DE4116405A1

DE4116405A1 - SELF-ACTIVATED SWIRLER WITH VARIABLE GEOMETRY

Info

Publication number: DE4116405A1
Application number: DE4116405A
Authority: DE
Inventors: Jack Rogers Tayler; Willard James Dodds; Edward Ernst Ekstedt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1991-05-18
Publication date: 1991-12-05
Also published as: IT1248305B; GB9110725D0; GB2244551A; ITMI911262A1; ITMI911262A0; JPH04227411A; FR2662783A1

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinen triebwerks-Verbrennungssysteme und insbesondere auf einen Verwirbler mit variabler Geometrie zum Mischen von Luft und Brennstoff in derartigen Verbrennungsystemen.The invention relates generally to gas turbines engine combustion systems and especially one Swirlers with variable geometry for mixing air and Fuel in such combustion systems.

Viele Brennkammern in Gasturbinentriebwerken verwenden die Strömung verändernde Vorrichtungen, wie beispielsweise Verwirbler, um Brennstoff und Luft zu mischen und die Verteilung des daraus resultierenden Gemisches in der Brennkammer zu unterstützen. Die Verwirbelungsluft ver größert die Tendenz des Brennstoffes für eine Atomisierung bzw. Zerstäubung, wodurch ein besseres Gemisch und somit eine effizientere Verbrennung des Gemisches in der Brennkammer entsteht. Many combustion chambers in gas turbine engines use that Flow changing devices such as Swirler to mix fuel and air and that Distribution of the resulting mixture in the Support combustion chamber. The swirling air ver increases the tendency of fuel for atomization or atomization, which results in a better mixture and thus a more efficient combustion of the mixture in the Combustion chamber is created.

Üblicherweise kann der Verwirbler eine Verwirbelungskappe aufweisen, die um eine Brennstoffdüse in einem Dom an dem stromaufwärtigen Ende einer hohlen Auskleidung angeordnet ist, die die Brennkammer bildet. Die Verwirbelungskappe enthält mehrere radiale, axiale oder eine Hybrid-Kombina tion von radialen und axialen Verwirbelungsschaufeln, die in der Verwirbelungskappe stromaufwärts von der Ausgangs ebene des Brennstoffs angeordnet sind. Die Verwirbelungs schaufeln sorgen für eine sehr turbulente Scherströmung, die eine schnelle Zerstäubung und Vermischung von Brenn stoff und Luft bewirkt. Üblicherweise haben diese Ver wirbler eine feste Geometrie. Das heißt, die Menge oder Austrittsrichtung oder der Verwirbelungswinkel der Luft aus dem Verwirbler ist relativ konstant, unabhängig von der Brennstoffmenge, die in die Brennkammer injiziert wird.Usually, the swirler can have a swirl cap have that around a fuel nozzle in a dome on the arranged upstream end of a hollow liner that forms the combustion chamber. The swirl cap contains several radial, axial or a hybrid combination tion of radial and axial turbulence blades in the swirl cap upstream of the exit level of the fuel are arranged. The swirling blades provide a very turbulent shear flow, which is a quick atomization and mixing of burning material and air. Usually these ver vortex a fixed geometry. That is, the amount or Direction of exit or the swirl angle of the air the swirler is relatively constant regardless of the Amount of fuel injected into the combustion chamber.

Diese eine feste Geometrie aufweisenden Verwirbler können jedoch nicht für einen stabilen Betrieb und eine hohe Effizienz über einem breiten Bereich von Temperaturan stiegsbedingungen sorgen, der in derzeitigen fortgeschrit tenen Gasturbinentriebwerken gefordert wird. Bei kleineren Leistungen sind geringe Luftströmungen in den Brennkammer dom erforderlich für eine gute Verbrennungsstabilität. Weiterhin erfordern das Anlassen (d. h. Triebwerkszündung) und Leerlaufbedingungen relativ reiche Brennstoff/Luft- Gemische und geringe Luftgeschwindigkeiten in dem Brenn kammerdom für einen stabilen Betrieb. Andererseits erfordert bei großen Leistungen, wo die Brennkammer- Ausgangstemperatur hohe Werte erreicht, die Brennkammer große Luftströmungen und große Geschwindigkeiten in dem Brennkammerdom für einen hohen Verbrennungs-Wirkungsgrad und geringe Entwicklung von Rauch und NOx.These swirlers, which have a fixed geometry, can however not for stable operation and high Efficiency over a wide range of temperatures conditions of concern that progressed in current gas turbine engines is required. With smaller ones Performances are low air flows in the combustion chamber dom required for good combustion stability. Also require starting (i.e. engine ignition) and idle conditions of relatively rich fuel / air Mixtures and low air speeds in the burner chamber dome for stable operation. On the other hand requires for large outputs where the combustion chamber Output temperature reached high values, the combustion chamber large air currents and high speeds in the Combustion chamber dome for high combustion efficiency and low smoke and NOx evolution.

