CH682002A5 - - Google Patents

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CH682002A5
CH682002A5 CH3273/86A CH327386A CH682002A5 CH 682002 A5 CH682002 A5 CH 682002A5 CH 3273/86 A CH3273/86 A CH 3273/86A CH 327386 A CH327386 A CH 327386A CH 682002 A5 CH682002 A5 CH 682002A5
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CH
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carburetor according
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swirl
outlet
Prior art date
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CH3273/86A
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John William Vinson
Pamela-Kwong Chi-Ping
Paul Edward Sabla
Original Assignee
Gen Electric
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Description

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CH 682 002 A5
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Gasturbinentriebwerksvergaser gemäss dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
Neuere Fortschritte in der Kohle- und Biomas-senvergasertechnik haben ein wachsendes Interesse an Lufteinblasvergaser-Gasturbinentrieb-werksanlagen sowohl für stationäre als auch für mobile Energieerzeugungszwecke mit sich gebracht. In Abhängigkeit von der Art des Kohleoder Biomassenmaterials, das dem Vergaser zugeführt wird, sowie vom Vergasertyp, werden Heizgase erzeugt, die relativ niedrige Wärmewerte von etwa 3,72 bis etwa 5,58 MJ/m3 oder etwa 100 bis 150 BTU (BTU/SCF) haben, was im folgenden als gasförmiger Brennstoff oder einfach als Brennstoff niedrigen Wärmewertes bezeichnet wird.
Schiffs- und Industriegasturbinentriebwerke werden meistens von Flugzeuggasturbinentriebwer-ken abgeleitet, bei denen üblicherweise Vergaser benutzt werden, die Luft mit einem zerstäubten flüssigen Brennstoff vermischen, der relativ hohe Wärmewerte hat. Zwei Beispiele von herkömmlichen Gasturbinentriebwerksvergasern, die einen flüssigen Brennstoff zerstäuben, um ihn mit Luft zu vermischen, sind in den US-PS 4 180 974 und 3 853 273 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.
Ein Schiffs- und Industrietriebwerk ist typisch mit dem Flugzeugtriebwerk, von dem es abgeleitet wird, im wesentlichen identisch. Einige Schiffs- und Industrietriebwerke werden jedoch baulich verändert, damit sie mit alternativen Brennstoffen, wie beispielsweise Erdgas, arbeiten können. Erdgas hat einen Wärmewert von etwa 32 bis etwa 34 MJ/m3 etwa 850 bis etwa 900 BTU/SCF), der niedriger ist als der flüssiger Brennstoffe, die einen relativ höheren Wärmeinhalt haben. Zur Verwendung von Erdgas ist ein herkömmlicher Zerstäubungs-brennstoffinjektor in dem Vergaser nicht erforderlich oder nicht verwendbar und wird typisch durch einen relativ einfachen Gasinjektor ersetzt.
Ein bekannter Heizgasinjektor weist ein Gaszuführrohr und eine einfache, hohle Injektorspitze auf, die mehrere Öffnungen hat, welche direkt in stromabwärtige Richtung längs der Mittellinie einer typischen Brennkammer weisen. Für ein relativ grosses Schiffs- und Industrietriebwerk können die Spitzenauslassöffnungen auf vorbestimmte Weise bemessen werden, damit sie einen ausreichenden Volumendurchsatz an Erdgas für die Verbrennung liefern. Selbstverständlich muss, sofern das grundlegende Schiffs- und Industrietriebwerk mit seinem entsprechenden Flugzeugtriebwerk im wesentlichen identisch ist, der Volumendurchsatz an Erdgas demgemäss proportional höher sein als der Volumendurchsatz an flüssigem Brennstoff, der für den Entwurfsenergiebedarf des Triebwerks erforderlich ist, um den relativ niedrigeren Wär-meinhalt von Erdgas im Vergleich zu dem des flüssigen Brennstoffes zu berücksichtigen.
