EP0813670B1 - Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine - Google Patents

Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine Download PDF

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EP0813670B1
EP0813670B1 EP96904099A EP96904099A EP0813670B1 EP 0813670 B1 EP0813670 B1 EP 0813670B1 EP 96904099 A EP96904099 A EP 96904099A EP 96904099 A EP96904099 A EP 96904099A EP 0813670 B1 EP0813670 B1 EP 0813670B1
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combustion chamber
pilot burner
section
zone
burner zone
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Norbert Brehm
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones

Definitions

  • the invention relates to an axially stepped annular combustion chamber of a gas turbine with a central axis, with a plurality of pilot burners located between annular wall sections and with main burners opening downstream and radially outside of this into the combustion chamber, to which a main burner zone adjoins, with an outer and an inner ring Combustion chamber wall, which each extend towards the combustion chamber outlet, the inner combustion chamber wall in the region of the pilot burner zone having a wall section running essentially parallel to the pilot burner axis.
  • the inner combustion chamber wall following the inner wall section forming the pilot burner zone and also essentially parallel to the central axis, runs towards the main burner zone with respect to the combustion chamber (ie viewed from within the combustion chamber) when viewed downstream has convex-concave deflection section, which, viewed in the radial direction with respect to the central axis, merges between the pilot burner axis and the downstream edge of the outer pilot burner wall section into a wall section which runs in a straight line and slightly diverging with respect to the central axis to the combustion chamber outlet.
  • Advantageous training and further education are included in the subclaims.
  • Fig. 1 is a partial longitudinal section of an annular combustion chamber is shown.
  • Fig. 2 shows two possible partial cross sections of an inventive Ring combustion chamber.
  • the central axis is a fundamentally known one Annular combustion chamber 2 in particular referred to an aircraft gas turbine.
  • the Annular combustion chamber 2 are several pilot burners distributed over their circumference 3 and several main burners 4 are arranged.
  • the main burner 4 are like usual in the radial direction outside and can in a preferred embodiment with their longitudinal axes or main burner axes 4a inclined with respect to the longitudinal axes 3a of the pilot burner 3, d. H. inclined towards the so-called pilot burner axes 3a.
  • the radial direction Main burners 4 arranged outside the pilot burner 3 thus open out downstream of the pilot burner 3 into the combustion chamber 2 Pilot burner 3 a so-called pilot burner zone 5, while directly downstream of the Main burner 4, a so-called main burner zone 5 'is formed.
  • the entire combustion chamber 2 i.e. the unit of pilot burner zone 5 and main burner zone 5 'from an outer annular combustion chamber wall 10 and towards the central axis 1 from an inner combustion chamber wall 11.
  • the latter consists of individual so-called wall sections, and from an inner wall section assigned to the pilot burner zone 5 6a, from an adjoining so-called deflection section 12, and from a wall section 13 leading to the combustion chamber outlet 8.
  • the pilot burner zone 5 is limited in the radial direction towards the outside from an outer wall section 6b which extends to the main burner 4.
  • the outer wall section 6b closes or closes the main burner (s) 4, whereby - as can be seen - each main burner 4 or each main burner axis 4a inclined to the pilot burner axis 3a each Pilot burner 3 is arranged. Downstream far outside of the combustion chamber would the two longitudinal axes 3a, 4a of the burners 3, 4 intersect while the longitudinal axis 3a is substantially parallel to the central axis 1 is aligned.
  • the individual Longitudinal axes 3a, 4a of the pilot burner 3 or the main burner 4 are different (for example, parallel) to be arranged.
  • the pilot burners also need to 3 and main burner 4 not - as shown here - each in one common longitudinal section plane, but it can be the pilot burner 3 and the main burner 4 also offset from one another in the circumferential direction be arranged, as shown in simplified form in FIG. Basically, the direction of flow is still generally in the combustion chamber 2 the combustion gases represented by arrow 7.