Dieses Problem kann gelöst werden durch Verwendung von eine variable Geometrie aufweisenden Verwirblern, wo der Brenn stoff und die Luft zunächst gemischt werden. Verwirbler mit variabler Geometrie sind mit gutem Erfolg verwendet worden, um die gewünschte Brennkammerdom-Stöchiometrie über einem weiten Bereich von Temperaturanstiegszuständen zu liefern. Verwirbler mit variabler Geometrie enthalten im allgemeinen eine Verwirbelungskappe mit extern betätigten Verwirbe lungsschaufelsystemen. Die extern betätigten Verwirbelungs schaufelsysteme von Verwirblern mit variabler Geometrie erfordern jedoch eine sehr komplexe Anordnung von rotieren den Wellen, großen Gleichlaufringen und Hebeln, um die Verwirbelungsschaufeln mechanisch zu bewegen und die Luftströmung in der Verwirbelungskappe zu verändern. Diese mechanisch betätigten Systeme haben zusätzliche Kosten, zusätzliches Gewicht und Probleme bezüglich der Betriebs sicherheit des Verbrennungssystems zur Folge.This problem can be solved by using one variable geometry swirlers where the focal material and the air are mixed first. Swirler with variable geometry have been used with good success around the desired combustion chamber dome stoichiometry to deliver a wide range of temperature rise conditions. Variable geometry swirlers generally include a swirl cap with externally operated swivels vane systems. The externally operated swirl Vane whirling systems with variable geometry however, require a very complex arrangement of rotate the shafts, large synchronous rings and levers to the To move the vortex blades mechanically and the Change airflow in the swirl cap. These mechanically operated systems have additional costs, additional weight and operational problems safety of the combustion system.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Vewirbler mit variabler Geometrie zu schaffen, der kein extern betätigtes System benötigt. Der Verwirbler soll auch kein komplexes, mechanisch betätigtes System erfordern. Ferner soll ein Verwirbler mit variabler Geometrie geschaffen werden, der wenige Bauteile hat und somit geringere Kosten und weniger Triebwerksgewicht benötigt. Schließlich soll ein automatisch betätigtes System geschaffen werden, das Triebwerks-Steuerungserfordernisse oder -mechanismen eliminiert.It is therefore an object of the invention to have a whirling device to create with variable geometry that is not external actuated system required. The swirler shouldn't either complex, mechanically operated system. Further is to create a swirler with variable geometry that has fewer components and therefore lower costs and less engine weight. After all, it should create an automatically operated system that Engine control requirements or mechanisms eliminated.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird, kurz gesagt, ein Verwirbler mit variabler Geometrie geschaffen, der ein selbst-betätigtes System mit variabler Geometrie aufweist, um zunächst den Brennstoff und die Luft zu mischen. Der Verwirbler mit variabler Geometrie enthält mehrere Verwirbelungsschaufeln, die aus einem auf Tempera tur ansprechenden Material hergestellt und zwischen offenen und geschlossenen Position bewegbar sind als eine Funktion der Temperatur, wenn die Verwirbelungsschaufeln einer Erhitzung ausgesetzt sind.According to a preferred embodiment, is short said created a swirler with variable geometry, which is a self-actuated system with variable geometry has to initially the fuel and air Mix. The swirler with variable geometry contains several swirling blades, which from one on tempera Made of attractive material and between open and closed position are movable as a function the temperature when the vortex blades are one Are exposed to heating.