Es ist jedoch festgestellt worden, dass bei relativ kleinen Brennkammern, wie sie in von Flugzeugtriebwerken abgeleiteten kleinen Schiffs- und Industrietriebwerken anzutreffen sind, die Venwendung eines herkömmlichen Erdgasinjektors nicht akzeptabel ist. Beispielsweise im Hinblick auf den relativ hohen Brennstoffvolumendurchsatz, der erforderlich ist, um die Entwurfserfordernisse des Triebwerks zu erfüllen, führen Raumbeschränkungen des herkömmlichen Drallkörpers oder Verwirblers, der in dem Vergaser der Brennkammer benutzt wird, zu einer Beschränkung der maximalen Durchströmungs-querschnittsgrösse der Brennstoffinjektorspitzen-auslassöffnungen und zu relativ hoher Ausströmgeschwindigkeit der durch sie hindurchgehenden Gase. Die Ausströmgeschwindigkeit würde so hoch sein, dass sich das Gas mit der Luft aus dem Drallkörper nicht richtig vermischen könnte und statt dessen als Strahl durch die Brennkammer geleitet würde, ohne darin richtig vermischt und verbrannt zu werden.
Es ist demgemäss Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Vergaser für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen.
Weiter soll durch die Erfindung ein neuer und verbesserter Vergaser geschaffen werden, der zur Verwendung in einem relativ kleinen Gasturbinentriebwerk geeignet ist, bei dem ein gasförmiger Brennstoff benutzt wird.
Ferner soll durch die Erfindung ein Vergaser geschaffen werden, der einen neuen und verbesserten Brennstoffinjektor hat, welcher in Zusammenwirkung mit einem Drallkörper oder Verwirbler Brennstoff relativ niedrigen Wärmewertes der Brennkammer zuführt.
Ausserdem soll durch die Erfindung ein Vergaser geschaffen werden, der einen neuen und verbesserten Brennstoffinjektor hat, welcher in Zusammenwirkung mit einem Drallkörper ein Gemisch aus einem brennbaren Gas und Luft einer relativ kurzen Brennkammer zuführt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss im Kennzeichnungsteil des ersten Anspruches gelöst.
Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen umschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teil-Längsschnitt durch einen herkömmlichen Heizgasinjektor,
Fig. 2 einen Teil-Querschnitt der Injektorspitze des Injektors nach Fig. 1 längs der Linie 2-2,
Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt eines Brennkammerbereiches eines Gasturbinentriebwerks mit einem Vergaser gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4 einen Teil-Längsschnitt des kuppeiförmigen Endes der Brennkammer und des Vergasers nach Fig. 3, in grösserem Mssstab,
Fig. 5 eine Endansicht des Brennstoffinjektors nach Fig. 4, und
Fig. 6 einen Längsschnitt der Injektorspitze nach den Fig. 4 und 5.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen herkömmlichen Vergaser 10, der eine Brennkammer eines Schiffs- und Industrietriebwerks mit einem Gemisch aus Luft und
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einem gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, versorgt. Der Vergaser 10 hat einen herkömmlichen, gegenläufigen ringförmigen Drallkörper oder Verwirbler 12 und einen Brennstoffinjektor 14 zur Zufuhr von Brennstoff zu dem Drallkörper 12. Der Injektor 14 hat eine zylindrische Spitze 16, die in einem stromaufwärtigen Ende des Drallkörpers 12 angeordnet ist. Die Spitze 16 hat eine kreisförmige hintere Endfläche 18, die mehrere Auslassöffnungen 20 aufweist, welche rechtwinklig zu ihr angeordnet sind. Der Drallkörper 12 weist eine erste Reihe 22 und eine zweite Reihe 24 von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden Drallblechen oder Wirbelschaufeln auf, welche die Luft in entgegengesetzte Richtungen leiten und verwirbeln.
