DE2344630A1

DE2344630A1 - Nachbrenner-flammenhalter

Info

Publication number: DE2344630A1
Application number: DE19732344630
Authority: DE
Inventors: Robert Hughes Hufnagel; Lowell Jackson Pierce; Edward Joseph Sabol
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-09-08
Filing date: 1973-09-05
Publication date: 1974-03-14
Also published as: FR2199062A1; BE804377A; US3765178A; GB1426784A; JPS4992423A; CA958551A; IT993117B

Description

Näehbrenner-Flammenhalter

Im allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf einen Nachbrenner-Flammenhalter und insbesondere auf einen solchen Nachbrenner-

Flammenhalter zur Einfügung im Inneren des Gasstroms eines Gasturbinentriebwerkes für ein Luftfahrzeug als Teil eines Naehbrennersystems, um eine zusätzliche Schubsteigerung zu erhalten.

Die Nachteile von bekannten Nachbrenner-Flammenhaltern sind zweifacher Art. Erstens ändert sich die Temperatur des Gasstroms in dem Flammenhalter im allgemeinen über dem Umkreis des Flammenhalters. Diese umkreisförmigen Temperaturgradienten werden aufrechterhalten durch das konventionelle System von einzelnen Einlaßöffnungen zur Zuführung eines Gasstroms zu den Pilotbrennstoffdüsen und sie können zu einer örtlichen Übererhitzung des Flammenhalters führen. Diese löst dann einen Zustand aus, der üblicherweise als "Bildung von heißen Streifen" bezeichnet wird und bei

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dem dann der Flammenhalter schnell in den überhitzten Bereichen zerstört wird.

Die anderen Nachteile von konventionellen Nachbrenner-Flammenhaltern beziehen sich auf ihre Anfälligkeit für eine Erscheinung, die üblicherweise als "Zurückschlagen der Flamme" ("flashback") und "Vorzündung" ("preignition") bezeichnet wird. "Zurückschlagen der Flamme" kann allgemein als eine Portpflanzung der Flammenfront des Nachbrenners stromaufwärts in das Innere des Flammenhalters und in den Bereich zwischen den Flammenringen bezeichnet werden. Dies kann auftreten, wenn die Geschwindigkeit der Strömung durch den Flammenhalter örtlich begrenzt unterhalb der Mindestgeschwindigkeit absinkt, welche für die Aufrechterhaltung eines Anhaftens der Flamme erforderlich ist. "Vorzeitige Zündung" oder "Vorzündung" ist in ihrer Ursache nicht so gut bekannt wie "das Zurückschlagen der Flamme" und bezeichnet eine plötzliche spontane Entzündung des Gasstroms im Bereich zwischen den Flammenringen des Flammenhalters. Die "vorzeitige Zündung" unterscheidet sich wesentlich von dem "Zurückschlagen der Flamme" darin, daß die vorzeitig gezündete Flamme im Innern des Flammenhalters unabhängig von der stromabwärts gelegenen Flamme besteht, welche dabei weiterhin an den Austrittskanten des Flammenringes anhaftet. Die vorzeitige Zündung kann ein unmittelbares Ergebnis von Temperaturgradienten in der Strömung durch den Flammenhalter sein. Die nachteiligen und schädlichen Auswirkungen durch "Zurückschlagen der Flamme" und "vorzeitige Zündung" sind im wesentlichen die gleichen und führen ,zu einem vorzeitigen örtlich begrenzten Verbrennen der Komponenten des Flammenhalters.

"Zurückschlagen der Flamme" und "vorzeitige Zündung" können auch entstehen aus örtlichen Geschwxndigkeitsvariationen der Strömung durch den Flammenhalter. Solche ungleichförmigen Geschwindigkeitsprofile können entstehen aus abrupten Bereichs- oder Querschnittsänderungen oder Diskontinuitäten in dem Strömungsweg durch den Flammenhalter. Sie sind bei konventionellen Flammenhaltern sehr verbreitet und besonders bei solchen Flammenhaltern, welche ein

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von einzelnen Einlaßöffnungen zur Speisung jeder einzelnen Pilotbrennstoffdüse verwenden.

Ks ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Nachbrenner-Flaminenhalter zusammen mit einem System von Pi lotbrennst off düsen zu schaffen, bei dem der Einlaß für den Gasstrom zu den Pilotbrennst off düsen so aufgebaut ist, daß Temperaturgradienten in dem Gasstrom durch den Flammenhalter auf ein Minimum gebracht sind.

Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, einen Flammenhalter zu schaffen* bei dem der Strömungsweg durch denselben glatt ist und sich gleichmäßig erweitert, ohne abrupte Änderungen oder Diskontinuitäten und hierdurch die Gefahr für das Auftreten des Zurückschlagens der Flamme oder einer vorzeitigen Zündung zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird ein Gasturbinentriebwerk des Typs mit einem Verdichter, Brenner und Turbine, welche strömungsmäßig in Reihe geschaltet sind, mit Schubsteigerung durch einen Nachbrenner ausgestattet. Der Nachbrenner enthält einen Flammenhalter mit einem inneren Flammenring und einem äußeren radial außerhalb desselben im Abstand und konzentrisch zum inneren Flammenring angeordneten äußeren Flammenring. Es sind weiterhin Einrichtungen enthalten zur Einführung eines Hauptstroms des Brennstoffes außerhalb der Flammenringe und Einrichtungen zur Befestigung der Flammenringe an dem Triebwerksgehäuse.

Gemäß der Erfindung definiert der äußere Ring im Zusammenwirken mit dem inneren Ring einen kreisringförmigen Einlaß für die Aufnahme des Heißgasstromes von der Turbine zusammen mit einem ringförmigen A"uslaß. Zwischen dem inneren und dem äußeren Flammenring ist eng benachbart zum kreisringförmigen Einlaß ein Einlaßschirm (inlet screen) oder -Sieb oder -Gitter vorgesehen, um die Strömung zwischen den Flammenringen abgemessen einzulassen und eine Turbulenz in dem Gasstrom hinter dem Schirm auszulösen. Die hohe Turbulenz in der Strömung hinter dem Schirm ergibt eine Verringerung

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jeglicher umkreisförmiger Temperaturgradienten in dem einströmenden Gas auf ein Minimum. Es sind weiterhin Einrichtungen enthalten, um Pilotbrennstoff in diskreten Strahlen stromabwärts von dem Einlaßschirm einzuleiten. Weiterhin sind stromabwärts von den Pilotbrennstoff-Injektionseinrichtungen zusammen mit Einrichtungen zur Zündung des Pilotbrennstoffes umkreisförmig im Abstand voneinander angebrachte Wirbelleitflächen mit tragflügelähnlicher Gestaltung vorgesehen, welche sich in radialer Richtung zwischen dem inneren und äußeren Flammenring erstrecken. Das Gas- Brennstoffgemisch wird in einer" umkreisförmigen Richtung durch diese Wirbelleitflächen verwirbelt, um eine schnelle Portpflanzung der Flamme um den gesamten Flammenhalter herum zu erhalten.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, für ein Gasturbinentriebwerk des Turbostrahltyps, welches eine Ausführungsform des Nachbrenner-Flammenhalters gemäß der Erfindung enthält.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Nachbrenne r-Flammenhalters nach Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform für die Schnittansicht entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein Turbostrahltriebwerk 10 mit einem Kerntriebwerk 12, welches einen Heißgasstrom zum Antrieb einer Gebläseturbine 14 erzeugt. Diese Turbine 14 ist antriebsmäßig verbunden mit dem Läufer 15 eines Gebläses 16, welches am Einlaßende 17 des Triebwerkes angeordnet ist. Das Kerntriebwerk 12 und die Gebläseturbine 14 sind im Innern eines Gehäuses 18 untergebracht. Eine längliche

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Haube oder äußeres Gehäuse 20 definiert den bei 17 angedeuteten Triebwerkseinlaß und definiert in Kombination mit dem Gehäuse 18 einen Kanal 22, der konzentrisch zum Kerntriebwerk 12 ist.

