variabel ist; dies alles, indem die jeweiligen Profile mit ihren geradlinigen Stirnflächen mehr oder weniger tief in die korrespondierenden Aussparun­ gen axial einfahrbar sind. Z. B. kann dabei in einer besonderen Ausführungsform bei einer komplett ineinandergeschobenen Endstellung von Profilen und Aussparungen die Drallein­ richtung komplett luftzufuhrseitig abgesperrt werden. Trotz eines verhältnismäßig großen Verstell- bzw. Regulierbereiches kann eine Brennkammer mit einer derartigen Dralleinrich­ tung in vergleichsweise gewichtlich leichter und kompakter Bauweise erstellt werden.

In jedem Fall liegen bei der Erfindung, auch im Rahmen weiterer Aus­ gestaltungen, über die gesamte Kanallänge hinweg in sich geschlossen profilierte bzw. umwandete Kanalstrukturen vor, an denen weder ein­ tritts-, noch durchström- und austrittsseitig nennenswerte aerody­ namische Störfaktoren auftreten, die die jeweils geforderte Drallgüte und wiederum die Rotationswirbelgeometrie in der Primärzone beeinträchtigen könnten.

In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 oder 3 mögliche Aus­ führungen der regulierbaren Dralleinrichtung erlauben, bei wirt­ schaftlich vertretbarer Herstellung und bei kompakter und gewichtlich leichter Bauweise, verhältnismäßig große Luftdurchsätze, indem die Profile zusätzliche frontal offene Kanalaussparungen aufweisen, die in jeweils gänzlich ineiandergeschobener Endstellung von übrigen Profilen und Aussparungen mit angrenzenden Bauteilstirnflächen die jeweils kleinsten Querschnitte der Drallkanäle bereitstellen. Im Wege einer von der zuletzt genannten Endstellung aus axial entgegenge­ richteten Bauteilverstellung können vorteilhaft größere bzw. die jeweils größten Kanalquerschnitte eingestellt werden, die vorzugs­ weise in Richtung vom äußeren zum inneren Ringumfang der Drallein­ richtung sich keilförmig bzw. düsenartig verengend ausgebildet sind, so daß auch bei großen Luftmengen eine gute Drallgüte, und damit Rotationswirbelausbildung erzielt wird.

Mit der regulierbaren Dralleinrichtung kann die gesamte oder ein wesentlicher Teil der für eine an Schadstoffen armen Verbrennung benötigten Primärluft zugeführt werden; die Dralleinrichtung ist für den Durchsatz verhältnismäßig kleiner und verhältnismäßig großer Luftmengen regulierbar.

In vorteilhafter Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung die Kombina­ tion mindestens einer steuer- oder regelbaren Dralleinrichtung, mit einer stationären Dralleinrichtung, die über den gesamten Betriebszu­ stand eine konstante Luftzufuhr bereitstellt, wobei die Brennstoff­ zufuhr je nach Lastzustand variiert wird, wobei dann den variablen Betriebszuständen eine Luftzufuhr "überlagert" wird, die in Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände den Luftbedarf hinsichtlich einer an Schadstoffen armen Verbrennung ermöglicht. Der zuletzt genannte Luftbedarf kann z. B. als Funktion betrieblich zunehmender Verbren­ nungstemperatur und/oder Druckes in der Brennkammer geregelt werden. Die Erfindung schließt die Möglichkeit ein, in bestimmten Triebwerks­ zuständen - sowie je nach Auslegung und Einsatzspektrum des Trieb­ werks - also beim Zünden und Anfahren sowie gegebenenfalls bei ex­ tremer Vollast - z. B. stöchiometrisch zu verbrennen und überwiegend, im Marschflugbetrieb, luftreich und demgemäß schadstoffarm zu ver­ brennen.

Die betreffenden Drallmittel bzw. -einrichtungen können etwa gleich­ sinnig oder einander entgegengerichtet zur Brenner- oder Düsenachse rotierende Rotations- bzw. Mischluftwirbel erzeugen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung (Anspruch 1) finden in den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 13 ihren Niederschlag.

Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu­ tert; es zeigen:

Fig. 1 die obere Hälte eines Brennkammerkopfendes, als Mittellängs­ schnitt sowie flammrohrseitig abgebrochen dargestellt mit dem Brenner unter Zuordnung einer in unterschiedlichen End­ stellungen gezeigten regulierbaren Dralleinrichtung zur Brennstoffdüse,

Fig. 2 die schematische Darstellung der Dralleinrichtung nach Fig. 1 in einer als Draufsicht dargestellten, in die Zeichnungsebene projizierten Umfangsabwicklung, wobei die Drallkanäle im wesentlichen jeweils auf den größten Durchströmquerschnitt eingestellt sind,

Fig. 3 eine weitere Variante der Dralleinrichtung als geschnittene, in die Zeichnungsebene projizierte Umfangsabwicklung darge­ stellt, wobei die Profile beider Bauteile zusätzliche Kanal­ aussparungen aufweisen, die in der hier gänzlich ineinander­ geschobenen Endstellung die jeweils kleinsten Kanalquer­ schnitte bereitstellen,

Fig. 4 die Dralleinrichtung in der Ansicht nach Fig. 3, hier jedoch in einer Zwischenstellung mit relativ großen Kanalquer­ schnitten,

Fig. 5 eine teilweise quer zur Brennerachse aufgeschnitten darge­ stellte Stirnansicht der Dralleinrichtung nach Fig. 3 und 4,

Fig. 6 eine in der Ansicht nach Fig. 3 oder 4 dargestellte weitere Variante der Dralleinrichtung, hier in gänzlich ineinander­ geschobener Endstellung unter Ausbildung der jeweils klein­ sten Kanalquerschnitte durch lediglich an der einen Bauteil­ stirnseite zwischen verhältnismäßig schmalen Profilen ange­ ordnete Kanalaussparungen,

Fig. 7 die Variante der Dralleinrichtung nach Fig. 6, hier in zwei­ ter Endstellung unter Ausbildung des größten Gesamtdurch­ strömquerschnittes mit zwischen beiden Bauteilen fortlaufend zueinander in Umfangsrichtung versetzter unterschiedlicher Kanalausbildung,

Fig. 8 die Dralleinrichtung nach Fig. 6 und 7 und gemäß erster End­ stellung nach Fig. 6 als Querschnitt dargestellt,

Fig. 9 eine in Ansicht z. B. nach Fig. 6 dargestellte weitere Variante der Drall­ einrichtung, hier in erster Endstellung mit Jeweils kleinsten Kanalquer­ schnitten, wobei die Profile eines Bauteils relativ schlank und mit re­ lativ großem Umfangsabstand angeordnet und einseitig axial entlang von Profilen des anderen Bauteils verschiebbar sind,

Fig. 10 die Dralleinrichtung der Fig. 9 in zweiter Endstellung unter Ausbildung jeweils winkelartiger Kanalstrukturen für den jeweils größten Kanal­ querschnitt,

Fig. 11 die Dralleinrichtung nach Fig. 9 und 10 und gemäß erster Endstellung nach Fig. 9 als Halbquerschnitt dargestellt und

Fig. 12 einen Mittellängsschnitt des flammrohrseitig örtlich abgebrochen dar­ gestellten Kopfendes einer Brennkammer mit einem Brenner, der in Zuordnung zur Brennstoffdüse in der Kombination aus einer regulier­ baren und einer stationären Dralleinrichtung besteht.

