Die Erfindung betrifft einen Stromungsleitkorper für eine Gasturbinen-Brennkammer, auf den ein Fluidstrom auf¬ trifft, der hierdurch eine Veränderung seines Strom¬ linienfeldes erfährt. An Gasturbinen-Brennkammern insbe¬ sondere für Flugtriebwerke sind sog. Luftzerstauber be¬ kannt, die zwei oder mehrere koaxiale Ringkanäle be- sitzen, durch die die vom Verdichter geförderten Luftmas¬ senströme mit unterschiedlichem Drall strömen. Bekannt wurde in diesem Zusammenhang bereits auch eine Vermengung mit Kraftstoff; dabei sind zwei Luftkanale durch einen scharf zulaufenden Kreisring getrennt, auf den ein Kraft- stoffilm aufgebracht wird. Dieser wird dabei von den Luftmassen zur Endkante des Kreisringes getrieben und dort zerstäubt. Im Nahbereich der Zerstäubungskante be¬ sitzt dabei das Kraftstoff-Tropfenspray Nachlaufcharak¬ ter, was eine schlechte Homogenitat des entstehenden Kraftstoff-Luft-Gemisches ergibt.

Weiterhin ist es an Gasturbinen bekannt, die Zumischluft für die verschiedenen Brennzonen einer Brennkammer durch gedruckte oder gebohrte Locher in der Brennkammerwand zu- zufuhren. Dies geschieht häufig derart, daß sich die ein¬ zelnen Luftstrahlen, die durch verschiedene Locher in der

Brennkammerwand gelangen, in einem Staupunkt treffen und dort lokal für hohe Turbulenz sorgen. Dabei werden die eingeblasenen Luftstrahlen im Inneren der Brennkammer vom dort befindlichen Heißgas jedoch in der Art eines massi- ven Stabes umströmt, so daß sich im Bereich des Zusammen¬ treffens von Heißgas und Zu ischluft keine optimale Luft¬ vermischung ergibt. Lediglich im Grenzschichtbereich zwi¬ schen dem Zumisch-Luftstrahl und dem Heißgas tritt eine Mischung auf. Dieser sog. Heißgasschlupf durch den Loch- querschnitt einer Brennkammer ist bekanntermaßen relativ hoch.

Zur Verbesserung der Mischprozesse von Gasen in oder an Gasturbinen-Brennkammern sind ferner bereits sog. Delta- Flügel bekannt geworden. Verwiesen wird hierzu beispiels¬ weise auf die EP 0 623 786 AI oder auf die US 3,974,646. Bei derartigen Delta-Flugeln handelt es sich um scharf¬ kantige Korper, die ein auftreffendes Stromungsfeld in zwei jeweils eine Wirbelachse besitzende Teilstrome auf- teilt, derart, daß die Wirbelachsen konvergent verlaufen. Die hiermit erzielbaren Mischprozesse können aufgrund dieser konvergenten Wirbelbildung nicht voll befriedigen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei- gen, mit Hilfe derer Mischprozesse von Gasen in Gasturbi¬ nen-Brennkammern verbessert werden können. Insbesondere sollen nicht konvergente und bevorzugt divergent verlau¬ fende Wirbelachsen bzw. Wirbelzopfe stromab des Stro- ungsleitkorpers erzeugt werden. Zur Losung dieser Aufgabe ist ein Stromungsleitkorper vorgesehen, der durch eine spitz zulaufende Formschale von im wesentlichen kegelförmiger Gestalt gebildet wird, wobei die Grundflächen-Pro ektion durch eine Gerade sowie eine die Endpunkte der Geraden verbindende Kurve gebildet ist, und wobei die Formschale im wesentlichen mit ihrer Spitze dem auf der Außenseite auftre fenden Fluidstrom

zugewandt ist. Insbesondere soll die Kurve keine signifi¬ kanten Eckpunkte aufweisen, so daß die Oberfläche der Formschale mit Ausnahnme der Ränder keine scharfen Kanten besitzt.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Un¬ teransprüche, weiterhin wird in Unteransprüchen Schutz begehrt für eine Gasturbine mit zumindest einem in beson¬ derer Weise angeordneten erfindungsgemäßen Strömungsleit¬ körper.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Perspektivdarstellung eines erfindungsge- mäßen Strömungsleitkörpers (Formschale) sowie einen auftreffenden Fluidstrom,