Im Betrieb wird Brennstoff über die Öffnungen 20 in stromabwärtiger Richtung abgegeben und mit Luft aus der ersten Reihe 22 und der zweiten Reihe 24 von Drallblechen vor dem Eintritt in die Brennkammer (nicht dargestellt) vermischt. Bei einer relativ grossen Brennkammer, beispielsweise mit einer Länge von etwa 406 mm (16 Zoll) von dem Injektor 14 bis zu dem Auslassende der Brennkammer, ist der Vergaser 10 in der Lage, gasförmigen Brennstoff mit ausreichenden Volumendurchsätzen zum Betreiben des Triebwerks in dessen Entwurfszustand zu liefern, der anfänglich für die Verwendung eines flüssigen Brennstoffes festgelegt worden ist. Es hat sich gezeigt, dass eine akzeptable Verbrennung erfolgt, sofern die Öffnungen 20 ausreichend gross gemacht werden können, um einen ausreichend hohen Volumendurchsatz an Gas zu liefern, ohne dass dieses in der Brennkammer eine übermässige Geschwindigkeit aufweist.
Bei einem relativ kleinen Gasturbinentriebwerk mit relativ kleiner Brennkammer hat es sich jedoch gezeigt, dass der in den Fig. 1 und 2 dargestellte bekannte Vergaser 10 nicht einfach verkleinert werden kann, um den Volumendurchsatz an Gas niedrigen Wärmewertes zu liefern, der zum Erzielen des äquivalenten Wärmeinhalts eines flüssigen Brennstoffes erforderlich ist. Das ist beispielsweise darauf zurückzuführen, dass der herkömmliche Drallkörper 12 die Grösse der Injektorspitze 16 baulich begrenzt, wodurch der Ausströmquerschnitt der Öffnungen 20 begrenzt wird.
Demgemäss muss zum Erzielen des Volumendurchsatzes an Gas durch die Öffnungen 20 eine übermässig hohe Gasgeschwindigkeit in diesen Öffnungen erzeugt werden. In einer kleinen Brennkammer würde das Gas deshalb einen Strahl durch die Brennkammer erzeugen, der sich nicht wirksam mit der Luft vermischen und darin richtig verbrennen würde.
Fig. 3 zeigt einen Teil-Längsschnitt einer herkömmlichen Brennkammer 26 mit einem Vergaser 28 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Die Brennkammer 26 weist ein ringförmiges inneres Flammrohr 30 mit Abstand von einem ringförmigen äusseren Flammrohr 32 und eine ringförmige Kuppel 34 auf, die die stromaufwärtigen Enden derselben miteinander verbindet und ein Brennkammereinlassende bildet. Die Brennkammer 26 hat ausserdem ein Auslassende 36, durch das die Verbrennungsgase an eine herkömmliche Turbinendüse 38 abgegeben werden. Ein herkömmlicher Diffusor 40 ist stromaufwärts der Brennkammer 26 angeordnet und führt verdichtete Luft 42 aus einem herkömmlichen Verdichter (nicht dargestellt) zu.
Der Vergaser 28 weist den herkömmlichen Drallkörper oder Verwirbler 12 und einen Injektor 44 für gasförmigen Brennstoff gemäss einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung auf.
Der Injektor 44 weist ein geeignetes Zuführrohr 46 und eine hohle Injektorspitze 48 in Strömungsverbindung mit diesem auf.
Ein gasförmiger Brennstoff 50 wird dem Injektor 44 auf herkömmliche Weise zugeführt. Der Brennstoff 50 wird von der Spitze 48 aus in den Drallkörper 12 abgegeben, wo er mit Luft 42 vermischt und in die Brennkammer 26 geleitet wird. Die Brennkammer 26 ist relativ kurz und hat eine Brennlänge L von der Spitze 48 zu ihrem Auslassende 36 von etwa 170 mm (6,7 Zoll). Der Vergaser 28 nach der Erfindung führt den gasförmigen Brennstoff 50 relativ niedrigen Wärmewertes der Brennkammer 26 mit ausreichenden Volumendurchsätzen zum Erzielen der akzeptablen herkömmlichen Leistung der Brennkammer 26 zu, die der äquivalent ist, die erzielt würde, wenn ein herkömmlicher Vergaser und flüssiger Brennstoff verwendet würden.