Somit wird erfindungsgemäß kein extern betätigtes System für den Verwirbler mit variabler Geometrie benötigt. Infolgedessen eliminiert die Erfindung das Erfordernis für externe Gleichlaufringe, Hebel und Steuerungssysteme, die gewöhnlich in einem komplexen mechanischen Betätigungs system gefunden werden. Ferner erfordert die Erfindung weniger Teile, wodurch das Gewicht und die mechanische Komplexität des Triebwerks vermindert werden, woraus ein Triebwerk mit geringeren Kosten resultiert. Ferner schafft die Erfindung ein automatisch betätigtes System, das Triebwerkssteuerungserfordernisse oder -mechanismen eliminiert.Thus, according to the invention, no externally operated system is used for the swirler with variable geometry. As a result, the invention eliminates the need for external synchronizer rings, levers and control systems that usually in a complex mechanical operation system can be found. The invention further requires fewer parts, reducing weight and mechanical Complexity of the engine can be reduced, resulting in a Engine with lower costs results. Furthermore creates the invention an automatically operated system that Engine control requirements or mechanisms eliminated.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungs beispielen näher erläutert.The invention now has further features and advantages based on the description and drawing of execution examples explained in more detail.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht von einem Gasturbinen triebwerk. Fig. 1 is a sectional view of a gas turbine engine.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht von dem in Fig. 1 eingekreisten Abschnitt und stellt eine Brennkammer dar. FIG. 2 is an enlarged view of the portion encircled in FIG. 1 and illustrates a combustion chamber.

Fig. 3 ist ein Teilschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 und zeigt den selbst-betätigten Verwirbler mit variabler Geometrie gemäß der Erfindung. Fig. 3 is a partial section along the line 3-3 in Fig. 2 and shows the self-actuated swirler with variable geometry according to the invention.

In Fig. 1 ist ein übliches Gasturbinentriebwerk 10, wie beispielsweise ein Turbonfan-Gasturbinentriebwerk, gezeigt. Das Gasturbinentriebwerk 10 enthält ein äußeres Gehäuse oder eine Gondel 12, die an ihrem stromaufwärtigen Ende eine Einströmung 14 bildet, die für eine vorbestimmte Luftströmung bemessen ist. In der Einströmung 14 ist ein Fan bzw. Bläser 16 angeordnet. Der Fan 16 verdichtet die Luftströmung aus der Einströmung 14. Stromabwärts von dem Fan 16 ist ein Kerntriebwerk 18 angeordnet. Das Kern triebwerk 18 enthält einen Axialströmungsverdichter 20. Verdichtete Luft aus dem Fan 16 tritt in das Kerntriebwerk 18 ein und wird durch den Verdichter 20 weiter verdichtet und in einen Brennkammerabschnitt 22 ausgestoßen. Dort wird Brennstoff verbrannt, um für hochenergetische Verbrennungs gase zu sorgen, die eine Kerntriebwerksturbine 24 an treiben. Die Kerntriebwerksturbine 24 treibt ihrerseits den Verdichter 20 über eine Welle 26 an, wie es bei einem Gasturbinentriebwerk üblich ist. Heiße Gase können dann zu einer Fanturbine 28 strömen und diese antreiben, die ihrer seits den Fan 16 in üblicher Weise über eine Welle 13 antreibt. Eine genauere Beschreibung des Gasturbinen triebwerks 10 ist in den US-Patentschriften 38 79 941 oder 40 80 785 gegeben.In Fig. 1 is a conventional gas turbine engine 10, such as a Turbonfan gas turbine engine is shown. The gas turbine engine 10 includes an outer casing or nacelle 12 which forms an inflow 14 at its upstream end which is sized for a predetermined air flow. A fan or blower 16 is arranged in the inflow 14 . The fan 16 compresses the air flow from the inflow 14 . A core engine 18 is arranged downstream of the fan 16 . The core engine 18 includes an axial flow compressor 20 . Compressed air from the fan 16 enters the core engine 18 and is further compressed by the compressor 20 and discharged into a combustion chamber section 22 . There, fuel is burned to provide high-energy combustion gases that drive a core turbine 24 . The core engine turbine 24 in turn drives the compressor 20 via a shaft 26 , as is customary in a gas turbine engine. Hot gases can then flow to and drive a fan turbine 28 , which in turn drives the fan 16 in the usual way via a shaft 13 . A more detailed description of the gas turbine engine 10 is given in US Pat. Nos. 3,879,941 or 4,080,785.

In Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Brennkammer 20 gezeigt. Vorzugsweise ist die Brennkammer 22 eine ring förmige Brennkammer mit vielen Brennstoffdüsen, die in Umfangsrichtung in der ringförmigen Brennkammer angeordnet sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Brenn kammerabschnitt 22 ringförmig sein kann, wo zahlreiche derartige Abschnitte in Umfangsrichtung um das Gasturbinen triebwerk 10 herum angeordnet sind. Der Brennkammer abschnitt 22 enthält eine hohle Auskleidung 32, die darin eine Brennkammer 34 bildet. Die hohle Auskleidung 32 weist einen in Querrichtung verlaufenden, stromaufwärtigen Dom 36 auf, der integral darin ausgebildet ist. Wie allgemein bekannt ist, kann die Brennkammer 34 ring- oder becher förmig sein.An enlarged illustration of the combustion chamber 20 is shown in FIG. 2. Preferably, the combustion chamber 22 is an annular combustion chamber with many fuel nozzles arranged circumferentially in the annular combustion chamber. However, it should be noted that the combustion chamber section 22 may be annular, where numerous such sections are arranged in the circumferential direction around the gas turbine engine 10 . The combustion chamber portion 22 includes a hollow liner 32 which forms a combustion chamber 34 therein. Hollow liner 32 has a transverse upstream dome 36 integrally formed therein. As is well known, the combustion chamber 34 can be annular or cup-shaped.

Die Brennkammer 22 enthält auch einen äußeren Mantel 38 und ein inneres Gehäuse 40, das um die hohle Auskleidung 32 herum ausgebildet ist und in Kooperation mit der hohlen Auskleidung 32 äußere bzw. innere Strömungskanäle 42 und 44 bildet.The combustion chamber 22 also includes an outer shell 38 and an inner housing 40 that is formed around the hollow liner 32 and, in cooperation with the hollow liner 32, forms outer and inner flow channels 42 and 44 , respectively.

Die Strömungskanäle 42 und 44 können bekanntlich einen Teil der verdichteten Luft von einer geeigneten Quelle, wie beispielsweise den Verdichter 20, in die Brennkammer 34 über geeignete Öffnungen oder Jalousien 46 in der hohlen Auskleidung 32 einführen. As is known, the flow channels 42 and 44 can introduce a portion of the compressed air from a suitable source, such as the compressor 20 , into the combustion chamber 34 via suitable openings or blinds 46 in the hollow lining 32 .

Die verdichtete Luft wird von dem Verdichter 20 über einen Stufendiffusor 50 zugeführt, woraufhin die Luft zwischen den äußeren und inneren Strömungskanälen 42 und 44 aufge teilt wird, wobei ein Teil der Luftströmung durch eine Öffnung 52 eintritt, die durch ein Rüsselteil 54 gebildet ist, der stromaufwärts von dem Dom 36 angeordnet ist und mit diesem zusammenarbeitet, um eine Ringkammer 56 zu bilden. Der Rüsselteil 54 kann einstückig mit dem Dom 36 ausgebildet oder daran befestigt sein und kann an dem äußeren Gehäuse 38 durch geeignete Mittel, wie beispiels weise Befestigungselemente 58, befestigt sein. Die Luft strömung aus der Ringkammer 56 tritt in einen Verwirbler 60 ein. Die verdichtete Luft, die den Strömungskanälen 42 und 44 zugeführt ist, kühlt die hohle Auskleidung 32 und strömt durch die Jalousien 46, um die gasförmigen Verbrennungs produkte in bekannter Weise zu verdünnen. Eine Zündein richtung 61 ist in das äußere Gehäuse 38 eingeschraubt und erstreckt sich in die Brennkammer 34 nahe dem stromab wärtigen Ende des Verwirblers 60, um das Brennstoff- und Luftgemisch in bekannter Weise zu zünden.The compressed air is supplied from the compressor 20 via a step diffuser 50 , whereupon the air is divided between the outer and inner flow channels 42 and 44 , part of the air flow entering through an opening 52 which is formed by a proboscis 54 is located upstream of and cooperates with the dome 36 to form an annular chamber 56 . The trunk portion 54 may be integrally formed with or attached to the dome 36 and may be attached to the outer housing 38 by suitable means such as fasteners 58 . The air flow from the annular chamber 56 enters a swirler 60 . The compressed air, which is supplied to the flow channels 42 and 44 , cools the hollow lining 32 and flows through the blinds 46 in order to dilute the gaseous combustion products in a known manner. A Zündein device 61 is screwed into the outer housing 38 and extends into the combustion chamber 34 near the downstream end of the swirler 60 to ignite the fuel and air mixture in a known manner.

