Verbrennungseinrichtung. Die Erfindung betrifft eine Verbren nungseinrichtung mit Zyklon-Brennkammer, in der Brennstoffteilehen in Luft verbrannt werden, die wenigstens annähernd tangential in die Brennkammer einströmt und dann von deren Umfang in einer Wirbelbewegung ge hen die Kammerachse und in einen axial- reriehteten Zentralauslass für die Verbren nungsgase strömt. Die Verbrennungseinrich tung kann z. B. als Teil einer Gasturbinen- anlage ausgebildet sein.
Am Umfang der Brennkammer sind zweckmässig mehrere ta.n- gentiale Lufteinlässe vorgesehen.
Erfindungsgemäss ist die Verbrennungs einrichtung gekennzeichnet durch Mittel zum Zuführen von Luft in einem als Kühlluft über die Kammeraussenseite geleiteten Haupt strom und in mindestens einem von diesem abgezweigten und einem Verbrennungsluft einlass der Kammer zugeführten Nebenstrom, und durch ein Steuerorgan für Verbren- nungsluft. Dieses Steuerorgan ermöglicht es, den vom Kühlluftstrom abgezweigten Ver brennungsluftstrom unabhängig von Kühl luftstrom zu verändern. Die durchströmende Kühlluftmenge ist gewöhnlich beträchtlich im Vergleich mit. der Menge von Verbren nungsluft.
Für jeden Brennkammer-Luftein- lass kann ein einzelner Brenner und zum Re gulieren der Brennstoffzufuhr an jeden Bren ner separate Ventile vorgesehen sein, damit die Luft- und Brennstoffzufuhr an einem Einlass der Kammer reguliert und insbeson- dere unabhängig von den Zufuhren an andere Einlässe unterbrochen werden kann.
Vorzugsweise vereinigt und mischt sich wenigstens ein Teil der Kühlluft nach Bespü- len der Brennkammerwände mit den Verbren nungsgasen im Brennkammerauslass. Die Kühlluft kann dabei in zwei Strömen in die sen Auslass fliessen, und zwar in einem Innen strom, der sich direkt mit den Verbrennungs gasen mischt, und einem ringförmigen Strom, der die Innenfläche der Auslasswand bespült und kühlt.
Diesen beiden Luftströ men kann eine Wirbelbewegung in der glei chen Richtung wie den Verbrennungsgasen erteilt werden.
Ein Ausführungsbeispiel und zwei Detail varianten sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 schaubildlich eine Ansicht der Ver brennungseinrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1, Fig. 3 ein abgeändertes Flammrohr, Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen abgeänderten Einlasskopf und Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie V-V der Fig. 4.
Das äussere Druckgehäuse besteht. aus einem seitliche Flansche und Öffnungen auf weisenden zylindrischen Körper 1 und zwei gewölbten, je mit Umfangsflansch und Zen tralöffnung versehenen Stirndeckeln 2-, die mittels der die aneinanderstossenden Flan schen durchsetzendien Bolzen 3 mit dem Kör- per 1 versehraübt sind.
Die in diesem Druck gehäuse angeordnete Brennkammer besitzt drei wenigstens annähernd tangentiale Ein strömöffnungen, in gleichen gegenseitigen Ab ständen am Kammerumfang, wie in Fig. 2 ge zeigt.. Diese Brennkammer besitzt eine Dop- pel-wand, die durch einen Innen- und einen Aussenmantel gebildet ist.
Der Innenmantel wird durch Endplatten 5a und eine Hüll platte 5b gebildet, während: der Aussenmantel zwei äussere, mit, zentraler Öffnung versehene Stirnplatten 4a besitzt, die an jedem Ende durch sechs radial angeordnete Hohlrippen 4d versteift: sind, und eine Hüllplatte 4g, die durch längsgerichtete, die Enden der Rippen 4d miteinander verbindende Hohlrippen 4e ausgesteift ist.
Die Platten 4a und 4g weisen zwischen den Hohlrippen<I>4d,</I> 4e Schlitzöffnungen 47ü auf, durch die Kühlluft in die Wandhohl räume einströmen kann. Diese Hohlräume ste hen mit- allen Hohlrippen und letztere wie- deriim mit ringförmigen Sammelkästen in Verbindung, die die Kühlluft. in den Auslass für die Brennkammer verlassende Verbren nungsgase leiten.
Die Brennkammer ist im Aussengehäuse mit Abstand von diesem montiert, wobei der so gebildete freie Ringraum von Kühlluft durchströmt werden. Brennkammer und Aussengehäuse sind dabei in deren Grösse so aufeinander abgestimmt, dass der genannte Raum den Durehtritt des grösseren Teils der Gesamtluftzufuhr gestattet. Als Befestigungs mittel der Brennkammer sind Paare einander entsprechender Glieder 1!5, 16 und 17, 18 (Fig. 1 und 2:
) vorgesehen, die eine ther mische Expansion erlauben, die Brennkam- mer aber im radialen iuid im Umfangssinn festhalten.
Der geflanschte Einlassstutzen 24 (Fig. 1) ist. in der Zentralöffnung des einen Stirndek- kels 2 festgeschweisst. Ein geflanschter Aus lassstutzen 2b ist. am andern Stirndeckel 2 festgeschweisst.
Wie aus Fig. '2 ersichtlich, wird der Umriss der Brennkammer durch drei spiralförmig gekrümmte Kurven gebildet, die durch we- nigstens annähernd radiale Stufen mitein ander verbunden sind.
Gegenüber jedem die ser abgestuften Teile befindet sieh dort, wo die Einlassöffnungen für die Verbrenniuis- luft und den Brennstoff gebildet sind, eine Öffnung im zylindrischen Teil 1 des Aussen gehäuses,
von der ein geflanschter Stutzen 1a wenigstens annähernd tangential zum Cle- häiise vorspringt. An diesem 'Stutzen 1u ist mittels die Flanschen durchsetzenden Bolzen 20 der geflansehte Einlasskopf 19 fest geschraubt, der einen 90 -Rohrkrümmer dar stellt.
und an dem das geflansehte Luftzufuhr- rohr 25 mittels die Flanschen durchsetzenden Schraubbolzen 26 befestigt ist..
Der mit Öffnungen versehene Einlass- d'eckel 21 (Fig.2) liegt quer zum Kopf 19 und wird von den die aneinanderstossenden Flanschen des Kopfes 19 und des ,Stutzens la des Aussengehäuses durchsetzenden Schrau benbolzen 20 festgehalten. Der Stutzen 1a und das anstossende Ende des Kopfes 19 sind oval zwecks Aufnahme von drei Brennern 24 (Fig.1, rechts oben).
Jeder Brenner 24 ist von einem einzelnen Rohr 22' eingeschlossen, dessen eines zy lindrisehes Ende am Deckel 21 befestigt ist und in eine der in diesem vor gesehenen Öffnungen passt. Die Kühlluft. kann somit- nicht vom Aussengehäuse in das Rohr 22 gelangen, und überdies schliesst der Deckel 21 die Kühlluft im Aussengehäuse von der Luft im Einlasskopf 19 ab.
Die andern Enden der Rohre 22 sind von rechteckigem Querschnitt und sind in der tangentialen Brennkammer-Einlassöffnung gleitbar und füllen diese aus. Vom Aussengehäuse kann keine nennenswerte Kühlluftmenge in die Ver- brennungsluft-Einlassöffnung der Bremskam mer eintreten.
Die Brenner 2-1 sind nicht detailliert ge zeichnet. und beschrieben, .da ihre Konstruk tion keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet. Jeder Brenner kann z. B. mit Mitteln zum Aufrechterhalten einer stabilen Verbren nungszone und mit einem mit Luft betrie benen Injektor für flüssigen Brennstoff ver sehen sein, derdur eh einen ruhrförmigen, die Wand des Einlasskopfes 19 (Fig. 2) durch- setzenden Stutzen 27a. mit. Brennstoff be- sehiekt. wird.
Die Brennstoffzuleitung 27 ist am Aussenende dieses Stutzens angeschlossen.
In der Brennstoffzuleitung 27 zu jedem In;jektor angeordnete Ventile 28 sind an die gemeinsame Brennstofförderleitung 29 ange schlossen und können gleichzeitig betätigt werden zwecks Änderns der gesamten Brenn stoffzufuhr, oder unabhängig voneinander, uni die Brennstoffzufuhr zu jedem Kopf un- abhängig von den andern zii unterbreehen. Diese Ventile 28 sind von bekannter Bauart und deshalb nicht detailliert dargestellt.
