DE1120217B

DE1120217B - Burners for gas turbines

Info

Publication number: DE1120217B
Application number: DER25858A
Authority: DE
Inventors: Robert Noel Penny; Charles Spencer King
Original assignee: Rover Co Ltd
Current assignee: Rover Co Ltd
Priority date: 1956-11-22
Filing date: 1959-07-01
Publication date: 1961-12-21

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

R 25858 Ia/46£R 25858 Ia / £ 46

ANMELDETAG: 1. JULI 1959REGISTRATION DATE: JULY 1, 1959 BEKANNTMACHUNGNOTICE DER ANMELDUNG -OF REGISTRATION - UNDAUSGABEDERANDOUTPUTE

AUSLEGESCHRIFTj 21. DEZEMBER 1961 EDITORIAL DECEMBER 21, 1961

Die Erfindung bezieht sich auf Brenner für Gasturbinen, bei denen der aus der Düse austretende Kraftstoffstrahl mit in Drallströmung versetzter Luft von gegenüber dem Brennraum höherem Druck gemischt wird. Die Erfindung kann insbesondere bei 5 Gasturbinen angewendet werden, die mit konstanter Drehzahl laufen und nicht als Haupttriebwerk eines Flugzeugs, sondern beispielsweise über einen elektrischen Generator zum Antrieb von verschiedenen Hilfsaggregaten oder im Flugzeug befindlichen Geraten verwendet werden oder die dazu dienen, ein stehengebliebenes Haupttreibwerk des Flugzeugs wieder anzulassen.The invention relates to burners for gas turbines, in which the emerging from the nozzle Fuel jet mixed with air set in swirl flow at a higher pressure than in the combustion chamber will. The invention can be applied in particular to 5 gas turbines, which with constant Speed run and not as the main engine of an aircraft, but for example via an electric one Generator to drive various auxiliary units or devices located in the aircraft are used or are used to restore a stopped main engine of the aircraft to start.

Es sind bereits Brenner bekannt, denen Luft mit höherem als dem Brennkammerdruck so zugeführt wird, daß sie in Drallströmung versetzt und mit dem austretenden Kraftstoff gemischt wird. Derartige Brenner werden bei Zündvorrichtungen benutzt, mit denen der einer Brennkammer zugeführte Hauptkraftstoff gezündet wird. Jedoch lassen sich derartige Einrichtungen nur bis zu einer gewissen Flughöhe verwenden. Burners are already known to which air is supplied at a pressure higher than the combustion chamber pressure is that it is set in a swirl flow and mixed with the exiting fuel. Such Burners are used in ignition devices that control the main fuel supplied to a combustion chamber is ignited. However, such devices can only be used up to a certain altitude.

Es ist weiterhin bekannt, für Zündbrenner eine Sauerstoffzufuhr vorzusehen, die die Zündung erleichtern soll. Diese Brenner sind jedoch ausschließlich für die Zündung gedacht und werden nach dem Einsetzen der Hauptverbrennung stillgelegt.It is also known to provide an oxygen supply for pilot burners to facilitate ignition target. However, these burners are only intended for ignition and will be used after insertion the main incineration shut down.

Ziel der Erfindung ist es, einen Brenner zu schaffen, der auch in großen Höhen ein sicheres Wiederzünden ermöglicht und dauernd betrieben werden kann.The aim of the invention is to create a burner that can be safely reignited even at great heights and can be operated continuously.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß beim Anlaßvorgang durch Betätigungeines Steuerventils Sauerstoff statt Luft zugeführt wird.This object is achieved according to the invention in that during the starting process by actuating a Control valve is supplied with oxygen instead of air.

Nach einem weiteren Merkmal kann das Steuerventil die Umschaltung von Luft auf Sauerstoff beim Erreichen einer vorbestimmten Turbinendrehzahl vornehmen. According to a further feature, the control valve can switch from air to oxygen when Carry out reaching a predetermined turbine speed.

Dadurch wird sichergestellt, daß der Sauerstoffverbrauch auf ein Mindestmaß beschränkt wird und der Brenner nach der Zündung allein mit Luft als Sauerstoffträger weiterarbeitet.This ensures that oxygen consumption is kept to a minimum and that the After ignition, the burner continues to work with air alone as an oxygen carrier.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und wird im folgenden im einzelnen erläutert. The invention is shown for example in the drawing and is explained in detail below.

Fig. 1 zeigt, hauptsächlich im Schnitt, schematisch die Ausbildung eines Kraftstoffsystems für eine Hilfsgasturbine gemäß der Erfindung;Fig. 1 shows, mainly in section, schematically the design of a fuel system for an auxiliary gas turbine according to the invention;

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den Brenner der Fig. 1.FIG. 2 shows an enlarged section through the burner of FIG. 1.

In Fig. 1 ist die Brennkammer der Hilfsgasturbine im ganzen mit A, die Kraftstoffpumpe mit B, der Brenner für GasturbinenIn Fig. 1, the combustion chamber of the auxiliary gas turbine is shown as a whole with A, the fuel pump with B, and the burner for gas turbines

Anmelder:Applicant:

The Rover Company Limited, Solihull, Warwickshire (Großbritannien)The Rover Company Limited, Solihull, Warwickshire (Great Britain)

Vertreter:Representative:

Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8Dr. W. Müller-Bore and Dipl.-Ing. H. Gralfs, Patent attorneys, Braunschweig, Am Bürgerpark 8

Robert Noel Penny und Charles Spencer King, Solihull, Warwickshire (Großbritannien), sind als Erfinder genannt wordenRobert Noel Penny and Charles Spencer King, Solihull, Warwickshire (Great Britain), have been named as inventors

Sauerstoffvorratsbehälter mit C und das Steuerventil mit D bezeichnet. Diese Teile sind nicht im richtigen Größenverhältnis zueinander dargestellt.Oxygen storage tank is labeled C and the control valve is labeled D. These parts are not shown in the correct proportions to one another.

Die Brennkammer ist mit einem äußeren und einem inneren Gehäuse 11 bzw. 12 versehen, deren stromaufwärts liegende Enden geschlossen sind. Die Hauptförderung eines nicht dargestellten Verdichters wird einem kreisringförmigen Gehäuse 13, 14 zugeführt,, das fest mit einem Befestigungsring 15 verbunden ist, der an einem am stromabwärts liegenden Ende des Gehäuses 11 befestigten Flansch 16 gehalten wird. An seinem stromabwärts Hegenden Ende ist das Gehäuse 12 durch einen venturidüsenartigen Teil 17 α, 176 mit einer Ausströmdüse 18 für die Verbrennungsgase verbunden. Ein Rohrstück Ϊ9, das im Abstand von dem Teil 17 a, 17 b liegt, ist an seinem stromabwärts liegenden Ende durch einen Flansch 20 befestigt, der zwischen dem Ring 15 und dem Flansch 16 gehalten wird.The combustion chamber is provided with an outer and an inner housing 11 and 12, the upstream ends of which are closed. The main delivery of a compressor, not shown, is fed to an annular housing 13, 14 which is firmly connected to a fastening ring 15 which is held on a flange 16 fastened to the downstream end of the housing 11. At its downstream end, the housing 12 is connected to an outflow nozzle 18 for the combustion gases by a venturi-nozzle-like part 17 α, 176. A pipe section Ϊ9, which is at a distance from the part 17 a, 17 b , is fastened at its downstream end by a flange 20 which is held between the ring 15 and the flange 16.

Durch die stromaufwärts liegende Wandung 17 a des venturiartigen Teiles ragt eine Anzahl von auf einem Kreis liegenden Einlaßrohren 21 für die Hauptverbrennungsluft hindurch, von denen einige nur durch Kreuze 21 α angedeutet sind. Die Verdichterluft kann aus dem Gehäuse durch eine Anzahl von Öffnungen 22 in der Wandung 14, die durch einen Dichtring 14 α mit der Düse 18 verbunden ist, entweder innerhalb des Gehäuses 11 stromaufwärts strömen oder durch eine Anzahl von Öffnungen 23 in die Düse eintreten. Der Hauptteil der stromaufwärts strömenden Verdichterluft tritt durch die Rohre 21 alsHaupt-A number of protrudes through the upstream wall 17 a of the venturi-like part a circle lying inlet pipes 21 for the main combustion air through, some of which only are indicated by crosses 21 α. The compressor air can be removed from the housing through a number of openings 22 in the wall 14 through a sealing ring 14 α is connected to the nozzle 18, either flow within the housing 11 upstream or enter the nozzle through a number of openings 23. The main part of the upstream Compressor air passes through pipes 21 as the main

