DE1915397B2 - Vorrichtung zur zerstaeubung von fluessigen brennstoffen insbesondere fuer gasturbinenbrennkammern - Google Patents

Description

25 tung eingrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, alle verstehenden Nachteile bekannter ZerstPi'bungseinrich-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zer- tungcn zu vermeiden und eine Vorrichtung eingangs stäubung von flussigen Brennstoffen, insbesondere genannter Gattung zu schaffen, mittels der selbst für Gasturbinenbrennkammern r.\it einem gegen die 30 kleinste, von der Zumeßeinrichtung mit geringem Kraft einer Druckfeder von Brennstoffdruck beauf- Druck angebotene Brennstoffmengen exakt und mit schlagten, im Düsenkörper axis verschieblichen, möglichst großem Spritzwinkel zu zerstäuben sind, stufenförmigen Steuerkolben, der in einem zylindri- Eine optimale Zerstäubung wird dann erreicht, wenn sehen Teil des Zerstäuberkopfes mit einem kleineren bei jedem Wert des Mengenverhältnisses, das ferner Durchmesser geführt und an seinem größeren Durch- 35 möglichst groß sein sollte, ein möglichst großer messer in der Gehäusebohrung über ein elastisches Spritzwinkel (etwa 85⁼ bis 120") gewährleistet ist. Glied gelagert ist und dessen kleinere Stirnseite den Trotzdem sollte der Hub des Steuerkolbens möglichst Durchflußquerschnitt von in dem zugehörigen zy- klein sein, um möglichst wenig Brennstoffenergie zu lindrischen Teil des Zerstäuberkopfes tangential an- verlieren.

geordneten Brennstoffzuströmschlitzen steuert, wo- 40 Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erbei die Minimalfördermenge mittels einer Verstell- findung vor. daß der Querschnitt der Brennstoffschraube einstellbar ist. zuströmschlitze die Form eines rechtwinkeligen Eine derartige Vorrichtung ist aus der USA.-Pa- schlanken Dreiecks aufweist, dessen Spitze gegen die tentschrift 2 613 998 bekannt. Hierbei gelangt der Düsenaustrittsöffnung gerichtet ist. Brennstoff durch tangential angeordnete Brennstoff- 45 Diese vorstehend in der Aufgabenstellung genann-Zuströmschlitze, die als versetzt angeordnete, von ten Forderungen vermag ein gemäß der Erfindung der Düsenaustrittsöffnung größer werdende Bohrun- geformter Brennstoffzuströmschlitz zu erfüllen, da gen ausgebildet sind, in die Brennkammer. Infolge dadurch große Mengenverhältnisse bei kleinen Hu-Druckanstieg wird der Steuerkolben gegen eine Fe- bert (geringe Energieverluste) und bei kleinen Brennder und gegen einen ein elastisches Glied darstellen- 5° storTdrücken (7. B. etwa 20 at) erzielbai sind; darüber den Balg verschoben, so daß zunächst die ersten hinaus erlaubt es diese Form diese Zerstäubungsein-Schlitze kleineren Durchmessers freigegeben werden. richtung gleichzeitig auch bei leistungsstärkeren Die erste Bohrung muß so ausgebildet sein, daß mi- Triebwerken zu verwenden, da mit einem unwesentliimal erforderliche Brennstoffmengen zulaufen und lieh und kaum merkbar vergrößerten Hub eine relafcugleich optimal zerstäubt werden können. Eine erste 55 tiv große kontinuierliche Steigerung des Brennstoff-Schwierigkeil wird in der Herstellung solch kleiner dtirchsatzes, d. h. ein großes Mengenverhältnis mögtJohrungen gesehen. Außerdem muß der Bohrungs- lieh ist. Mit der Erfindung wird ferner der Vorteil durchmesser jeweils so groß sein, daß das Mengen- erzielt, daß bei Zündung der Spritzwinkel maximal verhältnis an die nächstliegende Bohrung angepaßt ist, d. h. daß es somit möglich ist, den Brennstoffwerden kann, ohne daß eine Diskontinuität in der 60 kegel möglichst nahe an die Zündkerze heranzufüh-Brennstoffzufuhr auftritt. Da in diesem Fall in der ren. Der im Betrieb auftretende kleinere Spritzwinersten Bohrung sehr starke Druckschwankungen auf- kel (z. B. 85°) gewährleistet auch noch eine optitreten, ist eine unerwünschte große Streuung des male Verbrennung des Brennstoffs.
Spritzwinkels nicht vermeidbar. Aus der USA.-Patentschrift 1 177 085 ist eine Zu-Ferner muß bei dieser vorbekannten Zerstäuber- 65 meßeinrichtung für ölbrenner bekannt. Um den Kesvorrichtung der Hub des Steuerkolbens sehr groß seidruck konstant zu halten, sollen über in einer versein, um eine ausreichende maximale Brennstoff- schieblichen Regelhülse eingearbeitete gleichschenkemenge in die Brennkammer zu führen. Ein großer !ige dreieckförmige öffnungen Dampf oder öl der

Zerstäuberdüse zugemessen werden. Da die Aufgabe einer Zündeinrichtung darin besteht, den Brennstoff gemäß einer bestimmten, frei wählbaren Regelkennlinie in Abhängigkeit bestimmter Betriebsgrößen des Triebwerks einer Einspritzdüse zuzumessen, kann ein derartiger Regelschlitz nicht mit der erfinilungsgemäßen Ausbildung des Brennstoffzuströmschlitze;, einer Zerstäubungseinrichiung verglichen »,verden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine vollständige erfindungsgemäße Zerstäubungseinrichtung im Mittellängsschnitt,

F i g. 2 einen Zerstäuberkopf mit Darstellung der Kraftstoffzuströmschlitze.

