DE1426298A1 - Device for atomizing fuels in combustion chambers of gas turbines - Google Patents
Device for atomizing fuels in combustion chambers of gas turbinesInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means
Description
Die bekannte Vorrichtung erfüllt an sich die gestellte Forderung, den im Ringraum zugeführten und vorbeschleunigten Kraftstoff in dem brennkammerseitigen Hohlraum in einer filmdünnen, sich im Bereich der Grenzschichtdicke haltenden Schicht weiterzufördern und ihn in atominieeiemZustand in die Brennkammer einzubringen. Inebeeondere hat die Anordnung eines Schlitzes anstelle von Bohrwagen den Vorteil, daß Tropfen- und Strahlbil-Aung innerhalb des Zerstäuberkörpers, vor allem an dees®n Abachleuderkante nicht eintreten kann, weil die Haftverbindung zwischen der Flüssigkeit und der Innenwandung des Zerotäuberkörpers vom Ort des Auftreffens dein in form -eines Strahles oder mehrerer Strahlen zugeften Kraftstoffes bis zum Ort des Abschleuderns in die Brennkamer aufrechterhalten wird: Es hat `sich aber herausgestellt, daß der als einseitig freitragender Becher ausgebildete Zerstäuberkörper nicht bei allen Betriebszustanden, insbesondere nicht bei schwierig erfaßbaren, einwandfrei umläuft. Bei Anbrin gung einiger weniger Bohrungen als verbindende Öffnungen -zwischen Ringraum und Hohlraum wird der Kra$tatoffnebel etwa strahlenförmig abgeschleudert, wobei an der Abschleuderkante jeweils zwischen den Strablenbttndo#ln Zonen örtlicher Überhitzung entstehen, die die Gefügestruktur in einer die Festigkeit herab-setzenden Weise beeinträchtigen können. Die Überhitzung kommt dadurch zustande, daß der freitragende Becher sich mit dem iiberwiegenden Teil seiner Länge im Heißbereich der Brennkarnner befindet. Außerdem findet die !.iiechung `'wischen dem Kraftstoffnebel und der vorgeheizten Primärluft erst in Brennkammerraun, also in unmittelbarer Mähe des Zerstäuberkörpers statt, d.h. in dem Bereich, in welchem auch die Verbrennung stattfindet. Der Bechermantel und der Bereich der Abschleuderkante erfährt also keinerlei Kühlung, welcher Zustand noch dadurch begünstigt wird, daß der Kraftstoffnebel durch eine rotierende ringförmige Fläche abgeschleudert wird, die mit geringem Abstand gegenüber einer feststehenden ringförmigen Fläche rotiert.The known device fulfills the requirement that the pre-accelerated fuel supplied in the annulus is conveyed in the combustion chamber-side cavity in a film-thin layer that maintains the boundary layer thickness and that it is introduced into the combustion chamber in an atomic state. In particular, the arrangement of a slot instead of a drill carriage has the advantage that the formation of drops and jets cannot occur inside the atomizer body, especially at the throwing edge, because the adhesive bond between the liquid and the inner wall of the Zerotäuberkörpers from the point of impact is maintained in the form of a jet or several jets of fuel until it is thrown off into the combustion chamber: It has been found, however , that the atomizer body, which is designed as a cantilevered cup, does not rotate properly in all operating conditions, especially not when it is difficult to detect. When a few bores are made as connecting openings between the annular space and the cavity, the fuel mist is thrown off in a roughly radial pattern, with localized overheating occurring at the throw-off edge between the strable areas, which impair the structure in a way that reduces the strength can. The overheating is caused by the fact that the self-supporting cup is located with the predominant part of its length in the hot area of the fuel. In addition, the smell between the fuel mist and the preheated primary air only takes place in the combustion chamber, i.e. in the immediate vicinity of the atomizer body, i.e. in the area in which the combustion also takes place. The beaker jacket and the area of the throw-off edge are therefore not cooled at all, which state is further promoted by the fact that the fuel mist is thrown off by a rotating annular surface which rotates at a small distance from a stationary annular surface.