Der Vergaser 28 ist ausführlicher in Fig. 4 gezeigt. Der Drallkörper 12 weist einen ersten Rohrflansch 52 auf, in welchem die Injektorspitze 48 lose abgestützt ist. Ein zweiter Rohrflansch 54 ist mit Abstand stromabwärts vom ersten Flansch 52 angeordnet und weist einen ersten, vertikalen Teil 56 auf, der zusammen mit einem vertikalen Teil 58 des ersten Flansches 52 die ersten Drallbleche 22 trägt, die an ihnen fest angebracht sind.
Der zweite Flansch 54 hat einen ringförmigen horizontalen Teil 60, der eine ringförmige Innenfläche 62 hat. Der horizontale Teil 60 hat ein stromaufwär-tiges Ende 64, das mit dem vertikalen Teil 56 fest verbunden ist, und ein stromabwärtiges Ende 66. In der dargestellten Ausführungsform bildet die Innenfläche 62 ein Venturi, das einen konvergierenden Teil 68 hat, der sich zu einem Verengungsteil 70 mit einem kleinen Durchmesser erstreckt, und einen divergierenden Teil 72, der sich vom Verengungsteil 70 zum stromabwärtigen Ende 66 erstreckt. Der Drallkörper 12 weist weiter einen ringförmigen Tragflansch 74 auf, der einen vertikalen Teil 76 mit Abstand von dem vertikalen Teil 56 des zweiten Flansches 54 hat, die gemeinsam zwischen sich die zweiten Drallbleche 24 festhalten. Mit einem inneren Ende des vertikalen Teils 76 ist ein horizontaler Teil 78 fest verbunden, der vom horizontalen Teil 60 des zweiten Flansches 54 beabstandet ist, so dass diese zwischen sich einen ringförmigen Kanal 80 bilden. Der Drallkörper 12 ist mit der Kuppel 34 durch einen Tragring 82 fest verbunden, welcher die Kuppel 34 mit dem Tragflansch 74 fest verbindet.
Der Drallkörper 12 ist herkömmlich und leitet die Luft 42 in bezug auf eine erste Längsmittelachse 84 des Wirbiers radial nach innen und dann in im wesentlichen axialer Richtung parallel zu der ersten Achse 84 sowohl über die Innenfläche 62 als auch durch den ringförmigen Kanal, um eine gegenläufige Drehung der Luft 42 zu erzielen.
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Die hohle Injektorspitze 48 ist allgemein in Fig. 4 und ausführlicher in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Die Spitze 48 hat eine zweite Längsmittelachse 86, die gemäss der Darstellung in Fig. 4 mit der ersten Achse 84 des Drallkörpers 12 zusammenfällt. Die Spitze 48 hat einen ersten vorderen Teil 88 mit einem Einlassende 90 in Strömungsverbindung mit einem Auslass 92 des Zuführrohres 46. Die Spitze 48 hat weiter einen angeformten hohlen hinteren Teil 94, der sich in Strömungsverbindung von dem ersten Teil 88 aus erstreckt. Der hintere Teil 94 hat eine äussere Oberfläche 96, die mehrere Auslassöffnungen 98 aufweist, welche rechtwinklig zu ihr angeordnet sind.
In den Fig. 4-6 ist die äussere Oberfläche 96 konisch und nimmt im Umfang in stromabwärtiger Richtung von einem Basisende 100 zu einem Spitzenende 102 des hinteren Teils 94 ab. Die äussere Oberfläche 96 ist unter einem Winkel A in bezug auf die zweite Achse 86 schräg ausgerichtet, wobei der Winkel A grösser ist als etwa 0° und kleiner als etwa 90°.
