DE1153570B

DE1153570B - Verbrennungsvorrichtung fuer Gasturbinenanlagen

Info

Publication number: DE1153570B
Application number: DER27766A
Authority: DE
Inventors: Arthur Henry Lefebvre; Stewart Crichton Miller
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1959-04-17
Filing date: 1960-04-14
Publication date: 1963-08-29
Also published as: US3088280A; GB904142A

Description

Bekannt sind Verbrennungsvorrichtungen für Gasturbinenanlagen mit einem Luftgehäuse und einem Flammrohr in diesem, wobei das Flammrohr an einem Ende einen Einlaß für Primärluft, Brennstoffinjektoren an dem Primärlufteinlaß und Mittel für die Zuführung einer Kühlflüssigkeit in das Flammrohr an zwei Stellen seiner Länge besitzt.

Bei einer bekannten Ausführung erfolgt die Injektion von Kühlflüssigkeit vor oder hinter dem Verbrennungsraum oder an beiden Stellen. Dabei wird ein Teil der Kühlflüssigkeit verdampft, bevor diese den Verbrennungsraum erreicht, und zwar dadurch, daß Wärme von benachbarten Teilen der Maschine absorbiert wird. Die Folge ist, daß die Kühlflüssigkeit einen maximalen Kühleffekt in der Primärverbrennungszone nicht ausübt.

Bei einer anderen bekannten Ausführung findet die erste Injektion der Kühlflüssigkeit durch Düsen statt, die durch stromabwärts des Primärlufteinlasses eingelassene Bohrungen gerichtet sind. Da der allgemeine Strom in dem Verbrennungsraum dazu neigt, die Flüssigkeit von der Primärverbrennungszone mitzunehmen, wird eine wesentliche Menge des ersten Teiles der Flüssigkeit nicht in der Zone verdampft, sondern in Richtung gegen das stromabwärts gelegene Ende des Flammrohres, so daß auch hier ein maximaler Kühleffekt in der Primärverbrennungszonenichteintritt.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß die Zerstäuber- oder Sprühvorrichtung für den ersten Teil der Kühlflüssigkeit so angeordnet ist, daß sie in dem Luftgehäuse in einen Kanal sprüht, welcher die Primärverbrennungsluft zu dem Primärlufteinlaß der Verbrennungskammer führt.

Bei einer Verbrennungsvorrichtung, die in an sich bekannter Weise mit einem Kühlflüssigkeitsverteiler versehen ist, der zu den beiden Sprühvorrichtungen führende Verteilerarme aufweist, ist die Anordnung erfindungsgemäß zweckmäßig so getroffen, daß die einen Verteilerarme zu den Sprühvorrichtungen führen, die in Flucht mit dem Lufteinlaßkanal und stromaufwärts desselben liegen.

Handelt es sich um eine Verbrennungseinrichtung, bei welcher in an sich bekannter Weise das Luftgehäuse ringförmig ist und in dem ringförmigen Luftgehäuse ein Ring von Flammrohren angeordnet ist, liegt die sekundäre Sprühvorrichtung zwischen zwei Flammrohren und sprüht Kühlflüssigkeit in die beiden Rohre.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel. Es stellt dar

Fig. 1 den Axialschnitt durch eine Verbrennungsvorrichtung,

Verbrennungsvorrichtung
für Gasturbinenanlagen

Anmelder:

Rolls Royce Limited,
Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Weickmann, Dr.-Ing. A. Weickmann

und Dipl.-Ing. H. Weickmann, Patentanwälte,
München 27, Möhlstr. 22

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. April 1959 und 7. April 1960
ao (Nr. 13 273)

Arthur Henry Lefebvre,
Mackworth, Derby, Derbyshire,

und Stewart Crichton Miller,

Allestree, Derby, Derbyshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2 den Grundriß zu Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 2, teilweise aufgebrochen.

Die Verbrennungsvorrichtung gemäß der Zeichnung ist nach Art eines Turbo-Ringes ausgeführt; d. h., sie besitzt ein ringförmiges Luftgehäuse und eine Reihe von Flammrohren, die innerhalb des Luftgehäuses in einem Ring angeordnet sind.

Das Luftgehäuse besteht aus einer äußeren Ringwandung 10, welche das stromabwärts gelegene Ende einer Außenwand 11, die einen Teil des Diffusorauslasses des Kompressors der Maschine bildet, mit einem Turbinengehäuse 12 verbindet. Das Luftgehäuse umfaßt ferner eine innere Ringwand 13, die eine Verlängerung der Innenwand 14 des Diffusorauslasses ist, und an ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Querwand 15 trägt, an welche innere Enden von Turbineneinlaß-Leitschaufeln 16 angeschlossen sind.

Jedes Flammrohr 17 wird im Inneren des Ringraumes zwischen den Wandungen 10, 13 getragen, so

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daß Durchgangskanäle 18 für den Luftstrom von dem Diffusor 11, 14 rund um die Außenseite des Flammrohres entstehen. Jedes Flammrohr 17 hat an seinem Einlaßende einen Konstruktionsteil 19, der den Einlaß 20 für Primärverbrennungsluft bildet, und an auf die Längen verteilten Stellen Öffnungen 21, 22, durch welche Luft aus den Kanälen 18 in das Flammrohr eintritt. Jedem Flammrohr 17 ist ein Brennstoffinjektor 23 zugeordnet, gemäß Ausführungsbeispiel eine Zerstäuberdüse für die Abgabe eines fein zerstäubten Strahles von flüssigem Brennstoff in die primäre Verbrennungszone 24, wobei dieser Brennstoff mit der durch den Kanal 20 in das Flammrohr eintretenden Primärluft zur Verbrennung gebracht wird. Die Verbrennungsprodukte zusammen mit der durch Öffnungen 21, 22 in das Flammrohr eintretenden Zusatzluft verlassen das Flammrohr 17 am Auslaßende desselben durch eine Düse 25, um in die Maschine einzutreten. Der Brennstoff wird dem Injektor 23 durch ein Rohr 26 zugeführt.