Fig. 2 das von der Formschale induzierte Strömungs¬ wirbelfeld in einem Schalenschnitt senkrecht zur Hauptstromrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Formschale bzw. des Strömungsleitkörpers, aus der der Anstellwin¬ kel, der Öffnungswinkel sowie der Verlauf ein- zelner Stromlinien hervorgeht,

Fig. 4 einen Blick von oben auf die Formschale bzw. den Strömungsleitkörper, wobei schematisch das Strömungsfeld eines aufgeplatzten Wirbelpaares dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt einen sog. Doppelschalenzerstäuber, im wesentlichen bestehend aus zwei erfindungsge¬ mäßen Strömungsleitkörpern,

Fig. 6 zeigt die Seitenansicht einer derartigen Form¬ schale im Bereich der Zumisch-Luftlocher einer Gasturbinen-Brennkammerwand,

Fig. 7 die Ansicht X aus Fig. 6,

Fig. 8 eine weitere Anwendung eines erfindungsgemaßen Stromungsleitkorpers mit einem sog. Kraftstoff- Filmleger in einem Seitenschnitt,

Fig. 9 die Ansicht Y aus Fig. 8, sowie

Fig. 10 die Ansicht Z aus Fig. 8.

Fig. 11 eine andere Ausgestaltung mit einem Kraftstoff- Filmleger,

Fig. 12 den Schnitt A-A aus Fig. 11,

Fig. 13 noch eine weitere Variante eines Doppelschalen-

Zerstaubers mit einem Kraftstoff-Filmleger, so¬ wie

Fig. 14 den Schnitt B-B aus Fig. 13

In samtlichen Figurendarstellungen ist der erfindungsge- maße Stromungsleitkorper mit der Bezugsziffer 1 bezeich¬ net. Dabei handelt es sich stets um eine Formschale 1 von im wesentlichen kegelförmiger Gestalt. Die projezierte Grundflache 2 dieser Formschale 1, deren Inneres hohl ausgebildet ist, besteht aus einer Geraden 3a sowie einer beliebigen, die Endpunkte der Geraden verbindenden Kurve 3b. Gebildet wird die Formschale 1 dabei durch die Mantelflache, die die Kurve 3b mit der Spitze 4 der Form- schale 1 verbindet. Dabei müssen jedoch die von der Spitze 4 zur Kurve 3b verlaufenden Strahlen nicht notwen-

digerweise Geraden sein, sondern können selbst Kurven darstellen. Die Gestalt dieser Formschale ist den jewei¬ ligen Anforderungen entsprechend frei wählbar, d. h. in einer Versuchsreihe kann für den jeweiligen Anwendungs- zweck dieses erfindungsgemäßen Strömungsleitungkörpers die jeweils geeignetste Form der Kurve 3b sowie der je¬ weils geeignetste Wert für den sog. όffnungswinkel des durch die Formschale 1 gebildeten Kegels bestimmt werden. Beste Ergebnisse im Hinblick auf das sich einstellende Strömungsfeld stromab des Strömungsleitkörpers 1 wurden dabei erzielt, wenn die Kurve 3b keine signifikanten Eck¬ punkte besitzt, d. h. die Oberfläche des Strömungsleit¬ körpers 1 besitzt mit Ausnahme der Randkanten keine son¬ stigen scharfen Kanten. Der bereits zitierte, sich durch die konstruktive Gestaltung ergebende Öffnungswinkel ist in Fig. 3 explizit dargestellt.

Ebenfalls Fig. 3 entnehmbar ist der sog. Anstellwinkel ß, um den die durch die Spitze 4 sowie die Gerade 3a defi- nierte Ebene 5 der For schale 1 gegenüber der An¬ strömrichtung des Fluidstromes geneigt ist. Der auf den Strömungsleitkörper bzw. die Formschale 1 auftreffende Fluidstro ist dabei durch den Strömungsvektor 6 darge¬ stellt. Wie ersichtlich wird die Formschale 1 vom Fluid- ström 6 auf ihrer konvexen Seite angeströmt, wobei sich die in den Fig. 1, 3 skizzierten Stromlinien 7 ausbilden.

Auf der konkaven Seite der Formschale 1 bildet sich das in Fig. 2 in einem Schnitt senkrecht zur Hauptstromrich- tung des Fluidstromes 6 dargestellte Wirbelfeld aus, wel¬ ches zwei gegenläufig drehende Wirbelzopfe 8 besitzt. Aufgrund der Gestaltung insbesondere der Kurve 3b laufen diese beiden Wirbelzopfe 8 stromab des Stromungsleitkör¬ pers 1 auseinander, d. h. sie divergieren. Insofern un- terscheidet sich dieser Stromungsleitkorper 1 wesentlich

von einem an sich bekannten Delta-Flugel, der konvergie¬ rende Wirbelzöpfe erzeugt.

