DE1751929C3 - Zerstäuberdüse zur Aufbereitung von flüssigem Brennstoff für Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zerstäuberdüse zur Aufbereitung von flüssigem Brennstoff für Gasturbinen mit ringförmig um eine axiale Luftführung angeordneten Austrittsöffnungen für den Brennstoff, denen esn am abströmseitigen Ende der axialen Luftführung angeordneter. Wirbelschaufeln aufweisender Drallerzeuger nachgeordnet ist. und mit einem koaxial zu der Luftführung liegenden weiteren Lufteinlaß.

Eine Vorrichtung der vorgenannten Art ist aus der DTPS 380 936 bekannt. In dem Zerstäuber der bekannten Düse wird der Brennstoff zum einen durch Führungen unmittelbar in den durch die axiale Luftführung geführten Luftstrom gegeben und zum anderen durch Spiralnuien an der abströmseitigen Stirnfläche des Zerstäubers. Der aus den Brennstofführungen und den feinen Spiralnuten des Zerstäuberkörpers austretende Brennstoff wird vom axialen Luftstrom erfaßt und vor dem D^rallerzeuger zusätzlich durch Luft durchwirbelt, die von dem weiteren, koaxialen Lufteinlaß aus über tangentiale Kanäle zugeführt wird. Dieses Gemisch entweicht dann durch den Drallerzeuger.

Außerdem gehört es durch das Fachbuch »Die Gasturbine« von ). Kruschik,2. Auflage. Springer-Verlag, Wien I960. Seiten 317/325. insbesondere Seiten 320/321. zum Stand der Technik, die Wirbelschaufeln des Drallerzeugers koaxial um eine axial geführte Brennstoffdüse anzuordnen. Bei dieser Konstruktion wird die Luft zunächst durchwirbelt und erst nach Verlassen der Wirbelschaufeln mit dem aus der Düse austretenden Brennstoff gemischt. In dem Fachbuch von K r u s c h i k wird diese Ausführungsform als Standardausführung für moderne Triebwerke bezeichnet.

Es genort weiterhin zum Stand der Technik, die Zerstäu^-ing von Brennstoffen durch ein Prallblech oder eine Abreißkante zu fördern. Für eine für den Senkrechtstart bestimmte Gasturbine wird in der GB-PS 947 808 vorgeschlagen, den aus einer am Brennkammerrand angeordneten Düse austretenden Brennstoffstrahl auf ein Prallblech zu richten, welches sich in Brennkammerlängsrichtung erstreckt. Das Prallblech ist an seinem abströmseitigen Ende zurückgebogen. Bei 6$ dieser Zerstäuberdüse trifft nahezu der gesamte Brennstoff auf dem Prallblech auf, zerstäubt zum Teil, während er in Richtung auf das zurückgebogene Ende strömt während ein Teil erst dann zerstäubt, wenn er das abströmseJtige tiKfedes Prallblechs im Bereich der zurückgebogeneoSnaen verläßt

In der GB-PS 985 739 wird vorgeschlagen, den flüssigen Brennstoff zentral in einer Luftführung zuzuführen, wobei die Brennstoffzufuhr am Ende der Luftführung in mehreren konzentrisch angeordneten Düsen mündet In axialer Verlängerung kurz hinter den Düsen ist ein kegelförmiges Prallblech angeordnet, das mit Abstand von einem kegeligen Mantel umgeben und von diesem über Flügel getragen ist Die Brennstoffdüsen weisen in Richtung auf den von Mantel und Prallblech gebildeten Ringraum. Die Arbeitsweise dieser Düse ist so, daß Luftstrom und flüssiger Brennstoff gleichzeitig zwischen Mantel und Prallblech aufeinandertreffen und dabei der Brennstoff zerstäubt wird. Außerdem fördert das Prallblech die wei'ere Zerstäubung des Brennstoff-Lufi-Gemisches. Im Sinne der gestellten Aufgabe wird durch den geneigt zur axialen Achse zugeführten Luftstrom auBerdem eine Verkohlung der Düsenmündung vermieden.