Beim Betrieb verdichtet das Gebläse 16 einen Luftstrom., dessen äußerer Teil entlang dem Kanal 22 strömt und dessen innerer Teil in das Kerntriebwerk 12 eintritt. Im Kerntriebwerk 12 wird der Luftstrom weiterhin verdichtet durch einen Kerntriebwerkverdichter 24j um einen in starkem Maße verdichteten Luftstrom zur Unterhaltung der Verbrennung des Brennstoffes im Brenner 26 zu erhalten. Der Brennstoff zum Brenner 26 wird geliefert durch eine Brennstoffinjektionseinrichtung 27. Diese erhält einen Strom von unter Druck gesetztem Brennstoff über die Leitung 28 aus einer nicht gezeigten Quelle für unter Druck stehenden Brennstoff. Der auf diese Weise erze„„ugte Heißgasstrom treibt eine Hochdruck-Kerntriebwerksturbine 30, welche mit dem Rotor des Verdichters verbunden ist. Der Heißgasstrom durchsetzt die Gebläseturbine 14 und wird dann vermischt mit einem Teil der By-pass-Luft vom Kanal 22, welcher durch einen ringförmigen Kanal-oder Durchlaß 32 eintritt.

Eine zusätzliche Schubsteigerung kann erhalten werden durch einen allgemein bei 33 gezeigten Nachbrenner. Zusätzlicher Brennstoff wird dem Nachbrenner 33 über Brennstoffeinlaßeinrichtungen 34 zugeführt, welche mit einer nicht gezeigten Quelle für unter Druck stehenden Brennstoff verbunden sind. Die Einrichtungen zum Anhaften der Flamme des Nachbrenners bestehen aus einem Flammenhalter 36, dessen Einzelheiten noch nachstehend näher erläutert werden.

Der Heißgasstrom,welcher aus dem Nachbrenner 31 austritt, wird aus einer Enddüse 38 abgegeben, um einen Schub zum Antrieb eines Luftfahrzeuges zu erhalten. Obwohl hier die Erfindung in Beziehung zu einem Turbostrahltriebwerk getrieben wird, könnte sie auch in gleicher Weise und mit gleichem Erfolg auch auf andere Arten von Gasturbinentriebwerken angewendet werden, beispielsweise auf ein Turbostrahltriebwerk.

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Figur 2 zeigt einen Flammenhalter 36, welcher einen inneren Flammenring 40 in Art eines Kegelstumpfes und einen äußeren Flammenring 42 ebenfalls in Form eines Kegelstumpfes zeigt. Der innere und äußere Flammenring 40, 42 sind so allgemein konzentrisch zueinander, daß sie einen kreisringförmigen Einlaß 44 und einen kreisringförmigen Auslaß 46 mit größerem Querschnitt als der Einlaß definieren. Der radiale Abstand zwischen den Flammenringen wird—aufrechterhalten durch eine Vielzahl von umkreisförmig im Abstand voneinander und radial verlaufende Verwirbelungsleitflächen 48, deren Profil am besten aus Figur 3 ersichtlich ist.

Der Flammenhalterring 36 ist an dem inneren Gehäuse l8 mit Hilfe einer Vielzahl von am Umkreis im Abstand angebrachten Haltegliedern 50 befestigt. Die äußeren radialen Enden dieser Halteglieder 50 sind drehbar an dem Drehstück 52 mit Planschelementen 54 verstiftet, welche in einer festen Verbindung zwischen dem inneren Gehäuse l8 und dem äußeren Gehäuse 20 stehen. Das radial innere Ende jedes .Haltegliedes 50 ist drehbar an einem Drehteil 55 verstiftet bezüglich einer Gabelanordnung 56, die radial außerhalb eines Kolbens 58 verläuft. Der Kolben 58 ist im Innern einer Hülse 6Ö angeordnet, welche durch die inneren und äußeren Flammenringe 40, 42 allgemein zentrisch ausgerichtet mit einer der Verwirbelungsleitschaufeln 48 verläuft, um eine Drehung des Haltegliedes 50 um den Drehteil 55 aufzunehmen, muß eine Nut 62 durch den äußeren Flammenring 42 vorgesehen sein und das äußere radiale Ende 64 der Hülse 60 muß außerdem unter einem schiefen Winkel relativ zur Längsachse der Hülse stehen. Die Schwenkmoglichkeit der Halteglieder 50 ist vorgesehen, um eine thermische Ausdehnung der Flammenringe 40, 42 aufzunehmen, welche zu einem Ausdehnen oder Wachsen des Flammenhalters 36 radial nach außen führen kann. Die Anzahl der Halteglieder 50 kann abgeändert werden im Hinblick auf bestimmte Anforderungen an die Konstruktion, wobei mindestens 3 Halteglieder erforderlich sind, die in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.