Da der Zerstäuberkörper infolge der fliegenden, Anordnung ohnehin zum Flattern neigt, treten als Folge der aus der Überhitzung resultierenden Erscheinungen im Bereich des Randes, aber auch am Mantel des Zerstäuberkörpers bleibende Formänderungen auf, die, obwohl symmetrisch ausgebildet, unerwünscht sind, weil sie die Laufruhe beeinträchtigen.Since the atomizer body due to the flying, arrangement anyway flutter tends to occur as a result of the phenomena resulting from overheating permanent changes in shape in the area of the edge, but also on the jacket of the atomizer body which, although they are symmetrical, are undesirable because they make the running smoothness affect.
Ferner kommt es unter bestimmten Betriebsbedingungen bei Anbringung eines Schlitzes als verbindende Öffnung zwischen Ringraum und Hohlraum infolge der geringen Dicke des Kraftstoffilmes an der Innenwand des Zergtäuberbechers unter der Hitzeeinwirkung zur teilweisen Verkokung des Kraftstoffes in dem becherförmigen Innenraum des Zerstäuberkörpers.It also occurs under certain operating conditions when attached a slot as a connecting opening between the annular space and the cavity as a result of the small thickness of the fuel film on the inner wall of the Zergtäuberbechers under the effect of heat for the partial coking of the fuel in the cup-shaped Interior of the atomizer body.
Die geschilderten nachteiligen Erscheinungen der bekannten Zerstäubervorrichtung
sollen nach der Erfindung dadurch vermieden werden, daß der Zerstäuberkörper aus
zwei an der Nabe aneinanderliegenden Scheiben besteht,
Für den Zerstäuberkörper nach der Erfindung sind verschiedene Bauvarianten möglich. Bei einer Variante steht der Hohlraum mit dem Ringraum außer über die Kraftstoffdurchtrittsöffnungen noch über Öffnungen zur Zuführung von Verdichterluft in Verbindung. Diese bauliche Ausführung bietet den Vorteil, daß der zwischen den beiden Scheiben eingeschlossene Hohlraum innerhalb des Zerstäuberkörpers als Lüschraum dient und somit bereits ein Kraftstoffnebel-Luftgemisch in die Brennkammer eingebracht wird.There are different construction variants for the atomizer body according to the invention possible. In a variant, the hollow space with the annular space stands apart from the fuel passage openings connected via openings for the supply of compressor air. This structural Execution has the advantage that the enclosed between the two discs The cavity within the atomizer body serves as a Lüschraum and thus already a Fuel mist-air mixture is introduced into the combustion chamber.
Bei einer weiteren Variante sind zusätzlich vorzugsweise an der Schleuderscheibe im Bereich des Spaltes radiale Stege angebracht, deren Höhe mit derjenigen des Schlitzes übereinatimunt. Diese Stege wirken als Radialschaufeln und tragen zur Förderung des aus dem Schlitz austretenden Gemisches bei.In a further variant, they are also preferably on the centrifugal disk In the area of the gap radial webs are attached, the height of which corresponds to that of the slot agree. These webs act as radial blades and contribute to the promotion of the mixture emerging from the slot.
