DE4228817A1 - Brenner für Gasturbinentriebwerke - Google Patents
Brenner für GasturbinentriebwerkeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Bei neuzeitlichen Brennern und Brennkammerauslegungen für Gastur
binentriebwerke wird eine an Schadstoffen arme Verbrennung, insbe
sondere in der Primärzone der Brennkammer, angestrebt. Es hat sich
gezeigt, daß eine wesentliche Reduzierung der Schadstoffemissionen
bei einer vergleichsweise niedrigen Verbrennungstemperatur von < 1900
K in Kombination mit einem vergleichsweise hohen Luftanteil zum zuge
führten Brennstoff erreicht wird.
Verhältnismäßig geringe Schadstoffemissionen setzen außerdem u. a.
eine gleichförmige Aufbereitung des der Primärzone zuzuführenden
Brennstoff-Luft-Gemisches sowie einen guten Ausbrenngrad voraus;
dieses insbesondere gemäß der DE-PS 24 42 895 bekannten Brennern, die
mit Luftunterstützung als "Niederdrucksysteme" mit hoher Brennstoff
zerstäubungsgüte und teilweiser wandseitiger und aerodynamischer
Brennstoffverdampfung arbeiten. Der bekannte Fall sieht jedoch keine
hinsichtlich des Luftdurchsatzes regulierbaren Dralleinrichtungen
vor, um unterschiedliche Betriebszustände, in Bezug auf hierfür not
wendige variable Brennstoff-Luft-Durchsätze möglichst schadstoffarm
zu beherrschen.
Bauaufwendig, technisch komplex sowie störanfällig und teuer sind
ferner Brennkammerkonzepte, die im Interesse einer an Schadstoffen
armen Verbrennung eine "variable Kammer-Geometrie" vorsehen, um
Verbrennungs- und gegebenenfalls Mischluft über im Querschnitt
steuerbare Löcher der Lochreihen zuzuführen, indem Rohrabschnitte des
Flammrohrmantels der Brennkammer relativ zueinander in Achs- oder
Umfangsrichtung verschiebbar sind.
Aus der EP-PS 02 51 895 ist eine Ringbrennkammer für ein Gastur
binentriebwerk bekannt, bei der für eine an Schadstoffen armen Ver
brennung jedem Brenner eine "externe", hinsichtlich der Zufuhr eines
Teils der Verbrennungsluft regulierbare Dralleinrichtung zugeordnet
sein soll; im bekannten Fall erfolgt die Regulierung mittels einer
außen in Umfangsrichtung an einem Zentralkörper verdrehbaren Blende,
die an über dem Umfang verteilten Öffnungen Stege aufweist, die der
Länge nach nur zum Teil in radiale/tangentiale Durchbrüche des Zen
tralkörpers so hineinragen, daß sie in Zwischenstellungen der Blende
jeweils eine von den Durchbrüchen abweichende Winkelanstellung auf
weisen. In den für die Regulierung maßgeblichen Zwischenstellungen
werden im bekannten Fall über die gesamte Kanallänge hinweg keine in
sich geschlossen profilierten Drallkanäle ausgebildet; die dabei
zwischen jeweiligen Stegen und einer Kanalwand in Umfangsrichtung
belassenen, zur Austrittsseite hin offenen "Toträume" lassen nicht
unerhebliche Strömungsablösungen erwarten. Außerdem ergibt sich in
den Zwischenstellungen eine die Luftströmung am Eintritt drosselnde,
in Richtung der Strömung divergente Kanalführung, die stromab der
Steghinterkante sich sprunghaft in Richtung auf einen großflächigen
Kanalaustritt erweitert; dabei wird in der Art einer sich ablösenden
Diffusor-Strömung die jeweilige Umfangskomponente der Strömung am
jeweiligen Austritt eines Durchbruches deutlich abgeschwächt, wodurch
die erforderliche Drallerzeugung nicht unerheblich beeinträchtigt
wird; dies ist ein wesentlicher Nachteil für eine über den gesamten
Betriebszustand erforderliche gleichförmige Turbulenzausbildung und
damit einhergehende gleichförmige, stabile sowie an Schadstoffen arme
Verbrennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner nach der
eingangs genannten Art (Oberbegriff des Patentanspruchs 1) anzugeben,
bei dem mindestens eine Dralleinrichtung, bei verhältnismäßig ein
facher, kompakter und gewichtlich leichter Bauweise, den für eine
schadstoffarme und gleichförmige Verbrennung geforderten Luftdurch
satz unter Ausbildung eines gleichmäßig ausgeprägten Rotationswirbels
über einen großen Regelbereich ermöglicht.
Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils
des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Im Rahmen der Erfindung können auf verhältnismäßig einfache Weise
jeweils gleichmäßig über dem Umfang verteilte variable Drallkanäle
ausgebildet werden, die im Schnitt, quer zur Dralleinrichtung, stets
gleichförmig gestaltet sind, z. B. keilförmig, wobei über die gesamte
Längenerstreckung der Kanäle hinweg die jeweilige Kanalbreite - in
Richtung der Brennerachse - sämtlicher Kanäle gleichmäßig variabel
ist; dies alles, indem die jeweiligen Profile mit ihren geradlinigen
Stirnflächen mehr oder weniger tief in die korrespondierenden Ausspa
rungen axial einfahrbar sind. Z.B. kann dabei in einer komplett in
einandergeschobenen Endstellung von Profilen und Aussparungen die
Dralleinrichtung komplett luftzufuhrseitig abgesperrt werden. Trotz
eines verhältnismäßig großen Verstell- bzw. Regulierbereiches kann
ein Brenner mit einer derartigen Dralleinrichtung in vergleichsweise
gewichtlich leichter und kompakter Bauweise erstellt werden.
In jedem Fall liegen bei der Erfindung, auch im Rahmen weiterer Aus
gestaltungen, über die gesamte Kanallänge hinweg in sich geschlossen
profilierte bzw. umwandelte Kanalstrukturen vor, an denen weder ein
tritts-, noch durchström- und austrittsseitig nennenswerte aerody
namische Störfaktoren auftreten, die die jeweils geforderte
Drallgüte und wiederum die Rotationswirbelgeometrie in der Primärzone
beeinträchtigen könnten.
In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 oder 3 mögliche Aus
führungen der regulierbaren Dralleinrichtung erlauben, bei wirt
schaftlich vertretbarer Herstellung und bei kompakter und gewichtlich
leichter Bauweise, verhältnismäßig große Luftdurchsätze, indem die
Profile zusätzliche frontal offene Kanalaussparungen aufweisen, die
in jeweils gänzlich ineinandergeschobener Endstellung von übrigen
Profilen und Aussparungen mit angrenzenden Bauteilstirnflächen die
jeweils kleinsten Querschnitte der Drallkanäle bereitstellen. Im Wege
einer von der zuletzt genannten Endstellung aus axial entgegenge
richteten Bauteilverstellung können vorteilhaft größere bzw. die
jeweils größten Kanalquerschnitte eingestellt werden, die vorzugs
weise in Richtung vom äußeren zum inneren Ringumfang der Drallein
richtung sich keilförmig bzw. düsenartig verengend ausgebildet sind,
so daß auch bei großen Luftmengen eine gute Drallgüte, und damit
Rotationswirbelausbildung erzielt wird.
Mit der regulierbaren Dralleinrichtung kann die gesamte oder ein
wesentlicher Teil der für eine an Schadstoffen armen Verbrennung
benötigten Primärluft zugeführt werden; die Dralleinrichtung ist für
den Durchsatz verhältnismäßig kleiner und verhältnismäßig großer
Luftmengen regulierbar.
In vorteilhafter Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung die Kombina
tion mindestens einer steuer- oder regelbaren Dralleinrichtung, mit
einer stationären Dralleinrichtung, die über den gesamten Betriebszu
stand eine konstante Luftzufuhr bereitstellt, wobei die Brennstoff
zufuhr je nach Lastzustand variiert wird, wobei dann den variablen
Betriebszuständen eine Luftzufuhr "überlagert" wird, die in Anpassung
an die jeweiligen Betriebszustände den Luftbedarf hinsichtlich einer
an Schadstoffen armen Verbrennung ermöglicht. Der zuletzt genannte
Luftbedarf kann z. B. als Funktion betrieblich zunehmender Verbren
nungstemperatur und/oder Druckes in der Brennkammer geregelt werden.
