Verbrennungseinrichtung mit Zyklonbrennkammer. Es sind Verbrennungseinrichtungen mit Zyklonbrennkammern, z. B. für Gasturbinen- Kraftanlagen, bekannt, in welchen Brennstoff in Luft verbrannt wird, welche Luft wenig stens annähernd tangential in die Kammer eintritt, in einer Wirbelbewegung gegen die Kammeraehse strömt und dann die Kammer durch einen axialgelegenen Zentralauslass für die Verbrennungsgase verlässt.
In einer solchen Brennkammer können sowohl pulverisierter fester Brennstoff wie auch gewisse schwere Heizöle verbrannt wer den. Zufolge der hohen Betriebstemperatur musste aber eine solche Kampmer bis jetzt aus feuerfestem Material hergestellt werden. Die Brennkammer nach vorliegender Erfindung soll nun ausreichend gekühlt werden, so dass die Kammer somit aus Stahl hergestellt wer den kann.
Die Verbrennungseinrichtung mit Zyklon- brennkammer, nach vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vor gesehen sind, um einen Kühlluftstrom über die Brennkammer zu leiten und zum Wegführen dieser Kühlluft zusammen mit den Verbren- nungspr odukten aus der Brennkammer. Zweckmässig ist die Brennkamnmer in einem Aussengehäuse angeordnet und an diesem durch Haltemittel befestigt, die der Kammer eine gewisse Expansion und Kontraktion. gegenüber dem Aussengehäuse ermöglichen. Ein zwischen dem Aussengehäuse lund der Brennkammer geschaffener Ringraum ist in diesem Fall für den Durchlass des genannten Kühlluftstromes bestimmt.
Die Brennkammer kann doppelwandig ausgebildet sein, wobei durch den Zwischenraum zwischen den beiden Wänden Kühlluft strömen kann.
Bei einem bevorzugtem Ausführungsbei spiel ist der Aussenmantel der doppelwan digen Brennkammer mittels hohler Rippen am Aussengehäuse abgestützt, welche Rippen sowohl zur Versteifung als auch als Kanäle für die zwischen beiden Mänteln durchströ mende Kühlluft dienen. Der Brennkammer- innenmantel kann in getrennte Sektore auf geteilt sein, die ihrerseits so miteinander ver bunden sein können, dass sie ein gewisses Mass von relativer Expansion und Kontraktion erlauben.
Die zur Verbrennung benötigte Luft kann ganz oder zlun Teil vom Kühlluftstrom. ab gezweigt werden. Vorzugsweise strömt die Kühlluft im Brennkammerauslass in die Ver brennungsgase und mischt sich mit; diesen. Insbesondere wird die Kühlluft in zwei Strö men in diesen Auslass abgeleitet, in einem Innenstrom, der sich mit- den Verbrennungs- gasen mischt und in einem ringförmigen Aussenstrom, der die Innenwand des Auslasses bespült und kühlt.
Diesen beiden Kühlluft strömen kann eine Wirbelbewegung in der selben Richtung wie den Verbrennlungsgasen erteilt werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeich nung dargestellt, -Lund zwar zeigt Fig. 1 schaubildlich eine Ansicht der Ver brennungseinrichtung teilweise weggebrochen, Fig. 2. einen Querschnitt, Fig. 3 einen Axialschnitt und Fig. 4 bis 6 Details.
Das äussere Druckgehäuse besteht, wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt, aus einem geflanschten, zylindrischen Körper 1 mit drei Einlassstutzen 1a und aus zwei je mit einem Umfangsflansch und einer zentralen Öffnung versehenen ge wölbten Deckeln 2, die mittels die anein anderstossenden Flanschen durchsetzender Bolzen 3 an den beiden Enden des Körpers 1 festgeschraubt sind. Die im Druckgehäuse lie gende Brennkammer weist drei wenigstens annähernd tangentiale Einlässe auf, die in gleichen Abständen am Kammerumfang an geordnet sind, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Brennkammer ist doppelwandig, ge bildet durch einen Innen- und einen von die sem durch einen engen Zwischenraum ge trennten Aussenmantel, durch welchen Zwi schenraum Kühlluft geleitet wird. Der Aussen mantel besteht aus zwei je mit einer Zentral öffnung versehenen Endplatten 4a, die mit tels sechs Hohlrippen 4d versteift sind, wobei die auf der einen Endplatte angeordneten Rippen mit denen an der andern Endplatte durch die gleiche Anzahl von sich in Achs- richtung erstreckenden Hohlrippen 4e ver bunden sind, die in gleichen Abständen am Kammerumfang angeordnet sind.