  • the course of the inner combustion chamber wall 11 is essential here points - as shown - to the one forming the pilot burner zone 5 Wall section 6a one running towards the main burner zone 5 ' Deflection section 12.
  • This deflection section 12 is at least partially in the radial direction (by definition this is perpendicular to the central axis 1) aligned, i.e. a straight extension of the deflection section 12 would center axis 1 in the embodiment shown here cut at an angle of approx. 45 °.
  • This partially radial alignment of the Deflection section 12 causes the combustion gases of the pilot burner 3 guided through this deflection section 12 essentially in a radial direction Enter the direction into the main burner zone 5 '.
  • This course of the inner combustion chamber wall 11 can also be described in such a way that this combustion chamber wall 11 in the region of the deflection section 12 and in relation to the combustion chamber 2, that is to say from the interior viewed from the combustion chamber when viewed downstream (namely in flow direction 7) is convex-concave.
  • the transition in terms of straight line the central axis 1 is slightly divergent to the combustion chamber outlet 8 Viewed in the radial direction, the wall section lies between the pilot burner axis 3a and the downstream edge of the outer Pilot burner wall section 6b.
  • This described design represents an optimal mix of the above Main burner 4 with fuel entering the main burner zone 5 ' the air in the main burner zone 5 '. This will reduce the exhaust emissions minimized and there can be the temperature distribution at the combustion chamber outlet 8 aligned to that of a non-stepped combustion chamber become.
  • the outer wall section 6b of the pilot burner zone 5 facing the main burner 4 is inclined relative to the longitudinal axis 3a of the associated pilot burner 3 in such a way that the cross section D of the pilot burner zone 5 is in the flow direction, ie from the pilot burner 3 in the direction of the arrow 7 to the center the combustion chamber 2 down.
  • the axially stepped according to the invention described here can be Ring combustion chamber 2 basically as an assembly of two independent Designate a non-stepped ring burner.
  • the main burner zone is on the outside 5 'constructed like a conventional non-staged ring combustion chamber, the main burner axis 4a essentially in the direction of the combustion chamber axis shows or coincides with this.
  • Mixed air jets 9 are in the main burner zone 5 'or in the ring combustion chamber 2 on both sides, i.e. admixed from the inside and outside, as is the case with conventional ones Annular combustion chambers is common. It is now also planned for this (conventional) ring combustion chamber 2 a coupled pilot burner zone 5, i.e. quasi a separate pilot combustion chamber, the radial inside and upstream to the main burner zone 5 '.
  • the described design of the annular combustion chamber advantageously results 2 additionally an extremely compact design, i.e. the Diameter of a ring combustion chamber designed in this way or its so-called. Overall height can be minimized. This results in the cheapest Ratios when the dimension of the penetration depth A is related to the cross section D * of the pilot burner zone 5 in the area of the pilot burner 3 in the value range from 0.1 to 0.3, i.e. 0.1 ⁇ ⁇ / D * ⁇ 0.3.
  • the outer wall section 6b of the pilot burner zone 5 also runs as the entire ring combustion chamber 2 is essentially ring-shaped, however this does not mean that the reduction in cross section mentioned above Pilot burner zone 5 essentially over the entire ring combustion chamber 2 must be provided in the same size all around, although this is quite possible. Rather, only in the area of the main burner 4 quasi bowl-shaped depressions otherwise essentially parallel to the pilot burner longitudinal axis 3 extending outer wall section 6b be provided.
  • the latter design is in the lower half of Fig.2 shown schematically, while the first design in the upper half of Fig.2, which is basically a view against the flow direction 7 shows.
  • pilot burner zone 5 formed by cup-shaped depressions
  • Cross-sectional reduction of the pilot burner zone 5 essentially in the through the longitudinal axes 4a of the main burner 4 and the central axis 1 of the Ring combustion chamber 2 levels provided.
  • the Wall section 13 essentially part of the main burner zone 5 ' or the corresponding main combustion chamber.
