DE2616452C3

DE2616452C3 - Brennkammer

Info

Publication number: DE2616452C3
Application number: DE2616452A
Authority: DE
Inventors: Paul Jih-Tien Chang; Robert Marvin Schirmer; John Warren Vanderveen
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1979-12-06
Also published as: JPS51133826A; FR2308053A1; IT1075001B; GB1536166A; SE429158B; DE2616452A1; DE7611803U1; DE2616452B2; FR2308053B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Brennkammer ist aus der US-PS 82 603 bekannt. Durch diese Ausgestaltung soll eine bestimmte Temperaturverteilung in der Brennkammer erzielt werden, damit die von den Abgasen der Brennkammer beaufschlagten Turbinenschaufeln durch Temperatureinwirkung nicht beschädigt werden.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die Abgase einen möglichst geringen Anteil an Stickstoffoxyden und Kohlenmonoxyd aufweisen, so daß eine solche Brennkammer insbesondere für den Betrieb einer in Kraftfahrzeugen verwendeten Gasturbine geeignet ist

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die Abgase einen geringen Anteil an Stickstoffoxyden und CO aufweisen, wobei eine mit einer solchen Brennkammer versehene Brennkraftmaschine über einen großen Bereich von sich ändernden Betriebsbedingungen ίο betrieben werden kann. Diese Ausgestaltung hat weiterhin den Vorteil, daß eine überraschende Verbrennungsstabilität über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen eingehalten werden kann.

Die Verwendung von tangentialen Lufteinlässen zum is tangentialen Zuführen eines Luftstromes in eine Brennzone einer derartigen Brennkammer ist an sich bekannt {DE-OS 23 26 302). Bei dieser bekannten Brennkammer wird durch die tangential angeordneten Luftschlitze ein brennbares Brennstoff-Luftgemisch in die Primärbrennzone eingeführt, um den Gehalt an Stickstoffoxiden in den Abgasen eines Turbinentriebwerkes niedrig zu halten. Gemäß der Erfindung wird durch eine vergleichbare Schlitzanordnung jedoch reine Verbrennungsluft in das aus der Mischkammer zentral in die erste Brennzone eintretende brennbare Gemisch zugeführt, wobei die Verminderung an Stickstoffoxiden im Abgas durch entsprechende Ausbildung der Brennkammer^elbst erreicht wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen nach der Erfindung in sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt
3^r> F i g. I eine Schnittansicht einer Brennkammer,

F i g. 2 vergrößert eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 und zeigt eine Anordnung von tangentialen Einlaßschlitzen,

Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in ·»» F i g. 1 und zeigt eine Anordnung von weiteren tangentialen Einlaßschlitzen,

F i g. 4 eine Teilschnittansicht auf die stromaufwärtige Seite des Kopfteils der Brennkammer gemäß Fig. 1,

Fig.5 vergrößert eine Ansicht eines Bauteils des *^r> Kopfteils der Brennkammer gemäß Fig. 1,

Fig.6 eine Ansicht eines weiteren Bauteils des Kopfteils der Brennkammer gemäß F ig. 1,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Brennkammer,

Vi F i g. 8 schematisch eine teilweise im Schnitt/Schrägansücht des stromaufwärtigen Endes der Brennkammer gemäß F i g. 7,

Fig.9 eine Seitenansicht des stromabwärtigen Abschnitts des Flammrohrs gemäß F i g. 7,
Vi Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig.9,

Fi g. 11 teilweise im Schnitt eine weitere Brennkammerund

Fig. 12 und 13 vergrößerte Schnittansichten entlang en den Linien 12-12bzw. 13-13in Fig. 11.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3 weist eine Brennkammer 10 ein äußeres Gehäuse 12 mit einem Flammrohr 14 auf, das konzentrisch in und in Abstand zu dem Gehäuse 12 angeordnet ist, so daß sich eine Ringkammer 16 M zwischen dem Gehäuse 12 und dem Flammrohr 14 bildet, in die Luft durch die verschiedenen Einlasse in das Flammrohr 14 eingespeist wird. Das Flammrohr 14 weist am stromaufwärtigen Ende ein Kopfteil 18 auf.