In die zentrale Bohrung la des Gehäuses 1 der Zerstäubungseinrichtung ist der Zerstäuberkopf 2 eingesetzt und mittels einer tJberwurfkappe 3 mit Gewinde befestigt. Im zylindrischen Teil la des Zerstäuberkopfep 2 ist der Steuerkolben 4 mit seinem kleineren Durchmesser geführt, während er an seinem größeren Durchmesser in der Gehäusebohrung la über ein elastisches Glied 5 (z. B. elastisch abgestützte O-Ring-Dichtung) gelagert ist. Eine in den Sieuerkolben 4 eingeschraubte Verstell-•xhraube 6 dient gleichzeitig der Einstellung der Minimalfördermenge und al? Aufnahme für den Federteller 7, auf dem eine Druckfeder 8 sitzt, die über die Abschlußkappe 9 im Gehäuse 1 gehalten wird.

Im zylindrischen Teil la des Zerstäuberkopfes 2, der in F i g. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, sind die Brennstoffzuströmschlitze 10 angebracht, deren Querschnitt die Form eines rechtwinkeligen schlanken Dreiecks aufweist, dessen Spitze gegen die Düsenantrittsöffnung gerichtet ist.

Die Herstellung der Brennstoffzustrrimschlitze erfolgt elektroerosiv. Sind mehrere Schlitze im Zerstäuberkopf angeordnet, so liegt bei der Abwicklung des Zerstäuberkopfes der rechte Winkel des Dreiecks jeweils auf der selben Seite. Dies ergibt sich aus der Forderung, den Brennstoff möglichst optimal mit einem gleichgerichteten Drall zu zerstäuben.

Während des Betriebs fließt Brennstoff über die Gehäusezulaufbohrung Il in die Zulaufkammer 12 und beaufschlagt die freie Ringfläche 13 des Steuerkolbens 4; gleichzeitig strömt der Brennstoff über den bereits vorgegebenen freien Querschnitt 14 der Zuströmschlitze 10 in eine Wirbelkammer 15 im vorderen Bereich des Zerstäuberkopfes 2. Bei Einstellung des Steuerkolbens auf die Stellung »Minimalfördermenge oder Zünd^jnge« wird der Brennstoff mit dem größten Spritzwinkf 1 (z. B. etwa 120 °) zerstäubt. Bei Eintreten eines bestimmten Brennstoffdrucks wird der Steuerkolben 4 gegen die Druckfeder 8 verschoben, wobei der jeweiligen Brennstoffmenge ein bestimmter freier Querschnitt 14 der Zuströmschlitze 10 zugeordnet ist. Mit zunehmendem Brennstoffdruck wird der Hub des Steuerkolbens 4 vergrößert, so daß infolge der in der Wirbelkammer 15 auftretenden Reibungsverluste der Spritzwinkel verkleinert wird, jedoch noch etwa 85 ° beträgt. Auf Grund des geschlossenen Umfangs des Zerstäuberkopfes 2 an seiner rückwärtigen Stirnseite 16 und der hierdurch bedingten Passungsgüte, fließt an dieser Stelle kein Leckbrennstoff ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Hub ist in diesem Fall auch durch die Konstruktion

Patentanspruch: beschränkt, da gegen Feder und Balg ein hoher

Brennstoffdruck aufgebracht werden muß. Infolge

Vorrichtung zur Zerstäubung von flüssigen des langen Weges zur Einspritzöffnung verliert der Brennstoffen, insbesondere für Gasturbinenbrenn- 5 Brennstoff soviel Energie, daß der zur optimalen kammern mit einem gegen die Kraft einer Verbrennung erforderliche Spritzwinkel nicht mehr Druckfeder vom Brennstoffdruck beaufschlag- eingehalten werden kann, und mit der Fre/gabe gröten, im Düsenkörper axial verschieblichen, stu- ßerer Querschnitte die Zerstäubung unzureichend fenförmigen Steuerkolben, der in einem zylindri- wird. Ferner können sich die kleinen Bohrungen sehen Teil des Zerstäuberkopfes mit einem klei- io durch kleine, im Brennstoff vorhandene Schmutzneren Durchmesser geführt und an seinem grö- teilchen zusetzen, so daß eine Zufuhr minimal erforßeren Durchmesser in der Gehäusebohrung über derlicher Brennstoffmengen unter Umständen nicht ein elastisches Glied gelagert ist und dessen klei- mehr möglich, also die Zufuhr einer bestimmten nere Stirnseite den Durchflußquerschnitt von in Menge nicht mehr gewährleistet ist.
dem zugehörigen zylindrischen Teil des Zerstäu- 15 Außerdem ist aus der deutschen Auslegeschrift berkopfes tangential angeordneten Brennstoffzu- 1 209 363 eine Zerstäubungseinrichtung eingangs gtströmschlitzen steuert, wobei die Miniinalförder- nannter Gattung bekannt, bei der die fertigungsiechmenge miüJs einer Verstellschraube einstellbar nisch schwierig zu beherrschende Doppelpassung des ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolbens zu ständigen Undichtheiten und damit Querschnitt der Brennstoffzuströmschlitze (10) 20 zu Leck-Brennstoffmengen führt. Die Brennstoffzudie Form eines rechtwinkligen schlanken Drei- strömschlitze weiser, rechteckigen Querschnitt auf. ecks aufweist, dessen Spitze gegen die Düsen- Dadurch konnten kleinste Querschnitte und geringste austrittsöffnung gerichtet ist. Brennstoffmengen nicht übersteuert werden, was den

zulässigen Betrieb«bereich der Zerstäubungseinrich-