Verfahren zur Zeratäubung von flüssigem Brennstoff mittels Luft in Brennkammern, insbesondere solchen von Gasturbinenanlagen. Die Zer:Stäubung von flüssigem Brennstoff mittels Luft, ist. bekannt. Lässt man die Luft. in Form eines Kegelmantels auf den Brenn stoffstrahl, der in dessen Achse liegt, zuflie ssen, so wird der Strahl lang und dünn wer den, was zu einer unerwünscht. langen Flamme führt. Zudem ergibt sich auf diese Weise ein nur grob aufgelöster Brennstoffkernstrahl. Diese Nachteile bleiben bestehen, wie gross aueh der Winkel an der Kegelspitze gemacht wird.
Bekannt ist die Verwendung von Schneeken und ähnlichen Einrieht.ungen zur Erzeugung einer um den Brennstoffstrahl rotierenden Luftströmung, welche diesen um hüllt und vom Rand her auflösen soll. Für grössere Belastungen ist. es jedoch bei Verwen dung solcher Einrichtungen meistens nötig, den Brennstoff schon vor dessen Berührung mit der Zerstäubungshtft mittels Kanälen mit kleinem Querschnitt in einzelne Teile aufzu lösen, um die Bildung eines mangelhaft zer stäubten Kernstrahls zu verhindern.
Eine derartige Auflösung des Brennstoffzufuhr kanals in einzelne Teilkanäle ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass die Querschnitte dieser Teilkanäle klein sind und durch Ver unreinigungen leicht verstopft werden.
Diese Nachteile der bekannten Ausführun gen will die vorliegende Erfindung beheben. Die Erfindung besteht darin, dass der Zer- stäubungsluftstrom mindestens zum Teil in gerichtete Teilströme zerlegt wird, welche den Brennstoffstrahl ausserhalb dessen Zentrum treffen und sowohl vor als auch nach der Be rührung mit dem Brennstoffstrahl mindestens einen Teil eines benachbarten Teilluftstromes kreuzen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt sehema- tiseh zwei beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen für die Durchführung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemä ssen Verfahrens und ein Schema für die Wir kungsweise.
Fig.1 und \? zeigen einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt. durch die erste Aus- führungsform; Fig. 3 und 1 zeigen einen Längsschnitt. und einen Querschnitt durch die zweite Ausführungsform; Fig.5 ist. das Schema für die Wirkungsweise und Fig. 6 ein Schnitt zu Fit. 5 (längs Strahl 13).
In Fig. 1 und \' stellt das Gehäuse 1 die Luftdüse dar und trägt Segmente 2, die Ka näle 3 bilden. Die Kanäle 3 weisen bezüglich der Brennstoffstrahlachse exzentrisch liegende Querschnittsmittellinien auf. Die Achsen der Luftzufuhrkanäle 3 können entweder parallel zur Brennstoffstrahlaehse verlaufen oder in einem bestimmten Winkel dazu.
Sie brauchen nicht, wie im Ausführungsbeispiel, auf einem Zvlindermantel ztt liegen, sondern können auch auf irgendeiner andern zur Strahlaehse svmmetrisehen Fläche liegen, z. B. auf einer Ebene senkrecht zur Strahlachse.
Die Brennstoffdüse 5 bildet einerseits die innere Begrenzung der Luftkanäle 3, ander seits zusammen mit dem Gehäuse 1 einen kegelmantelförmigen Ringraum 4. In ihrem Zentrum liegt der Brennstoffzufuhrkanal 6 mit dessen Mündung 7. In Fig. 2 ist die Brenn stoffdüse 5 weggelassen.
Die Luftströmung folgt dem eingezeichne ten Pfeil und führt zuerst längs der Achse der Liftzufiihrkanäle 3; sie biegt dann um und führt in Richtung der exzentrisch liegen den Querschnittsmittellinie durch den kegel förmigen Ringraum -1 gegen die Brennstoff- inündung 7. Wesentlich ist, dass die Strömung nicht auf die Achse des Brennstoffstrahls ge richtet ist, sondern in einem gewissen Abstand an dieser vorbeiführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt also die Aufspaltung der Luft in einzelne Teilströme durch die Kanäle 3, bevor sie in den Ringraum 4 übertritt..