Eine Brennstoffeinlaßeinriohtung ist in dem stromaufwärtigen Endabschnitt des Flammrohrs 14 vorgesehen. Wie F i g, 1 zeigt, weist diese Brennstoffeinlaßeinrichtung eine Brennstoffleitung 20 auf, die von einem Brennstoffbehälter über einen Brennstoffstutzen 22 zu einer Brennstoffeinspritzdüse 24 führt. Ein kreisringförmiges Bauteil ist an der stromabwärtigen Seite des Kopfteils 18 angeordnet Es kann integral mit dem Kopfteil 18 ausgebildet und — wie dargestellt — einen kreisringförmigen Durchlaß 26 aufweisen, der zwischen in dem stromabwärtigen Ende des Kopf teils 18 und dem stromaufwärtigen Ende des Flammrohrs 14 liegen. Der Durchlaß ist so ausgebildet, daß er den Auslaß von dem Kopfteil 18 und den Einlaß in die erste Brennzone 27 regelt. ιϊ

Ein verstellbarer erster Lüfteinlaß ist in dem Kopfteil 18 vorgesehen, der eine variable Menge eines ersten Luftstroms durch das Kopfteil 18 um die Brennstoffeinspritzdüse 24 liefert, der in die erste Brennzone 27 des Flammrohrs 14 eingeleitet wird. Wie nachstehend näher erläutert werden wird, weist dieser verstellbare erste Lufteinlaß wenigstens einen Luftdurchlaß mit -'eränderbarer Querschnittsfläche auf, der sich durch das Kopfteil 18 erstreckt und in Verbindung mit der ersten Brennzone 27 steht Ein zweiter Lufteinlaß ist in der 2> Wand des Flammrohrs 14 angeordnet, welcher ein tangentiales Einleiten eines zweiten Luftstroms in die erste Brennzone 27 tangential zu deren Wand gestattet. Der zweite Lufteinlaß weist eine Anzahl von tangential verlaufenden Schlitzen 28 auf, die längs der Wand des to stromaufwärtigen Endabschnitts des Flammrohrs 14 an einer Stelle im Flammrohr verlaufen, die dem Auslaß des Kopfteils 18 benachbart liegt Ein dritter Lufteinlaß ist in der Wand des Flammrohrs 14 stromabwärts des zweiten Lufteinlasses angeordnet welche ein fangen- r> tiales Einleiten eines dritten Luftstroms in eine zweite Brennzone gestattet die im Flammrohr 14 stromabwärts von der ersten Brennzone 27 liegt und mit dieser in Verbindung steht Der dritte Lufteinlaß weist eine Anzahl von iangentialen Schlitzen 30 auf, die längs der w Wand in einem Zwischenabschnitt des Flammrohrs 14 an einer zweiten Stelle im Flammrohr verlaufen, die benachbart und stromabwärts von dem zweiten Durchlaß 29 liegt welcher den Auslaß aus der ersten Brennzone 27 regelt. -r>

Ein driuer Durchlaß 32 ist strosiabwärts von den tangentialen Schlitzen 30 angeordnet Vorzugsweise ist eine vierte Lufteinlaßeinrichtung vorgesehen, die wenigstens eine öffnung 34 aufweist, die in der Wand des Flammrohrs an einer dritten Stelle angeordnet ist, Hi die stromabwärts vom dritten Lufteinlaß 30 und dem dritten Durchlaß 32 angeordnet ist, welche ein Einleiten eines vierten Luftstroms zur Luftverdünnung im Flammrohr 14 gestattet

Das Flammrohr 14 kann als ein gemeinsames Bauteil v; gefertigt werden. Aus Fertigungsgründen ist es jedoch vorteilhaft, daß das Flammrohr 14 — wie gezeigt — in zwei getrennten Abschnitten ausgebildet ist Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die tangentialen Schlitze 28 in einem ersten stromaufwärts wi liegenden Wandabschnitt 36 des Flammrohrs 14 ausgebildet, vorzugsweise am stromaufwärtigen Endabschnitt des ersten Wandabschnitts, welcher die stromabwärtige Wand des Durchlasses 26 enthält, die die stromabwärtigen Wände der Schlitze 28 bildet. Der zweite Durchlaß 29 ist im stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Wanrtabschnitts 36 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform können die tangentialen Schlitze 30 an einem zwischenliegenden zweiten Wandabschnitt 38 ausgebildet sein, der stromabwärts von dem ersten Wandabschnitt 36 liegt Der zweice Wandabschnitt 38 ist derart angeordnet, daß die stromaufwärts liegende Kante an die stromabwärtige Kante des ersten Wandabschnitts 36 anstößt, wobei die stromabwärtjge Kante des ersten Wandabschnitts 36 die stromaufwärts liegenden Wände der Schlitze 30 bildet Gemäß dieser Ausführungsform ist der dritte Durchlaß 32 im zweiten Wandabschnitt 38 vorgesehen, der an die darin ausgebildeten Schlitze 30 anschließt. Die innere Wandfläche des ersten Wandabschnitts 36 verjüngt sich nach innen von der stromabwärts liegenden Kante der tangentialen Schlitze 28 zu der stromaufwärts liegenden Kante des zweiten Durchlasses 29, so daß sich ein konisch nach innen verjüngender Durchlaß von den Schlitzen aus bildet Die innere Wandfläche des zweiten Wandabschnitts 38 erweitert sich konisch von der stromabwärtigen Kante des dritten Durchlasses 32 zu dem erweiterten Abschnitt des Flammrohrs 14, in dem die zweite ürennzone 31 liogt und an dem der dritte Wandabschnitt des Rammrohrs angeordnet ist

Für die beschriebene Brennkammer sind entsprechende Zündeinrichtungen, z. B. eine Zündkerze (nicht gezeigt) vorgesehen.

Gemäß Fig. 1 ist die erste Brennzone die Zone, die sich von der stromabwärts liegenden Mündung der Brennstoffeinspritzdüse 24 zu dem Mittelteil der tangentialen Schlitze 30 erstreckt und die zweite Brennzone ist die Zone, die sich von dem Mittelteil der tangentialen Schlitze 30 zu dem Mittelteil der öffnungen 34 erstreckt.

Der zweite Durchlaß 29 und der dritte Durchlaß 32 sind kreisförmig ausgebildet. Sie können jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen, z. B. dreieckförmig ausgebildet sein.

Gemäß Fig.4, 5 und 6 weist das Kopfteil 18 eine kreisförmige Rückplatte 128 auf, die mittig in einer Öffnung 138 durch ein Paar von Befestigungsgliedern 13? angebracht ist. Eine Anzahl von im Abstand angeordneten Öffnungen 134 ist längs einer Kreislinie in der Rückplatte 128 vorgesehen. Ein Anschlagbolzen 136 steht über eines der Befestigungsglieder 132 über. Die Öffnung 138 steht in Verbindung mit dem Ringraum 16 und der Leitung 15 der Brennkammer in Fig. 1, durch die Warmluft in den Ringraum 16 eingespeist wird. Ein mittig angeordnetes, kreisförmiges, vorspringendes Teil 140 steht nach außen über die stromaufwärts liegende Fläche der festen Platte 128 über, an dem eine vorderseitige versteilbare Platte 142 angebracht ist.

Die Platte 142 ist kreisförmig und weist die gleiche Abmessung wie die Platte 128 auf. Eine Anzahl von im Abstand angeordneten öffnungen 144 ist in der Platte 142 angeordnet, die in ihrer Abmessung und kreisförmigen Anordnung jener der Öffnungen 1J4 in der Rückplatte 128 entspricht. Ein Paar Anschlagbolzen 146 steht an der Seite der vorderseitigen Platte 142 über. Ein zur Betätigung eignender Fortsatz 148 steht an einer Seite der Platte 142 an einer Stelle über, die in einem Abstand zu den Anschlagbolzen 146 liegt. Eine Schubstange 150 ist schwenkbar mit dem. Fortsatz 148 verbunden. Die Schubstange 150 kann nach vorwärts und nach rückwärts mit Hilfe eines Rollenschaltwerks 152 betätigt werc'cn, dar, an der Außenseite des Brennstoffstutzens 42 angeordnet ist. Eine flexible Welle 154 erstreckt sich durch eine Stellplatte (nicht gezeigt) und ist mit einem Drehknopf (nicht gezeigt) zur

Bewegung der Welle 154 des Rollenschaltwcrks 152 und der Schubstange 150 zur Drehbewegung der vorderseitigen Platte 142 innerhalb der Grenzstellungen verbunden, die durch die Anschlagbolzen 146 bestimmt sind, die gegen den Anschlagbolzcn 136 anzuliegen kommen.

Der Brennstoffstutzen 22 ist zwischen benachbart liegenden Flanschteilen, wie in F i g. 1 gezeigt, angeordnet. Das stromabwärtige Ende des Flammrohrs 14 paßt in das den Durchlaß 26 enthaltende Verbindungsstück, das seinerseits an der stromabwärtigen Fläche des Kopfteils 18 befestigt ist. Die Mittelöffnung 156 in der vorderseitigen Platte 142 ist dem vorspringenden Teil 140 an der Rückplatte 128 angepaßt, und die vorderseitige Platte 142 ist gegen die Rückplatte 128 mit Hilfe einer Hutmutter 158 und einem Dichtungsring 160 gleitend bewegbar angebracht. Die Schubstange 150 dreht infolge der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung die vorderseitige Platte 142. so daß deren öffnungen 144 mit Hpn Öffnungen 134 in der Riirknlatte 128 zur Deckung bzw. nicht zur Deckung kommen, wodurch die effektive lichte Weite der Öffnung in dem verstellbaren Kopfteil 18 sowie der Durchsatz bzw. die Menge der Luft verändert werden können, die durch das Kopfteil 18 in die erste Brennzone 27 gelangt. In Fig. I sind die Öffnungen 144 und 134 voll miteinander in Deckung, so daß das Kopfteil 18 vollständig geöffnet ist. In Fig. 4 sind die öffnungen außer Deckung, und das Kopfteil 18 ist vollständig geschlossen.