Außerdem ist es aus der CH-PS 260 433 bekannt, den flüssigen Brennstoff mit größerer Geschwindigkeit senkrecht zu einem axial zugeführten Luftstrom /um führen, wobei der Brennstoff in heftige Wirbel verset/t wird und dann gegen eine scharfe Kante geschleudert wird

Eint andere Art der Abreißkante ist aus der US-PS 2 920 449 bekannt, gemäß der der Brennstoff zentral in einen Lufidurchlaß zugeführt wird, wobei ein Teil des Brennstoffs durch den Luftstrom hindurch unter einem spitzen Winkel auf die Wandung des Luftdurchlasses gedüst wird. Der auf die Wandung auftreffende Brennstoff fließt entlang der Wandung bis zu den am Ende des Durchlasses gelegenen Abreißkanten. Auf Grund dieser Konstruktion fördert der zentrale Luftstrom die Zerstäubung des Brennstoffs.

Bei Gibrennern ist es bekannt (US-PS 744 220). konzentrisch zueinander von innen nach außen öl. Dampf und Luft zuzuführen und auf einem konischen Ventil /u verwirbeln. Vor dem Auftreffen auf das Vemil wird im Bereich der öffnung der zentral zugeführte Brennstoff mit dem vorher verwirbelten Dampfstrom vermischt. Gemäß der DT-PS 549 668 wird öl durch Radialboh rangen in einen axial verlaufenden, mit schraubenförmigen Rippen versehenen Ringraum gefördert. Durch den Ringraum wird — senkrecht zum eingeblasenen öl - ein Teilluftstrom geführt. Das Gemisch von Teilluftstrom und öl vermischt sich anschließend mit einem zentralen Luftstrom und einem äußeren Hauptluftstrom und erhält durch die in diesem Teil des Brenners angeordneten schraubenförmigen Rippen eine Drehbewegung.

Die wesentlichen Merkmale der Zerstäubung beim Stand der Technik sind im winkligen Aufeinandertreffen des gasförmigen Mediums Luft mit dem flüssigen Medium Brennstoff zu sehen, wobei gegebenenfalls verbleibender flüssiger Brennstoff an einem Prallblech oder einer Abreißkante zerstäubbar ist und gegebenenfalls dieses Brennstoff-Luft-Gemisch noch durch einen Drallerzeuger verwirbelbar ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bessere Zerstäubung bei einer einfachen Konstruktion der Zerstäuberdüse zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich der Drallerzeuger in einer am abströmseitigen Ende der axialen Luftführung angeordneten, den

Zutritt von Luft aus dem weiteren Lufteinlaß verhindernden Hülse befindet und seine Wirbelschaufeln so vor den Brennstoffaustrittsöffnungen angeordnet sind, daß der Brennstoff auf die Wirbelschaufeln auftrifft, hierbei fein zerstäubt und mit der aus der axialen Luft- S führung austretenden Luft vermischt wird. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Zerstäuberdüse insbesondere bei niedrigen Druckverhältnissen zu einer guten Zerstäubung führt. Der Grund ist darin zu sehen, daß der Brennstoff nahezu unzerstäubi aui die Wirbelschaufeln auftrifft, zersprengt wird und im gleichen Augenblick der axiale Luftstrom umgelenkt wird.

Vorteile gegenüber der herkömmlichen Hochdruck-Brennstoffzerstäubung zeigen sich insbesondere bei niedrigen Druckverhältnissen in großer Höhe, da bei diesen Bedingungen die Hochdruck-Brennstoffzerstäubung nicht so hohe Druckwerte erreichen kann. Die erfindungsgemäße Konstruktion erfordert kein aufwendiges Pumpensystem, da die vorgeschlagene Zerstäubung insbesondere bei niedrigen Druckverhältnissen vorteilhaft ist.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt und F i g. 2 eine Stirnansicht in vergrößertem Maßstab.