Gemäß Fig. 1 ist bei einem Brenner eines Gasturbinentriebwerks einer Brennstoff­ düse 1 eine ringförmige Dralleinrichtung 2 koaxial zugeordnet. Dabei strömt ein Teil der am Verdichterende entnommenen Luft gemäß Pfeil D als Primärluft zu­ nächst in axialer Richtung in einen stromaufwärtigen, am Kopfende der Brenn­ kammer ausgebildeten Ringraum 3 ein, über den Ringraum 3 wird die zugeführte Primärluft D über die frontal in sich geschlossenen, als Ringscheibe ausgebildeten Ringabschnitte 10 (Bauteil 10) hinweg nach örtlicher Umlenkung gemäß Pfeilrich­ tung D' der Dralleinrichtung 2 von oben und außen in radialer Richtung zugeführt. Der Ringraum 3 wird zwischen einer Abschlußhaube 4 sowie - von links nach rechts gesehen - einem Abschnitt der Brennstoffdüse 1, der Dralleinrichtung 2 und der Rückwand 5 des Flammrohrs 6 der Brennkammer ausgebildet. Mit ausge­ zogenen Linien verkörpert Fig. 1 die komplett verschlossene und mit gestrichelter Kontur (Bauteil 10) die komplett geöffnete Endstellung der Drallein­ richtung 2 mit den Kanälen K.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das eine ring- scheiben­ förmige Bauteil 10 mit seinem radial innenliegenden hülsenförmigen Schaftende an der Brennstoffdüse 1 axial verschiebbar bzw. verstell­ bar angeordnet. Das andere ring-scheiben-förmige Bauteil 11 ist in zur gemeinsamen Düsen- und Brennerachse A koaxialer Ausbildung und Anordnung über eine Ausnehmung 12 an der Rückwand 5 fest verankert.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden an den sich ein­ ander gegenüberliegenden Stirnflächen relativ zueinander über dem Umfang versetzte Kanäle K zwischen gegenseitigen Profilen und Aus­ sparungen 13, 14 bzw. 15, 16 beider Bauteile 10, 11 ausgebildet; Variable Querschnitte der Kanäle K können also über eine Axialverstellung z. B. des eines Bauteils 10 durch eine entsprechend variable Einfahrtiefe der Profile 13 bzw. 15 in die zugehörigen Aussparungen 14 bzw. 16 bereitgestellt werden.

Nicht dargestellt, können die Profile 13, 15 und die über die Aus­ sparungen 14, 16 bereitgestellten Kanäle K jeweils - vom äußeren zum inneren Ringumfang gesehen - sich keilförmig verjüngend ausgebildet sein.

Vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 2 abweichend, können nach Fig. 3 bis 5 die Profile 17, 18 der beiden Bauteile 10, 11 jeweils eine zusätzliche, frontal offene Aussparung 19, 20 aufweisen; mit diesen zusätzlichen Aussparungen 19, 20 greifen die Profile 17, 18 axial ver­ schiebbar in eine jeweils stirnseitig gegenüberliegende Aussparung 21 bzw. 22 ein, so daß in einer Zwischenstellung nach Fig. 4 oder, in z. B. komplett geöffneter Endstellung, verhältnismäßig große, etwa T-förmige Kanalquerschnitte vorliegen; in der komplett axial inein­ andergeschobenen Endstellung nach Fig. 3 bilden die Aussparungen 19, 29 hier z. B. rechteckige Kanäle mit jeweils kleinstem Querschnitt aus, wobei durchlaufend hier z. B. geradlinige tangentiale Kanäle K' mit rechteckigem Querschnitt vorliegen.

