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Die Brennkammer

Aufgaben:

- Ein Gemisch aus Luft und Brennstoff zu verbrennen und damit die im Brennstoff enthaltene chemische Energie in Wärme umzuwandeln

Brennkammerarten

unterscheidet man nach

• Bauform
• Kraftstoffzuführung
• Gaszuführung

Bauform

- Einzelbrennkammer (Rohrbrennkammer)
- Rohr-Ringbrennkammer
- Ringbrennkammer

Kraftstoffzuführung

- Gleichstromeinspritzung
- Gegenstromeinspritzung
- Kraftstoffverdampfung
- Fliehkraftzerstäubung (Kraftstoff (KS) Zuführung über die Welle im Bereich der Ringbrennkammer, feine Bohrungen)

Gasführung

Gleichstrombrennkammer Die Brennkammer wird ohne nennenswerte Richtungsänderungen linear durchströmt. Einfache, kompakte Bauweise mit niedrigen Druckverlusten. Diese Bauform ist die meistverwendete bei Strahltriebwerken.

Umkehrbrennkammer Der Gasstrom ändert seine Richtung in der Regel zwei mal um 180° (jedoch nicht in der Verbrennungszone!), wodurch ein gute Durchmischung und eine gleichförmige Temperatur am Austritt erreicht wird. Dadurch kann auch die Baulänge reduziert werden, weshalb diese Bauform bei Kleingastubinen häufig angewendet wird. Hauptnachteil sind die höheren Druckverluste.

Radialbrennkammer Diese Bauform wird ausschließlich bei Fliehkraftzerstäubung angewandt, ist in der Konstruktion (Kühlluftführung) sehr aufwändig und wird nur bei kleineren Gasturbinen genutzt. Durch die mehrfache Richtungsänderung der Gasstromes tritt auch hier ein erhöhter Druckverlust auf.
Viele verwendeten Brennkammern sind Mischbauweisen, die den exakten Anforderungen des Triebwerks entsprechend entwickelt wurden. Daher ist diese Aufzählung nicht abschließend, es werden ständig neue Bauweisen getestet um Abgasverhalten, Leistung, Gewicht etc. zu verbessern.

Hauptkomponenten einer Brennkammer

- Eintrittsdiffusor ( inlet diffusor)
- Dom mit Eintrittshaube (dom and cowl or snout)
- Flammrohr (liner, flametube)
- Zündkerze (igniter)
- Brennkammergehäuse (combustion chamber case)
- Drallgeber (swirler)

Anforderungen an die Brennkammer

- geringe Druckverluste (4-6%]
- geringes Gewicht
- gute Kaltstarteigenschaften
- Darf beim runterfahren in Leerlaufbereich nicht ausgehen
- sicheres wieder zünden in der Höhe
- Wandkühlung
- gute Verbesserungsstabilität
- geringe Emisionen
- guter Ausbrandgrad (Wirkungsgrad 94-99%)
- Temperaturaustrittsprofil

Anforderungen an die Brennkammerwerkstoffe

- Hitze und Korrosionsbeständig (Heißgaskorrosion)
- Kriechbeständig
- hohe Lebensdauer

Aufgabe Sekundärluftstrom in der Brennkammer

- Kühlung
- Abriss der Flamme vor der 1. Turbinenstufe
- Teilnahme am Verbrennungsprozess

Brennkammerflammenfrontgeschwindigkeit

-20-50 m / s
- kritischer Bereich 70 m / s

Werkstoffe

- hochwarmfeste Legierungen auf Nickel und Cobaltbasis, weiterhin Chrom Molybdän und Eisen
- Keramikbeschichtungen und Schindeln

Kühlung der Brennkammer

- Prallkühlung (Kühlluftstrom legt sich zwischen Flamme und Gehäuse)
- Effusionskühlung (Kühlluft strömt zwischen der Doppelwand der Brennkammer)

Vor und Nachteile
Rohrbrennkammer

* geringer Aufwand
* jedes Rohr hat eine eigene Luftzuführung

** ungleichmäßige Temperaturverteilung zur Turbine
** Durchzündrohre notwendig (Druckausgleich)
** Zündfähigkeit, besonders in großen Höhen eingeschränkt
** ungünstige Zu und Abströmverhältnisse

Rohr- Ringbrennkammer

* bessere Raumausnutzung

** hohes Gewicht, große Abmaße
** schlechte Temperaturverteilung zur Turbine
** Zündfähigkeit eingeschränkt

Ringbrennkammer

* bessere Temperaturverteilung
* geringere Druckverluste
* geringe Masse und Maße
* guter Druckausgleich über den gesamten Umfang
* gutes Zündverhalten

** ungünstige Wartung und Reparatur
** teuer in der Herstellung und Entwicklung
** komplizierte Berechnung