Für einen kontinuierlichen Betrieb der Brennkraftmaschine bei unterschiedlichen, innerhalb eines großen Bereiches liegenden Betriebsbedingungen, soll vorzugsweise die effektive Querschnittsfläche der Öffnungen in dem Kopfteil automatisch geregelt werden. Hierzu können Regeleinrichtungen vorgesehen sein. Eine solche ist schematisch in Fig.4 dargestellt. Diese Regeleinrichtung kann für die Brennkammer gemäß F i g. 1 bestimmt sein, wenn ein Organ in der Brennstoffleitung 20 vorgesehen ist, das mit einer Regeleinrichtung 109 betriebsverbunden ist. welches mit einer entsprechenden Verbindung 110 mit der Welle 154 eines Zahnstangen-Rollenschaltwerks 152 verbunden ist. durch die die Schubstange 150 in Vorwärts- und KucKwartsricntung bewegbar ist. uie Kegeieinrichtung 109 spricht auf den Brennstoffstrom durch die Leitung 20 an. betätigt die Verbindung 110, die mit der Welle 154 betriebsverbunden ist und gibt dadurch die Vorwärtsbzw. Rückwärtsbewegung der Schubstange 150 vor.

Beim Betreiben der Brennkammer gemäß F i g. 1 wird ein erster Luftstrom durch das Kopfteil 18 bei vorgegebener geregelter Geschwindigkeit in die erste Brennzone 27 etwa axial eingeleitet. Dieser erste Luftstrom kann jedoch auch radial eingespeist werden. Ein Brennstoffstrom wird vorzugsweise axial in die erste Brennzone 27 eingespeist.

Ein zweiter Luftstrom wird in die erste Brennzone 27 über die tangentialen Schlitze 28 tangential zu der Wand der ersten Brennzone 27 eingeleitet Die Schlitze 128 bewirken eine Verwirbelung des zweiten Luftstroms. Bei den in Fig.2 dargestellten Schlitzen ist die Wirbelbildungsrichtung im Uhrzeigersinn bei Blickrichtung in Richtung des Flammrohrs 14 ausgerichtet Die ersten und zweiten Luftströme bilden mit dem Brennstoff ein Gemisch, und in der ersten Brennzone 27 findet wenigstens eine teilweise Verbrennung dieses Gemischs statt. Heiße Verbrennungsprodukte und Rcstbestaridteile des Brenngemisches gelangen von der ersten Brennzone 27 über den DurchlaB 29 in die zweite Brennzone 31.

Ein dritter Luftstrom wird in die zweite Brennzone 31 über die tangentialen Schlitze 30 in eine Richtung tangential zu der Wand der zweiten Brennzone 31 eingeleitet. Die Schlitze 30 bewirken eine Wirbelbildung

-, in dem dritten Luftstrom. Die Wirbelbildungsrichtung im dritten Luftstrom kann im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn ausgerichtet sein, jedoch erfolgt die Ausrichtung vorzugsweise in Gegenrichtung zu der Wirbelbildung des zweiten Luftstroms durch die

ίο Schlitze 28. Bei den in Fig.3 dargestellten Schlitzen ist die Wirbelbildungsrichtung des dritten l.uftstromes im Gegenuhrzeigersinn bei Blickrichtung stromabwärts des Flammrohrs 14 ausgerichtet. Der dritte Luftstrom mischt sich mit den heißen Verbrennungsprodukten und den Restbestandteilen des Gemisches, die von der ersten Brennzone 27 eintreten. Die Verbrennung läuft nahezu vollständig in der zweiten Brennzone 31 ab.

Vorzugsweise wird ein vierter Luftstrom über die Öffnungen 34 eingeleitet tier sirh mit Hpn Verbrennungsprodukten, die die zweite Brciin/one 31 verlassen, vermischt. Dieser vierte Luftstrom dient zur Luftverdünnung. Die heißen Verbrennungsgase verlassen die Brennkammer und gelangen zu einer Turbine oder werden auf ähnliche Art weiter ausgenutzt

.'3 In der in Fig. 7 gezeigten, abgewandelten Ausführungsform einer Brennkammer ist ein Flammrohr 14 vorgesehen, an dessen stromaufwärtigem Ende ein Kopfteil 18 angeordnet ist Eine Brennstoffeinlaßeinrichtung weist eine Brennstoffleitung 44 auf, die einen

in Brennstoffbehälter mit der Brennstoffeinspritzdüse 24. die im Brennstoffstutzen 22 angeordnet ist, verbindet, welcher das stromaufwärtige Ende des Gehäuses 12 verschließt. Die Brennstoffeinspritzdüse 24 verläuft in dem Kopfteil 18. Ein kreisringförmiges Bauteil ist an der

jj stromabwärtigen Seite des Kopfteils 18 angeordnet. Dieses Bauteil ist vorzugsweise in einem Stück mit dem Kopfteil 18, wie gezeigt, ausgebildet und weist vorzugsweise einen kreisringförmigen Flansch 94 zur Befestigung des stromabwärtigen Endes des Kopfteils 18 an dem stromaufwärtigen Ende des Flammrohrs 14 auf. Ein erster Durchlaß 95 dient zur Bestimmung der Auslaßmenge von dem Kopfteil 18 und der Einlaßmenge in die erste brennzone ii.