Unter manchen Betriebsbedingungen, z. B. wenn die umgebende Lufttemperatur hoch ist, findet ein Abfall in dem durch die Anlage erzeugten Schub statt. Bei bekannten Anordnungen wird der Schub wiederhergestellt durch Injektion eines Kühlmittels in die Flammrohre im Bereich der Öffnungen 22, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, mehr Brennstoff zu injizieren und zu verbrennen. Indessen wurde gefunden, daß eine derartige Injektion von Kühlmittel die Rauchentwicklung der Maschine steigert. Diese Rauchzunahme wird verursacht infolge der Anwesenheit von durch größere Wassertropfen getragenen Kohlepartikeln in den Abgasen. Bei den niedrigen Temperaturen, welche in den Regionen vorherrschen, wo das Kühlmittel injiziert wird, wird die Kohle unvollständig verbrannt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung der Kühlmittelinjektion getroffen, welche die Wiederherstellung des Schubes ohne übermäßige Rauchentwicklung ermöglicht. Erreicht wird dies dadurch, daß ein Teil der Kühlflüssigkeit der Primärluft zugeführt wird, so daß die Temperatur der primären Verbrennungszone 24 auf einen Wert reduziert wird, bei welchem nur wenig oder kein Rauch entsteht, während der andere Teil des flüssigen Kühlmittels in das Flammrohr stromabwärts der primären Verbrennungszone 24 eingeführt wird.

Gemäß der gezeichneten Ausführungsform findet als Kühlmittel Wasser Verwendung, das einem den Diffusor 11, 14 umschließenden Verteiler 30 entnommen wird; der Verteiler besitzt Abzweigungen 31, die zu Sprühvorrichtungen 32 (eine pro Flammrohr 17) führen; diese Sprühvorrichtungen sind innerhalb des Diffusors 11, 14 angeordnet und fluchten stromabwärts der Einlaßkanäle mit diesen.

Sie zerstäuben die Kühlflüssigkeit in die zur primären Verbrennungszone strömende Luft. Außerdem besitzt der Verteiler 30 Abzweigungen 33, die zu Sprühvorrichtungen 34 führen, welche an der Wandung 10 des Luftgehäuses zwischen den Flammrohren angeordnet sind und das flüssige Kühlmittel durch die Öffnungen 22 in den Flammrohren 17 auf jeder Seite derselben einsprühen.

Es wurde festgestellt, daß auf diese Weise die Primärluft nicht so viel Kühlflüssigkeit enthält, um ein Erlöschen der Flamme zu verursachen, wie dies eintreten könnte, wenn die gesamte Kühlflüssigkeit in den Primärluftstrom injiziert würde. Gleichzeitig wird das Gemisch in der primären Verbrennungszone 24 ausreichend gekühlt, um eine nennenswerte Rauchentwicklung zu verhindern. Die Gesamtmenge an injiziertem Kühlmittel kann so gewählt werden, daß ein

ίο guter Schub gewährleistet wird.

Wenn Wasserinjektion für die Verstärkung des Schubes Verwendung findet, dann wird das Flammrohr einer sehr hohen thermischen Belastung unterworfen, was eine drastische Abkürzung der Lebensdauer der Flammrohre zur Folge hat. Durch Injektion von Wasser an dem stromaufwärts gelegenen Ende und durch die hierbei stattfindende Reduzierung der Temperatur in der primären Verbrennungszone werden die thermische Belastung und die dar- aus resultierende Beanspruchung des Flammrohres wesentlich verringert, besonders an dem heißesten Teil des Rohres; und hieraus ergibt sich eine beträchtliche Steigerung der Lebensdauer der Flammrohre.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verbrennungsvorrichtung für Gasturbinenanlagen mit einem Luftgehäuse und einem Flammrohr in diesem, wobei das Flammrohr an einem Ende einen Einlaß für Primärluft, Brennstoffinjektoren an dem Primärlufteinlaß und Mittel für die Zuführung einer Kühlflüssigkeit in das Flammrohr an zwei Stellen seiner Länge besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuber- oder Sprühvorrichtung (32) für den ersten Teil der Kühlflüssigkeit so angeordnet ist, daß sie in dem Luftgehäuse in einen Kanal (20) sprüht, welcher die Primärverbrennungsluft zu dem Primärlufteinlaß der Verbrennungskammer führt.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Kühlflüssigkeitsverteiler, der zu den beiden Sprühvorrichtungen führende Verteilerarme aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Verteilerarme (31) zu den Sprühvorrichtungen (32) führen, die in Flucht mit dem Lufteinlaßkanal (20) und stromaufwärts desselben liegen.

3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher das Luftgehäuse ringförmig ist und in dem ringförmigen Luftgehäuse ein Ring von Flammrohren angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Sprühvorrichtung (34) zwischen zwei Flammrohren (17) liegt und Kühlflüssigkeit in die beiden Flammrohre sprüht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1020 989,
508;

britische Patentschriften Nr. 785 210, 644719, 319;

»Power Engineering« Bd. 63, Nr. 6 (Juni 1959), S. 93 bis 95.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen