DE1915397C - Vorrichtung zur Zerstäubung von flüssigen Brennstoffen, insbesondere für Gasturbinenbrennkammern - Google Patents

Description

as tung eingrenzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, alle vorstehenden Nachteile bekannter Zerstäubungseinrich-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zer- tungen zu vermeiden und eine Vorrichtung eingangs stäubung von flüssigen Brennstof'en, insbesondere genannter Gattung zu schaffen, mittels der selbst für Gasturbinenbrennkammern mit einem gegen die 30 kleinste, von der Zumeßeinrichtung mit geringem Kraft einer Druckfeder vom Brennstoffdruck beauf- Druck angebotene Brennstoffmengen exakt und mit schfagten, im Düsenkörper axial verschieblichen, möglichst großem Spritzwinkel zu zerstäuben sind, stufenförmigen Steuerkolben, der in einem zylindri- Eine optimale Zerstäubung wire¹ dann erreicht, wenn sehen Teil des Zerstäuberkopfcs 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 Steuc.kolbens möglichst Durchflußquerschnitt von in dem zugehörigen zy- klein sein, um möglichst wenig Brennstoffenergic 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- finduiig 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 lentschrift 2 613 998 bekannt. Hierbei gelangt der Düsenaustrittsöffnung gerichtet ist.
Brennstoff durch tangential angeordnete Brennstoff- 45 Diese vorstehend in der Aufgabenstellung genannzuströmschlitze, die als versetzt angeordnete, von ton 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- ben (geringe Energieverluste) unu bei kleinen Brenntier und gegen einen ein elastisches Glied darstellen- 50 stoffdrücken (z.B. etwa 20at) erzielbar sind; darüber den Balg verschoben, so daß zunächst die ersten hinaus erlaubt es diese Form diese Zerstdubungsein-Schlitzc kleineren Durchmessers freigegeben werden. richtung gleichzeitig auch bei leistungsstärkeren Die erste Bohrung muß so ausgebildet sein, daß mi- Triebwerken zu verwenden, da mit einem unwesentnimal erforderliche Brcnnstoffnicngcn zulaufen und lieh und kaum merkbar vergrößerten Hub eine relazugieich optimal zerstäubt werden können. Eine ersle 55 tiv große kontinuierliche Steigerung des Brennstoff-Schwierigkeit wird in der Herstellung solch kleiner durchsatzcs, d. h. ein großes Mengenverhältnis mög-Bohruiigen gesehen. Außerdem muß der Bolmirigs- lieh ist. Mit der Erfindung wird ferner der Vorteil durchmesser jeweils so groß sein, daß das Mengen- erzielt, daß bri Zündung der Spritzwinkcl maximal verhältnis an die nächslliegende Bohrung angepaßt ist, d. h. daß es somit möglich ist, den Brennstoffwerden kann, ohne daß eine Diskontinuität in ikr 60 kegel möglichst nahe an die Zündkerze heranzufüh-Brennsloffzufuhr auftritt. Da in diesem Fall in der ren. Der im Betrieb auftretende kleinere Spritzwincrsten Bohrung sehr starke Druckschwankungen auf- kel (z. B. 85°) gewährleistet auch noch eine optitrelen, ist eine unerwünschte große Streuung des male Verbrennung des Brennstoffs.
Spritzwinkets nicht vermeidbar. Aus der USA.-Patentschrift I 177 085 ist cine Zu-Ferner muß bei dieser vorbekannten Zerstäuber- *5 meßcinrichtung für ölbrenner bekannt. Um den Kesvoiiichlung der Hub des Steuerkolbens sehr groß seidruck konstant zu halten, sollen über in einer versein, um eine ausreichende maximale Brennstoff- schicblichen Regelhülse eingearbeitete gleichschenkemenge in die Brennkammer zu führen. Fun großer lige dreieckförmige öffnungen Dampf oder öl der

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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 erfindungsgemäßen Ausbildung des Brennstoffzuströmschlitzes einer Zerstäubungseinrichtung verglichen werden.

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

Fig. 1 eine vollständige erfindungsgemäße Zerstäubungseinrichtung im Mittellängsschnitt,

Fig. 2 einen Zerstäuberkopf mit Darstellung der Kraftstoffzuströmschlitzu

In die zentrale Bohrung 1 α des Gehäuses 1 der Zerstäubungseinrichtung ist der Zerstäuberkopf 2 eingesetzt und mittels einer Überwurfkappe 3 mit Gewinde befestigt. Im zylindrischen Teil la des Zer- ao Stäuberkopfes 2 ist der Steuerkolben 4 mit seinem kleineren Durchmesser geführt, während er an seinem größeren Durchmesser in der Gehäus;ebohrung la über ein elastisches Glied 5 (z. B. elastisch abgestützte O-Ring-Dichtung) gelagert ist. Eine in as den Steuerkolben 4 eingeschraubte Verstellschraube 6 dient gleichzeitig der Einstellung der Minimalfördermenge und als 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 Brennstoffzuströmschli<ze 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 Zulauf kammer 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 ein^. Wirbelkammer 15 im vorderen Bereich des Zerstäube kopfes 2. Bei Einstellung des Steuerkolbens auf die Stellung »Minimalfördermenge oder Zündmengex wird der Brennstoff mit dem größten Spritzwinkel (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 freie Querschnitt 14 der Zuströmschlitze 10 zugeordnet ist. Mit zunehmendem Brennstoff druck 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 au dieser Stelle kein Leckbrennstoff ab.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 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 zui optimalen kammern mit einem gegen die Kraft einer Verbrennung erforderliche Spritzwinkel nicht mehr Druckfeder vom Brennstoffdruck beaufschlag- eingehalten werden kann, und mit der Freigabe 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 kiei- i^ 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 kiei- 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 ta-.gential angeordneten Brcnnstoffzu- 1 209 363 eine Zerstäubungseinrichtung eingangs geströmschlitzen steuert, wobei die Minimalförder- nannter Gattung bekannt, bei der die fertigungstechmenge mittels einer Verstellschraube einstellbar nisch schwierig zu beherrschende Doppelpassung des ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkolbens zu ständigen Undichtheiten und damit Querschnitt der Brennstoffzuströmschlitzc (10) 20 zu Leck-Brennstoffmengen führt. Die Brennstoffzudie Form eines rechtwinkligen schlanken Drei- strömschlitze weisen 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 E "triebsbereich der Zerstäubungseinrich-