Drei relativ grosse und in gleichem gegenseitigen Umfangsabstand angeordnete Auslassöffnungen 98 sind dargestellt und vorzugsweise dreieckför-mig, um die Grösse des Ausströmquerschnitts des hinteren Teils 94 der Spitze 48 zu maximieren. Jede Auslassöffnung 98 hat eine gleichschenklige Dreiecksform mit einer Basis 104, die an dem Basisende 100 des hinteren Teils 94 angeordnet ist, und mit einer Spitze 106, die auswärts davon in stromabwärtiger Richtung an dem Spitzenende 102 des hinteren Teils 94 angeordnet ist.
Die Injektorspitze 48 gemäss der Erfindung, die oben beschrieben ist, ergibt einen grösseren Gasausströmquerschnitt pro Einheit des Frontflächeninhalts. Bei der Verwendung von identischen Drallkörpern, wie sie in den Fig. 1 und 4 dargestellt sind, ist zu erkennen, dass die Spitzenöffnungen 20 des bekannten Injektors im Querschnitt auf den begrenzt sind, den die kreisförmige Endfläche 18 bietet. Gemäss der Erfindung bietet jedoch die schräg abgewinkelte äussere Oberfläche 96 nach den Fig. 4 und 5 einen grösseren Oberflächeninhalt gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten. Für einen bestimmten Durchmesser der bekannten Injektorspitze 16 und den in dem Drallkörper 12 befestigten ersten Teil 88 der Injektorspitze 48 hat die schräg abgewinkelte äussere Oberfläche 96 einen grösseren Flächeninhalt, weil sie sich auch in stromabwärtiger Richtung erstreckt. Demgemäss ist mehr Oberflächeninhalt zum Vorsehen der Auslassöffnungen vorhanden, wodurch das maximale Ausmass an verfügbarem Flächeninhalt für die Auslassöffnungen 98 vergrössert wird. Das ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, weil durch Vergrössern des Querschnitts der Auslassöffnungen 98 die Geschwindigkeit des Brennstoffs 50, der durch sie abgegeben wird, proportional verringert werden kann.
Damit der Vergaser 28 einen ausreichend hohen Volumendurchsatz an gasförmigem Brennstoff relativ niedrigen Wärmewerts liefert, so dass er dem Wärmeinhalt eines Flüssigbrennstoffvergasers gleichkommt, der ersetzt wird, müssen demgemäss Einrichtungen vorgesehen werden, um einen solchen relativ hohen Volumendurchsatz erzielen zu können, ohne dass die oben beschriebenen unakzeptabel hohen Geschwindigkeiten auftreten.
Weiter ergibt die schiefwinklige äussere Oberfläche 96 einen zusätzlichen Vorteil durch das Abgeben des Brennstoffs 50 unter einem schiefen Winkel in bezug auf die zweite Mittelachse 86 und nicht parallel zu dieser. Das hilft, das Problem eines Strahls von Brennstoff 50 zu reduzieren, der wie oben beschrieben gerade durch die Brennkammer gerichtet wird.
Deshalb hat der Brennstoffzuführrohrauslass 92 eine Auslassfläche B, und die Spitzenausströmöffnungen 98 haben gemeinsam eine Spitzenaus-lassfläche C, die wenigstens so gross wie die Auslassfläche B ist. Eine solche Beziehung kann bei dem bekannten Injektor 14 praktisch nicht benutzt werden, weil es einen unakzeptablen Brennstoffstrahl ergeben würde, der keine akzeptable Brennkammerleistung ergeben würde. Selbstverständlich kann die Spitzenauslassfläche C kleiner oder grösser als die Auslassfläche B sein, je nach den besonderen Entwurfserfordernissen. Der Fachmann wird jedoch anhand der hier angegebenen Lehren feststellen, dass ein grösserer Bereich für die Spitzenauslassfläche C nun zur Verwendung bei jedem besonderen Entwurf zur Verfügung steht.