Im Gegensatz hierzu wird die Luft. im zweiten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 und 4 innerhalb desjenigen Abschnittes des Strömungsweges aufgespalten, der auf dem Kegelmantel liegt. Ein Gehäuse 8 weist die äussere Begrenzung des Kegelmantels auf. Luftkanäle J sind in die Kegelfläche des Ge häuses 8 eingearbeitet. Die Kanäle könnten aber auch in der die andere Begrenzung bil denden Kegelfläche der Brennstoffdüse 1.0 oder in beiden zugleich eingearbeitet sein.
Wesentlich ist, dass die Kanäle so gerichtet sind, da.ss deren Achsen an der Brennstoff strahlaehse vorbeiführen gemäss Fig.4. Im Zentrum der Brennstoffdüse 10 liegt der Brennstoffzufuhrkanal 11 mit dessen Mün dung 12. In Fig.4 ist. die Brennstoffdüse 10 nicht eingezeichnet.
Für beide gezeigten Ausführungsbeispiele gilt, dass die Zahl der Kanäle beliebig ist -Lind der Grösse der Düse angepasst wird.
Das Prinzip des Verfahrens und die Wir kungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 können aus der schematischen Darstellung in F!-. 5 und 6 ersehen werden. Fig. 5 zeigt. eine Ansicht gegen die Brennstoffstrahlachse und Fig. 6 eilten Schnitt. durch die Achse des Luft strahls 13.
Es werde der in Fig. 5 senkrecht von oben nach unten gerichtete Teilstrahl 13 betrachtet. Dieser verläuft parallel zur Richtung der Kegelmantellinie, also in einem gewissen Ab stand von der zur Papierebene senkrechten Achse des Brennstoffstrahls. Bei der Kreu zung mit dem Strahl 16 trifft er nicht dessen Achse, sondern er kommt, wie in Fig. 5 ange deutet ist (gegen die Zeichnungsebene ge sehen) unter den Strahl 16 zu liegen. (In Fig. 6 bedeutet dies, dass Strahl 13 links am Querschnitt des Strahls 16 vorbeiführt).
Da durch, dass die Strahlen nicht direkt aufeinan- dertreffen, vermag also der Strahl 13 ohne wesentliche Behinderung den Brennstoff strahl 17 auf dessen einen Hälfte zu durch dringen und einen Teil davon mitzureissen. Bei einem direkten Auftreffen der Strahlen<B>13</B> und 16 würden sieh die beiden gegeneinander ablenken und als vereinigter Strahl mit einer mittleren Richtung weiterführen, wodurch der Brennstoffkern nicht mehr getroffen und da durch auch nicht mehr aufgelöst werden könnte.
Bei der nachfolgenden Kreuzung der Strahlen 13 und 14 wird der von Strahl 13 mitgerissene Brennstoff an der Berührungs stelle der beiden Strahlen fein zerrissen und verteilt.
Der Brennstoff kann in einem Kanal mit genügend grossen Querschnitten zugeführt werden, so dass Verunreinigungen im Brenn stoff keinen Einfluss auf die Funktionsfähig keit, auszuüben vermögen.
Es kann mit diesem Verfahren ein kurzer, breiter Strahl erreicht werden.
Durch ein gegenseitiges axiales Verschie ben der beiden Düsenteile 8 und 10 im Aus führungsbeispiel nach Fig. 3 und 4 lässt sich eine Regulierung der Strahlform bewirken, indem durch diese Massnahme zusätzlich zu den exzentrisch gerichteten Kanälen auch der übrige Teil des Kegelmantels freigelegt wird. Durch diesen kegelmantelförmigen Ringraum erfolgt n-Lui eine mit der Verschiebung ver änderlich starke Luftströmung, die auf die Kegelspitze zufliesst.
Durch diesen zusätz lichen Strömungsteil erhält die Gesamtströ mung eine grössere axiale Komponente, und es resultiert daraus ein längerer Strahl. Die gleielie Wirkung einer Strahlregulie- rung erhält man aueh beim Ausführungsbei spiel nach Fig.l und \' dureh eine gegensei tige axiale Verschiebung der beiden Düsen teile 1 und 5, womit. der Strömungsquerschnitt des kegelniantelförmigen Ringraumes 4 verän dert wird.