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Benachbart zum kreisringförmigen Einlaß Uh des Flammenhalters ist ein Einlaßschirm oder -Sieb oder -Gitter 68 vorgesehen, urelches Vorzugspreise eine Vielzahl von umkreis formig im Abstand angebrachten und radial verlaufenden hohlen Zylindern 70 umfaßt. Dieser Einlaßschirm 68 mißt einen vorgegebenen Anteil des Gasstroms am Einlaß ab und leitet ihn durch die begrenzten Kanäle des Plammenhalters 36. Obwohl auch andere. Arten von Einlaßschirmen ohne weiteres für die erflndungsgemäße Anordnung brauchbar sind, werden im Abstand voneinander angebrachte Hohlzylinder 70 bevorzugt, da hier die abgemessene Strömung durch den Schirm relativ unempfindlich bleibt gegenüber Schwankungen in der Richtung des einlaßseitigen Gasstromes. Die Hohlzylinder des Einlaßschirmes 68 können außerdem In bequemer Weise hergestellt werden und nehmen leicht ein nach außen radial gerichtetes thermisches V/ach st um auf.

Die Brennstoffeinlaßeinriehtung 34 für den Nachbrenner umfaßt eine Vielzahl von HauptbrennstoffeinlaSleitungen 7*1, von denen einige radial durch den Flammenhalter 36 verlaufen. Jede Hauptbrennstoff-EInlaßleitung 74 enthält eine Öffnung 78 eng benachbart zum Ende derselben, so daß Hauptstrahlen des Brennstoffs um die äußeren Oberflächen des Flammenhalters 36 herum abgegeben werden. Die Öffnungen 78 sind radial im Abstand voneinander angeordnet und so orientiert, daß sie die Hauptstrahlen des Brennstoffs in Richtungen abgeben, welche allgemein senkrecht zum Gasstrom liegen. Ein Ansatzteil 72 ist in Abstand um die Haupteinlaßleitungen 74 herum vorgesehen, um eine nach außen gerichtete radiale thermische Ausdehnung des Flammenhalters 36 ohne Störung durch die Hauptbrennstoffeinlaßleitungen zu gestatten.

Eine Pilotbrennstoffleitung 76 endet zwischen dem inneren und äußeren Flammenring 40 und 42. Jede Pilotbrennstoffleitung 76 enthält zwei umkreismäßig..im Abstand voneinander angebrachte öffnungen 77, 77', welche am besten aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich sind. Die Öffnungen 77, 77* sind so angeordnet, daß sie zwei divergente Strahlen des Pilotbrennstoffes gerichtet abgeben,

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.wobei jeder dieser beiden Strahlen durch die Düsenöffnung strömt, 'lche durch zwei benachbarte Wirbelleitflachen 48 definiert ist. ^s ist lediglich erforderlich, daß die Pilotbrennstoffleitungen benachbart zu den Eintrittskanten jeder Z'.veiten V/irbelleitf lache angeordnet sind, um einen Strahl von Pilotbrennstoff zu jeder dieser Düsen zu schaffen. Die Zündungseinrichtung 80 stellt eine Funkenquelle dar zur Zündung des Pilotbrennstoffes.