Die Erfindung schließt die Möglichkeit ein, in bestimmten Triebwerks
zuständen - sowie je nach Auslegung und Einsatzspektrum des Trieb
werks - also beim Zünden und Anfahren sowie gegebenenfalls bei ex
tremer Vollast - z. B. stöchiometrisch zu verbrennen und überwiegend,
im Marschflugbetrieb, luftreich und demgemäß schadstoffarm zu ver
brennen.
Die betreffenden Drallmittel bzw. -einrichtungen können etwa gleich
sinnig oder einander entgegengerichtet zur Brenner- oder Düsenachse
rotierende Rotations- bzw. Mischluftwirbel erzeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung
(Anspruch 1) finden in den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 13
ihren Niederschlag.
Anhand der Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise weiter erläu
tert; es zeigen:
Fig. 1 die obere Hälfte eines Brennkammerkopfendes, als Mittellängs
schnitt sowie flammrohrseitig abgebrochen dargestellt mit
dem Brenner unter Zuordnung einer in unterschiedlichen End
stellungen gezeigten regulierbaren Dralleinrichtung zur
Brennstoffdüse,
Fig. 2 die schematische Darstellung der Dralleinrichtung nach Fig. 1
in einer als Draufsicht dargestellten, in die Zeichnungsebene
projizierten Umfangsabwicklung, wobei die Drallkanäle im
wesentlichen jeweils auf den größten Durchströmquerschnitt
eingestellt sind,
Fig. 3 eine weitere Variante der Dralleinrichtung als geschnittene,
in die Zeichnungsebene projizierte Umfangsabwicklung darge
stellt, wobei die Profile beider Bauteile zusätzliche Kanal
aussparungen aufweisen, die in der hier gänzlich ineinander
geschobenen Endstellung die jeweils kleinsten Kanalquer
schnitte bereitstellen,
Fig. 4 die Dralleinrichtung in der Ansicht nach Fig. 3, hier jedoch
in einer Zwischenstellung mit relativ großen Kanalquer
schnitten,
Fig. 5 eine teilweise quer zur Brennerachse aufgeschnitten darge
stellte Stirnansicht der Dralleinrichtung nach Fig. 3 und 4,
Fig. 6 eine in der Ansicht nach Fig. 3 oder 4 dargestellte weitere
Variante der Dralleinrichtung, hier in gänzlich ineinander
geschobener Endstellung unter Ausbildung der jeweils klein
sten Kanalquerschnitte durch lediglich an der einen Bauteil
stirnseite zwischen verhältnismäßig schmalen Profilen ange
ordnete Kanalaussparungen,
Fig. 7 die Variante der Dralleinrichtung nach Fig. 6, hier in zwei
ter Endstellung unter Ausbildung des größten Gesamtdurch
strömquerschnittes mit zwischen beiden Bauteilen fortlaufend
zueinander in Umfangsrichtung versetzter unterschiedlicher
Kanalausbildung,
Fig. 8 die Dralleinrichtung nach Fig. 6 und 7 und gemäß erster End
stellung nach Fig. 6 als Querschnitt dargestellt,
Fig. 9 eine in Ansicht z. B. nach Fig. 6 dargestellte weitere Va
riante der Dralleinrichtung, hier in erster Endstellung mit
jeweils kleinsten Kanalquerschnitten, wobei die Profile eines
Bauteils relativ schlank und mit relativ großem Umfangsab
stand angeordnet und einseitig axial entlang von Profilen des
anderen Bauteils verschiebbar sind,
Fig. 10 die Dralleinrichtung der Fig. 9 in zweiter Endstellung unter
Ausbildung jeweils winkelartiger Kanalstrukturen für den
jeweils größten Kanalquerschnitt,
Fig. 11 die Dralleinrichtung nach Fig. 9 und 10 und gemäß erster
Endstellung nach Fig. 9 als Halbquerschnitt dargestellt und
Fig. 12 einen Mittellängsschnitt des flammrohrseitig örtlich abge
brochen dargestellten Kopfendes einer Brennkammer mit einem
Brenner, der in Zuordnung zur Brennstoffdüse in der Kom
bination aus einer regulierbaren und einer stationären Drall
einrichtung besteht.