  • the pilot burner zone 5 viewed in the direction of flow 7 in the region of the deflection section 12 their end.
  • Mixed air jets 14 both inside and - shortly upstream of the main burner 4 - are supplied on the outside.

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Description

Die Erfindung betrifft eine axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine mit einer Zentralachse, mit mehreren zwischen ringförmigen Wandabschnitten liegenden Pilotbrennern sowie mit stromab und radial außerhalb dieser in die Brennkammer mündenden Hauptbrennern, an die sich eine Hauptbrennerzone anschließt, mit einer äußeren und einer inneren jeweils ringförmigen Brennkammerwand, die sich jeweils zum Brennkammer-Austritt hin erstrekken, wobei die innere Brennkammerwand im Bereich der Pilotbrennerzone einen im wesentlichen parallel zur Pilotbrenner-Achse verlaufenden Wandabschnitt aufweist.
Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die WO 93/25851 oder die DE-OS 28 38 258 , insbesondere jedoch auch auf die GB-A-2 010 408 verwiesen, worin eine axial gestufte Ring-Brennkammer gezeigt ist, bei der die Verbrennungsgase der Pilotbrenner-Zone durch eine entsprechende Gestaltung insbesondere der inneren Brennkammerwand in die Hauptbrennerzone eingeleitet werden.
An einer derartigen axial gestuften Ring-Brennkammer Verbesserungen insbesondere im Hinblick auf die Vermischung der Pilotbrennergase mit den Hauptbrennergasen und somit auf die Abgasemissionen bzw. auf die Temperaturverteilung im Bereich des Brennkammeraustrittes aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die innere Brennkammerwand im Anschluß an den die Pilotbrennerzone bildenden und im wesentlichen auch parallel zur Zentralachse verlaufenden inneren Wandabschnitt einen zur Hauptbrennerzone hin verlaufenden, in Bezug auf die Brennkammer (d.h von innerhalb der Brennkammer gesehen) bei stromabwärtiger Betrachtung konvex-konkav geformten Umlenkabschnitt aufweist, welcher in radialer Richtung bezüglich der Zentralachse betrachtet zwischen der Pilotbrenner-Achse und der stromabwärtigen Kante des äußeren Pilotbrenner-Wandabschittes in einen Wandabschnitt übergeht, der in gerader Linie und bezüglich der Zentralachse leicht divergierend zum Brennkammer-Austritt verläuft.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, von welchem in Fig. 1 ein Teil-Längsschnitt einer Ring-Brennkammer dargestellt ist. Fig. 2 zeigt zwei mögliche Teilquerschnitte einer erfindungsgemäßen Ring-Brennkammer.
Mit der Bezugsziffer 1 ist die Zentralachse einer grundsätzlich bekannten Ring-Brennkammer 2 insbesondere einer Fluggasturbine bezeichnet. In der Ring-Brennkammer 2 sind über deren Umfang verteilt mehrere Pilotbrenner 3 sowie mehrere Hauptbrenner 4 angeordnet. Die Hauptbrenner 4 liegen wie üblich in radialer Richtung außen und können in einer bevorzugten Ausführungsform mit ihren Längsachsen bzw. Hauptbrenner-Achsen 4a geneigt gegenüber den Längsachsen 3a der Pilotbrenner 3, d. h. geneigt gegenüber den sog. Pilotbrenner-Achsen 3a angeordnet sein. Die in radialer Richtung außerhalb der Pilotbrenner 3 angeordneten Hauptbrenner 4 münden somit stromab der Pilotbrenner 3 in die Brennkammer 2. Dabei schließt sich an die Pilotbrenner 3 eine sog. Pilotbrenner-Zone 5 an, während direkt stromab der Hauptbrenner 4 eine sog. Hauptbrennerzone 5' gebildet wird.