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verbrennungsluft ein, während der Rest durch Hehre Löcher 24 in dem stromaufwärts liegenden geschlossenen Ende des Gehäuses 12 hindurchtritt und als Kühlung für die Innenfläche dient. Die durch die Öffnungen 23 eintretende Luft dient zur Verdünnung der aus dem Gehäuse 12 stromabwärts strömenden heißen Gase. Die Luftströmungen sind in Fig. 1 durch Pfeile dargestellt.combustion air, while the remainder is closed through holes 24 in the upstream one Passes through the end of the housing 12 and serves as cooling for the inner surface. The through the Air entering openings 23 serves to dilute the air flowing downstream from the housing 12 hot gases. The air currents are shown in Fig. 1 by arrows.

Die nicht dargestellte Hilfsgasturbine ist so ausgelegt, daß sie mit einer konstanten Drehzahl die Hilfsaggregate beispielsweise über einen elektrischen Generator antreibt. Aus diesem Grunde ist die Kraftstoffpumpe, die von der Turbinenwelle angetrieben werden kann, so angeordnet, daß sie die Kraftstoffzufuhr zu dem Brenner bemißt.The auxiliary gas turbine, not shown, is designed so that they run the auxiliary units at a constant speed, for example via an electric generator drives. Because of this, the fuel pump is driven by the turbine shaft can be arranged to meter the fuel supply to the burner.

Die den Rotor 25 der Kraftstoffpumpe antreibende Welle 26 ist mit einer Verbindungskupplung 27 versehen und dreht sich in einem einzigen langen Lager in einem inneren Ansatz 28 einer Stirnplatte 29 eines Außengehäuses. Dieses Gehäuse ist mit einer Seitenwand 30 und einer gegenüberliegenden Stirnplatte 31 ^; versehen, die eine Nockenfläche 32 aufweist, welche mit Gleitstücken 33 zusammenwirkt, die sich am äußeren Ende einer Anzahl von auf einem Kreis parallel zueinander angeordneten Kolben befinden, die in Zylindern des Pumpenrotors liegen. Die drei Kolben liegen dabei achssymmetrisch in gleichem Abstand voneinander.The shaft 26 driving the rotor 25 of the fuel pump is provided with a connecting coupling 27 and rotates in a single long bearing in an inner shoulder 28 of an end plate 29 of an outer housing. This housing is provided with a side wall 30 and an opposite end plate 31 ^; provided which has a cam surface 32 which cooperates with sliders 33 which are located at the outer end of a number of pistons arranged in a circle parallel to one another and which lie in cylinders of the pump rotor. The three pistons are axially symmetrical at the same distance from one another.

Der Kraftstoff wird dem Inneren des Pumpengehäuses aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter durch eine Rohrleitung 34 zugeführt und von der Pumpe durch eine Leitung 35 ausgestoßen. Soweit ist die Pumpe von bekannter Bauart; im vorliegenden Fall ist jedoch noch ein von einem durch Fliehkraft betätigten Ventil gesteuerter Rücklaufkanal vorgesehen, der Kraftstoff vom Brenner wegleitet, wenn die Turbine Überdrehzahl erreicht. Dabei wird der bewegliche Teil 36 des Rücklaufventils von einem Ende einer Blattfeder 37 getragen, deren anderes Ende an einem Teil 38 sitzt, der vom Pumpenrotor getragen wird und mit diesem umläuft. Der auf diese Weise zurückströmende Kraftstoff tritt in das Innere des Gehäuses 29, 30, 31 ein und gelangt wieder zum Pumpeneinlaß. Diese Vorrichtung ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.The fuel is taken from the inside of the pump housing from a storage container (not shown) fed through conduit 34 and discharged from the pump through conduit 35. So far the pump of a known type; in the present case, however, is still one of a centrifugal force operated valve controlled return channel provided, the fuel away from the burner, if the turbine has reached overspeed. In this case, the movable part 36 of the return valve is of a End of a leaf spring 37 carried, the other end of which sits on a part 38 of the pump rotor is carried and circulates with it. The fuel flowing back in this way enters the interior of the housing 29, 30, 31 and reaches the pump inlet again. However, this device is not Subject of the invention.

Der in die Leitung 35 geförderte Kraftstoff wird durch eine Rohrleitung 39 einem Einlaßrohr 40 eines einzelnen Brenners zugeführt, der am besten in Fig. 2 zu erkennen ist. Das innere Ende des Rohres 40 ist innerhalb eines Außenrohres 42, das dichtend in einer Bohrung eines außenliegenden Ansatzes 43 des Gehäuses 11 sitzt, mit einem Anschlußstück 41 verbunden. Dieses enthält ein Armkreuz 44, das das Rohr 40 koaxial innerhalb des Außenrohres 42 hält. Dieses ist mit einem Deckel 45 versehen, der in der Mitte ein Loch aufweist, in das ein am innenliegenden Ende des Anschlußstückes 41 sitzender Zapfen 46 eingreift.The fuel delivered into the line 35 is an inlet pipe 40 through a pipe 39 supplied to the individual burner, which can best be seen in FIG. The inner end of the tube 40 is within an outer tube 42 which is sealingly in a bore of an external extension 43 of the housing 11 is seated, connected to a connector 41. This contains a spider 44 that the tube 40 holds coaxially within the outer tube 42. This is provided with a cover 45, the one in the middle Has a hole into which a pin 46 seated at the inner end of the connection piece 41 engages.

Das Anschlußstück 41 ist mit einem seitlichen Ansatz 47 versehen, in dem eine Kraftstoffdüse 48 von einem Stopfen 50 unter Zwischenlage eines Dichtringes 51 gehalten wird, der in das Anschlußstück eingeschraubt wird. Der Ansatz 47 faßt in die Ausnehmung eines Düsenringes 52 ein und drückt diesen in Höhe einer Öffnung 53 gegen die Innenwandung des Rohres 42.The connector 41 is provided with a lateral extension 47 in which a fuel nozzle 48 of a plug 50 is held with the interposition of a sealing ring 51 which is screwed into the connecting piece will. The approach 47 engages in the recess of a nozzle ring 52 and pushes it in Height of an opening 53 against the inner wall of the tube 42.

Der im Einlaßrohr 40 befindliche Kraftstoff wird durch einen Kanal 54 im Anschlußstück 41 und eine Anzahl von Drallbohrungen 49 in die Düse 48 geleitet. Der Sauerstoffträger wird, wie weiter unten erläutert wird, dem kreisringförmigen Raum zwischen den Rohren 40 und 42 zugeführt und strömt zwischen den Armen des Armkreuzes 44 und durch Kanäle 55 im Düsenring 52 hindurch. Diese Kanäle 55 sind gegenüber einem Radius des Ringes 52 geneigt angeordnet, so daß in dem Kreisringraum um die Spitze der Kraftstoffdüse 48 herum ein Wirbel des Sauerstoffträgers erzeugt wird, so daß ein Gemisch aus Kraftstoff und Sauerstoffträger als zerstäubter Strahl 56 in die Brennkammer eintritt.The fuel in the inlet pipe 40 is through a channel 54 in the connector 41 and a Number of swirl bores 49 passed into the nozzle 48. The oxygen carrier will be as below is explained, supplied to the annular space between the tubes 40 and 42 and flows between the arms of the spider 44 and through channels 55 in the nozzle ring 52. These channels 55 are opposite a radius of the ring 52 inclined so that in the annular space around the tip the fuel nozzle 48 around a vortex of the oxygen carrier is generated, so that a mixture of Fuel and oxygen carriers enter the combustion chamber as an atomized jet 56.

Die Einlaßrohre 21 für die Luft sind relativ zum Rohr 42 derart angeordnet, daß die aus den Rohren austretende Luft zunächst stromaufwärts an dem Rohr 42 vorbeiströmt und dann in radialer Richtung nach außen schwenkt und, wie es durch den Pfeil 57 in Fig. 1 angedeutet ist, stromabwärts strömt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Strahl 56 in den Wirbel innerhalb der Schleife des Pfeiles 57 gespritzt wird.The inlet pipes 21 for the air are arranged relative to the pipe 42 in such a way that the out of the pipes exiting air first flows upstream past the pipe 42 and then in the radial direction pivots outward and, as indicated by arrow 57 in Fig. 1, flows downstream. the The arrangement is such that the beam 56 enters the eddy within the loop of the arrow 57 is injected.

Der Sauerstoffträger wird dem kreisringförmigen Raum zwischen den Rohren 40 und 42 aus einer Leitung 58 zugeführt, deren eines Ende durch eine Überwurfmutter 59 an einer mit Außengewinde versehenen, radialen, rohrförmigen Verlängerung60 eines Verbindungsstückes 61 befestigt ist. Die eine Seite des in dem Verbindungsstück vorgesehenen Auges faßt dichtend um das äußere Ende des Rohres 42 herum, während die andere Seite des Auges dichtend an einer Erweiterung 62 anliegt, die in der Nähe des äußeren Endes des Rohres 40 liegt.The oxygen carrier is the annular space between the tubes 40 and 42 from a Line 58 supplied, one end of which is connected to an externally threaded through a union nut 59, radial, tubular extension 60 of a connecting piece 61 is attached. One side of the the eye provided in the connector grips sealingly around the outer end of the tube 42, while the other side of the eye is sealingly against an enlargement 62, which is near the outer one End of the tube 40 is.

Um die Verbrennung in Gang zu bringen, wird ein Dreiweghahn 63 so betätigt, daß unter Druck stehender Sauerstoff aus einer Druckflasche 64 über ein Druckminderventil 65, das mit einer drosselnden Öffnung versehen ist, dem Rohr 58 zugeführt wird. In Fig. 1 ist der Hahn in dieser Stellung dargestellt.In order to start the combustion, a three-way valve 63 is operated in such a way that pressurized oxygen is supplied to the pipe 58 from a pressure bottle 64 via a pressure reducing valve 65 which is provided with a throttling opening. In Fig. 1 the cock is shown in this position.

Wenn die Verbrennung in Ordnung ist, wird der Hahn im Uhrzeigersinn um eine Vierteldrehung weitergedreht, um die Sauerstoffzufuhr abzusperren und das Rohr 58 mit einer Leitung 66 zu verbinden, die von einem Teil des Verdichters kommt, der einen höheren Druck aufweist als derjenige, der die Luft in das Kreisringgehäuse 13, 14 liefert, so daß sich ein Druckgefälle für die durch die Öffnung 53 in die Brennkammer strömende Luft ergibt.If the combustion is OK, turn the tap further clockwise a quarter turn, to shut off the oxygen supply and to connect the tube 58 to a line 66, the comes from a part of the compressor that has a higher pressure than the one that the air in the annular housing 13, 14 supplies, so that a pressure gradient for the through the opening 53 in the Combustion chamber results in flowing air.

Der Hahn 63 kann so ausgebildet sein, daß er von Hand betätigt wird. Andererseits kann er auch automatisch von der Sauerstoff- auf die Luftzufuhr umgestellt werden, wenn sich die richtige Verbrennung eingestellt hat. Für diesen Zweck kann ein Zeitschalter verwendet werden, oder die Anordnung kann beispielsweise so getroffen werden, daß, wenn die Hilfsturbine einen elektrischen Generator antreibt, der erzeugte Strom auf eine auf die Frequenz ansprechende elektrische Einrichtung einwirkt, die den Hahn betätigt, wenn die Turbine eine Drehzahl erreicht hat, bei der die Verbrennung in Ordnung ist.The cock 63 can be designed so that it is operated by hand. On the other hand, it can also do it automatically can be switched from the oxygen to the air supply when the combustion is correct has set. A timer can be used for this purpose, or the arrangement can for example be made so that when the auxiliary turbine drives an electrical generator, the The electricity generated acts on an electrical device that responds to the frequency, the tap operated when the turbine has reached a speed at which combustion is OK.

Der in der Zeichnung dargestellte Brenner ist stromaufwärts, d. h. entgegen der Hauptluftströmung durch das Gehäuse 12 gerichtet. Der Brenner kann jedoch auch stromabwärts gerichtet sein.The burner shown in the drawing is upstream, i. H. against the main air flow the housing 12 directed. However, the burner can also be directed downstream.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Burner for gas turbines, in which the fuel jet emerging from the nozzle is also in a swirl flow offset air from opposite that

Combustion chamber higher pressure is mixed, characterized in that during the starting process by actuating a control valve (63) oxygen is supplied instead of air.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the control valve (63) the switching from air to oxygen when a predetermined turbine speed is reached.

Considered publications: German Patent Specifications No. 962 391, 1 008 963, 271.

For this purpose, 1 sheet of drawings