Je grösser dieser im Verhältnis zum festbleibenden Mündungsquersehnitt der Luft düse 1 wird, um so weniger wird sieh die durch die Kanäle vorgegebene, exzentrisch ge richtete Strömung ausbilden können, d. h. um so mehr wird sich eine achsenparallele Strö mung und damit ein längerer Strahl ergeben.
Durch das gegenseitige axiale Verschieben der beiden Düsenteile 1 und 5 bzw. 8 und 10 lässt sich auch eine Regulierung der Brenn stoffzufuhr erreichen. Durch die Veränderung des Strömungsquerschnittes des Ringraumes -1 gegenüber dem Mündungsquerschnitt der Luftdüse wird sieh an der Brennstoffmün dung infolge Stauwirkung ein variabler Druck einstellen.
Wenn der Brennstoff ohne grosse Mündungsgesehwindigkeit zugeführt wird, (l. h., wenn die Druckdifferenz über die Brenn stoffzuleitung nur die auftretenden Strö- niungsverlust.e decken muss, so kann diese Druckvariation an der Brennstoffmündung zur Regulierung der Brennstoffzufuhr ver wendet. werden.
Die für die Zerstäubung des Brennstoffes nötige Luft. kann bei Verwendung des Ver fahrens in einer<B>('</B> asturbinenanlage direkt dem Gasturbinenkreislauf entnommen werden. Es ist dabei möglich, zur Erzeugung der erforder lichen Mündungsgeschwindigkeit die Druck differenz zu verwenden, die sich aus den Druekverlusten der Arbeitsluft auf ihrem Weg zwischen Entnahmestelle der Zerstäu- bungsluft und Brennkammer ohnehin ergibt.
Es ])raucht also keine zusätzliche Drosselung im Kreislauf-,i#eg der Arbeitsluft. in Kauf ge nommen zu werden.
Process for atomizing liquid fuel by means of air in combustion chambers, in particular those of gas turbine systems. The Zer: atomization of liquid fuel by means of air. known. You leave the air. in the form of a conical jacket on the fuel jet, which lies in its axis, flow in, the jet becomes long and thin, which becomes undesirable. long flame. In addition, this results in an only roughly resolved fuel core jet. These disadvantages persist regardless of how large the angle at the tip of the cone is made.
The use of Schneeken and similar Einrieht.ungen is known to generate an air flow rotating around the fuel jet, which envelops it and is intended to dissolve it from the edge. For larger loads is. However, when using such facilities, it is usually necessary to resolve the fuel before it comes into contact with the atomizing head by means of channels with a small cross-section in individual parts to prevent the formation of an inadequately atomized core jet.
Such a dissolution of the fuel feed channel into individual sub-channels is associated with the disadvantage that the cross-sections of these sub-channels are small and are easily clogged by impurities.
The present invention aims to overcome these disadvantages of the known embodiments. The invention consists in that the atomizing air flow is at least partially broken down into directed partial flows which hit the fuel jet outside its center and cross at least part of an adjacent partial air flow both before and after contact with the fuel jet.
The attached drawing shows schematically two exemplary embodiments of devices for carrying out exemplary embodiments of the method according to the invention and a scheme for the mode of action.
Fig. 1 and \? show a longitudinal section or a cross section. by the first embodiment; 3 and 1 show a longitudinal section. and a cross section through the second embodiment; Fig.5 is. the scheme for the mode of action and FIG. 6 a section to Fit. 5 (along beam 13).
In Fig. 1 and \ 'the housing 1 represents the air nozzle and carries segments 2, the channels 3 form Ka. The channels 3 have eccentric cross-sectional center lines with respect to the fuel jet axis. The axes of the air supply channels 3 can either run parallel to the fuel jet or at a certain angle to it.
You do not need to lie on a cylinder jacket, as in the exemplary embodiment, but can also be on any other surface that is symmetrical to the beam axis, e.g. B. on a plane perpendicular to the beam axis.