Figur 3 zeigt die Wirbelleitflächen 48, welche allgemein einen kegelstumpfförmigen Hauptkörper 82 enthalten. Ein integraler Auslaßkanten— oder Endteil 84 erstreckt sich nach rückwärts und umkreisförmlg von dem Hauptkörperteil 82. Die Seitenwände 86, 88 des integralen Endteils 84 konvergieren nach rückwärts von einem tangentialen Schnitt mit dem kegeistumpfförmigen Hauptkörper 32 und haben Schnittstellen an einer Austrittskante der Wirbelleitflächen. Die Mündungsweite "A" jeder der Düsen zwischen den benachbarten Wirbelleitflachen 48 wird so ausgewählt, daß man die Mindestströmungsgeschwindigkeit des Gases durch diese öffnungen erhält, bei der noch ein Flammenanhaften an den Austrittskanten 90 aufrechterhalten wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Struktur für diejenigen Fälle beschrieben, bei denen ein zusätzlicher Schub benötigt wird. Der Nachbrenner wird dadurch gezündet, daß zunächst Pilotbrennstoff über die Leitung 76 eingeleitet und dann der Pilotbrennstoff durch den Zünder 80 durch einen Funken entzündet wird. Das Einlaßsieb oder der Einlaß-r schirm 68 bemißt einen vorgegebenen Anteil des GesamtgasStroms durch den ringkreisförmigen Einlaß 44 in einer solchen Weise, daß das erwünschte stöchiometrische Verhältnis Brennstoff zu Luft erhalten wird. Die hohlen Zylinder oder Stangen 70 ergeben einen in hohem Maße voraussagbaren ungleichförmigen abgemessenen-Strom durch den Flammenhalter.

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Wie bereits erörtert, kann die Temperatur des Gasstroms in dem Flammenhalter 36 eine Variation 'bezüglich des tlmfangs des Flammenhalters aufweisen. Solche umfangsmäßigen Temperaturgradienten können heiße Streifen im Innern des Flammenhalters auslösen, welche zu einem schnellen örtlich begrenzten Verfall des Flammenhalters führen. Die Wirbelschleppe (wake) hinter dem Einlaßschirm 68 ergibt jedoch einen hohen Grad an Turbulenz, so daß der here ink ansäende Gasstrom gründlich durchmischt wird. Hierdurch werden die umkreisförmigen Temperaturgradienten auf ein Minimum gebracht, welche zu einem vorzeitigen Verfall des Flammenhalters führen können. Daher ergibt der Gesichtspunkt des kontinuierlichen kreisringförmigen Einlasses des Flammenhalters gemäß der Erfindung zusammen mit dem Einlaßschirm einen ausgeprägten Vorteil gegenüber konventionellen Flammenhaltern» welche individuelle diskrete Einlaßöffnungen zur Zuführung zu jedem Pilotbrennstoff strahl besitzen«

Die turbulente Wirbelschleppe hinter dem Kinlaßsehirm 68 ergibt auch einen iieoen Grad 4er Durchmisahung und Dispersion des Brennstoffes in dt» heißen hereinkommenden Sas. Dieses in hohem Maße gleichförmig« Gas-Brennatoff-Gemisch strömt stromabwärts »wischen den Wirbelleitflächen ^S aur Flammen*one, welche in erwünschter Weise hinter d#n Austrittskanten 90 der Wirbelleitflächen aufrechterhalte!» wird· Das Sas-Brennstoff-Gemisch wird in umkreisförmiger Richtung verwirbelt, um eint schnelle Fortpflanzung der Flamm« um den gesamten Umkreis des Flammenhalters von de« ursprünglichen Punkt der Funkengab« am Zünder 80 zu erhalten. Der Hauptbrennetoff wird durch die ringförmige Pilotflaron» in einer konventionellen Weise entzündet.

Ein zuvor bei Nachbrenner-Flammenhaltern vorhandenes Problem bezieht sich auf die vorstehend erörterte Erscheinung des "Zurüekschlagens der Flamme¹¹. Diese 1st eine stromaufwärts gerichtete Fortpflanzung der Flaramenfront des Nachbrenners in die inneren Kanäle des Flammenhalters. Das Zurückschlagen der Flamme kann