Weiter hat die äussere Oberfläche des hinteren Teils der Spitze 48 einen Gesamtflächenbereich D. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Spitzenauslassfläche C wenigstens so gross wie D/4. Selbstverständlich wird das Verhältnis des Flächeninhalts C zum Flächeninhalt D gemäss besonderen Entwurfszielen und Konstruktionsüberlegungen bestimmt.
Diese Beispiele für den Ausströmquerschnitt des Rohrauslasses 92, der Spitzenausströmöffnung 98 und der äusseren Oberfläche 96 der Spitze 48 bieten die Möglichkeit eines relativ grossen Brennstoffausströmquerschnitts pro Frontflächeneinheit der Spitze 48 innerhalb der baulichen Beschränkungen des Rohres 46 und des Drallkörpers 12.
Eine zusätzliche Eigenschaft ist die schiefwinklige äussere Oberfläche 96. In der Ausführung nach Fig. 4 ist die äussere Oberfläche 96 so gerichtet, dass der Winkel A vorzugsweise grösser als etwa 0° und kleiner als etwa 45° ist, um die Geschwindigkeitskomponente des Brennstoffs 50 in der radialen Richtung zu vergrössern und die Geschwindigkeitskomponente in der axialen Richtung zu verkleinern.
Der Winkel A beträgt insbesondere 15°.
Ferner ist die Spitze 48 längs der ersten Mittelachse 84 ausgerichtet und innerhalb der axialen Positionen der ersten Drallbleche 22 und der Innenfläche 62 angeordnet. Die Ausströmöffnungen 98 sind im wesentlichen dem konvergierenden Teil 68 der Innenfläche 62 zugewandt.
Diese bevorzugte Ausrichtung der Spitze 48 in bezug auf die Innenfläche 62 gestattet, den Brennstoff 50 aus den Ausströmöffnungen 98 so abzugeben, dass er auf den konvergierenden Teil 68 auftrifft, um dadurch seine Geschwindigkeit teilweise zu reduzieren. Der Brennstoff 50 vermischt sich ausserdem mit der Luft 42, die durch die ersten
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Drallbleche 22 geleitet wird, was bewirkt, dass die Geschwindigkeit des Brennstoffs 50 in stromabwärtiger Richtung durch dieses Vermischen reduziert wird.
Die Luft 42 und der Brennstoff 50, die miteinander vermischt sind, werden dann durch die Venturi-verengung 70 und den divergierenden Teil 72 geleitet, um sich mit der Luft 42 zu vermischen, die durch die zweiten Drallbleche 24 und den Kanal 80 geleitet wird.
Die beschriebene Ausführung ist analysiert und in einer Brennkammer eines relativ kleinen Turbowellentriebwerks der 4-Megawatt-Klasse getestet worden und hat im Vergleich zu einem identischen Triebwerk, bei dem ein herkömmlicher Flüssigbrennstoffvergaser benutzt wird, eine akzeptable Brennkammerleistung ergeben. Es wurde eine konische Injektorspitze 48 benutzt, die eine äussere Oberfläche hatte, welche unter einem Winkel A von 15° angeordnet war, wobei die Spitzenauslassfläche C ungefähr 1,3 B und etwa 0,25 D betrug. Die Brennkammer 26 hatte eine Länge L von etwa 170 mm (6,7 Zoll) und ein Verhältnis von Brennlänge zu Kuppelhöhe von etwa 2,98.
Tests ergaben eine akzeptable Brennkammerleistung für Gase mit Wärmewerten von nur etwa 3,72 MJ/m3 (100 BTU/SCF). Beispielsweise waren die Temperaturprofil- und Musterfaktoren am Auslassende 36 der Brennkammer 26 insgesamt gleich denen einer gleichen Brennkammer mit einem Erdgasbrennstoffinjektor und gleichermassen akzeptabel. Weiter waren diese Faktoren auch im Vergleich zu denjenigen Faktoren, die bei einer Flüssigbrenn-stoff-lnjektorbrennkammer erzielt wurden, akzeptabel.
Es sei angemerkt, dass die benutzten Testeinrichtungen keine Tests mit Brennstoff mit weniger als etwa 3,72 MJ/m3 (100 BTU/SCF) gestatteten. Die Erfindung dürfte aber in Verbindung mit Brennstoffen verwendbar sein, die weniger als 3,72 MJ/m3 (100 BTU/SCF) haben, was sich leicht durch Einrichtungen bestätigen lässt, mittels welchen Tests mit solchen Brennstoffen niedrigeren Wärmewerts durchgeführt werden können.
Demgemäss gestattet der Vergaser 28 mit dem neuen und verbesserten Brennstoffinjektor 44 einem Flüssigbrennstoffgasturbinentriebwerk, gasförmigen Brennstoff relativ niedrigen Wärmewerts zu verbrennen und dabei eine akzeptable Brennkammerleistung mit relativ wenigen Triebwerksmodifizierungen zu erzielen.
Beschrieben worden ist eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, es sind jedoch andere Ausführungen möglich. Beispielsweise können auch andere herkömmliche oder gegenläufig rotierende oder nur in einer Richtung rotierende Drallkörper benutzt werden, obgleich ein besonderer gegenläufig rotierender Drallkörper 12 beschrieben worden ist. Obgleich ein Brennstoffinjektor 44 mit einer geradsei-tigen konischen Spitze 48 beschrieben wurde, können auch Spitzen mit äusseren Oberflächen benutzt werden, die in stromabwärtiger Richtung im Umfang abnehmen. Ferner können, obgleich drei dreieck-förmige Spitzenausströmöffnungen 98 zum Maximieren des Ausströmquerschnittsflächeninhalts bevorzugt werden, andere Ausströmöffnungsformen und -zahlen im benutzt werden.

Claims (16)

Patentansprüche
1. Gasturbinentriebwerksvergaser zum Vermischen von Luft mit einem brennbaren Gas, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ringförmigen Drallkörper (12) mit einer ersten Längsmittelachse (84), eine koaxial zu ihr angeordnete ringförmige Innenfläche (62) und mehrere, am Umfang verteilte Drallbleche (22, 24) aufweist, die mit dem stromaufwärtigen Ende der Innenfläche (62) zum Leiten der Luft (42) über diese Innenfläche (62) verbunden sind, dass er einen Brennstoffinjektor (44) mit einer hohlen Injektorspitze (48) mit einer zweiten Längsmittelachse (86) zum Einbringen des gasförmigen Brennstoffes aufweist und die Injektorspitze (48) einen Einlass (90) zur Aufnahme des Brennstoffes mit einer Einlassgeschwindigkeit hat, und einen hinteren Teil (94) mit einer Aussenfläche (96), die mit mehreren am Umfang voneinander beanstandeten Auslassöffnungen (98) zum Durchlassen des gasförmigen Brennstoffes zur Innenfläche (62) des Drallkörpers (12) und zum Mischen mit Luft von den Drallblechen (22, 24) versehen ist und unter einem Winkel (A) zur zweiten Längsmittelachse (86) schräg ausgerichtet ist, der grösser als 0° und kleiner als 90° ist, und dass diese Auslassöffnungen (98) zur Reduktion der axialen Geschwindigkeit des gasförmigen Brennstoffes auf einen Wert unterhalb der Einlassgeschwindigkeit dienen.
2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Reduktionsvorrichtung mit einer Spitzenauslassfläche C der Spitzenauslassöff-nungen (98) einschliesst, die grösser ist als der Strömungsbereich des Spitzeneinlasses (90).
3. Vergaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsvorrichtung ferner eine Ausrichtung der Spitzenauslassöffnungen (98) in einer zur Innenfläche (62) des Drallkörpers (12) gegenüberliegenden Anordnung aufweist, damit der ausgelassene, gasförmige Brennstoff (50) gegen diese Innenfläche (62) anstösst.
4. Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Teil (94) kegelförmig ist und dessen Auslassöffnungen (98) dreieckförmig sind, die voneinander beabstandet am Umfang angeordnet sind und eine Basis (104) parallel zum Basisende (100) des hinteren Teiles (94) aufweisen, und dass die Spitze stromabwärts gerichtet ist.
5. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (98) in der Aussenfläche (96) des hinteren Teils (94) der Injektorspitze (48) liegen und der Innenfläche (62) des Drallkörpers (12) zugekehrt sind, wobei diese Ausrichtung so gewählt ist, dass eine weitere Reduktion der Geschwindigkeit des ausgelassenen, gasförmigen Brennstoffes (50) durch Aufschlagen auf die Innenfläche (62) und durch Mischen mit Luft erreichbar ist.
6. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektorspitze (48) als ringförmige Hülse ausgebildet ist und einen praktisch zylinderförmigen Vorderteil einschliesst und der hintere
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Teil (94) in stromabwärtiger Richtung einen abnehmenden Querschnittsbereich aufweist.
7. Vergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Teil (94) der Injektorspitze (48) kegelförmig ist.
8. Vergaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (98) der Injektorspitze (48) dreieckig und mit einer Basis (104) und einer Spitze (106) versehen sind und die Spitzen (106) jeweils stromabwärts gerichtet sind.
9. Vergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (104) der Auslassöffnungen (98) am Basisende (100) des hinteren Teils (94) angeordnet ist.
10. Vergaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (62) des Drallkörpers (12) einen Venturi mit einem konvergierenden Teil (68) einschliesslich eines Halses (70) definiert, und dass die Auslassöffnungen (98) den ausgelassenen gasförmigen Brennstoff (50) zum Venturi-hals (70) hin leiten.
11. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des hinteren Teils (94) der Spitze (48) in stromabwärtiger Richtung abnimmt und mit einem Winkel von etwa 15° zur zweiten Längsmittelachse (86) ausgerichtet ist, wobei die Auslassöffnungen (98) relativ zum Einlass (90) so bemessen sind, dass die axiale Geschwindigkeit der ausgelassenen, gasförmigen Brennstoffe (50) auf einen Wert unterhalb der Einlassgeschwindigkeit herabsinkt, und dass die der Innenfläche (62) des Drallkörpers (12) direkt zugekehrten Öffnungen durch Aufschlagen des gasförmigen Brennstoffes (50) auf die Innenfläche (62) und durch Mischen mit der Luft von den Drallblechen (22, 24) eine weitere Geschwindigkeitsreduktion bewirken.
12. Vergaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (98) gegen den konvergierenden Teil (68) der inneren Oberfläche (62) gerichtet sind, um gasförmigen Brennstoffes (50) mit Luft (42) von ersten Drallblechen (22) zu mischen, und dass der Drallkörper (12) ferner eine Vielzahl von am Umfang beabstandet angeordneten zweiten Drallblechen (24) zum Einblasen von Luft aufweist, wobei die zweiten Drallbleche (24) derart positioniert sind, dass sie ein weiteres Vermischen mit einer Abwärtsströmung vom konvergierenden Teil (68) bewirken.
13. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (90) mit einem Brennstoffzufuhrrohr (46) verbunden ist, das eine Auslassfläche B aufweist, die Auslassöffnungen (98) eine Spitzenauslassfläche C haben und die Vorrichtung zur Reduktion der axialen Auslassgeschwindigkeit des gasförmigen Brennstoffes (50) eine Spitzenauslassfläche C aufweist, die grösser ist als die Auslassfläche B.
14. Vergaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche (96) einen Gesamtflächenbereich D aufweist, und die Spitzenauslassfläche C grösser ist als ein Viertel des Gesamtflächenbereiches D.
15. Vergaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (A) zur zweiten Längsmittelachse (86) 15° beträgt.
16. Vergaser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (98) dreieckig sind, die Basis (104) jeweils am Basisende (100) des kegelförmigen hinteren Teils (94) haben, und sich ein Spitzende (102) von dort weg stromabwärts erstreckt.
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