Der Um fang jeder Endplatte 4a besteht aus drei Teil spiralen 4b (Fig. 2), die durch wenigstens annähernd radiale Stufen 4c miteinander verbunden sind. Die sechs, durch die hohlen Versteifungsrippen 4d für jede Endplatte 4a gebildeten Kanäle münden in ein un die Zentralöffnung angeordnetes Ringgehäuse; jede dieser Rippen erstreckt sich wenigstens annähernd tangential von diesem Gehäuse zum Plattenumfang. Der Rand jeder Platte 4a ist zu einem Umfangsflanseh aufgebogen, der die Fortsetzung von an den Aussenenden der Rippen 4d vorgesehenen Umfangsflan schen bildet, wie bei 4f angegeben ist.
Zwecks Vervollständigens des Aussenmantels ist eine den Kammerumfang bildende Umhüllung 4g vorgesehen, die aus drei getrennten, geboge nen Teilen mit den Kanäle bildenden, in Achsrichtung verlaufenden, hohlen Verstei fungsrippen 4e besteht.
Die Ränder der gekrümmten Platten 4gl, welche erweiterte Teile an den Enden der Kanäle 4e umfassen, sind mittels Bolzen 14 mit den Umfangsflanschen der Endplatten 4a versehraubt. Der Innenmantel der Brenn- kammer, weleher der Gestalt des Aussenman tels entspricht, besteht aus einer Anzahl ge trennter, mit Rippen versehener und durch Expansionsverbindungen miteinander verbun dener Platten. Jede, mit Zentralöffnung ver sehene Endplatte besteht aus einer Anzahl Sektoren 5a, die durch Wegbrechen des Aussenmantels teilweise in Fig. 1 gezeigt sind.
Der Umfang des Innenmantels besteht aus einer Anzahl gekrümmter Platten 5b, die auch aus Fig. 1 ersichtlich sind. Jede ge krümmte Platte 5b ist beiderends all einem Sektor 5a befestigt und bildet mit diesen den in Fig. 4 in 'Seitenansicht dargestellten Kör per, wobei der Umfangsrand der Platte 5a umgebogen ist, zwecks Bildens eines Flansehes, an dem die Platte 5b, z.
B. durch Schweissen, befestigt ist, wie in Fig. 5 gezeigt- ist. Die gegen den Aussenmantel geriehteten Flächen des Innenmantels sind mit Kühlrippen 5c versehen, deren Gestalt. am besten aus Fig. 5 ersichtlich ist.
Benachbarte Körper überlap pen einander längs der radialgeriehteten Rän der der Sektoren 5a und längs der Ränder der gekrümmten Platten 5b, zwecks Bildens von Nut- und Federverbindungen, die eine Expansion ermöglichen. Jeder Körper hat eine längs diesen Rändern gebildete Nut, wie in Fig. 6 gezeigt, die einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 4 darstellt, zur Auf nahme der Ränder des nächsten Körpers.
Wenn die Platten 5a, .5b aus Blech bestehen, so können die Rippen<B>5e,</B> z. B. durch Sehwei ssen, an ihnen befestigt sein, ebenso wie die Randstreifen 5d, die in. Fig. 6 die Nuten bil den, in -denen die überlappenden Ränder be nachbarter Platten mit Sehiebesitz eingreifen.
Das Schweissen der Rippen sollte möglichst kontinuierlich ausgeführt- werden. An den Platten 5a, 5b sind auch die Warzen 7 fest- geschw eisst, mittels welchen der Innenmantel vom Aussenmantel getrennt gehalten ist.
An den Warzen sind Stiftsehrauben 8 fest geschweisst, die grosse Löcher in den Platten 4na und 4g des Aussenmantels durchsetzen und an diesem mittels Muttern 9 (Fig. 1) be festigt sind, die die Innenmantelkörper fest legen, diesen aber bei der Expansion und Kontraktion eine Relativbewegung ermög- lichen. Wenn die Sektoren 5a und gebogenen Teile 5b aus Guss bestehen, so sind die Rip pen und Nuten mit diesen aus einem Stück gegossen. Die Sektoren 5a können am Um fang auch mit Feder- und Kammverbindun gen unterteilt sein.
Zwischen den Hohlrippen 4d und 4e sind in den Platten 4a und 4g des Aussenmantels die Schlitze 47g angeordnet, die Lufteinlässe in den Hohlraum zwischen den beiden Män teln darstellen, welcher Hohlraum auch mit dem Innern aller hohlen End- und Längsrip pen 4d und 4e in Verbindung steht.
Eine Ringnut, ähnlich den Nuten längs der Ränder der Sektoren 5a, ist um die Zentral öffnung in jeder Endplatte des Innenmantels gebildet, z. B. mittels gebogener Streifen 5e ähnlich den stirnseitig an jedem Sektor befe stigten Streifen 5d (Fig. 4). In diese, eine Expansion erlaubende Nut in der einen End platte des Innenmantels passt der Rand des ausgeweiteten Endes des zylindrischen Roh res 10 (Fig. 3), das den Axialauslass aus der Brennkammer bildet. Das ausgeweitete Ende eines andern, das Rohr 10 umgebenden zylin drischen Rohres 11, ist an den Innenenden der Hohlrippen 4d der benachbarten End- platte 4a des Aussenmantels befestigt, zwecks Bildeis eines ringförmigen Sammelkastens, in den die Hohlrippen münden.
Ein an der andern Endplatte 4a des Aussenmantels bzw. an dessen Hohlrippen 4d befestigtes Rohr 12 ragt in die Brennkammer gegen das Rohr 10 und bildet einen Kühllufteinlass. Das an der andern Endplatte des Innenmantels ähnlich dem Rohr 10 montierte Rohr 13 ist um das Rohr 12 angeordnet und bildet mit diesem einen weiteren ringförmigen Sammlerkasten. Diese Rohre sind am besten aus Fig. 3 ersicht lich, aber das ausgeweitete Ende des Rohres 12 ist in Fig. 1 gezeigt, wo auch die Doppel wand der Brennkammer gezeigt ist, die teil weise weggebrochen ist, zwecks Sichtbarma chens des andern Endes des Rohres 12, das wiederum teilweise weggebrochen ist, um das Ende des Rohres 13 zu zeigen.
Ein weiteres Rohr kann die Brennkammer axial durch setzen und zum direkten Durchleiten von wei terer Kühlluft, z. B. aus der Atmosphäre, dienen.
Die Brennkammer ist im Aussengehäuse mit Abstand von diesem montiert, durch wel- ehen Zwischenraum Kühlluft strömt. Die Hohlrippen 4e sind, wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, mittels Paaren komplementärer Glieder an der zylindrischen Wand 1 des Aussengehäuses abgestützt.
Das eine Glied 16 jedes Paares ist an der Wand 1 des Aussen- gehäwses befestigt und besitzt in bezug auf die zylindrische Form der Wand eine radiale Zunge. Das andere Glied 15 ist an der Rippe 4c befestigt und besitzt einen Kanal, in dem die Zunge 16 mit Schiebesitz liegt. In einem solchen Paar 15, 16 von denen für jede Rippe 4e wenigstens eines vorgesehen ist, verläuft der Kanal axial. Diese Paare erlauben eine Expansion und Kontraktion, halten aber die Brennkammer gegen radiales und umfängli ches Verschieben fest.
Andere, ähnliche Paare 17, 18, von denen wiederum für jede Rippe 4e wenigstens ein Paar vorgesehen ist, weisen einen sich im Umfangssinn erstreckenden Ka nal auf, um die Brennkammer an einer Längs- verschiebung zu hindern.
Ein geflanschtes Einlassrohr 2a mündet in die Zentralöffnung im einen der Enddeckel 2, neben den Rohren 12 und 13 (Fig. 1 und 3) und ist z. B. am Deckel 2 festgeschweisst. Ein geflanschtes Auslassrohr 2b ist auf ähnliche Weise am andern Enddeckel 2 montiert. Die Auslassröhren 10, 11 an der Brennkammer münden in das Auslassrohr 2b.
Gegenüber jedem der drei abgestuften Teile des Brennkammerumfanges, an der Stelle, wo die Einlassöffnungen für Verbren nungsluft und Brennstoff gebildet sind, be- findet sich eine Öffnung im zylindrischen Teil 1 des Aussengehäuses, von welcher ein geflanschter Stutzen la wenigstens annä hernd tangential zum Gehäuse vorspringt. An diesem Stutzen la ist mittels die Flanschen durchsetzende Bolzen 20 der geflanschte Ein lasskopf 19 festgeschraubt, der einen recht- wvinkligen Rohrkrümmer bildet, an dem die Zuleitung für die Verbrennungsluft befestigt werden kann.
Der Kopf 19 ist mittels der mit Öffnungen versehenen Einlassdeckplatte 21 abgeschlossen, die von den Bolzen 20 zwi schen den Flanschen des Kopfes 19 und des Stutzens la des Aussengehäuses festgehalten ist. Der Stutzen 1a und das benachbarte Ende des Kopfes 19 sind im Querschnitt oval zvecks Aufnahme von drei nebeneinanderlie genden Brennern. Jeder Brenner ist von einem Rohr 22 eingeschlossen, welches als Flammrohr dient. Das eine Ende des Rohres 22 ist an der Deckplatte 27 befestigt und passt in eine der in dieser vorgesehenen Öff nungen. Somit kann keine Kühlluft vom Aussengehäuse in das Flammrohr gelangen und überdies schliesst die Deckplatte 21 die Kühlluft im Aussengehäuse von der Luft im Einlasskopf 19 ab.
Diese Rohre 22 sind am genannten Ende zylindrisch, gehen aber gegen ihr anderes Ende hin allmählich in eine Rechteckform über, so dass sie zusammen den Einlassteil der Brennkammer, der durch die Stufenteile 4c und die Enden der gebogenen Umhüllungsplatten 4g bestimmt ist, ausfül len. Diese Gestalt der Rohre 22 geht aus Fig. 1 hervor. Damit sich die Rohre ausdehnen und zusammenziehen können und zwecks Verhin derns einer Störung durch die Expansion und Kontraktion der Brennkammer, sind die reehteekigen Enden der Rohre 22 nicht an der Brennkammer befestigt, sondern mit Schiebesitz im Einlass gelagert, den sie genü gend ausfüllen, unm einnennenswertes Durch sickern von Kühlluft vom Aussengehäuse in die Brennkammer zu verhindern.
Die Brenner 24 brauchen nicht detailliert dargestellt und beschrieben zu werden, da ihre Konstruktion keinen Teil vorliegender Erfindung bildet. Jeder Brenner kann z. B. Mittel zum Aufrechthalten einer stabilen Verbrennungszone, und einen Injektor für flüssigen Brennstoff aufweisen. Der Injektor kann z. B. mit Druckluft arbeiten, wobei der Brennstoff und die Drackluft durch einen rohrförmigen, die Wand des Einlasskopfes 19 durchsetzenden Schaft zugeführt werden. Weiter kann dieser Injektor so ausgebildet sein, dass er von der Aussenseite des Kopfes 19 her ab- und herausgenommen werden kann.
Im Betrieb wird z. B. vom Verdichter einer Gasturbinenanlage Verbrennungsluft in die Einlassköpfe 19 geleitet, die zwecks Ver brennens des Brennstoffes durch die tangen tialen Einlässe ins Innere der Brennkammer strömt. Kühlluft, die z. B. vom gleichen Ver dichter geliefert wird, strömt durch das Ein lassrohr 2a in das äussere Druekgehäuse und bespült das Äussere der doppelwandigen Brennkammer. Ein Teil der Luft strömt cdureh jeden der Sehlitze 4k am Umfang und in jeder Endplatte 4a des Aussenmantels und somit in den Hohlraum zwischen die beiden Mäntel über die Kühlrippen und in die Hohlrippen. Von dort aus kann die Kühlluft über die Hohlrippen 4rd auf beiden Stirn seiten des Aussenmantels in die gelangen.
Der tangentiale Anschluss der durch die Hohlrippen 4d gebildeten Ka näle an die ringförmigen Sammelkästen zwi schen den Rohren 10, 11 und 12, 13 erteilt der in diese Kästen einströmenden Luft eine Wir belbewegung, in der gleichen Riehtung, wie die der Verbrennungsluft durch die taugen tialen Einlässe aufgedriiekte Wirbelbewegung. Dadurch verringert sieh der Druckverlust, wenn sieh die Kühlluft sehlu ssendlieh mit den Verbrennungsgasen mischt.
Der ringförmige Sammelkasten am Auslassende, zwischen den Rohren 10 und 11, ist verlängert und passt in den Auslass 2b des Aussengehäuses und bildet längs der Wandinnenseite des Auslassrohres einen Luftring. Der andere, zwischen den Rohren 12 und 13 befindliche Sammelkasten durchsetzt: die Brennkammer und bildet. einen ringförmigen Luftkern in die Mitte des Aus lassrohres.
Die Verbrennuir-sgase strömen sehlussendlieh aus der Brennkammer durch dlas Auslassrohr 10 und dann durch den Aus lass 2b, zusammen mit den beiden Kühlluft strömen, von denen der eine die heissen Gase umhüllt und der andere einen Kern im Heiss- gasstrom bildet.
Wird eine solche Verbrennungseinrichtung m einer Gasturbinenkraftanlage verwendet, wobei Luft aus dem Verdichter in die Ver brennungseinrichtung gefördert wird und heisse Gase an die Turbine abgegeben werden, und axial zum Verdrehter und zur Turbine montiert, so kann ein weiteres Rohr den zen tralen Raum in der Brennkammer innerhalb der Rohre 10 und 12 durchsetzen und vom äussern Druckgehäuse abgestützt sein. Durch dieses weitere Rohr wird ein zusätzlicher, separater Kühlluftstrom auf das benach barte Turbinen- bzw. Verdichterende gelei tet, um die benachbarten Lager gegen die heisse Brennkammer abzuschirmen. Die ses innerste Rohr kann auch zum Durch führen von Ölleitungs- und Instrumenten anschlüssen an die Lager dienen.
Ist die Brennkammer koaxial zwischen Verdichter und Turbine angeordnet, so durchsetzt die Welle dieses innerste Rohr und ist vom Kühl luftstrom umgeben.