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dann auftreten, wenn die Geschwindigkeit des Brennstoff-Gas-Gemisches zwischen den iJirbelleltflächen 48 unter die Fllndestgeschwindigkeit absinkt, welche zu einer Aufrechterhaltung des Anhaftens der Flamme an den Austrittskanten 90 der Viirbelleitflachen erforderlich Ist. Ein weiteres, zuvor bereits erörtertes Phänomen ist die vorzeitige Zündung, welche in ihren Ursachen bisher nicht so gut verstanden wird, wie das Zurückschlagen der Flamme. Diese bezieht sich auf eine plötzliche, spontane Entzündung des Brennstoff-Gas-Gemlsches in einem Bereich stromaufwärts von den Austrittskanten 90 der Wirbelleitflächen. Die vorzeitige Zündung unterscheidet sich wesentlich von dem Zurückschlagen der_ Flamme darin, daß die stromaufwärts gelegene vorzeitig gezündete Flamme Im Innern des Flammenhalters getrennt und unterschiedlich ist und unabhängig von der stromabwärts gelegenen Flamme besteht» welche an den Austrittskanten 90 der Wirbelleitfläche anhaftet. Die nachteiligen Auswirkungen vom Rückschlagen der Flamme und der vorzeitigen Zündung sind jedoch Im wesentlichen gleich und führen zu einem vorzeitigen örtlich •beschränkten Verbrennen der Komponenten des Plammenhalters. Die vorzeitige Zündung kann ein unmittelbares Ergebnis der zuvor erläuterten umkreis fönnigen Temperaturgradienten sein. Es wird daher angenoiaaen, daß die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer voraeltigen Zündung bei dem Flammenhalter gemäß der Erfindung verringert wird durch die Auswirkung der gründlichen Durchmischung der in höchstem Maße turbulenten Wirbelschleppe hinter dem Einlaßschirm 68.

örtliche Minderungen der Geschwindigkeit und der Richtung der Strömung können ebenfalls zur vorzeitigen Zündung und zum Zurückschlagen der Flamme beitragen. Es ist daher erwünscht, daß das Geschwindigkeitsprofil gleichförmig und voraussagbar über alle Querschnitte zwischen der Ebene der Pilotbrennstoffeinführung an der Einlaßleitung 76 und der durch die Austrittskanten 90 der Wirbelleitfläche definierten Ebene gehalten wird. Wenn Jedoch die Strömungswege durch den Nachbrenner mit abrupten Querschnittsänderungen oder Diskontinuitäten konstruiert sind,

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wie dies bei bisher bekannten Machbrennerflammenhaltern der Fall war, dann entv;ickeln sich örtliche Störungen und Wirbel und unterbrechen die Gleichförmigkeit der Geschwindigkeitsprofile. Diese Störungen und Wirbel bewirken, daß die Geschwindigkeit des in Richtung der Austrittskanten 90 der Wirbelleitflächen strömenden Gas-Brennstoff-Gemisches örtlich unter die Mindestgeschwindigkeit absinkt, welche erforderlich ist, um ein Anhaften der Flamme an den Austrittskanten aufrecht zu erhalten. In solchen Füllen wird sich die Flammenfront des TJachbrenners stromaufwärts in die inneren Kanäle des Flammenhalters in diesen Bereichen der Störung der Strömungsgeschwindigkeit fortpflanzen und eine örtliche Überr hitzung und Verbrennung der Komponenten des Flammenhalters verursachen.

Die Strömungskanäle des Flammenhalters gemäß der Erfindung sind jedoch in"besonderer Weise so aufgebaut, daß sie glatt und gleichförmig verbreitert sind und keine plötzlichen Querschnittsänderungen oder Diskontinuitäten in den Durchlaßwegen zwischen der Ebene der Brennstoffeinführung an der Einlaßleitung J6 und der Ebene bestehen, welche durch die Austrittskanten 90 der Wirbelleitfläche definiert ist. Die hohe Turbulenz der Gasströmung oder Wirbelschleppe hinter dem Einlaßschirm 68 erschöpft sich im wesentlichen vor dem Erreichen der Austrittskanten 90 der Wirbelleitflächen, so daß man an den Austrittskanten 90 ein im wesentlichen gleichförmiges Geschwindigkeitsprofil erhält. Die Wirbelleitflächen 68 besitzen im wesentlichen eine tragflügelähnliche Form mit allmählich verlaufenden Seiten, welche keine scharfen Diskontinuitäten für den durchfließenden Brennstoff-Gasstrom ergeben, die" ein örtliches Zurückschlagen der Flamme oder eine vorzeitige Zündung auslösen könnte. Es ist ersichtlich, daß diese geometrische Ausgestaltung einfach ist und einen leicht voraussagbaren Strömungsverlauf zwischen den Wirbelleitflächen ergibt. Diese Ausgestaltung ist außerdem geeignet für eine wirtschaftliche Herstellung der Werkzeuge und der Form selbst mit geringen Kosten.

