DE19953685A1 - Verteiler - Google Patents

Abstract

Um ein strömendes Medium (21, 22) ringförmig versprühen zu können, ist ein Verteiler (1) vorgesehen, der eine Versorgungsleitung (2) und eine Düse (3) aufweist, die zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Der Mantel (2M) der Versorgungsleitung (2) ist mit einem vom Innenbereich bis nach außen durchgehenden Spalt (4) versehen, der parallel zur Achse der Versorgungsleitung (2) geführt ist und sich über die gesamte Länge der Versorgungsleitung (2) erstreckt. Der Spalt (4) ist außerhalb der Versorgungsleitung (2) über die gesamte Länge beidseitig von je einem Steg (5) begrenzt. Die Stege (5) sind an den freien Längskanten mit jeweils einem nach außen gewölbten Flansch (6) versehen, durch den jeweils eine Hydraulikleitung (7) über die gesamte Länge des Stegs (5) geführt ist. Durch die Stege (5) wird eine Düse (3) in Form eines spaltförmigen Kanals gebildet, bei dem die Breite seiner Öffnung durch eine Änderung des Drucks in den Hydraulikleitungen (7) variiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verteiler für strömende Medien gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Solche Verteiler kommen bei chemischen Prozessen zur Anwendung, bei denen ein gasförmiges oder flüssiges Medium gleichmäßig und ringförmig injiziert oder abge­ schieden werden muß.

Zum Betreiben einer Gastrubine wird dieser beispielsweise ein gasförmiger oder flüs­ siger Brennstoff zuführt. Der Brennstoff wird in der Brennkammer der Gasturbine ver­ brannt. Die Zufuhr des Brennstoffs muß dabei an die Arbeitsweise der Gasturbine so angepaßt sein, daß der gesamte Querschnitt ihrer Brennkammer genutzt wird. Zudem muß eine gleichmäßige Brennstoffverteilung innerhalb der Brennkammer erfolgen, damit eine radiale Ungleichförmigkeit der Temperatur vermieden wird. Bei den be­ kannten Gastrubinen mit Ringbrennkammern ist das Injizieren des Brennstoffs auf­ wendig. Der Brennstoff muß hierfür in eine Ringleitung eingeleitet werden, welche auch als Reservoir dient. Diese Ringleitung ist mit Stichleitungen versehen, die zu Brennerdüsen führen. Durch sie wird der Brennstoff in die Brennkammer injiziert. Je Brennkammer sind bei den bekannten Gastrubinen vorzugsweise 50 einzelne Düsen nebst Leitungen auf dem Umfang eines Torus angeordnet. Die hierbei verwendeten Bauelemente sind Fertigungstoleranzen unterworfen. Das bedeutet, daß ihre Abmes­ sungen nicht alle gleich sind. Die Menge an Brennstoff, die pro Zeiteinheit durch jede Leitung und jede Düse geführt wird, ist damit nicht dieselbe. Das führt zu unterschied­ lichen thermischen Belastungen in der Brennkammer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen, mit der die Zufuhr und eine gleichmäßige Verteilung eines strömenden Mediums zu und in einem Bauelement mit zylinderförmigem Querschnitt mit geringem Aufwand möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Verteiler wird durch eine ringförmige Versorgungsleitung gebil­ det, die mit einer speziell geformten Düse versehen und mit dieser zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist. Der Mantel der ringförmige Versorgungsleitung ist mit einem Spalt versehen, der parallel zur Achse der Versorgungsleitung verläuft und sich über die gesamte Länge der Versorgungsleitung erstreckt. Der Spalt wird nach außen zu beidseitig von je einem Steg bzw. einer Lippe begrenzt. Die Stege erstrecken sich über die gesamte Länge des Spaltes. Jeder Steg ist an seinem freien Ende mit einem nach außen gewölbten Flansch versehen, durch den eine Hydraulikleitung geführt ist. Durch die Stege wird ein spaltförmiger Kanal gebildet, der als Düse genutzt wird. Über diese Düse wird vorzugsweise ein Gemisch aus gasförmigem oder flüssigem Brenn­ stoff und einem Oxydator in die Brennkammer injiziert. Durch eine Änderung des Drucks in den beiden Hydraulikleitungen kann der Querschnitt der Düse geändert werden. An Stelle der Hydraulikleitungen können auch Piezoaktuatoren zur Verände­ rung des Querschnitts verwendet werden. Die beiden Flansche der Stege werden da­ zu benutzt, einen Strömungswirbel hinter der Düse zu erzeigen. In diesem wird die Flamme stabilisiert, da sonst die Gefahr besteht, daß die Flamme aus der Brennkam­ mer geblasen wird. Für die Zuführung des gesamten Brennstoffs, der für den Betrieb der Gasturbine erforderlich ist, ist nur eine Zuleitung vorgesehen, mit der die Versor­ gungsleitung in Verbindung steht. Eine Zuleitung für einen Oxydator ist ebenfalls an die Versorgungsleitung angeschlossen. Der Brennstoff kann mit der Düse absolut gleich­ mäßig in die Ringbrennkammer einer Gasturbine eingesprüht. Hierdurch wird eine Ungleichförmigkeit der radialen Temperatur am Auslaß der Brennkammer vermieden. Da der Querschnitt der spaltförmigen Düse verändert werden kann, wird der Durch­ satz durch die Düse nicht alleine vom Differenzdruck über die Düse bestimmt. Die Dü­ se hat daher einen größeren Arbeitsbereich als herkömmliche Druckzerstäuberdüsen. Sie unterscheidet sich also auch in diesem Punkt von diesen Vorrichtungen. Die Düse wirkt auf das in der Versorgungsleitung transportierte Gemisch aus Brennstoff und Oxydator als Mischer und als Flammenrückschlagsicherung, was bei leicht entflamm­ baren Brennstoffen in Form von Naphta von großem Vorteil ist. Mit der Düse läßt sich zudem eine magere Vormischflamme einstellen. Damit kann die Stickoxydproduktion der Gasturbine niedrig gehalten werden.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Verteiler,

Fig. 2 der Verteiler gemäß Fig. 2 in Verbindung mit einer Brennkammer,

Fig. 3 die Wirbelbildung zur Verankerung der Flamme.