Die drei in die drei Einlass'köpfe 19 mün denden, Verbrennungsluft- liefernden Rohre 25 haben 90 -Krümmer und sind am andern Ende an das geflanschte Kühlluft-Einlassrohr 33 angeschlossen.
Letzteres ist, am geflansch ten Einlassstutzen 2a des Stirndeckels 2 befe- .,zti;-t.. In Fig. 1 ist aus Gründen der L ber- siehtliehkeit ein Teil des Rohres 33 weggebro- ehen. Zum Zwecke des Anschlusses der drei Rohre \?5 weist, das zentrale Rohr 33 ein Y-för- mi;-es Einsatzstück 3'4 auf. Der Hauptteil des letzteren ist mit.
Plansehen versehen und mit tels Schraubbolzen 35 am geflanschten Ende des Kühlluftrohres 33 befestigt. Jedes der drei .lbzweigrohre 34a des Einsatzstückes 3.1 ist über eine Drosselvorrichtung mit einem der drei Rohre 25 verbunden.
Diese Vorrichtung besteht aus einem geflanschten Gehäuse 36, das mittels Sehraubbolzen 37 einerends an einem der Abzweigrohre 34a. des Einsatz- stiiekes 34 und anderends an einem der Rohre <B>25</B> befestigt ist., und aus einer Drosselklappe 38 im Gehäuse 36.
Die Drosselklappe ist an einer von der Aussenseite her über einen Ile- hel 40 betät.igbaren 'Spindel 39 befestigt. Der IIebel 40 ist. mit dem gegabelten Ende der Kolbenstange 41 einer bekannten Betäti- ;rangsvorrichtung 42 verbunden.
.Jede Drosselklappe 38 kann auf bekannte .1i-t und Weise mittels eines separaten Steuer organs 43 gesteuert werden. Beim gezeich neten Beispiel sind die Betätigungsvorrich tungen elektrisch gesteuerte Vorrichtungen und sind an Stromzuleitungen 45 angeschlos sen; das Steuerorgan 43 ist in diesem Fall ein Elektrosehalter. Die Vorrichtungen. 42 könn ten aber z. B. auch für Druckluftbet.ätigung ausgebildet- sein, in welchem Fall das Steuer <U>organ</U> 43 als Ventil ausgebildet ist.
Werden die drei Drosselklappen 38 miteinander betätigt, so regulieren sie den Zustrom von Verbren nungslift an die drei. Einlässe zur Brennkam mer, und zwar unabhängig vom Zustrom von Kühlluft durch das Rohr 33 in das Aussen gehäuse. Werden aber die drei Drosselklap pen 38 unabhängig voneinander betätigt, so kann die Luftzufuhr an eine der drei Einlass- öffnungen in die Brennkammer unabhängig von den andern verändert oder unterbrochen werden.
Die Betätigungsvorrichtungen 42 können, auf bekannte Art und Weise, alle Drosselklappen 38 zusammen progressiv be wegen oder können diese vollständig schlie- ssen, unabhängig voneinander und aufein- anderfolgend. Ein gleicher Steuermnechanis- mus kann für die Brennstoffventile 28 rechts in Fig.1 vorgesehen sein.
Bei einem abgeänderten Beispiel (Fig.3) sind die drei getrennten Rohre '2a2 durch ein einziges Rohr 23 ersetzt, das an seinem einen Ende zylindrisch ist, aber seine Querschnitts form allmählich ändert, lind zwar von einer ovalen Gestalt entsprechend dem Stutzen 1,c in eine rechteckige Gestalt, die in: die Einlass- öffnnng der Brennkammer passt, wobei nur ein Brenner vom Rohr 23 umschlossen wird.
Es ist jedoch auch möglich, in diesem Rohr drei Brenner vorzusehen.