Gemäß Fig. 1 ist bei einem Brenner eines Gasturbinentriebwerks einer
Brennstoffdüse 1 eine ringförmige Dralleinrichtung 2 koaxial zuge
ordnet. Dabei strömt ein Teil der am Verdichterende entnommenen Luft
gemäß Pfeil D als Primärluft zunächst in axialer Richtung in einen
stromaufwärtigen, am Kopfende der Brennkammer ausgebildeten Ringraum 3
ein; über den Ringraum 3 wird die zugeführte Primärluft D über das
frontal in sich geschlossene Bauteil 10 hinweg nach örtlicher Um
lenkung gemäß Pfeilrichtung D′ der Dralleinrichtung 2 von oben und
außen in radialer Richtung zugeführt. Der Ringraum 3 wird zwischen
einer Abschlußhaube 4 sowie - von links nach rechts gesehen - einem
Abschnitt der Brennstoffdüse 1, der Dralleinrichtung 2 und der Rück
wand 5 des Flammrohrs 6 der Brennkammer ausgebildet. Mit ausgezogenen
Linien verkörpert Fig. 1 die komplett verschlossene und mit gestrichelter
Kontur (Bauteil 10) die komplett geöffnete Endstellung der Drallein
richtung 2 mit den Kanälen K.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das eine ringscheiben
förmige Bauteil 10 mit seinem radial innenliegenden hülsenförmigen
Schaftende an der Brennstoffdüse 1 axial verschiebbar bzw. verstell
bar angeordnet. Das andere ringscheibenförmige Bauteil 11 ist in
zur gemeinsamen Düsen- und Brennerachse A koaxialer Ausbildung und
Anordnung über eine Ausnehmung 12 an der Rückwand 5 fest
verankert.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden an den sich ein
ander gegenüberliegenden Stirnflächen relativ zueinander über dem
Umfang versetzte Kanäle K zwischen gegenseitigen Profilen und Aus
sparungen 13, 14 bzw. 15, 16 beider Bauteile 10, 11 ausgebildet;
Variable Querschnitte der Kanäle K können also über eine
Axialverstellung z. B. des eines Bauteils 10 durch eine entsprechend
variable Einfahrtiefe der Profile 13 bzw. 15 in die zugehörigen
Aussparungen 14 bzw. 16 bereitgestellt werden.
Nicht dargestellt, können die Profile 13, 15 und die über die Aus
sparungen 14, 16 bereitgestellten Kanäle K jeweils - vom äußeren zum
inneren Ringumfang gesehen - sich keilförmig verjüngend ausgebildet
sein.
Vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 2 abweichend, können nach
Fig. 3 bis 5 die Profile 17, 18 der beiden Bauteile 10, 11 jeweils eine
zusätzliche, frontal offene Aussparung 19, 20 aufweisen; mit diesen
zusätzlichen Aussparungen 19, 20 greifen die Profile 17, 18 axial ver
schiebbar in eine jeweils stirnseitig gegenüberliegende Aussparung 21
bzw. 22 ein, so daß in einer Zwischenstellung nach Fig. 4 oder, in
z. B. komplett geöffneter Endstellung, verhältnismäßig große, etwa
T-förmige Kanalquerschnitte vorliegen; in der komplett axial inein
andergeschobenen Endstellung nach Fig. 3 bilden die Aussparungen
19, 29 hier z. B. rechteckige Kanäle mit jeweils kleinstem Querschnitt
aus, wobei durchlaufend hier z. B. geradlinige tangentiale Kanäle K′
mit rechteckigem Querschnitt vorliegen.