Begrenzt wird die gesamte Brennkammer 2, d.h. die Einheit von Pilotbrennerzone 5 und Hauptbrennerzone 5' von einer äußeren ringförmigen Brennkammerwand 10 sowie zur Zentralachse 1 hin von einer inneren Brennkammerwand 11. Die letztere besteht aus einzelnen sog. Wandabschnitten, und zwar aus einem der Pilotbrenner-Zone 5 zugeordneten inneren Wandabschnitt 6a, aus einem sich daran anschließenden sog. Umlenkabschnitt 12, sowie aus einem zum Brennkammer-Austritt 8 führenden Wandabschnitt 13. In radialer Richtung nach außen hin begrenzt wird die Pilotbrenner-Zone 5 von einem äußeren Wandabschnitt 6b, der sich bis zum Hauptbrenner 4 erstreckt. An den äußeren Wandabschnitt 6b schließt bzw. schließen sich der/die Hauptbrenner 4 an, wobei - wie ersichtlich - jeder Hauptbrenner 4 bzw. jede Hauptbrennerachse 4a geneigt zur Pilotbrennerachse 3a jedes Pilotbrenners 3 angeordnet ist. Stromabwärts weit außerhalb der Brennkammer würden sich die beiden Längsachsen 3a, 4a der Brenner 3, 4 schneiden, während die Längsachse 3a im wesentlichen parallel zur Zentralachse 1 ausgerichtet ist.
Diese letztgenannte Gestaltung trifft jedoch lediglich auf das hier gezeigte Ausführungsbeispiel zu; alternativ wäre es auch möglich, die einzelnen Längsachsen 3a, 4a der Pilotbrenner 3 bzw. der Hauptbrenner 4 anders (beispielsweise parallel) zueinander anzuordnen. Auch müssen sich die Pilotbrenner 3 und Hauptbrenner 4 nicht - wie hier gezeigt - jeweils in einer gemeinsamen Längsschnitt-Ebene befinden, sondern es können die Pilotbrenner 3 und die Hauptbrenner 4 auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein, so wie dies in Fig.2 vereinfacht dargestellt ist. Grundsätzlich ist ferner in der Brennkammer 2 noch allgemein die Strömungsrichtung der Verbrennungsgase durch den Pfeil 7 dargestellt.
Hier wesentlich ist der Verlauf der inneren Brennkammerwand 11. Diese weist - wie dargestellt - anschließend an den die Pilotbrenner-Zone 5 bildenden Wandabschnitt 6a einen zur Hauptbrenner-Zone 5' hin verlaufenden Umlenkabschnitt 12 auf. Dieser Umlenkabschnitt 12 ist zumindest teilweise in radialer Richtung (diese ist definitionsgemäß senkrecht zur Zentralachse 1) ausgerichtet, d.h. eine geradlinige Verlängerung des Umlenkabschnittes 12 würde die Zentralachse 1 beim hier gezeigten Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von ca. 45° schneiden. Diese teilweise radiale Ausrichtung des Umlenkabschnittes 12 bewirkt, daß die Verbrennungsgase der Pilotbrenner 3 geführt durch diesen Umlenkabschnitt 12 im wesentlichen in radialer Richtung in die Hauptbrennerzone 5' eintreten.
Dieser Verlauf der inneren Brennkammerwand 11 läßt sich auch derart beschreiben, daß diese Brennkammerwand 11 im Bereich des Umlenkabschnittes 12 sowie in Bezug auf die Brennkammer 2, das heißt also vom Innenraum der Brennkammer aus betrachtet, bei stromabwärtiger Betrachtung (nämlich in Strömungsrichtung 7) konvex-konkav geformt ist. Dies bedeutet, daß ausgehend vom Wandabschnitt 6a zunächst eine konvexe Krümmung in den Umlenkabschnitt 12 hinein vorgesehen ist, an welchen sich über eine konkave Krümmung dann der zum Brennkammer-Austritt 8 führende Wandabschnitt 13 anschließt. Der Übergang in den in gerader Linie bezüglich der Zentralachse 1 leicht divergierend zum Brennkammer-Austritt 8 verlaufenden Wandabschnitt liegt dabei in radialer Richtung betrachtet zwischen der Pilotbrenner-Achse 3a und der stromabwärtigen Kante des äußeren Pilotbrenner-Wandabschnittes 6b.