In einem zweiten abgeänderten Beispiel (Fig. 4) kann alle Kühl- rund Verbrennungs luft durch das Rohr 33 der Fig.1 in das äussere Druckgehäuse einströmen. Dabei fal len die Rohre 25, das Einsatzstück 34 und die Drosselklappen 38 weg, und die Einlassköpfe sind gemäss Fig. 4 abgeändert. Der obere Teil des Einlasskopfes M ist. geschlossen, ausge nommen die Öffnungen für die Brennstoff injektorschäfte.
Die drei Rohre 22a werden von einer Scheibe 2'1a getragen, die, im Ge- gensatz zur früheren. Decltplatte 21, den freien Eintritt von Luft aus dem Aussengehäuse in den Kopf 36 gestattet. Am obern Ende jedes Rohres 2'2a. ist. eine Scheibenblende 48 dreh- bar um seine Zentralachse montiert, um de ren sektorförmige Xusschnitte gegenüber glei chen Öffnungen im obern Deckel des Rohres 22a verdrehen zu können-. Diese Blenden 48 werden durch Drehen eines aussen angebrach ten Griffes 49 verdreht..
An beiden Seiten des Kopfes 36 ist. eine Schneckenspindel 50 drehbar gelagert, deren Schneckengewinde mit einem an jeder Blende 48 gebildeten Zahnsektor 5.3 im Eingriff steht. Der am einen Ende der Spindel 50 befestigte Griff 49 und ein am andern Ende befestigter Bund 52 halten die Spindel. axial fest.. Durch Drehen der Spindel 50 mittels des Griffes 49 werden die drei Blenden 48 zusammen verdreht-. Im Detailgrundriss der Fig. 5 ist eine der Blen den 48, ein Teil der Schneckenspindel 50- und der Griff 49 getrennt von den übrigen Teilen gezeigt.
Somit kann Luft aus dem Aussen- gehäuse in die Rohre 22a einströmen, wenn die Blenden 48 geöffnet. werden. Die Blenden 48 in den drei Köpfen können miteinander oder unabhängig voneinander in der schon für die Drosselklappen 38 beschriebenen Weise betätigt werden.
Im Betrieb gelangt Luft, die von einem Verdichter der Gasturbinenanlage geliefert wird, durch das Kühllufteinlassrohr 33 in das äussere Druckgehäivse und strömt. über die Aussenseite der doppelwandigen Brennkam- mer. Ein Teil der Luft strömt durch die Schlitze in den Hohlraum zwischen den Wän den der Brennkammer zwecks weiteren Küh lend der Kammer,
und die ganze Luft mischt sieh schlussendlich mit den aus der Brenn- kammer strömenden Abgasen.
Wenn die Luftventile 38 bzw. 48 und die Brennstoffventile 28 alle offen sind, so fliesst aus dem Kühlluftstrom abgeleitete Luft, durch die drei Einlassköpfe 19 bzw. 36 und dann durch die Brenner, an die Brennstoff ab gegeben wird und wo die Verbrennung ein setzt, tangential in die Brennkammer. Soll die Abgasmenge aus der Brennkammer ge drosselt werden, so wird .der Brennstof f- zufluss durch Schliessen der Ventile 28 ver ringert.
Gleichzeitig werden die Ventile 38 bzw. 48 zwecks Aufrechthaltens des richtigen Brennstoff-Luftgemisches geschlossen, so dass weniger Verbrennungsluft aus dem Kühl- luftstrom abgezweigt wird.
Im allgemeinen wird der grössere Teil der Luft unter allen Bedingungen als Kühlluft die Verbrennungs- einrichtun,-- durchströmen. Falls es bei nie driger Leistung wünschenswert ist, kann eines der Ventile 3± bzw. 48 vollständig geschlos- sen und das entsprechende, am zugeordneten Einlasskopf angeschlossene Brennstoffventil 28 ebenfalls geschlossen werden.
Die Luft, die sonst. & ireh dieses Ventil geströmt wäre, fliesst nun aber nicht in die beiden andern Verbrennungsluft-Einlassköpfe und stört das Verhältnis von Brennstoff zu Luft nicht, sondern wird zum grössten Teil. dem Luft strom zugeschlagen, der nur zum Kühlen dient.. Die Anordnung gemäss der Erfindung erlaubt einen weiten Betriebsbereich unter Aufrechthaltung des korrekten Brennstoff Luftgemise'hes an jedem Brenner.