In Kombination mit der Grundsatzbauweise nach Fig. 2 und teilweise
nach Fig. 4 und 5 weisen bei der Variante der Dralleinrichtung nach
Fig. 6 und 7 nur die stirnseitig vom einen Bauteil 10 axial vor
stehenden Profile 17′ frontal offene weitere Aussparungen 19 auf, mit
denen sie axial mehr oder weniger tief in die gegenüberliegenden
Aussparungen 14 des anderen Bauteils 11 einfahrbar sind. In der End
stellung nach Fig. 7 für den maximalen Gesamtdurchströmquerschnitt
oder in Zwischenstellungen liegen Drallkanäle vor, die zum einen über
die Kanalaussparungen 14, 19 und zum anderen über die Aussparungen 16
bereitgestellt werden. In der Endstellung nach Fig. 6 sind die vor
mals über die Aussparungen 16 (Fig. 7) bereitgestellten Drallkanäle
komplett verschlossen, wobei der kleinste Gesamtdurchströmquerschnitt
ausschließlich über die weiteren Kanalaussparungen 19 bereitgestellt
wird. Aus der Schnittdarstellung nach Fig. 8 erkennt man, daß die
verhältnismäßig dünnwandig ausgeführten Profile 17′ auf der einen
Kanalseite parallelwandig bzw. mit durchlaufend gleicher Wandstärke
und auf der gegenüberliegenden Kanalseite sich leicht keilförmig vom
äußeren zum inneren Ringumfang hin verjüngend ausgebildet sind; die
Aussparungen 19 bilden so durchlaufend rechteckige Drallkanäle K′ mit
parallel zu ihren geraden Mittelachsen verlaufenden Wänden, und zwar
auch in Umfangsrichtung aus. Man erkennt aus Fig. 8 ferner, daß sämt
liche Profile 15 des einen Bauteils in Richtung vom äußeren zum in
neren Ringumfang gleichförmig sich keilförmig verjüngend ausgebildet
sind; z. B. in der voll geöffneten Endstellung nach Fig. 7 liegen
geöffnete Kanalaussparungen 14,16 vor, von denen die einen (14) gemäß
Überkreuzmarkierung M (Fig. 8) durchlaufend rechteckig, die anderen
(16) gemäß Überkreuzmarkierung M1 in Fig. 8 im Sinne der Profile 15
vom äußeren zu inneren Ringumfang hin sich keilförmig verjüngend
ausgebildet sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 ist vorrangig dadurch ge
kennzeichnet, daß die jeweils relativ schlanken bzw. dünnwandig ge
stalteten Profile 17′′ des einen axial verschiebbar ausgeführten
Bauteils 10 in Ausbildung von in Umfangsrichtung größeren Abständen,
und damit Umfangsbreiten der zugehörigen Aussparungen 16′ angeordnet
sind als die Profile 15′ des anderen Bauteils 11. Außerdem sind dabei
jeweils die Profile 15′ und 17′′ nur einseitig axial aneinander ver
schiebbar angeordnet, so daß eine zusätzliche Umfangsverdrehsicherung
des einen Bauteils 10, z. B. nut-federartig, axial, vorzusehen wäre.
Durch axiales Einfahren bzw. Einschieben der Profile 17′′ in die
relativ kleinen Aussparungen 14′ bzw. der relativ dicken Profile 15′
in die relativ großen Aussparungen 16′ (Fig. 10) entstehen in komplett
ineinandergeschobener Endstellung (Fig. 9) geradlinige Drallkanäle
K′′ mit durchlaufend gleichem rechteckigen Querschnitt. Sämtliche
Profile 15′, 17′′ sind in Richtung vom äußeren auf den inneren Ringum
fang sich zunehmend keilförmig verjüngend gestaltet. Die in Fig. 10
jeweils größten Kanalquerschnitte aus 14′, 16′ könnten, groß umrissen,
als relativ zur Brennerachse A L-förmig abgewinkelt umschrieben wer
den (Drallkanäle K′′′).
In Bezug auf Fig. 1 und 12 ist zu vermerken, daß die jeweilige
Brennstoffdüse 1 zusätzlich axial verschoben werden kann, um den
Abspritzkegel Kg der Düse 1 (Fig. 1) stets mit der jeweiligen Ab
strömrichtung D′′ der Primärluft optimal so aufeinander abzustimmen,
daß in allen Lastzuständen eine im Hinblick auf die regulierbaren
Luftvolumina gleichförmige Anreicherung des oder der Rotationswirbel
(Luft) mit Brennstoff in der Primärzone erreicht wird.
Im Rahmen der Erfindung können die Drallkanäle und/oder die Profile
aber auch gekrümmt bzw. schaufelkanalartig und/oder schaufelförmig
ausgebildet sein.