Der Brennstoff für die Verbrennung wird von einer Brennstoffquelle (nicht gezeigt) einem Brennstoffrohr 62 zugeführt, das mit dem äußeren Gehäuse 38 durch einen Befestigungsbügel 64 verbunden ist. Der Befestigungsbügel 64 ist an dem äußeren Gehäuse 38 durch geeignete Mittel, wie beispielsweise Befestigungsglieder 66, befestigt. Das Brennstoffrohr 62 ist gekrümmt, um so in die Öffnung 52 des Rüsselteils 54 zu passen. Eine Brennstoffdüse 68 ist an dem Ende des Brennstoffrohres 62 innerhalb der Ringkammer 56 angeordnet.The fuel for combustion is supplied from a fuel source (not shown) to a fuel tube 62 which is connected to the outer housing 38 by a mounting bracket 64 . The mounting bracket 64 is attached to the outer housing 38 by suitable means, such as mounting members 66 . The fuel pipe 62 is curved so as to fit in the opening 52 of the trunk part 54 . A fuel nozzle 68 is disposed at the end of the fuel tube 62 within the annulus 56 .

Der Verwirbler 60 ist um die Brennstoffdüse 68 herum angeordnet oder umgibt diese und ist mit dem Dom 36 verbunden. Der Verwirbler 60 weist einen im wesentlichen zylindrischen Verwirbelungsbecher 70 auf, der einstückig mit dem Dom 36 ausgebildet oder an diesem befestigt sein kann. Der Verwirbelungsbecher 70 ist von einem sich erweiternden, trichterförmigen Auslaß 72 an dem stromab wärtigen Ende umgeben, das sich in die Brennkammer 34 hinein erstreckt. Der Verwirbelungsbecher 70 hat einen ringförmigen und radial verlaufenden Flansch 73 an seinem stromaufwärtigen Ende. Ein Venturi-Mantel 74 ist teilweise innerhalb des Verwirbelungsbechers 70 angeordnet und umgibt das Ende der Brennstoffdüse 68. Der Venturi-Mantel 74 hat eine ringförmige Scheibe 76, die einstückig mit dem Verwirbelungsbecher 70 ausgebildet oder daran befestigt sein kann. Die ringförmige Scheibe 76 ist mit axialem Abstand von dem radialen Flansch 73 angeordnet, um einen Strömungskanal zu bilden, durch den hindurch Luft aus einer im wesentlichen radialen Richtung eintritt, wie es durch die Pfeile angegeben ist, für eine sekundäre Strömung, die mit dem Brennstoff gemischt werden soll, der aus dem Venturi-Mantel 74 austritt. Der Venturi-Mantel 74 weist einen im wesentlichen ringförmigen, L-förmigen Teil 78 auf, der sich zwischen der Brennstoffdüse 68 und der ringförmigen Scheibe 76 erstreckt und der einstückig mit der ringförmigen Scheibe 76 ausgebildet oder daran befestigt sein kann. Der Verwirbler 60 weist ferner mehrere Strömungskanäle oder Öffnungen 80 in dem L-förmigen Teil 78 auf, durch die Luft aus einer im wesentlichen radialen und axialen Richtung, wie es durch die Pfeile angegeben ist, in den Venturi-Mantel 74 eintritt für eine primäre Strömung, die mit Brennstoff in dem Venturi-Mantel 74 gemischt werden soll.The swirler 60 is arranged around or surrounds the fuel nozzle 68 and is connected to the dome 36 . The swirler 60 has an essentially cylindrical swirling cup 70 which can be formed in one piece with the dome 36 or can be fastened to it. The swirl cup 70 is surrounded by an expanding, funnel-shaped outlet 72 at the downstream end, which extends into the combustion chamber 34 . The swirl cup 70 has an annular and radially extending flange 73 at its upstream end. A venturi jacket 74 is partially disposed within the swirl cup 70 and surrounds the end of the fuel nozzle 68 . The venturi jacket 74 has an annular disk 76 which can be integrally formed with the swirling cup 70 or attached thereto. The annular disc 76 is axially spaced from the radial flange 73 to form a flow channel through which air enters from a substantially radial direction, as indicated by the arrows, for a secondary flow associated with the fuel to be mixed, which emerges from the Venturi jacket 74 . The venturi jacket 74 has a generally annular, L-shaped portion 78 which extends between the fuel nozzle 68 and the annular disc 76 and which may be integrally formed with the annular disc 76 or attached thereto. The swirler 60 also has a plurality of flow channels or openings 80 in the L-shaped portion 78 through which air from a substantially radial and axial direction, as indicated by the arrows, enters the venturi jacket 74 for primary flow that is to be mixed with fuel in the venturi jacket 74 .