The fuel nozzle 5 forms the inner boundary of the air ducts 3, on the other hand, together with the housing 1, a cone-shaped annular space 4. In its center is the fuel supply duct 6 with its mouth 7. In Fig. 2, the fuel nozzle 5 is omitted.
The air flow follows the arrow drawn in and leads first along the axis of the lift feed channels 3; it then bends around and leads in the direction of the eccentric cross-sectional center line through the conical annulus -1 against the fuel ignition 7. It is essential that the flow is not directed to the axis of the fuel jet, but at a certain distance from it passes by.
In this embodiment, the air is split into individual partial flows through the channels 3 before it passes into the annular space 4.
In contrast, the air will. split in the second embodiment according to FIGS. 3 and 4 within that section of the flow path which lies on the cone surface. A housing 8 has the outer boundary of the cone jacket. Air channels J are incorporated into the conical surface of the housing 8. The channels could, however, also be incorporated into the conical surface of the fuel nozzle 1.0 which forms the other limit or both at the same time.
It is essential that the channels are directed in such a way that their axes lead past the fuel jet according to FIG. In the center of the fuel nozzle 10 is the fuel supply channel 11 with its mouth 12. In Fig.4 is. the fuel nozzle 10 is not shown.
For both exemplary embodiments shown, the number of channels is arbitrary -ind is adapted to the size of the nozzle.
The principle of the method and the way in which the device according to FIGS. 3 and 4 can be seen from the schematic representation in FIG. 5 and 6 can be seen. Fig. 5 shows. a view against the fuel jet axis and FIG. 6 hasty section. through the axis of the air jet 13.
The partial beam 13 directed vertically from top to bottom in FIG. 5 is considered. This runs parallel to the direction of the outer surface of the cone, so in a certain distance from the axis of the fuel jet perpendicular to the plane of the paper. At the intersection with the beam 16, he does not meet its axis, but it comes, as indicated in Fig. 5 is (see ge against the plane of the drawing) under the beam 16 to lie. (In FIG. 6, this means that beam 13 passes the cross section of beam 16 on the left).
Since the jets do not meet directly, the jet 13 is able to penetrate the fuel jet 17 on one half of it without significant hindrance and to entrain part of it. If the beams <B> 13 </B> and 16 hit each other directly, the two would deflect against each other and continue as a combined beam with a central direction, so that the fuel core could no longer be hit and could therefore no longer be dissolved.
At the subsequent intersection of beams 13 and 14, the fuel entrained by beam 13 is finely torn and distributed at the point of contact between the two beams.
The fuel can be fed in a channel with a sufficiently large cross-section so that impurities in the fuel cannot exert any influence on the functionality.
A short, wide beam can be achieved with this method.
By mutual axial displacement ben the two nozzle parts 8 and 10 in the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, the jet shape can be regulated by exposing the remaining part of the cone shell in addition to the eccentrically directed channels. Through this cone-shaped annular space, n-Lui creates an air flow that changes with the displacement and that flows towards the tip of the cone.
This additional part of the flow gives the total flow a larger axial component, resulting in a longer jet. The same effect of a jet regulation is also obtained in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 through a mutual axial displacement of the two nozzle parts 1 and 5, whereby. the flow cross-section of the cone-shaped annulus 4 is changed.
The larger this is in relation to the fixed mouth cross section of the air nozzle 1, the less the eccentrically directed flow given by the channels will be able to form, d. H. the more an axially parallel flow and thus a longer jet will result.
The mutual axial displacement of the two nozzle parts 1 and 5 or 8 and 10 can also regulate the fuel supply. By changing the flow cross-section of the annular space -1 compared to the mouth cross-section of the air nozzle, a variable pressure will be set at the fuel mouth due to the damming effect.
If the fuel is fed in without a high orifice velocity (i.e. if the pressure difference across the fuel feed line only has to cover the flow losses that occur, this pressure variation at the fuel orifice can be used to regulate the fuel feed.
The air necessary for atomizing the fuel. can be taken directly from the gas turbine circuit when using the method in a <B> ('</B> asturbine system. It is possible to use the pressure difference resulting from the pressure losses of the working air on your Path between the point of extraction of the atomization air and the combustion chamber anyway.
There]) there is no additional throttling in the circuit, ie in the working air. to be accepted.