Fig. 12 veranschaulicht eine weitere Variante der Erfindung mit am
Kopfende der Brennkammer ausgebildetem Brenner in der Kombination mit
einer im Sinne der Fig. 1 bis 11 regulierbaren Dralleinrichtung 2 mit
einer dieser nachgeordneten stationären Dralleinrichtung 23, die
ebenfalls unter radialer Zuströmung (Pfeil D′′′) aus der in axialer
Richtung zuströmenden Primärluft D versorgt wird.
In mit ausgezogenen Linien dargestellten Konturen verkörpert die
regulierbare Dralleinrichtung 2 eine Endstellung mit jeweils klein
sten Gesamtdurchströmquerschnitt gemäß Kanälen K′′ z. B. nach Fig. 9,
dieses im Gegensatz zur gestrichelt wiedergegebenen Endstellung mit
dem größten Gesamtdurchströmquerschnitt und mit den dabei im Sinne
der Fig. 10 maximal geöffneten Kanälen K′′′.
Nach Fig. 12 weist die regulierbare Dralleinrichtung 2 das axial an
der Brennstoffdüse 1 verschiebbar bzw. verstellbar angeordnete ring
scheibenartige Bauteil 10 mit dem hülsenförmigen inneren Schaft auf;
das andere bzw. stationäre Bauteil 11 bildet in Fig. 12 eine Ab
schirmwand aus, die die Drallkanäle der Dralleinrichtungen voneinan
der trennt und die stromabwärtig in eine Hülse H, koaxial zur Dü
sen- bzw. Brennerachse A ausläuft. Über betreffende feste Profile, die
die Drallkanäle der stationären Dralleinrichtung 23 ausbilden, ist
das feste Bauteil 11 der regulierbaren Dralleinrichtung 2 über ein
Umlenkstück 15′′ zentral und fest an der Flammrohr-Rückwand 5 bzw.
am Brennkammer-Gehäuse gehaltert. Das Umlenkstück 15′′ weist eine
konvergent/divergente radial innere Wandkontur auf, letztere eben
falls rotationssymmetrisch zur Düsen- bzw. Brennerachse A. Radial
außen setzt sich das Umlenkstück 15 mit einer Abschirmwand 24 mit
Abstand axial zur Rückwand 5 fort.
Über die beiden Dralleinrichtungen 2, 23 (Fig. 12) können jeweils im
gleichen Drehsinne oder einander entgegengerichtet rotierende, mit
Brennstoff B aus der Düse 1 angereicherte bzw. innig vermischte Rota
tionswirbel W1, W2 in der Primärzone erzeugt werden.
In der gestrichelt und voll geöffnet gezeichneten Endstellung der
Dralleinrichtung 2 kann in Kombination mit der stationären Drallein
richtung 23 eine extrem luftreiche bzw. "kalte" und schadstoffarme
Verbrennung in der Primärzone erzielt werden.
Die Axialverstellung eines der beiden Bauteile, z. B. 10, der regu
lierbaren Dralleinrichtung 2 kann durch hydraulisch, pneumatisch oder
elektrisch betätigte Stelleinrichtungen erfolgen. Insbesondere bei
einer Ringbrennkammer mit am Kopfende gleichmäßig über dem Umfang
verteilt angeordneten Brennern besteht eine Möglichkeit zur Betäti
gung derart, daß eine rotatorische Verstellbewegung eines gemeinsamen
Ringes über Hebel sowie Langloch-Schlitzführungen, letztere jeweils
schräg zur Brennerachse angeordnet, in jeweils eine axiale Verstell
bewegung mindestens eines Bauteils 10 bzw. 11 ("Ringscheibe")
umgesetzt wird.
Die betreffende Dralleinrichtung 2 kann, bei entsprechender axialer
Verstellung des mindestens einen Bauteils, z. B. 10, den Luftdurchsatz
als Funktion des Triebwerkslastzustandes, aus einzelnen Triebwerks
parametern oder -variablen, oder als Funktion örtlich gemessener
Druck- und Temperaturverläufe in der Brennkammer regulieren bzw.
steuern.
Sämtliche Profile können als "Klauen" bzw. "klauenartig" definiert
werden.