Die Zirkulation der Wirbelzopfe 8 ist dabei vom Anstellwinkel ß abhangig. Bei genügend hohem Drall können die Wirbelzopfe 8 stromab der Formschale 1 aufplatzen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei bildet sich eine Rezirkulationszone, die eine innere Grenzflache 9a zum zentral weiterlaufenden Hauptfluidstrom besitzt. Fer- ner besitzt das sich in Drehung befindliche Fluid eine äußere Grenzfläche 9b zum umgebenden Hauptstromfluid, welches lediglich unter Krümmung seiner Stromlinien ver¬ drangt wird.

Einen bevorzugten Anwendungsfall für einen erfindungsge- maßen Stromungsleitkorper zeigt Fig. 5. Hier sind einan¬ der benachbart, jedoch voneinander beabstandet zwei Form¬ schalen 1 angeordnet, die von einem aufgebrochen darge¬ stellten Gehäuse 10 umgeben sind. Jede der beiden Form- schalen 1 ist um den Anstellwinkel ß gegenüber der Hori¬ zontalen, die gleich der Stromungsrichtung des Fluidstro¬ mes sei, angestellt, derart, daß die Ebenen 5 dieser Formschalen 1, die in Fig. 3 definiert wurden, zwischen sich den Winkel 2 ß einschließen. Dieser in Fig. 5 ge- zeigte sog. Doppelschalenzerstauber, der somit im wesent¬ lichen aus zwei erfindungsgemaßen Stromungsleitkorpern 1 besteht, stellt einen Luftzerstauber mit Flammhalter dar, wobei flussiger Kraftstoff sinnvollerweise auf die kon¬ vexe Seite der beiden Formschalen 1 aufgebracht wird. Die Strömung bildet sich wie gewünscht auf der Ruckseite der Formschalen 1 aus, wobei der Fluidstrom zwischen diesen Formschalen 1 durch das durch den Winkel 2ß beschriebene Winkelsegment im wesentlichen linksseitig sowie rechts¬ seitig der Symmetrielinie der Formschalen hindurchtritt. Dabei können abweichend von der gezeigten Anordnung die beiden Schalen 1 auch eine gemeinsame Spitze 4 besitzen.

Im übrigen können auch gasformige oder feste Kraftstoffe ebenfalls auf die konvexen Seiten bzw. Außenseiten der Formschalen 1 aufgebracht werden, dann wirkt die gezeigte Anordnung als Mischer mit Flammhalter. Stets wird dabei eine Stabilisierung der Flamme durch die in Verbindung mit Fig. 4 erläuterte Rezirkulationszone innerhalb der aufgeplatzten Wirbelzopfe (vgl. Bezugsziffer 8) erreicht.

Wird dabei zusatzlich das Wirbelstromfeld der Formschale 1 bzw. Formschalen 1 senkrecht zu einem zweiten Haupt¬ strom gestellt, so ist damit beispielsweise eine rasche Luftzumischung in Gasturbinen-Brennkammern erzielbar. Dieser zweite Hauptstrom stellt dabei das Brenngas dar und wird in die Rezirkulationszone der Wirbelzopfe 8 ein- gesogen. Dabei vermischt sich das Brenngas auf den Grenz¬ flachen 9a, 9b (vgl. Fig. 4) mit dem Frischgas. Wie dabei eine erfindungsgemaße Formschale 1 auf der Brennkammer¬ wand einer Gasturbine angeordnet sein kann, um die Zu- ischluft optimal mit dem Brenngas innerhalb der Brenn- kam er zu vermischen, zeigen die Fig. 6, 7.

In den Fig. 6, 7 ist die Formschale abermals mit der Be¬ zugsziffer 1 bezeichnet, wahrend die Brennkammerwand die Bezugsziffer 11 tragt. Innerhalb der von der Brennkammer- wand 11 begrenzten Brennkammer 12 strömt das Brenngas ge¬ mäß Pfeilrichtung 13. Diesem Brenngas-Strom 13 soll wie bekannt Zumischluft beigefugt werden. Dabei wird der Zu- mischluft-Strom 6 als der auf eine Formschale 1 auftref¬ fende Fluidstrom außerhalb der Brennkammer 12 entlang der Brennkammerwand 11 herangeführt und kann über einen Durchbruch 14 in der Brennkammerwand 11 in die Brennkam¬ mer 12 eintreten. Um dabei die gewünschte Strömung des Zumischluft-Stro es 6 zu erzielen, ist die Formschale 1 von einer Hutze 15 umgeben, die einen Teil des ankommen- den Zumischluft-Stromes 6 abfangt und in Richtung des Durchbruches 14 umleitet. Hierzu ist die gewölbte Hutze

15 auf der Außenseite der Brennkammerwand 11 derart ange¬ ordnet, daß der Durchbruch 14 eingeschlossen wird.

Der Zwecx dieser Anordnung ist der folgende: Während beim bekannten Stand der Technik die Beimengung von Zu- mischluft häufig so geschieht, daß sich zwei oder mehrere Luftstrahlen in einem Staupunkt treffen und dort Turbu¬ lenz erzeugen, wodurch ein starker Heißgasschlupf zwi¬ schen den Luftstrahlen entsteht, wird bei einer erfin- dungsgemäßen Anordnung die Zumischluft verdrallt. Der beim bekannten Stand der Technik vorliegende Nachteil, daß sich die Luftstrahlen im Staupunktbereich in Luftbla¬ sen aufspalten, die vom Heißgasstrom mittransportiert werden und sich somit langsam ausmischen, wird mit einer erfindungsgemäßen Formschale, die als Wirbelgenerator wirkt, vermieden. Wie bereits erläutert, werden nämlich auch hier mit dieser Formschale 1 Wirbelzöpfe 8 erzeugt, die bei genügend hohem Drall aufplatzen, wodurch sich das in Fig. 6 dargestellte Strömungsfeld mit der Re- Zirkulationszone 16 ausbildet, die von der Zumischluft 17 umgeben ist. Die Verbesserung der Mischwirkung gegenüber dem bekannten Stand der Technik wird dabei durch folgende Effekte erreicht: Die kalte Zumischluft 17 bildet mit dem Brenngas-Strom 13 wieder eine äußere Grenzfläche 9b. Da die Zumischluft 17 stark verdrallt ist und gegenüber dem Brenngas 13 eine hohe Dichte besitzt, kommt es durch Zen¬ trifugal- und Auftriebskräfte im Bereich dieser Grenzflä¬ che 9b zu einer raschen und intensiven Umlagerung beider Luftmassen, die zu feinkörniger Turbulenz und rascher Mi- schung führen. Die Oberfläche der Grenzfläche 9b ist um ein vielfaches größer als die sich beim bisherigen Stand der Technik bildende Oberfläche zwischen Heißgas und Zu¬ mischluft. Der Heißgasschlupf durch die Zumischebene wird dadurch stark verringert.

Ein weiterer Anwendungsfall für eine erfindungsgemaße Formschale 1 bzw. einen erfindungsgemaßen Stromungsleit¬ korper ist in den Fig. 8 bis 10 dargestellt. Auch hierbei ist die Formschale 1 im Strömungsweg zweier Fluidstrome, nämlich eines Luftstromes 6 sowie eines Kraftstoffstromes 20 angeordnet und wirkt dabei als sog. Schalenluftzer¬ stäuber für einen Kraftstoff-Filmleger. Wie die Fig. 8, 9 zeigen, ist dabei die Formschale 1 abermals von einer mantelformigen Hutze 15 umgeben, in der der Kraftstoff- Filmleger 21 angeordnet ist. Der Kraftstoff-Filmleger 21 besitzt dabei einen Kraftstoffkanal 22, der in einem Flachtrichter 23 endet. Wie bereits in den vorherigen An¬ wendungsbeispielen auch wird die gezeigte Schalenluftzer- stauberanordnung vom Fluidstro 6 angeströmt.