Diese beschriebene Gestaltung stellt eine optimale Mischung des über die Hauptbrenner 4 in die Hauptbrennerzone 5' gelangenden Brennstoffes mit der Luft in der Hauptbrennerzone 5' sicher. Hierdurch werden die Abgasemissionen minimiert und es kann die Temperaturverteilung am Brennkammer-Austritt 8 an diejenige einer nicht gestuften Brennkammer angeglichen werden.
Im folgenden wird nun eine zusätzliche Maßnahme zur Erzielung einer besseren Vermischung der Pilotbrennergase mit den Hauptbrennergasen erläutert:
Wie ersichtlich ist der äußere, dem Hauptbrenner 4 zugewandte Wandabschnitt 6b der Pilotbrenner-Zone 5 gegenüber der Längsachse 3a des zugeordneten Pilotbrenners 3 derart geneigt, daß sich der Querschnitt D der Pilotbrenner-Zone 5 in Strömungsrichtung, d.h. vom Pilotbrenner 3 gemäß Pfeilrichtung 7 zum Zentrum der Brennkammer 2 hin, verringert. Dies bedeutet, daß der Hauptbrenner 4 quasi in die Pilotbrenner-Zone 5 eintaucht bzw. eindringt, wie dies in Form der sog. Eindringtiefe Δ besonders gut ersichtlich wird. Diese Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 bzw. dieses Eindringen des Hauptbrenners 4 in die Pilotbrenner-Zone 5 bewirkt zum einen eine besonders gute Vermischung der Hauptbrennergase mit den Gasen des Pilotbrenners 3, da letztere eine vorteilhafte Veränderung ihres Strömungsfeldes erfahren. Die Pilotbrennergase werden nämlich durch den äußeren Wandabschnitt 6b verstärkt verwirbelt und aufgrund der Querschnittsverringerung zusätzlich beschleunigt. Eine bessere Mischung im Zentrum der Brennkammer 2 mit den von den Hauptbrenner 4 emittierten Gasströmungen ist somit die Folge.
Im übrigen läßt sich die hier beschriebene erfindungsgemäße axial gestufte Ring-Brennkammer 2 grundsätzlich als ein Zusammenbau zweier eigenständiger nicht gestufter Ringbrenner bezeichnen. Dies bedeutet, daß sowohl die Hauptbrennerzone 5' als auch die Pilotbrennerzone 5 jeweils für sich die Konstruktionsmerkmale von nicht gestuften Ringbrennkammern aufweisen und dabei auf den oberen (für die Hauptbrennerzone 5') bzw. auf den unteren Lastbereich (dies gilt für die Pilotbrennerzone 5) der Gasturbine hin optimiert sind. Wie ersichtlich ist nämlich die außen liegende Hauptbrennerzone 5' wie eine konventionelle nicht gestufte Ringbrennkammer aufgebaut, wobei die Hauptbrennerachse 4a im wesentlichen in Richtung der Brennkammerachse zeigt bzw. mit dieser zusammenfällt. Auch Mischluftstrahlen 9 werden in die Hauptbrennerzone 5' bzw. in die Ring-Brennkammer 2 beidseitig, d.h. von innen und von außen zugemischt, so wie dies bei konventionellen Ringbrennkammern üblich ist. Weiterhin vorgesehen ist nun bei dieser (konventionellen) Ring-Brennkammer 2 eine angekoppelte Pilotbrennerzone 5, d.h. quasi eine separate Pilotbrennkammer, die radial innen sowie stromauf zur Hauptbrennerzone 5' liegt. Um nun die Verbrennungsgase dieser Pilotbrennkammer bzw. Pilotbrennerzone 5 optimal in die Hauptbrennerzone 5' einzuleiten und dabei in dieser eine optimale Mischung von Brennstoff und Luft zu ermöglichen, ist erfindungsgemäß dafür Sorge getragen, daß die Verbrennungsgase der Pilotbrennkammer im wesentlichen in radialer Richtung in die Hauptbrennerzone 5' bzw. in die entsprechende Hauptbrennkammer eintreten. Diese radiale Richtungsgebung erfolgt durch den sog. Umlenkabschnitt 12 der inneren ringförmigen Brennkammerwand 11.
Vorteilhafterweise ergibt sich mit der beschriebenen Gestaltung der Ring-Brennkammer 2 zusätzlich eine äußerst kompakte Bauweise, d.h. der Durchmesser einer derart gestalteten Ring-Brennkammer bzw. deren sog. Bauhöhe kann hierdurch minimiert werden. Dabei ergeben sich günstigste Verhältnisse, wenn das Maß der Eindringtiefe A bezogen auf den Querschnitt D* der Pilotbrenner-Zone 5 im Bereich der Pilotbrenner 3 im Wertebereich von 0,1 bis 0,3 liegt, d.h. 0,1 ≤ Δ/D* ≤ 0,3. Weiter gesteigert wird die kompakte Bauweise ferner durch die aus Fig.2 ersichtliche versetzte Anordnung der Pilotbrenner 3 sowie der Hauptbrenner 4. Dabei liegt quasi zwischen zwei Hauptbrennern 4 jeweils ein Pilotbrenner 3.
Der äußere Wandabschnitt 6b der Pilotbrenner-Zone 5 verläuft ebenfalls wie die gesamte Ring-Brennkammer 2 zwar im wesentlichen ringförmig, jedoch bedeutet dies nicht, daß die bereits genannte Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 im wesentlichen über der gesamten Ring-Brennkammer 2 umlaufend in gleicher Größe vorgesehen sein muß, wenngleich dies durchaus möglich ist. Vielmehr können nur im Bereich der Hauptbrenner 4 quasi schalenförmige Vertiefungen im ansonsten im wesentlichen parallel zur Pilotbrenner-Längsachse 3 verlaufenden äußeren Wandabschnitt 6b vorgesehen sein. Die letztgenannte Gestaltung ist in der unteren Hälfte von Fig.2 schematisch dargestellt, während die erstgenannte Gestaltung in der oberen Hälfte von Fig.2, die prinzipiell eine Ansicht entgegen der Strömungsrichtung 7 zeigt, dargestellt ist. Ist somit die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 durch schalenförmige Vertiefungen gebildet, so ist die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone 5 im wesentlichen in den durch die Längsachsen 4a der Hauptbrenner 4 sowie die Zentralachse 1 der Ring-Brennkammer 2 gebildeten Ebenen vorgesehen.
Zurückkommend auf die Darstellung nach Fig.1 erkennt man, daß der Wandabschnitt 13 im wesentlichen ein Bestandteil der Hauptbrennerzone 5' bzw. der entsprechenden Hauptbrennkammer ist. Die Pilotbrennerzone 5 hingegen hat in Strömungsrichtung 7 betrachtet im Bereich des Umlenkabschnittes 12 ihr Ende. Bereits kurz stromauf des Umlenkabschnittes 12 können in dieser Pilotbrennerzone 5 über nicht näher dargestellte Öffnungen in der Brennkammerwand 11 Mischluftstrahlen 14 sowohl innenseitig als auch - kurz stromauf der Hauptbrenner 4 - außenseitig zugeführt werden.
Selbstverständlich können die genauen Abmessungen und auch die Winkel, die die einzelnen Wandabschnitte 6a, 6b, 12, 13 miteinander einschließen, durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. In gleicher Weise sind weitere Abweichungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel möglich. So können für die Pilotbrenner 3 sowie für die Hauptbrenner 4 die verschiedenartigsten Brennstoffzerstäuberkonzepte zum Einsatz kommen, in gleicher Weise können die Öffnungen bzw. Löcher für die Mischluftstrahlen 9 bzw. 14 unterschiedlich angeordnet sein. Auch können diese Mischluftstrahlen 9, 14 verdrallt oder unverdrallt zugeführt werden, ohne daß dies immense Auswirkungen hinsichtlich der wesentlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung, nämlich einer optimalen Mischung insbesondere in der Hauptbrennerzone 5', hat.

Claims (8)

  1. Axial gestufte Ring-Brennkammer einer Gasturbine mit einer Zentralachse (1), mit mehreren zwischen ringförmigen Wandabschnitten (6a, 6b) liegenden Pilotbrennern (3) sowie mit stromab und radial außerhalb dieser in die Brennkammer (2) mündenden Hauptbrennern (4), an die sich eine Hauptbrennerzone (5') anschließt, mit einer äußeren (10) und einer inneren (11) jeweils ringförmigen Brennkammerwand, die sich jeweils zum Brennkammer-Austritt (8) hin erstrecken, wobei die innere Brennkammerwand (11) im Bereich der Pilotbrenner-zone (5) einen im wesentlichen parallel zur Pilotbrenner-Achse (3a) verlaufenden Wandabschnitt (6a) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die innere Brennkammerwand (11) im Anschluß an den die Pilotbrennerzone (5) bildenden und im wesentlichen auch parallel zur Zentralachse (1) verlaufenden inneren Wandabschnitt (6a) einen zur Hauptbrennerzone (5') hin verlaufenden, in Bezug auf die Brennkammer (2) bei stromabwärtiger Betrachtung konvex-konkav geformten Umlenkabschnitt (12) aufweist,
    welcher in radialer Richtung bezüglich der Zentralachse (1) betrachtet zwischen der Pilotbrenner-Achse (3a) und der stromabwärtigen Kante des äußeren Pilotbrenner-Wandabschittes (6b) in einen Wandabschnitt (13) übergeht, der in gerader Linie und bezüglich der Zentralachse (1) leicht divergierend zum Brennkammer-Austritt (8) verläuft.
  2. Ring-Brennkammer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase der Pilotbrenner (3) geführt durch den Umlenkabschnitt (12) im wesentlichen in radialer Richtung in die Hauptbrennerzone (5') eintreten.
  3. Ring-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der den Hauptbrennern (4) zugewandte äußere Wandabschnitt (6b) der Pilotbrenner-Zone (5) gegenüber der Längsachse (3a) des zugeordneten Pilotbrenners (3) geneigt verläuft, wodurch sich der Querschnitt (D) der Pilotbrenner-Zone (5) in Strömungsrichtung (7) verringert.
  4. Ring-Brennkammer nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der sich mit der Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone (5) einstellenden Eindringtiefe (Δ) der Hauptbrenner (4) in die Pilotbrenner-Zone (5) bezogen auf den Querschnitt (D*) der Pilotbrenner-Zone (5) im Bereich der Pilotbrenner (3) im Wertebereich von 0,1 bis 0,3 liegt.
  5. Ring-Brennkammer nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone (5) im wesentlichen in den durch die Längsachsen (4a) der Hauptbrenner (4) sowie die Zentralachse (1) der Ring-Brennkammer (2) gebildeten Ebenen vorgesehen ist.
  6. Ring-Brennkammer nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerung der Pilotbrenner-Zone (5) im wesentlichen über der gesamten Ring-Brennkammer (2) umlaufend vorgesehen ist.
  7. Ring-Brennkammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptbrenner (4) und Pilotbrenner (3) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
  8. Ring-Brennkammer nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der Pilotbrennerzone (5) durch über Öffnungen in der Brennkammerwand (11, 6b) zugeführte Mischluftstrahlen (14) definiert ist.
EP96904099A 1995-03-08 1996-03-04 Axial gestufte doppelring-brennkammer einer gasturbine Expired - Lifetime EP0813670B1 (de)

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EP0813670A1 EP0813670A1 (de) 1997-12-29
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