Diese vorstehend aufgeführten und andere Zwecke sind durch die Erfindung erzielbar, sie sind in der nachstehenden Beschreibung erläutert und ebenso aus den sich anschließenden Ansprüchen ersichtlich, und zwarin Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die einen Bestandteil der Anmeldung bilden und in welchen zeigen$ FiG. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbine, in welcher die Erfindung verwirklicht ist; Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches des Brennkammereintrittes mit einer Variante der Vorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt aus der Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Gasturbine; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung wie nach Fig. 2, jedoch mit einer anderen Variante der Vorrichtung nach der Erfindung; FiG. 4 eine vergrößerte Darstellung einer Einzelheit einer dritten Variante der Vorrichtung nach der Erfindung.These above and other purposes are supported by the invention achievable, they are explained in the following description and also from the subsequent claims apparent, namely in link with the attached drawings, which form part of the application and in which show $ FiG. 1 shows a longitudinal section through a gas turbine in which the Invention is realized; Fig. 2 is an enlarged view of the area of the Combustion chamber inlet with a variant of the device according to the invention in longitudinal section from the illustration of the gas turbine shown in FIG. 1; Fig. 3 is an enlarged Representation as in FIG. 2, but with a different variant of the device according to FIG the invention; FiG. 4 shows an enlarged illustration of a detail of a third Variant of the device according to the invention.
Die in Fig. 1 dargestellte Gasturbine ist i.1 der ',Meise aufgebaut, daß die atmosphärische Luft in einen radial angeordneten Ringkanal 5 eines in der Zeichnung links befindlichen, am Verdichtertragkörper 6 befestigten Radialverdichters einströmt. In Portsetmzng des den Luftführungskanal 0 des Verdichters einschließenden Gehäuse: 7 ist ein ringförmiger -ailtel vorgesehen, der einen durch die radier 1e "land 10 begrenzten, sogenannt.en Brennkammerkesselraum 11 zur Aufnahme der verdichteten atmosphärischen Luft umschließt. Innerhalb des Mantels 9 befinden sich, in Richtung der Längsachse gesehen, hinter dem Radialverdichter eine Brennkammer 12 und eine zweistufige Turbine 13, deren Innenraum durch eine besondere Abdeckung 14 gegenüber dem Kesselraum 11 abgeschlossen ist, um ein unerwünschtes Eindringen der verdichteten Luft in den Raum hinter der Brennkammer 12 zu verhindern. An der radialen Trennwahd 10 ist im Anschluß an den von der Abdeckung 14 begrenzten LIeridiankanal der Turbine 13 mittels des Flansches 15 ein zweiter ringförmiger Mantel 16 befestigt, der einen Raum 18 zur Aufnahme der aus der Turbine 13 austretenden heißen Abgase umschließt. Durch Anordnung eines zentralen Formkörpers 17 hat der Raum 18 ringförmige Gestalt und ist zur Erhöhung des Druckgefälles in der Turbine 13 als Diffusor ausgebildet.The gas turbine shown in Fig. 1 is built i.1 the ', Meise, that the atmospheric air in a radially arranged annular channel 5 one in the Drawing on the left, attached to the compressor support body 6 centrifugal compressor flows in. In the port set of the enclosing the air duct 0 of the compressor Housing: 7 there is a ring-shaped shaft, which is inserted through the erasers 1e "land 10 limited, so-called.en Combustion chamber chamber 11 for inclusion the compressed atmospheric air. Located within the jacket 9 Seen in the direction of the longitudinal axis, there is a combustion chamber behind the centrifugal compressor 12 and a two-stage turbine 13, the interior of which is covered by a special cover 14 is closed off from the boiler room 11 to prevent undesired penetration to prevent the compressed air in the space behind the combustion chamber 12. At the radial separating wall 10 is connected to the LIeridiankanal bounded by the cover 14 a second annular jacket 16 is attached to the turbine 13 by means of the flange 15, the one space 18 for receiving the hot exhaust gases emerging from the turbine 13 encloses. By arranging a central molded body 17, the space 18 is annular Shape and is designed to increase the pressure drop in the turbine 13 as a diffuser.