Gemäß den Fig. 2 und 3 enthält die Verwirbelungs einrichtung 60 mehrere Verwirbelungsschaufeln 84, die selbst-betätigend sind, um eine sich selbst betätigende Verwirbelungseinrichtung variabler Geometrie gemäß der Erfindung zu bilden. Die Verwirbelungsschaufeln 84 verlaufen in radialer Richtung und sind in Umfangsrichtung innerhalb der Verwirbelungseinrichtung 60 zwischen dem radialen Flansch 73 und der Ringscheibe 76 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verwirbelungseinrichtung 60 eine unterschiedliche Geometrie haben kann, so daß die Verwirbelungsschaufeln 84 axial verlaufen können oder eine Mischung von radial und axial verlaufenden Schaufeln.Referring to FIGS. 2 and 3, the swirl device 60 includes a plurality of swirl vanes 84, which are self-pressing to form a to form their own swirling actuating variable geometry according to the invention. The swirling blades 84 run in the radial direction and are arranged in the circumferential direction within the swirling device 60 between the radial flange 73 and the annular disk 76 . It should be noted that the swirling device 60 can have a different geometry so that the swirling vanes 84 can run axially or a mixture of radially and axially running vanes.

Die Verwirbelungsschaufeln 84 haben ein erstes Ende 86, das um einen ersten Stift 88 befestigt ist, der sich axial zwischen dem radialen Flansch 73 und der Ringscheibe 76 erstreckt. Die Verwirbelungsschaufeln 84 haben ein zweites Ende 90, dessen Bewegungsbahn durch Anschläge begrenzt sein kann, wie beispielsweise ein zweiter und dritter Stift 92 bzw. 93, die in axialer Richtung entweder von dem radialen Flansch 73 oder der Ringscheibe 76 ausgehen. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, begrenzt der zweite Stift 92 die Bewegungsbahn der Schaufel und positioniert präzise die Verwirbelungs schaufel 84 in der voll geöffneten Stellung, wie es durch die ausgezogenen Linien dargestellt ist. Der dritte Stift 93 begrenzt die Schaufelbewegungsbahn und positioniert präzise die Verwirbelungsschaufel 84 in der vollständig geschlossenen Stellung, wie es in gestrichelten Linien dargestellt ist.The swirl vanes 84 have a first end 86 that is secured about a first pin 88 that extends axially between the radial flange 73 and the washer 76 . The swirling blades 84 have a second end 90 , the path of movement of which can be limited by stops, such as, for example, a second and third pin 92 or 93 , which extend in the axial direction either from the radial flange 73 or the annular disk 76 . As shown in Fig. 3, the second pin 92 limits the path of movement of the blade and precisely positions the swirl blade 84 in the fully open position, as shown by the solid lines. The third pin 93 limits the blade travel path and precisely positions the swirl blade 84 in the fully closed position, as shown in dashed lines.

Die Verwirbelungsschaufel 84 ist aus einem Bimetall- Material hergestellt, das auf Temperatur anspricht bzw. temperaturempfindlich ist. Die Verwirbelungsschaufel 84 kann ein erstes Band 94 aus einem ersten Material und ein zweites Band 96 aus einem zweiten Material aufweisen, das an dem ersten Band 94 befestigt oder einstückig damit ausgebildet ist. Das zweite Band 96 spricht auf Temperatur an, um das erste Band 94 als eine Funktion der Temperatur zu bewegen, wenn es erwärmt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Verwirbelungs schaufeln 84 aus der Schließstellung in Gegen- Uhrzeigerrichtung ausgelenkt, wenn die Temperatur der Einlaßluftströmung ansteigt, wodurch der Meßspalt und die Luftströmung der Verwirbelungseinrichtung vergrößert werden. Ein bevorzugter Übergangsbereich der Verwirbelungsschaufeln 84 liegt zwischen 200°C (400°F) für geschlossene Schaufeln und 315°C (600°F) für geöffnete Schaufeln. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Bimetall streifen verwendet werden könnte, um einen Hebel zu betätigen, der die Verwirbelungsschaufeln 84 bewegt, oder es könnte ein temperaturempfindliches Metall "mit Gedächtnis" verwendet werden, um die Verwirbelungsschaufeln 84 zu betätigen.The swirl vane 84 is made of a bimetal material that is temperature sensitive or temperature sensitive. The swirl vane 84 may include a first band 94 made of a first material and a second band 96 made of a second material that is attached to or integrally formed with the first band 94 . The second belt 96 is responsive to temperature to move the first belt 94 as a function of temperature when heated. In the preferred embodiment of the invention, the swirling vanes 84 are deflected counterclockwise from the closed position when the temperature of the inlet air flow rises, thereby increasing the measurement gap and the air flow of the swirling device. A preferred transition range of the swirling blades 84 is between 200 ° C (400 ° F) for closed blades and 315 ° C (600 ° F) for open blades. It should be noted that a bimetal strip could be used to actuate a lever that moves the swirl vanes 84 , or a "memory" temperature sensitive metal could be used to actuate the swirl vanes 84 .

Im Betrieb tritt eine verdichtete Luftströmung aus dem Verdichter 20 durch Öffnung 52 in die Ringkammer 56 ein. Die Luftströmung aus der Ringkammer 56 strömt durch die Strömungskanäle 80 und den Venturi-Mantel 74 für eine primäre Strömung. Die Luftströmung aus der Ringkammer 56 tritt durch den Kanal zwischen der Ringsscheibe 76 und den radialen Flansch 73. Die Verwirbelungsschaufeln 84 erteilen der in dem Kanal strömenden Luft eine Wirbelbewegung zur Ausbildung einer sekundären Strömung. Wenn der Brennstoff aus der Brennstoffdüse 68 austritt, wird er in der Verwirbelungseinrichtung 60 mit Luft gemischt, und das dabei entstehende Gemisch tritt in die Brennkammer 34 ein, um verbrannt zu werden. Die Wirbelbewegung der Luftströmung mischt die Luft mit dem Brennstoff, der aus der Brennstoff düse 68 in den Venturi-Mantel 74 austritt, wodurch eine Atomisierung bzw. Zerstäubung des Brennstoffes herbei geführt und dadurch eine bessere Mischung unterstützt wird.In operation, a compressed air flow from the compressor 20 enters the annular chamber 56 through opening 52 . The air flow from the annular chamber 56 flows through the flow channels 80 and the Venturi jacket 74 for a primary flow. The air flow from the annular chamber 56 passes through the channel between the annular disk 76 and the radial flange 73 . The swirling vanes 84 impart a swirling motion to the air flowing in the duct to form a secondary flow. When the fuel exits the fuel nozzle 68 , it is mixed with air in the swirler 60 and the resulting mixture enters the combustion chamber 34 to be burned. The swirling motion of the air flow mixes the air with the fuel, which emerges from the fuel nozzle 68 into the Venturi jacket 74 , whereby atomization or atomization of the fuel is brought about and a better mixture is thereby supported.

Somit sind die Verwirbelungsschaufeln 84 selbst-betätigt, um sich zwischen Öffnungs- und Schließstellungen zu bewegen in Abhängigkeit von der Expansion und Kontraktion des die Verwirbelungsschaufel 84 bildenden Bimetallmaterials- oder Streifens. Die variable Geometrie der Verwirbelungs schaufeln 84 als Folge ihrer Bewegung oder Betätigung sorgt für eine sichere Steuerung der Brennkammerdom-Stöchio metrie. Da extern betätigte Mechanismen für die Verwirbelungsschaufeln 84 eliminiert sind, bilden die Verwirbelungsschaufeln 84 ein einfaches und zuverlässiges System mit geringem Gewicht. Da die Verwirbelungsschaufeln 84 selbst-betätigend sind, wird ein automatisch betätigendes System für die Verwirbelungsschaufeln 84 gebildet, bei dem das Erfordernis für eine Triebwerks steuerung eliminiert ist.Thus, the swirl vanes 84 are self-actuated to move between open and closed positions depending on the expansion and contraction of the bimetallic material or strip forming the swirl vane 84 . The variable geometry of the swirling blades 84 as a result of their movement or actuation ensures reliable control of the combustion chamber dome stoichiometry. Since externally operated mechanisms for the swirling blades 84 are eliminated, the swirling blades 84 form a simple and reliable system with low weight. Since the swirl vanes 84 are self-actuating, an automatic actuation system for the swirl vanes 84 is formed in which the need for engine control is eliminated.

Claims

Swirling device that surrounds a fuel nozzle in a combustion chamber of a gas turbine engine, characterized by : means for forming a swirl cap ( 70 ) which has an upstream end surrounding the fuel nozzle ( 68 ) and extends in the axial direction to a downstream end, to form an annular flow path therebetween, and a self-actuated swirl vane device ( 60 ) disposed in the flow path for generating a swirl air flow at its downstream end.

2. Swirling device according to claim 1, characterized in that the self-actuated blade device ( 60 ) has a plurality of swirling blades ( 84 ) with a fixed first end ( 86 ) and a movable second end ( 90 ).

3. A swirling device according to claim 2, characterized in that the swirling vanes ( 84 ) are made of a temperature-responsive material that moves the second end ( 90 ) between first and second positions as a function of temperature when the swirling vanes ( 84 ) Are exposed to heat.

4. swirling device according to claim 3, characterized in that means ( 92 , 93 ) for limiting the path of movement of the second end ( 90 ) are provided.

5. Swirling device that surrounds a fuel nozzle in a combustion chamber of a gas turbine engine, characterized by:
a venturi jacket ( 74 ) surrounding the fuel nozzle ( 68 ),
a swirl cup ( 70 ) which partially surrounds and cooperates with the venturi jacket ( 74 ) to form an annular flow path therebetween, a plurality of swirl blades ( 84 ) which are arranged in the flow path and swirl the air flow flowing therethrough, and
temperature responsive means ( 94 , 96 ) for moving the swirl vanes ( 84 ) between open and closed positions as a function of temperature when the swirl vanes are exposed to heat.

6. swirling device according to claim 5, characterized in that the vortex blades and the temperature-responsive means a bimetal form stripes.

7. A swirling device according to claim 5, characterized in that the temperature responsive means comprise at least one strip ( 96 ) made of a temperature responsive material to move as a function of temperature.

8. Swirling device according to claim 7, characterized in that the band ( 96 ) moves between open and closed positions when the temperature is in a range between 200 ° C or 400 ° F and 315 ° C or 600 ° F.

9. swirling device according to claim 8, characterized in that the strip ( 96 ) has a first, fixed end ( 86 ) and a second, movable end ( 90 ).

10. Swirling device according to claim 9, characterized in that means ( 92 , 93 ) for limiting the path of movement of the second end ( 90 ) are provided.

11. Swirling device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the venturi jacket ( 74 ) has a fuel nozzle ( 68 ) surrounding upstream end and extends in the axial direction to a downstream end and a radial annular disc ( 76 ) having,
the swirling cup ( 70 ) surrounds the venturi jacket ( 74 ) and has a radial flange ( 73 ) which is arranged at an axial distance from the annular disc ( 76 ) and cooperates with it to form an annular flow path therebetween,
the radial swirling vanes ( 84 ) are arranged between the annular disc ( 76 ) and the radial flange ( 73 ) and swirl the air flowing through this flow path,
a first pin ( 88 ) extends in the axial direction between the annular disc ( 76 ) and the radial flange ( 73 ) and
the radial swirling blades ( 84 ) are each fastened with their first end ( 86 ) to the first pin ( 88 ),
the radial swirl vanes ( 84 ) being made of a bimetallic material having the second end ( 90 ) between open and closed positions as a function of temperature in the range between 200 ° C or 400 ° F and 315 ° C or 600 ° F moves when the radial swirl blades are exposed to heat.