In Kombination mit der Grundsatzbauweise nach Fig. 2 und teilweise nach Fig. 4 und 5 weisen bei der Variante der Dralleinrichtung nach Fig. 6 und 7 nur die stirnseitig vom einen Bauteil 10 axial vor­ stehenden Profile 17' frontal offene weitere Aussparungen 19 auf, mit denen sie axial mehr oder weniger tief in die gegenüberliegenden Aussparungen 14 des anderen Bauteils 11 einfahrbar sind. In der End­ stellung nach Fig. 7 für den maximalen Gesamtdurchstörmquerschnitt oder in Zwischenstellungen liegen Drallkanäle vor, die zum einen über die Kanalaussparungen 14, 19 und zum anderen über die Aussparungen 16 bereitgestellt werden. In der Endstellung nach Fig. 6 sind die vor­ mals über die Aussparungen 16 (Fig. 7) bereitgestellten Drallkanäle komplett verschlossen, wobei der kleinste Gesamtdurchströmquerschnitt ausschließlich über die weiteren Kanalaussparungen 19 bereitgestellt wird. Aus der Schnittdarstellung nach Fig. 8 erkennt man, daß die verhältnismäßig dünnwandig ausgeführte Profile 17' auf der einen Kanalseite parallelwandig bzw. mit durchlaufend gleicher Wandstärke und auf der gegenüberliegenden Kanalseite sich leicht keilförmig vom äußeren zum inneren Ringumfang hin verjüngend ausgebildet sind; die Aussparungen 19 bilden so durchlaufend rechteckige Drallkanäle K' mit parallel zu ihren geraden Mittelachsen verlaufenden Wänden, und zwar auch in Umfangsrichtung aus. Man erkennt aus Fig. 8 ferner, daß sämt­ liche Profile 15 des einen Bauteils in Richtung vom äußeren zum in­ neren Ringumfang gleichförmig sich keilförmig verjüngend ausgebildet sind; z. B. in der voll geöffneten Endstellung anch Fig. 7 liegen geöffnete Kanalaussparungen 14, 16 vor, von denen die einen (14) gemäß Überkreuzmarkierung M (Fig. 8) durchlaufend rechteckig, die anderen (16) gemäß Überkreuzmarkierung M1 in Fig. 8 im Sinne der Profile 15 vom äußeren zu inneren Ringumfang hin sich keilförmig verjüngend ausgebildet sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 ist vorrangig dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweils relativ schlanken bzw. dünnwandig ge­ stalteten Profile 17'' des einen axial verschiebbar ausgeführten Bauteils 10 in Ausbildung von in Umfangsrichtung größeren Abständen, und damit Umfangsbreiten der zugehörigen Aussparungen 16' angeordnet sind als die Profile 15' des anderen Bauteils 11. Außerdem sind dabei jeweils die Profile 15' und 17'' nur einseitig axial aneinander ver­ schiebbar angeordnet, so daß eine zusätzliche Umfangsverdrehsicherung des einen Bauteils 10, z. B. nut-federartig, axial, vorzusehen wäre. Durch axiales Einfahren bzw. Einschieben der Profile 17'' in die relativ kleinen Aussparungen 14' bzw. der relativ dicken Profile 15' in die relativ großen Aussparungen 16' (Fig. 10) entstehen in komplett ineinandergeschobener Endstellung (Fig. 9) geradlinige Drallkanäle K'' mit durchlaufend gleichem rechteckigen Querschnitt. Sämtliche Profile 15', 17'' sind in Richtung vom äußeren auf den inneren Ringum­ fang sich zunehmend keilförmig verjüngend gestaltet. Die in Fig. 10 jeweils größten Kanalquerschnitte aus 14', 16' könnten, groß umrissen, als relativ zur Brennerachse A L-förmig abgewinkelt umschrieben wer­ den (Drallkanäle K''' ).

In Bezug auf Fig. 1 und 12 ist zu vermerken, daß die jeweilige Brennstoffdüse 1 zusätzlich axial verschoben werden kann, um den Abspritzkegel Kg der Düse 1 (Fig. 1) stets mit der jeweiligen Ab­ strömrichtung D'' der Primärluft optimal so aufeinander abzustimmen, daß in allen Lastzuständen eine im Hinblick auf die regulierbaren Luftvolumina gleichförmige Anreicherung des oder der Rotationswirbel (Luft) mit Brennstoff in der Primärzone erreicht wird.

Im Rahmen der Erfindung können die Drallkanäle und/oder die Profile aber auch gekrümmt bzw. schaufelkanalartig und/oder schaufelförmig ausgebildet sein.

Fig. 12 veranschaulicht eine weitere Variante der Erfindung mit am Kopfende der Brennkammer ausgebildetem Brenner in der Kombination mit einer im Sinne der Fig. 1 bis 11 regulierbaren Dralleinrichtung 2 mit einer dieser nachgeordneten stationären Dralleinrichtung 23, die ebenfalls unter radialer Zuströmung (Pfeil D''') aus der in axialer Richtung zuströmenden Primärluft D versorgt wird.

In mit ausgezogenen Linien dargestellten Konturen verkörpert die regulierbare Dralleinrichtung 2 eine Endstellung mit jeweils klein­ sten Gesamtdurchströmquerschnitt gemäß Kanälen K'' z. B. nach Fig. 9, dieses im Gegensatz zur gestrichelt wiedergegebenen Endstellung mit dem größten Gesamtdurchströmquerschnitt und mit den dabei im Sinne der Fig. 10 maximal geöffneten Kanälen K'''.

Nach Fig. 12 weist die regulierbare Dralleinrichtung 2 das axial an der Brennstoffdüse 1 verschiebbar bzw. verstellbar angeordnete ring­ scheibenartige Bauteil 10 mit dem hülsenförmigen inneren Schaft auf; das andere bzw. stationäre Bauteil 11 bildet in Fig. 12 eine Ab­ schirmwand aus, die die Drallkanäle der Dralleinrichtungen voneinan­ der trennt und die stromabwärtig in eine Hülse H, koaxial zur Dü­ sen bzw. Brennerachse A ausläuft. Über betreffende feste Profile, die die Drallkanäle der stationären Dralleinrichtung 23 ausbilden, ist das feste Bauteil 11 der regulierbaren Dralleinrichtung 2 über ein Umlenkstück 15'' zentral und fest an der Flammrohr- Rückwand 5 bzw. am Brennkammer-Gehäuse gehaltert. Das Umlenkstück 15'' weist eine konvergent/divergente radial innere Wandkontur auf, letztere eben­ falls rotationssymmetrisch zur Düsen- bzw. Brennerachse A. Radial außen setzt sich das Umlenkstück 15 mit einer Abschirmwand 24 mit Abstand axial zur Rückwand 5 fort.

Über die beiden Dralleinrichtungen 2, 23 (Fig. 12) können jeweils im gleichen Drehsinne oder einander entgegengerichtet rotierende, mit Brennstoff B aus der Düse 1 angereicherte bzw. innig vermischte Rota­ tionswirbel W1, W2 in der Primärzone erzeugt werden.

In der gestrichelt und voll geöffnet gezeichneten Endstellung der Dralleinrichtung 2 kann in Kombination mit der stationären Drallein­ richtung 23 eine extrem luftreiche bzw. "kalte" und schadstoffarme Verbrennung in der Primärzone erzielt werden.

Die Axialverstellung eines der beiden Bauteile, z. B. 10, der regu­ lierbaren Dralleinrichtung 2 kann durch hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigte Stelleinrichtungen erfolgen. Insbesondere bei einer Ringbrennkammer mit am Kopfende gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordneten Brennern besteht eine Möglichkeit zur Betäti­ gung derart, daß eine rotatorische Verstellbewegung eines gemeinsamen Ringes über Hebel sowie Langloch-Schlitzführungen, letztere jeweils schräg zur Brennerachse angeordnet, in jeweils eine axiale Verstell­ bewegung mindestens eines Bauteils 10 bzw. 11 ("Ringscheibe") umgesetzt wird.

Die betreffende Dralleinrichtung 2 kann, bei entsprechender axialer Verstellung des mindestens einen Bauteils, z. B. 10, den Luftdurchsatz als Funktion des Triebwerkslastzustandes, aus einzelenen Triebwerks­ parametern oder -variablen, oder als Funktion örtlich gemessener Druck- und Temperaturverläufe in der Brennkammer regulieren bzw. steuern.

Sämtliche Profile können als "Klauen" bzw. "klauenartig" definiert werden.

Soweit nicht schon ausdrücklich beansprucht, sind die vorstehend er­ wähnten und/oder zeichnerisch dargestellten Merkmale ebenfalls Be­ standteil der vorliegenden Erfindung.

Claims (13)

1. Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit regulierbarer Zu­ fuhr von Verbrennungsluft in den Brennraum der Brennkammer über eine ring­ förmige Drallvorrichtung (2), die stromauf der Rückwand (5) des Flammrohrs (6) der Brennkammer mit Druckluft (D') beaufschlagt und an der Rückwand (5) ko­ axial zu einer Brennstoffdüse (1) so angeordnet ist, daß im Brennraum eine mit Brennstoff (B) angereicherte rotierende Wirbelströmung (W1) erzeugt wird, wo­ bei die Drallvorrichtung (2) an zwei axial relativ zueinander verstellbaren Ring­ abschnitten (10, 11) hinsichtlich der Durchströmquerschnitte steuerbare Drall­ kanäle (K) ausbildet, indem Profile (13) in Kanalaussparungen (14) axial ver­ schiebbar eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. - beide Ringabschnitte (10, 11) Ringscheiben sind, die an formschlüssig axial aneinander angrenzenden Stirnseiten in einer fortlaufend umfänglich gleich­ mäßig relativ zueinander versetzten Anordnung von Profilen (13, 15) und Kanalaussparungen (16, 14) klauenartig axial verschiebbar ineinander ein­ greifen; wobei
• 2. - die Drallkanäle (K) in einer Radialebene liegen und mit jeweils gleichen variablen Durchströmquerschnitten zwischen den Grundflächen der Kanal­ aussparungen (16, 14) und den korrespondierenden Endflächen der Profile (13, 15) einstellbar sind.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile (17, 18) beider Ringscheiben (10, 11) eine zusätzliche frontal offene Kanalaussparung (19, 20) aufwei­ sen, mit der sie jeweils in eine stirnseitig gegenüberliegende Kanalaussparung (21, 22) axial verschiebbar eingreifen und mit der in komplett ineinandergeschobener Endstellung der jeweils kleinste Kanalquerschnitt (K') ausgebildet ist.

3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem zweiten in Um­ fangsrichtung aufeinander folgenden Drallkanal zwei stirnseitig von einer Ringscheibe (10) axial vorstehende Porifle (17') eine weitere frontal offene Kanalaussparung (19) ein­ schließen, mit der die Profile (17') in eine stirnseitig gegenüberliegende Kanalaussparung (14) der anderen Ringscheibe (11) axial verschiebbar eingreifen und mit der in komplett zusammengeschobener Endstellung von Profilen und Kanalaussparungen der jeweils kleinste Kanalquerschnitt (K') bereitgestellt ist.

4. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Ringscheibe (10) stirnseitig axial vorstehenden Profile (17') schlanker als diejenigen der anderen Ringscheibe (11) ausgebildet sind.

5. Brennkammer nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die relativ schlanke­ ren Profile (17'') der einen Ringscheibe (10) in Ausbildung größerer Umfangsbreiten der Kanalaussparungen (16') angeordnet sind als die Profile (15') der anderen Ringscheibe (11), wobei die Profile (15', 17'') beider Ringscheiben (10, 11) aussschließlich einseitig axial aneinander verschiebbar sind.

6. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Profile (15', 17'') in Richtung von der radial äußeren Ringkontur auf die radial innere Ringkontur hin sich keilförmig verjüngende Querschnitte aufweisen.

7. Brennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils relativ schlanke­ ren Profile (17') keilförmig oder parallelwandig ausgebildet sind, so, daß relativ zur Bren­ nerachse (A) durchgehend parallelwandige Drallkanäle (K') zwischen den Profilen (15) ausgebildet sind.

8. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Ringscheibe (11) stationär an der Brenn­ kammer und die andere Ringscheibe (10) an der Brennstoffdüse (1) oder an einem Düsenträger axial verstellbar angeordnet ist.

9. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (1) zusätzlich axial verstellbar angeordnet ist.

10. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der hinsichtlich des Primärluftdurchsatzes regulierbaren Dralleinrichtung (2) min­ destens eine stationäre zweite Dralleinrichtung (23) zugeordnet ist, die einen zweiten Rotationswirbel (W2) in der Primärzone erzeugt, der in gleichem oder entgegengerichte­ tem Drehsinn zum von der regulierbaren Dralleinrichtung erzeugten Rotationswirbel (W1) rotiert.

11. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekenn­ zeichnet, daß sämtliche Profile der regulierbaren Dralleinrichtung (2) schaufelartig aus­ gebildet und mit den Kanalaussparungen axial verschiebbar aufeinander abgestimmt sind.

12. Brennkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Regulierung der Dralleinrichtung (2) durch axiale Bauteilverstellung als Funktion des Triebwerkslastzustandes erfolgt.

13. Brennkammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulierung der Dralleinrichtung (2) durch axiale Bauteilverstellung als Funktion von in der Brennkammer gemessenem Druck- und/oder Temperaturverläufen erfolgt.