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Figur 4 zeigt eine geringe Abwandlung der liirbe!leitflächen 48. Ein scharfer integraler Eintrittskantenteil 92 wurde vor dem Hauptkörper 82 eingefügt und enthält Seitenwände 96, 98, welche vom tangentialen Schnitt mit dem Hauptkörper 82 aus nach vorn konvergieren und dadurch wird das aerodynamische Profil Jeder Wirbelleitflache 48 stromlinienförmig.verbessert. Ebenso ist die Seitenwand 86 des integralen Endteils nach rückwärts und umkreisförmig bei 9k über die Linie des Schnittes 90^f mit den konvergierenden Seitenwänden 86, 88 hinaus verlängert worden. Daher kann der Auslaßwinkel des Gas-Brennstoff-Gemisches von den Wirbelleitflachen 48 besser der umkreisförmigen Richtung angenähert vrerden und hierdurch wird die Gesamtzeit verringert, welche für die Portpflanzung der Flamme um den gesamten umkreisförmigen Flammenhalter herum erforderlich ist. Ebenso wird durch diese Anordnung eine Konvektionskühlung der Austrittskanten der Leitflächen weiter gefördert.

Es können- die verschiedensten Änderungen in den Strukturen gemäß den Figuren 1-4 vorgenommen werden, ohne dabei den Umfang der Erfindung zu verlassen. Die Wirbelleitflächen 48 können jeden geeigneten tragflügelähnlichen Querschnitt aufweisen, wenn nur zwischen diesen Leitflächen ein vorgeschriebener und voraussagbarer Strömungsverlauf erzielt werden kann. Alternativ kann der Einlaßschirm 68 eine rechteckförmige Ausgestaltung besitzen.

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Claims

23U630 Patentansprüche

1.) Gasturbinentriebwerk des Typs mit einer umschließenden Hülle, einem Verdichter, einem Brenner und einer Turbine, welche strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind und bei dem eine Schubverstärkung durch einen Nachbrenner erzeugt wird, gekennzeichnet durch:

einen inneren Flammenring (¹IO), einen äußeren Flammenring (42), der radial im Abstand außerhalb und konzentrisch zum inneren Flammenring (40) angeordnet ist und zusammen mit dem inneren Flammenring (40) einen kreisringförmigen Einlaß (44) zur Aufnahme des Heißgasstroms von der Turbine und einen kreisringförmigen Auslaß (46) definiert, ein Einlaßschirm (68) zwischen den inneren und äußeren Flammenringen in enger Nachbarschaft zum kreisringförmigen Einlaß zur Abmessung des Gasstroms in den Flammenringen, wobei die Turbulenz der Strömung hinter dem Schirm die umkreisförmigen Temperaturgradienten des einströmenden Gases auf ein Minimum reduziert, Einrichtungen (76) zur Einleitung vom Pilotbrennstoff in diskreten Strahlen stromabwärts von dem Ei'nlaßschirm (68), am Umkreis im Abstand voneinander angebrachte tragflügelprofilförraige Wirbelleitflächen (48), die radial zwischen den inneren und äußeren Flammenringen stromabwärts von der Pilotbrennstoffeinrichtung verlaufen,

eine Einrichtung (80) zur Zündung des Pilotbrennstoffes, eine Einrichtung (34) zur Einleitung eines Hauptbrennstoffstroms außerhalb der Flammenringe und eine Einrichtung (50) zur Befestigung der Flammenringe in einer festen Lage bezüglich des Triebwerkgehäuses.

2. Nachbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung eine Vielzahl von Haltegliedern (50) besitzt, die schwenkbar an einem Ende des Triebwerksgehäuses verbunden sind und eine Vielzahl von Kolben (58) radial in Verbindung mit den Flammenringen

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angeordnet und schwenkbar mit den anderen Enden der Halteglieder (50) zur Aufnahme einer thermischen Ausdehnung der Flammenringe verbunden sind.

3. Nachbrenner nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß der innere und äußere Flammenring (40, 42) kegelstumpfförmlg und zusammenwirkend so angeordnet sind, daß sie einen kreisringförmigen, nach rückwärts divergierenden Durchlaßkanal definieren.

4. Nachbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennz e lehne t, daß der Einlaßschirm (68) eine Vielzahl von umkreisförmig im Abstand angebrachten Zylindern (70) besitzt, welche sich in radialer Richtung zwischen dem inneren und äußeren Flammenring erstrecken.

5. Nachbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wirbelleitfläche einen allgemein kegelstumpfTSrralgen Hauptkörper (82) besitzt mit einem integralen Endteil (84), der sich nach rückwärts und umkrelsförmig von dem Hauptkörperteil (82) aus erstreckt, wobei die Seitenwände (86, 88)·dieses integralen Endteils (84) von dem tangentialen Schnitt mit dem kegelstumpfförmigen HauptkSrper aus nach rückwärts zum Schnitt an der Austrittskante(90)der Wirbelleitfläche konvergieren.

6. Nachbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wirbelleitfläche (48) einen scharfen Integralen Eintrittskantenteil (92) besitzen/ wobei die Seltemrände (96, 98) des Integralen Eintrittskantenteils nach vorn vom tangentialen Schnitt mit dem kegelstumpfförmise" fiauptkSrper zu einem Schnitt an der Eintrittskante der Wirbelleitflächen konvergieren und eine Seitenwand (86) des Integralen Endteils sich bei (94) nach rückwärts und umkreisförrrLg über die Linie des Schnitts (90') der konvergierenden Seitenwände des Endteils hinaus erstreckt.

*dier sich von dem Hauptkörperteil nach vorn erstreckt,

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7. Kachbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Pilotbrennstoffeinrichtung (76) eine Einlaßleitung enthält, welche zwischen den Flammenringen (40, 42) an einem Punkt eng benachbart zur Eintrittskante einer Uirbelleitflache (48) endet, und zwei im Abstand voneinander angebrachte Öffnungen (77, 77') zur Richtung von einzelnen Strahlen vom Pilotbrennstoff auf jeder Seite der benachbarten llirbelleitflache (48) besitzt und die Hauptbrennstoffeinrichtung weiterhin eine Vielzahl von Einlaßleitungen (7*0 aufweist, welche radial außerhalb und innerhalb beider Flammenringe (40, 42) enden, wobei.jede Leitung eine Öffnung (78) enthält, zum Richten eines Strahls von Hauptbrennstoff außerhalb der Flammenringe.

8. Flairanenhalter, gekennzeichnet durch einen inneren Flammenring (40), einen äußeren Flammenring (42), der radial im Abstand außerhalb und konzentrisch zum inneren Flammenring angeordnet ist und im Zusammenwirken mit dem inneren Flammenring einen kreisringförmigen Einlaß (44) und Auslaß (46) definiert,

ein Einlaßschirm (68) zwischen den inneren und äußeren Flammenringen eng benachbart zum kreisringförmigen Einlaß zur Abmessung der Strömung zwischen den Flammenringen, wobei hinter dem Schirm eine Turbulenz erzeugbar ist, welche die umkreisformigen Temperaturgradienten des einströmenden Gases auf ein Minimum reduziert,

eine Einrichtung (76) zur Einführung von Pilotbrennstoff in diskreten Strahlen stromabwärts von dem Einlaßschirm (6"), umkreisförmig im Abstand voneinander angebrachte tragflügelprofilförmige Wirbelleitflächen (48), die radial zwischen dem inneren und äußeren Flammenring stromabwärts von der Pilotbrennstoffeinrichtung verlaufen und Einrichtungen (80) zur Zündung des Pilotbrennstoffes.

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