Ein verstellbarer erster Lufteinlaß ist in dem Kopfteil

■15 18 vorgesehen, der eine veränderbare Menge eines ersten Luftstroms durch das Kopfteil 18 um die Brennstoffeinspritzdüse 24 in die erste Brennzone 27 einleitet.

Ein zweiter Lufteinlaß weist eine Anzahl von tangentialen öffnungen 28 auf, die durch die Wand des stromaufwärtigen Endes des Flammrohrs 14 an --^:ner ersten Stelle verlaufen, die dem Auslaß aus dem Kopfteil 18 benachbart liegen. Ein dritter Einlaß weist eine Anzahl von tangential verlaufenden Schlitzen 30 auf, die durch die Wand an einem Zwischenabschnitt des Flammrohrs 14 an einer zweiten Stelle verlaufen, die stromabwärts von einem zweiten Durchlaß 29 liegt der den Auslaß aus der ersten Brennzone 27 bildet. Ein dritter Durchlaß 32 ist in dem Flammrohr 14 stromabwärts von den tangentialen Schlitzen 30 angeordnet Vorzugsweise ist ein vierter Lufteinlaß vorgesehen, welcher wenigstens eine Öffnung 34 aufweist der in der Wand des Flammrohrs 14 an einer dritten Stelle stromabwärts vom dritten Lufteinlaß und dem dritten Durchlaß 32 angeordnet ist welcher das Einleiten eines vierten Luftstromes zur Verdünnung der Verbrennungsgase in dem Flammrohr 14 mit Luft gestattet

Aus fertigungstechnischen Gründen kann das Flammrohr in einzelne getrennte Abschnitte, wie gezeigt, unterteilt gefertigt sein. Gemäti einer bevorzugten Ausführungsform sind die tangeniialen Schlitze 28 in einem stromaufwärts liegenden ersten Wandabschnitt 36 des Flammrohrs 14, vorzugsweise in dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Wandabschnitts 36, au.sgebildet, wobei die stromabwärtige_i Wand des Durchlasses 95 die stromaufwärtigen Wände der Schlitze 28 bildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist der zweite Durchlaß 29 in dem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten Wandabschnitts 36 vorgesehen, und die tangentialen Schlitze 30 sind an einem zwischenliegenden zweiten Wandabschnitt 38 ausgebildet, der stromabwärts von dem ersten Wandabschnitt 36 liegt. Vorzugsweise ist der zweite Wandabschnitt 38 so angeordnet, daß seine stromaufwärtige Kante an die stromabwärtige Kante des ersten Wandabschnitts 36 anschließt, und daß die stromabwärtige Kante des ersten Wandabschnitts 36 die stromaufwärtigen Wände der Schlitze 30 bildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist der den Schlitzen 30 benachbart liegende dritte Durchlaß 32 im zweiten Wandabschnitt 38 ausgebildet. Die innere Wandfläche des ersten Wandabschnitts 36 verjüngt sich von der stromabwärtigen Kante der tangentialen Schlitze 28 zu der stromaufwärtigen Kante des zweiten Durchlasses 29 nach innen, so daß sich ein konusförmiger Innendurchlaß von den Schlitzen 28 zu dem Durchlaß 29 bildet. Das stromabwärtigen Ende des zweiten Wandabschnitts 38 weist ein kreisringförmiges, radial verlaufendes Wandteil 33 auf, das in das Flammrohr 14 hineinreicht und den dritten Durchlaß 32 bildet, der an dem Wandteil 33 ausgebildet ist, wobei die stromaufwärtige Fläche des Wandteils 33 wenigstens einen Abschnitt mit den stromabwärtigen Wänden der Schlitze 30 gemeinsam hat. Das Wandteil 33 ermöglicht eine abrupte Expansion der heißen Verbrennungsprodukte, die von der ersten Brennzone 27 zu der zweiten Brennzone 31 gelangen.

Eine Zündkerze 37 ist vorgesehen, die durch den Flansch 22 und das stromaufwärtige Ende des Kopfteils

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Die erste Brennzone ist der Bereich, der von der stromabwärtigen Mündung der Kraftstoffeinspritzdüse 24 zu dem Mittelteil der tangentialen Schlitze 30 reicht, « und die zweite Brennzone ist der Bereich, der von dem Mittelteil der tangentialen Schlitze 30 zu dem Mittelteil der öffnungen 34 reicht.

Der zweite Durchlaß 29 und der dritte Durchlaß 32 sind, wie dargestellt, kreisförmig ausgebildet. In ähnlicher Weise sind auch das Flammrohr 14 und die verschiedenen Querschnittsflächen bevorzugt ungefähr kreisförmig im Querschnitt ausgebildet. Die Durchlässe und/oder das Flammrohr können anstelle eines kreisförmigen Querschnitts auch jede andere beliebige Gestalt aufweisen, z. B. hexagonal.

F i g. 8 zeigt eine Anordnung der Bauteile, die für die Brennkammer gemäß F i g. 7 bestimmt ist

Es hat sich ergeben, daß bei einer Brennkammer, wenn eine Korrekturluft-Brennstoffeinspritzdüse oder eine ähnliche, mit Korrekturluft betreibbare Einspritzeinrichtung vorgesehen ist, die Menge der zu der Brennstoffeinspritzdüse zugeführten Luft nach Maßgabe der in die Düse eingeleiteten Brennstoffmenge regelbar sein soll. Wie schematisch in F i g. 7 gezeigt, beaufschlagt die Durchflußregeleinrichtung 114 das Ventil 116 in der Luftleitung 118 nach Maßgabe des Brennstoffstroms durch die Brennstoffleitung 44', wodurch eine Zunahme des Luftstroms zu der Einspritzdüse 24 in Verbindung mit einer Zunahme des Brennstoffstromes oder umgekehrt vorgegeben wird. Das Ventil 116 kann ein Durchflußregelventil zum Regeln der Durchflußmenge oder ein Druckregelventil sein, durch das ein konstanter Druck in der Leitung stromabwärts in Richtung auf die Brennstoffeinspritzdüse 24 eingehalten wird.

Zur Regelung der wirksamen Öffnungsweite der Lufteinlaßöffnungen im Kopfteil nach Maßgabe des Brennstoffstroms zu der Brennkraftmaschine können entsprechende Regeleinrichtungen vorgesehen sein. Eine bevorzugte, in Fig.8 dargestellte Ausführungsform kann entsprechend den Erfordernissen abgewandelt werden. Wie schematisch in Fig. 8 gezeigt, beaufschlagt eine Regeleinrichtung 109, die auf den Brennstoffstrom durch die Brennstoffleitung 44 anspricht, die Verbindung 110, die mit dem Stellglied 111 betriebsverbunden ist, und gibt die Drehung des Stellglieds in der einen oder anderen Richtung vor. Ein Jochglied 112 ist mit dem inneren Ende des Stellglieds

111 im Innenraum des Gehäuses 12 befestigt. Eine U-förmige Aussparung an einem Ende des Jochglieds

112 wirkt mit dem Betätigungsstift 104 zusammen und bewirkt eine Drehung des Drosselrings 100 innerhalb der Grenzlagen in dem Bereich zwischen den Anschlagbolzen 98, wodurch der effektive Querschnitt der Öffnungen 82 und 102 eingestellt wird. Wie gezeigt, kommen die Öffnungen 82 und 102 direkt miteinander zur Deckung, so daß eine maximale öffnungsweite im Kopfteil 18 auftritt. Der Zeiger 113 ist zur Anzeige der Verdrehung des Drosselrings 100 vorgesehen.

In Fig. 11 ist eine Brennkammer 40' gezeigt. Ein Hauptunterschied zwischen der Brennkammer 40' und der Brennkammer 10 in Fig. 7 liegt darin, daß die Brennkammer 40' einen kegelförmigen Verbindungsabschnitt 41 aufweist, der das stromabwärtige Ende des zweiten Wandabschnitts 38' des Flammrohrs 14 mit dem erweiterten Abschnitt des Flammrohrs 14 verbindet. Ein weiterer Unterschied zwischen der Brennkammer 4.0' und der Brennkammer 10 besteht darin, daß die

t>i 1.1111IVaIiIiIiWi tv yi ig. ι if rvv.iiiv. i~iiu tv»iiiuiig *.ui Regelung des Luftstroms zu der Brennstoffeinspritzdüse 24 nach Maßgabe des Brennstoffstroms durch die Düse vorsieht.

Die Betriebsweise der Brennkammer 40' ist ähnlich jener der Brennkammer 10 in Fig. 7, außer, daß zum einen der Luftstrom (Druck) zu der Brennstoffeinspritzdüse nicht nach Maßgabe des Brennstoffstromes regelbar ist, und daß andererseits bei der Brennkraftmaschine 40' die heißen Verbrennungsprodukte, die von der ersten Brennzone 27 zu der zweiten Brennzone 31 strömen, nicht abrupt, d. h. unmittelbar nach dem Eintritt in die zweite Verbrennungszone 31 expandiert werden. Bei der Brennkammer 10 in F i g. 7 wird durch die abrupte Expansion der heißen Verbrennungsprodukte, die stromabwärts von dem Wandteil 33 auftritt, eine turbulente Strömung stromabwärts von dem Wandteil 33 bewirkt. Die turbulente Wirbelströmung dient als Flammenhalter und/oder Flammenstabilisator.

Beispielsweise können die Brennkammer oder die Brennzonen Einlaßtemperaturen bis zu 800^cC oder höher aufweisen. Die Druckwerte können innerhalb eines Bereichs von 1 bis 40 atü oder höher liegen. Die Strömungsgeschwindigkeiten können innerhalb 03 bis 150 m/s oder höher liegen. Die Wärmezufuhrgeschwindigkeit kann innerhalb eines Bereiches von 17 bis 667 cal/g Luft liegen.

Bevorzugte Betriebsbedingungen liegen innerhalb der folgenden Bereiche: Wärmezufuhr von 17 bis 278 cal/g der Gesamtluft der Brennkammer; Druck der Brennkammer von 3 bis 10 atü; Luftgeschwindigkeit von 15 bis 76 m/s.

Der Luftdruck für die Korrekturluft-Brennstoffeinspritzdüse oder anderer mit Korrekturluft betriebener Brennstoffeinspeisunrichtungen kann innerhalb eines Bereiches von 52 bis 5200 mm Hg abs., vorzugsweise 103 bis 1080 mm Hg abs, größer als der Brennkammer-Betriebsdruck sein, der vorzugsweise durch Messung des LufteinlaOdruckes zu der Brennkammer bestimmt wird.

Vorzugsweise kann das Volumen des ersten Luftstromes, der in die Brennzone eingeleitet wird, innerhalb des Bereichs von 0 bis 50, vorzugsweise von 0 bis 30 Vol.% der gesamten Luftmenge der Brennkammer liegen, wenn eine Betriebsweise während eines Arbeitszyklus aufrechterhalten werden so!!, der Leerieuf, ^erin^c Geschwindigkeit, mittlere Geschwindigkeit, hohe Geschwindigkeit, Beschleunigung und Verlangsamung umfaßt. Das Volumen des zweiten Luftstromes kann innerhalb eines Bereiches von 0 bis 15, vorzugsweise von 5 bis 12 Vol.% der Gesamtluft betragen. Das Volumen des dritten Luftstroms kann in dem Bereich von 5 bis 25, vorzugsweise von 8 bis 18 Vol.% der Gesamtluftmenge liegen. Wenn der Betrieb unter stationären Bedingungen abläuft, wie z. B. bei stationären Kraftanlagen oder Antriebseinrichtungen, hängen die Volumina der Luftströme von der Belastung oder der erforderlichen Arbeitsgeschwindigkeit ab.

Die Brennkammer gemäß der Erfindung gewährleistet verschiedene Vorteile. Sie weist geringe Emission auf, ferner ist sie kompakt aufgebaut, so daß sie insbesondere zur platzsparenden Unterbringung, z. B. unter Motorhaube eines Kraftfahrzeuges geeignet ist. Die Brennkammer gemäß der Erfindung ist jedoch auch für große Kraftanlagen, z. B. stationäre Gasturbinen, Wärmeerzeuger usw., geeignet. Die verstellbaren Kopfteile in Verbindung mit den Flammrohren ermöglichen eine gute Gesamtleistung der Brennkammer. Das Kopfteil ist in einer rehiiv kalten, nur wenig beanspruchten Stelle untergebracht, d. h. an dem stromaufwärtigen Ende des Flammrohrs. Dieses Bauteil ist relativ klein bemessen und weist nur ein einziges bewegbares Teil auf, das sich von einer geschlossenen Stellung zu einer offenen Stellung bewegen läßt. Aus diesem Grunde ist ein schnelles Reagieren auf sich ändernde Betriebsbedingungen möglich. Die Kombination eines verstellbaren Kopfteils mit einem relativ kleinen Flammrohr bei der erfindungsgemäßen Brennkammer macht diese besonders geeignet für den Einbau in Fahrzeuge.

Die Brennkammer ist bis zu einem hohen Maße selbsteinstellend betreibbar. Gemäß Fig. 1 stabilisiert sich die Flamme bei geringer Brennstoffströmung, z. B. im Leerlauf in der ersten Brennzone 27. Die über die tangentialen Eintrittsschlitze 28 eingeleitete Luft enthält radiale Strömungskomponenten und andere Strömungskomponenten, wobei die tangentiale Strömungskomponente überwiegt. Die Strömungskomponenten bewirken die Erzeugung von Turbulenzen, so daß sich die Flamme in den Bereichen stromaufwärts der nach innen konisch verlaufenden Wand der ersten Verbrennungszone 27 stabilisiert. Wenn die Brennstoffströmung und die Menge der über das Kopfteil eingespeisten Luft zunimmt, nähprt sir-h Hip Flammp rlpm Durchlaß 2*> und den tangentialen Lufteinlaßschlitzen 30, so daß sich eine Kernflamme ausbildet und heiße Verbrennungsprodukte erzeugt werden, und ein Teil der über die Schlitze 30 eingeleiteten Luft verwirbelt wird. Unter diesen Bedingungen ist der Kern der Flamme entlang der Achse des Flammrohrs durch die im Uhrzeigersinn auftretende Wirbelbildung der Luft, die über die Schlitze 28 eingeleitet wird, isoliert. Wenn der Brennstoffstrom und der Luftstrom über das Kopfteil weiter zunehmen, passiert der Kern den Durchlaß 29, die Schlitze 30 und den Durchlaß 32. Die Wirbelbildung im Uhrzeigersinn wird durch die Wirbelbildung im Gegenuhrzeigersinn durch die Luft an den Schlitzen 30 neutralisiert, und die Flamme stabilisiert sich in der zweiten Brennzone 31, die dem sich nach außen erweiternden Wandabschnitt benachbart liegt. Bei hohen Brennstoffströmungen und hohen Luftströmungen am Kopfteil dringt die Flamme weiter in die zweite Brennzone 31 ein und wird in dem breiten Mittelbereich stabilisiert. Wenn der Brennstoffstrom gedrosselt wird, weicht die Flamme durch das Flammrohr zurück, so daß sich ein Kern bildet, und die Flamme stabilisiert sich wiederum in der ersten Brennzone, da die über das Kopfteil eingeleitete Luft ebenfalls gedrosselt wird, wenn der Brennstoff gedrosselt wird.

<5 Versuchsergebnisse mit der erfindungsgemäßen Brennkammer sind in der DE-OS 26 16 452 wiedergegeben.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennkammer mit einem Flammrohr, einem am stromaiifwärtigen Ende des Flammrohrs angeordneten Kopfteil, einer Einrichtung in »lern Kopfteil zum Zuführen von Brennstoff in eine erste Brennzone des Flammrohrs, einem ringförmig um die Brennstoffzufuhrvorrichtung angeordneten ersten Lufteiniaß zum Zuführen eines ersten Luftstroms durch das Kopfteil in die erste Brennzone, mit einem zweiten Lufteinlaß in der Wand des Flammrohrs zum tangentialen Zuführen eines zweiten Luftstroms in die erste Brennzone und einem dritten Lufteinlaß in der Wand -des Flammrohrs stromabwärts vom zweiten Lufteinlaß zum Zuführen eines dritten Luftstroms in eine zweite Brennzone, die im Flammrohr stromabwärts von und in Verbindung mit der ersten Brennzone liegt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Durchlaß (26) den Auslaß aus dem Kopfteil (18) und den Einlaß in die erste Brennzone begrenzt, daß der zweite Lufteinlaß eine Vielzahl von ersten tangentialen Schlitzen (28) durch die Wand des stromaufwärtigen Endabschnitts des Flammrohrs (14) unmittelbar anliegend am Auslaß aus dem Kopfteil einschließt, daß ein zweiter Durchlaß (29) in dem Flammrohr stromabwärts der ersten tangentialen Schlitze (28) angeordnet ist und den Auslaß aus der ersten Brennzone begrenzt, daß der dritte Lufteinlaß eine Vielzahl von zweiten tangentialen Schlitzen (30) einschließt, die durch die Wand in einem Zwischenabschnitt des Flammrohrs (14) unmittelbar anliegend und stromabwärts des zweiten Durchlasses (29) verlaufen und ein dritter Durchlaß (32) in dem Flammrohr (14) unmittelbar anliegend und stromabwärts der zweiten tangentialen Schlitze (30) angeordnet ist.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Flammrohrs (14) sich vom stromabwärtigen Rand der ersten tangentialen Schlitze (28) zum stromaufwärtigen Rand des zweiten Durchlasses (29) verjüngt und daß die Innenfläche des Flammrohrs (14) sich vom stromabwärtigen Rand des dritten Durchlasses (32) aus kegelförmig erweitert.

3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an den stromabwärtigen Rand der zweiten tangentialen Schlitze (30) ein kreisringförmiges, sich Radial erstreckendes Wandteil (38) vorgesehen ist, das in das Flammrohr (14) hineinreicht und in dem der dritte Durchlaß (32) ausgebildet ist.