Die Zerstäuberdüse ist am einströmseitigen Ende des Flammrohrs IO einer Gasturbine angeordnet. Das Flammrohr 10 ist von einem Luft sammelnden Außengehäuse 11 umgeben. Außengehäuse 11 und Flamm- 3c rohr 10 können ringförmig sein, es können aber auch mehrere einzelne Flammrohre 10 in einem ringförmigen Außengehäuse 11 angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, einzelne Flammrohre 10 jeweils in einem Luft sammelnden Außengehäuse It anzuordnen.

Das Flammrohr 10 wird von einem teilkugelförmigen Lager getragen, das zu einem äußeren Ring 12 gehört.

Der äußere Ring 12 ist Teil eines ringförmigen Lufteinlasses. Der gezeigte Teil weist gerade Flügel 13 auf, an denen ein innerer Ring 14 befestigt ist Der innere Ring 14 trügt und umgibt die Zerstäuberdüse 15. Die Zerstäuberdüse 15 weist eine axiale Luftführung 18 für die Zufuhr von Primärluft zum Flammrohr 10 auf. Der Brennstoff wird der Zerstäuberdüse durch die Kraftstoffzuführung 16 zugeführt, die mit dem Ringraum 17 in Verbindung steht Vom Ringraum 17 erstreckt sich eine um die axiale Luftführung 18 herum angeordnete, ringförmige Reihe von unterteilten Austrittsöffnungen 19 für den Kraftstoff, die am abströmseitigen Ende einen kleineren Durchmesser aufweisen. Am abströmseitigen Ende des Zerstäuberkörpers 15 ist. von einer Hülse 20 getragen, ein Drallerzeuger angeordnet. Der Drallerzeuger weist eine Mittennabe 21 auf, die von einem Satz Wirbelschaufein 22 umgeben ist. Der aus den Austrittsöffnungen 19 austretende Kraftstoff trifft auf die Wirbelschaufeln 22 auf, wird hierbei fein zerstäubt und mn der Luft gemischt, die durch die axiale Luftführung 18 austritt. Die Mittennabe 21 weist eine stromlinienförmige Gestalt und an der abströmseitigen Fläche Öffnungen 25 auf.

Vom Flammrohr 10 wird ein weiterer Satz Wirbelschaufeln 23 getragen, die konzentrisch zu den Wirbelschaufeln 22 angeordnet sind und gegenüber diesen nicht nur durch die Hülse 20, sondern auch durch ein ringförmiges Teil 24 getrennt sind. Die Wirbelschaufeln 23 sind darüber hinaus axial mit den Flügeln 13 ausgerichtet und in dichter Nähe gegenüber diesen angeordnet.

Das einströmseiiige Ende der Zerstäuberdüse 15 ist mit einer ringförmigen Aussparung 26 versehen, die sich in Verbindung mit dem Ringraum 17 befindet. Die Aussparung 26 wird bei der Herstellung des Ringraums 17 gefertigt und wird mit der Dichtungsscheibe 27 und dem Ring 28 geschlossen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patemanspruch:

   Zerstäuberdüse zur Aufbereitung von flüssigem Brennstoff für Gasturbinen mit ringförmig um eine axiale Luftführung angeordneten Austrittsöffnungen für den Brennstoff, denen ein am abströmseitigen Ende der axialen Luftführung angeordneter. Wirbelschaufeln aufweisender Drallerzeuger nachgeordnet ist, und mit einem koaxial zu der Luftführung liegenden weiteren Lufteinlaß, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Drallerzeuger (21. 22) in einer am abströmseitigen Ende der axialen Luftführung (18) angeordnetea den Zutritt von Luft aus dem weiteren Lufteinlaß verhindernden Hülse (20) befindet und seine Wirbelschaufeln (22) 50 vor den Brennstoffaustriitsöffnungen (Ϊ9) angeordnet sind, daß der Brennstoff auf die Wirbelschaufeln (22) auftrifft, hierbei fein zerstäubt und mir der aus der axialen Luftführung (18) austreiertden Luft vermischt wird.