Soweit nicht schon ausdrücklich beansprucht, sind die vorstehend er
wähnten und/oder zeichnerisch dargestellten Merkmale ebenfalls Be
standteil der vorliegenden Erfindung.
Claims (13)
1. Brenner für Gasturbinentriebwerke, bei dem einer Brennstoffdüse (1)
eine ringförmige Dralleinrichtung (2) koaxial zugeordnet ist, die
zwischen über dem Umfang angeordneten Profilen (13, 15) tangentiale
Kanäle (K) für eine regulierbare Zufuhr von Verbrennungsluft aus
bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Dralleinrich
tung (2) Ringscheiben (10, 11) umfaßt, die stirnseitig mit ineinan
dergreifenden Klauen profiliert sind und durch gegenseitige
Axialverschiebung den Querschnitt der von den Klauen gebildeten
Kanäle (K) steuern.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile
(17, 18) beider Ringscheiben (10, 11) eine zusätzliche frontal offene
Kanalaussparung (19, 20) aufweisen, mit der sie jeweils in eine
stirnseitig gegenüberliegende Aussparung (21, 22) axial verschiebbar
eingreifen und mit der in komplett ineinandergeschobener Endstel
lung der jeweils kleinste Kanalquerschnitt (K′) ausgebildet ist.
3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem zwei
ten in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Drallkanal zwei stirn
seitig von einer Ringscheibe (10) axial vorstehende Profile (17′)
eine weitere frontal offene Kanalaussparung (19) einschließen, mit
der die Profile (17′) in eine stirnseitig gegenüberliegende Ausspa
rung (14) der anderen Ringscheibe (11) axial verschiebbar ein
greifen und mit der in komplett zusammengeschobener Endstellung von
Profilen und Aussparungen der jeweils kleinste Kanalquerschnitt
(K′) bereitgestellt ist.
4. Brenner nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von
einer Ringscheibe (10) stirnseitig axial vorstehenden Profile (17′)
schlanker als diejenigen der anderen Ringscheibe (11) ausgebildet
sind.
5. Brenner nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
relativ schlankeren Profile (17′′) der einen Ringscheibe (10) in
Ausbildung größerer Umfangsbreiten der Aussparungen (16′) ange
ordnet sind als die Profile (15′) der anderen Ringscheibe (11),
wobei die Profile (15′, 17′′) beider Ringscheiben (10, 11) aus
schließlich einseitig axial aneinander verschiebbar sind.
6. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Profile (15′, 17′′) in Richtung von der
radial äußeren Ringkontur auf die radial innere Ringkontur hin
sich keilförmig verjüngende Querschnitte aufweisen.
7. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils
relativ schlankeren Profile (17′) keilförmig oder parallelwandig
ausgebildet sind, so, daß relativ zur Brennerachse (A) durchgehend
prarallelwandige Drallkanäle (K′) zwischen den Profilen (15) ausge
bildet sind.
8. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß er mit der Dralleinrichtung (2) am Kopfende der
Brennkammer angeordnet ist, wobei die eine Ringscheibe (11) statio
när an der Brennkammer, die andere Ringscheibe (10) an der Brenn
stoffdüse (1) oder an einem Düsenträger axial verstellbar ange
ordnet ist.
9. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse (1) zusätzlich axial ver
stellbar angeordnet ist.
10. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der hinsichtlich des Primärluftdurchsatzes
regulierbaren Dralleinrichtung (2) mindestens eine stationäre Dral
leinrichtung (23) zugeordnet ist, die einen Rotationswirbel (W2) in
der Primärzone erzeugt, der im gleichem oder einander entgegenge
richtete Drehsinne zum von der regulierbaren Dralleinrichtung (2)
erzeugten Rotationswirbel (W1) rotiert.
11. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß sämtliche Profile der regulierbaren Drallein
richtung schaufelartig ausgebildet und mit den Aussparungen axial
verschiebbar aufeinander abgestimmt sind.
12. Brenner nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regulierung der Dralleinrichtung (2) durch
axiale Bauteilverstellung als Funktion des Triebwerkslastzu
standes erfolgt.
13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regulie
rung der Dralleinrichtung (2) durch axiale Bauteilverstellung
als Funktion in der Brennkammer gemessener Druck- und/oder Tempera
turverläufe erfolgt.
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