Die über den Ringkanal 5, der im Bereich niedriger Luftgeschwindigkeiten durch Verbindungsrippen zusammengehalten ist, eintretende teuft wird durch den Verdichterrotor 19 und in dem sich anschließenden, als Diffusor wirkenden Strömungskanal 8 auf den entsprechenden Verdichterenddruck gebracht, mit welchem sie in den Brennkammerkesselraum 11 gelangt und über die in der Brennkammerwand befindlichen Öffnungen in die DrennkamMer 12, in der die Luft zusätzlich aufgeheizt vrird. 'Die aus der Brennkammer 12 austretenden heißen Gase werden über Zeitschaufeln 20 den Luftschaufeln 21 der ersten Stufe und über Leitschaufeln 22 den Laufschaufeln 23 der zweiten Stufe der Turbine 13 zugeführt, aus der die expandierten Gase in axialer Richtung in den den Abgasstutzen bildenden Raum 18 eintreten, um die Gasturbine schließlich über die Austrittsöffnung 24 zu verlassen.The one via the ring channel 5, the one in the range of low air velocities is held together by connecting ribs, entering is teuft through the compressor rotor 19 and in the adjoining, acting as a diffuser flow channel 8 on the brought the corresponding compressor end pressure with which it enters the combustion chamber boiler room 11 and through the openings in the combustion chamber wall into the DrennkamMer 12, in which the air is additionally heated. 'The ones from the combustion chamber 12 escaping hot gases are over time blades 20 the air blades 21 of the first stage and via guide vanes 22 the rotor blades 23 of the second stage of the Turbine 13 supplied, from which the expanded gases in the axial direction in the Exhaust pipe forming space 18 enter to the gas turbine finally over the To leave outlet opening 24.
Der Turbinenrotor 25 ist in den Lagern 26, 27 drehbar, von denen das im Verdichtertragkörper 6 eingebaute, brennkammereeitige, als Schulterkugellager ausgebildete Lager 26 die auftretenden Axialkräfte aufnimmt. Das andere, turbinenseitige Lager 27 ist in einen Lagerträger 30 eingebaut, der von sternförmig angeordneten Haltestreben 29 getragen wird. Mit dem an der radialen Trennwand 10 befestigten Flansch 15 ist zix diesem Zwecke in Verlängerung des Mantels 9 noch ein weiterer ringförmiger Iiantel 28 fest verbunden, an welchem wiederum das andere Ende der Haltestreben 29 befestigt ist. Um die heißen Abgase von den Haltestreben 29 fernzuhalten, sind dieee von strömungsgerecht geformten hohlen Rippen 31 Leben, die von dem den Raum 18 umschließenden Mantel 16 und von der Plandung des zentralen Formkörpers 17 gehalten werden.The turbine rotor 25 is rotatable in the bearings 26, 27, of which the Built into the compressor support body 6, on the combustion chamber side, as shoulder ball bearings trained bearings 26 absorbs the axial forces occurring. The other, turbine-side Bearing 27 is built into a bearing bracket 30, which is arranged in a star shape Holding struts 29 is worn. With the one attached to the radial partition wall 10 Flange 15 is zix this purpose in extension of the jacket 9 yet another ring-shaped Iiantel 28 firmly connected to which in turn the other end of the Holding struts 29 is attached. In order to keep the hot exhaust gases away from the retaining struts 29, are thee of flow-oriented hollow ribs 31 life, which from the the Space 18 enclosing jacket 16 and from the planing of the central molded body 17 are held.
Auf der brennkanmerbeitigen Seite des Turbinenrotors 25 ist der scheibenförmige
Zerstäuberkörper 32, 33 befestigt,
der den Gegenstand der Erfindung
bildet und der infolge der Befestigung auf dem Turbinenrotor 25 mit der Umlaufzahl
des Rotors rotiert, die im Bereich von etwa 30 000 bis 50 000 n . min-1 liegt. Zum
Antrieb des Verdichterrotors 19 dient eine Welle 34, die in Lagern 35, 36 drehbar
ist, von denen das eine Lager 35 im Gehäusemantel 7 des Eintrittsstutzens und das
andere Lager 36 im Verdichtertragkörper 6 eingebaut ist. Der Turbinenrotor 25 und
der Verdichterrotor 19 sind in an sich bekannter Weise durch einen nicht dargestellten
Zuganker verbunden, der durch die Bohrung 37 der '.7elle 34 hindurchgeführt ist,
An dem freien Ende der den Verdichterrotor 19 tragenden Vdelle 34 befindet sich
der Anschlußstutzen 38 für die Abnahme der Nutzleistung der Turbine 13, beispielsweise
für den Antrieb von Feuerlösch- oder Notstromaggregaten in Industriebetrieben, von
Kühlaggregaten in Eisenbahnkühlwaggons, von Lenzpumpen auf Schiffen und von Straßen-Schienenfahrzeugen.
in jedem Falle ist zwischen Gasturbine und Nutzleistungsaggregat ein entsprechend
bemessenes Untersetzungsgetriebe geschaltet. Der Turbinenrotor 25 ist in üblicher
Weise an seinen beiden Enden durch Labyrinthanordnungen gegenüber Räumen mit kreisprozeßbedingten
Druckunterschieden-bzw. gegenüber der Atmosphäre abgedichtet, und zwar im Bereich
des Zerstäuberkörpers 32, 33 durch das Labyrinth 39 und im Bereich des turbinenseitigen
Lagers 27 des Turbinenrotors 25 durch das Labyrinth 40.
Die in Fig. 3 dargestellte Variante entspricht in ihrem Aufbau grundsätzlich dem Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Variante; die für gleiche Bauteile verwendeten Bezugszeichen sind daher mit einen Beistrich versehen. Diese Bauart unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten darin, daß unterhalb bzw. innerhalb der Bohrungen 45f für die Kraftstoffzuführung in der ITähe der habe in der Spritzscheibenwand noch weitere, größere Bohrungen 54# zum Einführen von Luft in den Hohlraum 43' angebracht sind. Die für die Verbrennung des Kraftstoffes erforderliche atmosphärische Luft gelangt aus dem Brennkammerkesselraum über die zentrale Bohrung 47# des Ringraumes in den Ringraum. Die dritte Variante, von der in Fig. 4 nur eine Einzelheit dargestellt ist, entspricht in ihrem Aufbau grundsätzlich dem Aufbau der in Fig. 2 bzw. Pig. 3 dargestellten Variante; die für gleiche Bauteile verwendeten Bezugszeichen sind daher mit zwei Beistrichen versehen. Diese Bauart unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten darin, dafl zusätzlich an der Schleuderscheibe im Bereich des Spaltes radial- verlaufende Stege 55#t vorgesehen sind, deren Höhe der.Spalthöhe entspricht.The variant shown in Fig. 3 basically corresponds in its structure the structure of the variant shown in FIG. 2; those used for the same components Reference characters are therefore provided with a comma. This type of construction differs differs from that shown in Fig. 2 in that below or within the bores 45f for the fuel supply in the vicinity of the was in the splash screen wall still further, larger bores 54 # made for introducing air into the cavity 43 ' are. The atmospheric air required to burn the fuel comes out of the combustion chamber through the central bore 47 # of the annulus in the annulus. The third variant, of that in Fig. 4 only one Detail is shown, basically corresponds in their structure to the structure that in Fig. 2 and Pig. 3 variant shown; those used for the same components Reference symbols are therefore provided with two commas. This type of construction differs differs from the one shown in FIG. 3 in that it is additionally located on the centrifugal disk radially extending webs 55 # t are provided in the area of the gap, their height corresponds to the gap height.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEV0022372 | 1962-04-17 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1426298A1 true DE1426298A1 (en) | 1969-05-08 |
Family
ID=7579804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19621426298 Pending DE1426298A1 (en) | 1962-04-17 | 1962-04-17 | Device for atomizing fuels in combustion chambers of gas turbines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1426298A1 (en) |
-
1962
- 1962-04-17 DE DE19621426298 patent/DE1426298A1/en active Pending
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