Für die Funktion des Kraftstoff-Filmlegers 21 ist es wichtig, daß dieser wie in Fig. 9 gezeigt, in der Symme¬ trieachse der Formschale 1 liegt. Desweiteren ist es wichtig, daß sich die Öffnung bzw. der Flachtrichter 23 des Filmlegers 21 in einem geringen Abstand zur Oberfla¬ che der Formschale 1 befindet, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Dadurch wird erreicht, daß der austretende Kraft¬ stoffström 20 sofort nach Verlassen des Filmlegers 21 ohne Zerstäubung auf die Oberflache/Kontur der Formschale 1 umgelenkt wird. Dadurch kann eine gewünschte Kraft¬ stoffverteilung auf der Formschale 1 eingestellt werden. Fig. 10 zeigt die Ansicht Z aus Fig. 8 auf den Kraft¬ stoff-Filmleger 21. Man erkennt den Kraftstoffkanal 22 sowie den Flachtrichter 23. Sinnvollerweise ist die Au- ßenkontur des Filmlegers 21 wie ersichtlich aerodynamisch geformt.

Anstelle eines Kraftstoff-Filmlegers können auch eine oder mehrere Kraftstoff-Druckzerstauberdusen mit beliebi- ger Spritzdusencharakteristik in Verbindung mit einer er- findungsgemaßen Formschale 1 (Stromungsleitkorper) ange-

ordnet sein, um eine gunstige Luft-Kraftstoff-Vermischung zu erzielen. Dabei wird auch von einer Druckzerstauber- düse in Analogie zum Filmleger Kraftstoff auf die konvexe Seite der Formschale 1 aufgebracht.

Weitere Ausführungsbeispiele für einen aus zwei Formscha¬ len 1 bestehenden Doppelschalen-Zerstäuber mit einem Kraftstoff-Filmleger 21 - alternativ können Druckzer- stäuberdusen vorgesehen sein - zeigen die Fig. 11, 13, von denen in den Fig. 12, 14 jeweils Schnitte dargestellt sind. Dabei zeigt Fig. 11 einen doppelseitig beaufschlag¬ ten Doppelschalen-Zerstäuber mit zwei Formschalen, ahn¬ lich Fig. 5. In einem geeigneten Filmleger 21 wird der Kraftstoff auf zwei Kanäle 22 (hier ohne Flachtrichter 23) aufgeteilt. Es ist aber auch möglich, den Doppelscha¬ len-Zerstäuber nur einseitig zu beaufschlagen, wie dies die Fig. 12, 14 zeigen.

Der erfindungsgemaße Stromungsleitkorper 1 bzw. die er- findungsgemaße Formschale 1 wirken bei den zuletzt erläu¬ terten Ausfuhrungsbeispielen somit in Verbindung mit ei¬ nem Kraftstoff-Filmleger 21 als Schalenluftzerstäuber, wobei der Kraftstoff durch einen oder auch mehrere Kraft¬ stoffkanäle 22 zugeführt werden kann, wobei die Kraft- stoffkanäle 22 sowie ggf. in einem oder mehreren Flachtrichtern 23 munden und der Zerstäuber bzw. die Formschale 1 in geringem Abstand vom Flachtrichter 23 oder von der Mundung der Kanäle 22 angeordnet ist, und wobei der Filmleger 21 in der Symmetrieebene der For - schale(n) 1 liegt. Daneben kann ein erfindungsgemaßer Stromungsleitkorper bzw. eine Formschale 1 auch als Wir¬ belgenerator eingesetzt werden, der dann insbesondere aus einer oder auch mehreren beliebig geformten Formschalen 1 sowie einer oder auch mehreren dazu passenden Hutzen 15 besteht. Verwendet werden kann diese Anordnung zur Zumi- schung und Verdrallung kalter Luft bei Gasturbinen-Brenn-

kammern. Dabei kann diese Anordnung an beliebiger Stelle auf dem Flammrohr beliebiger Brennkammern in beliebiger Lage angebracht werden. Generell kann bzw. können diese kegelförmige(n) Formschale(n) 1 der in Fig. 1 gezeigten Gestalt von beliebigem Querschnitt sein, wobei die von der Spitze 4 zur Basis bzw. Grundfläche 2 des Kegelaus¬ schnitts gehenden Strahlen keine Geraden sein müssen. Wie ausführlich erläutert, kann diese Formschale 1 als Luft¬ zerstäuber für beliebige flüssige Kraftstoffe verwendet werden. Es ist aber auch die Verwendung als Mischelement und Flammhalter bei Verwendung gasförmiger oder pulveri¬ sierter oder granulierter fester Kraftstoffe beliebiger Art möglich. Ferner können natürlich auch beliebige ver¬ schiedene Gas- oder Fluidströme miteinander vermischt werden. Dabei können eine Vielzahl von Details insbeson¬ dere konstruktiver Art durchaus abweichend von den ge¬ zeigten Ausführungsbeispielen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.