Brennkammer <B>für pulsierende Verbrennung.</B> Bei den bisher üblichen Gleichdruckgas- turbinen wird der grössere Teil der Turbinen leistung für den Antrieb des Verdichters be nötigt. Im Verdichter wird die Verbrennungs luft für die Gasturbine um den gleichen Be trag verdichtet, um den sie in der Turbine wieder entspannt wird. Nutzleistung entsteht nur deshalb, weil in einer Brennkammer vor der Turbine die Temperatur der verdichteten Luft erhöht und damit das Turbinengefälle bei gleichem Druckverhältnis wie im Ver dichter vergrössert. wird.
Da. in den Brenn- kammern ein gewisser Druckverlust unv er meidlich ist., steht der Turbine sogar nur ein etwas kleineres Druckgefälle zur Verfügung, als im Verdichter erzeugt wird.
Von der Wärme, die der Luft in der Brennkammer zugeführt wird, tritt ein Teil unmittelbar als mechanische Energie in Er scheinung, nämlich in Form einer Volumen erhöhung. Die Volumenvergrösserung in der Brennkammer wird in der Crleichdruclcgas- t.urbine nutzbar gemacht. Dagegen tritt bei dieser Maschinenart bei der Wärmezufuhr keine Druckerhöhung auf. Leitet man die Verbrennung in der Brennkammer so, dass auch eine gewisse Druckerhöhung eintritt, so kann man diesen Zuwachs an Druckenergie in der Gasturbine ausnutzen, einen Teil der Verdichterarbeit sparen und damit den Wir kungsgrad verbessern. Davon ist verschie dentlich Gebrauch gemacht worden. So hat man z. B.
Brennkammern mit gesteuerten Ventilen gebaut, in denen die Verbrennung bei konstanten Volumen stattfindet. Der da bei entstehende Druckanstieg ist so gross, da.ss der Betrieb der Gasturbine ohne Verdichter möglich ist.
Andere Brennkammern sind bekannt ge worden, in denen gesteuerte oder selbsttätige Ventile eine Strömung der Verbrennungsgase bei der Ausdehnung nur in einer Richtung ermöglichen. Die dabei entstandene Geschwin digkeitsenergie kann entweder in Diffusoren in Druck umgesetzt oder unmittelbar in einer Gasturbine ausgenutzt werden.
Es sind ferner Brennkammern für pulsie rende Verbrennung vorgeschlagen worden, die überhaupt kein gesteuertes oder selbsttätiges Ventil besitzen und deren Ansauge- und Aus blaseöffnung räumlich zusammengefasst sind, so dass in der Kammer eine vollständige Um kehr der Bewegungsrichtung erfolgen muss. Die in diesen Brennkammern erreichten Druckgewinne sind aber nur sehr klein.
Die genannten Verfahren haben als ge meinsames Kennzeichen die pulsierende Ver brennung, die unbedingt erforderlich ist, wenn die zugeführte Wärme teilweise unmit telbar in Druckenergie umgeformt und aus genützt werden soll. Sie zeigen ferner, dass bei teilweisem oder völligem Fortfall der Ventile noch immer ein Druckanstieg möglich ist, und zwar vor allem durch Massenwirkung.
Man kann nun die mit diesen Brennkam mern erzielbaren Druckerhöhungen wesentlich vergrössern, wenn man die strömungstech nischen Gesichtspunkte, wie z. B. Strömungs widerstand, Druckverlust, gebührend berück sichtigt. Dabei kann man gleichzeitig alle be weglichen Stenerorgane fortlassen. Dies ge schieht erfindungsgemäss dadurch, dass der Eintritt. der Verbrennungsanteile und der Austritt der Verbrennungsgase räumlich ge trennt sind und dass ferner Durchflussorgane angeordnet sind, deren Strömungswiderstand bei Rückwärtsströmung grösser als bei Vor wärtsströmung ist.
In der Zeichnung sind mehrere Ausfüh rungsbeispiele einer Brennkammer für pulsie rende Verbrennung nach der Erfindung dar gestellt.
Die Fig. 1 zeigt eine Brennkammer, wel che für den Betrieb mit flüssigem Brennstoff geeignet ist. Der eigentliche Verbrennungs vorgang findet innerhalb eines Brennkam- mereinsatzes 1 statt, welcher an seinem Um fang düsenförmige Öffnungen 2 für die Zu mischung von Zusatzluft aufweist und von einem druckfesten Mantel 3 umgeben ist. In dem Zwischenraum zwischen Brennkammer einsatz 1 und Mantel 3 kann ein Teil der Pro zessluft zum Zwecke der Kühlung hindurch strömen.
Die zur Verfügung gestellte Frisch luft wird durch ein besonderes Durchfluss- organ 4 in die Brennkammer eingeführt, während der flüssige Brennstoff durch die Einspritzdüse 5 eingespritzt wird. Die Ab gase verlassen die Brennkammer durch ein weiteres Durchflussorgan 6. Derartige Organe sind z. B. unter dem Namen Rückströmdros- seln bekannt geworden. Diese haben die be sondere Eigenschaft, dass ihr Strömungs widerstand für das betreffende Medium bei Rückwärtsströmung grösser als bei Vorwärts strömung ist.
Die Strömung mit geringem Widerstand erfolgt ausgehend von einem mittigen Eintrittsstutzen 7 über einen Dif- fusorr ingraum 8, der in einen spiraligen Aus lauf. 9 eventuell mit zusätzlicher Erweiterung übergeht.
Auch die üblichen Durchflussdüsen haben bereits die Eigenschaft einer Rück strömdrosselwirkung, nur ist bei ersteren dieselbe noch ausgeprägter und intensiver. Der Durchflusswiderstand einer gewöhn lichen Durchflussdüse bei einer Strömung, die durch den abgerundeten Einlauf in die Düse eintritt und sie durch den scharfkantigen Auslauf verlä.sst, ist. nämlich nur ein Bruch teil von dem Widerstand, der bei umgekehrter Strömungsrichtung auftritt.
Man kann das Verhältnis der Durehflusswiderstände bei R.ückwärtsströmenundVorwärtsströmendurch Kombination von mehreren hintereinander geschalteten Düsen noch wesentlich v erbes- sern. Gleichzeitig kann man diese Düsen Teich den besonderen Bedingungen der Brenn kammer anpassen.
Die Brennhammer nach Fig. 2 ist für die Zuführung gasförmiger Brennstoffe einge richtet.. Sie besteht. in gleicher Weise wie die Brennkammer nach Fig. 1 aus dem Brennkammereinsatz 1 und dem Mantel 2. Am Verbrennungslufteintritt ist wiederum eine Rückströmdrossel 10 angeordnet. Das Brenn- gas wird durch die Brennerdüse 11 eingeführt, wobei auch in der Br enngaszuleitung 12 eine Rückströmdrossel 13 der oben beschriebenen Bauart vorgesehen ist.
Das Abströmen der verbrannten Gase erfolgt über den Brenn- kammeraustritt 14 in Richtung des angege benen Pfeils. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 schliesslich sind die Rückström- drossel 15 für die Verbrennungsluft und der Gasbrenner 16 mit seinen düsenförmigen Mündungen 17 zu einer konstruktiven Ein heit vereinigt. Der Eintritt der Verbren nungslift erfolgt durch die Öffnung 18, wäh rend das Brenngas über die Leitung 19 zuge führt wird. Die Abgase verlassen die Brenn- kammer am Austritt 20 in der angegebenen Pfeilfolge.
Die Wirkungsweise der Brennkammer für pulsierende Verbrennung ist folgende: Das in die Brennkammer eingebrachte Ge misch von Verbrennungsluft und fein ver teiltem flüssigem Brennstoff bzw. Brenngas wird zur Entzündung gebracht und verbrennt unter gleichzeitiger Druck- und Volumen- zunahme. Die dabei ausgelöste positive Druck welle (t\berdruckwelle )wird am Austritt der Brennkammer reflektiert und läuft als nega. tive Druckwelle (Unterdruckwelle) zurück;
dabei saugt sie über das jeweilige Eintritts- durehflussorgan frische Verbrennungsluft. in die Brennkammer herein.
Wenn die Brennkammer mit flüssigen Brennstoffen arbeitet., dann macht die Zu führung des Brennstoffes keine Schwierig keiten. Man kann z. B. den Druck in der Brennstoffleitung nur wenig höher wählen als den niedrigsten Brennkammerdruck.Dann entsteht eine Unterbrechung der Brennstoff zufuhr bei Druckanstieg in der Brennkam- nier von selbst. Man kann aber auch eine ge steuerte Brennstoffeinspritzung anwenden, weil derartige Einrichtungen nur einen klei nen Aufwand bedingen und durchaus be triebssicher sind. Damit ist sogar eine Ände rung der Pulsationsfrequenz an gewissen Grenzen möglich durch Änderung der Pum pendrehzahl.
Bei Betrieb mit gasförmigen Brennstoffen wäre der Aufwand für eine Steuerung zu gross und eine ausreichende Betriebssicherheit nicht gewährleistet.. Man wird hier also in der Brennstoffleitung eine Steuerung mit beweg lichen Organen vermeiden. Das ist aber auch leicht möglich, wenn auch in der Zuführungs leitung des gasförmigen Brennstoffes eine Rückströmdrossel angebracht wird. Bei gas förmigen Brennstoffen sind die Brenner in der Brennkammer entweder ziemlich gross oder in grösserer Anzahl vorhanden.
Je weiter man die Strömungsverluste -in der jeweiligen Brennkammer herabsetzt, desto leichter ist es möglich, einen möglichst grossen Druckgewinn bei der pulsierenden Strömung zu erzielen. Die erforderlichen Durchfluss- organe werden strömungstechnisch so günstig wie möglich ausgebildet. Die räumliche Tren nung von Brennkammerein- und -auslass bringt zugleich den Vorteil der besseren Ein fügung der Brennkammer in eine Gasturbi- nenanlage, weil hier besondere Leitungen für Luft und erhitzte Gase selbstverständlich sind.