Der in Fig. 1 im Ausschnitt dargestellte Verteiler 1 weist eine Versorgungsleitung 2 und eine Düse 3 auf, die zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Die Versorgungslei­ tung 2 ist bei dem hier darstellten Ausführungsbeispiel als ringförmige Leitung aus­ gebildet. Sie ist für die Versorgung einer Brennkammer 20 in Fig. 2 vorgesehen, die zu einer Gasturbine (hier nicht dargestellt) gehört. Die Brennkammer 20 ist als Ring­ brennkammer ausgebildet. Ihr wird bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gemisch aus einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff 21 und einem Oxydator 22 zugeführt. Dieser wird über die Zuleitung 23 in die Versorgungsleitung 2 eingeleitet. Die Zufuhr des Oxydators 22, bei dem es sich beispielsweise um Luft handeln kann, wird der Versorgungsleitung 2 über die Zuleitung 24 zugeführt. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Mantel 2M der Versorgungsleitung 2 mit einem Spalt 4 versehen, der durchgehend vom Innenbereich bis nach außen geführt ist. Der Spalt 4 erstreckt sich über die gesamte Länge der Versorgungsleitung 2. Die Breite des Spaltes 4 richtet sich nach dem Quer­ schnitt der Versorgungsleitung 2 bzw. der Menge des Gemischs aus Brennstoff und Oxydator, welche pro Zeiteinheit durch die Versorgungsleitung 2 transportiert werden soll. Der Spalt 4 wird außerhalb des Mantels 2M beidseitig von jeweils einem Stege 5. bzw. einer Lippe begrenzt, so daß ein spaltförmiger Kanal gebildet wird, der als Düse 3 genutzt wird. Die Stege 5 erstrecken sich über die gesamte Länge des Spaltes 4. Jeder Steg 5 ist an seiner freien Längskante mit einem von dem Kanal wegweisenden und nach außen gewölbten Flansch 6 versehen. Jeder der Flansche 6 ist über seine gesamte Länge von einer Hydraulikleitung 7 durchsetzt. Durch eine Änderung des Drucks innerhalb der Hydraulikleitungen 7 kann die Öffnung dieser Düse 3 vergrößert oder verkleinert werden. Die Breite der Öffnung wird von der Menge an Brennstoff und Oxydator bestimmt, die der Brennkammer 20 pro Zeiteinheit zugeführt werden soll. Die Breite der Öffnung bei der Düse 3 kann auch mit Piezoaktuatoren (hier nicht dar­ gestellt) eingestellt werden.

Fig. 2 zeigt den Verteiler 1 mit der ringförmigen Versorgungsleitung 2 im Vertikalschnitt. Diese ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel außerhalb der Brennkammer 20 installiert. Vorzugsweise wird sie auf die Brennkammer 20 aufgesetzt. Die Stege 5 sind gasdicht durch einen ringförmige Öffnung 10 in der Begrenzungsfläche der Brennkammer 20 hindurch gesteckt und ragen mit ihren Flanschen 6 in den Innenbe­ reich der Brennkammer 20. Die Düse 3 selbst ist damit innerhalb der Brennkammer 20 angeordnet. Das Gemisch aus Brennstoff 21 und Oxydator 22 läßt sich somit ringför­ mig in die Brennkammer 20 injizieren, so daß eine ringförmige Flamme 25 ausgebildet werden kann.

Der in Fig. 3 dargestellte Verteiler 1 unterscheidet sich von den Ausführungsformen gemäß der Fig. 1 und 2 lediglich durch die spezielle Form der Flansche 6. Gleiche Bauteile sind auch deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beiden Flan­ sche 6 der Stege 5 sind so geformt, daß sie nach außen gewölbt sind und gleichzeitig vor der Öffnung der Düse 3 eine Ummantelung bilden, die einen U-förmigen Quer­ schnitt aufweist. Durch die nach außen gewölbten Flansche 6 wird, wie Fig. 3 zeigt, einen Ablösewirbel 26 erzeugt, an dem sich die Flamme 25 verankert. Durch die nach außen gewölbten Flansche 6 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten und in den zugehöri­ gen Beschreibungen erläuterten Verteiler 1 wird ebenfalls einen Ablösewirbel erzeugt, an dem sich die Flamme 25 verankert.

Bei allen Aufführungsformen der Fig. 1 bis 3 sind die Versorgungsleitung 2 die Stege 5 und die Flansche 6 mit den Hydraulikleitungen 7 aus einem metallischen oder kerami­ schen Werkstoff gefertigt, der gegenüber den hohen Temperaturen, die in einer Gas­ turbine auftreten, beständig ist.

Der mit einer ringförmigen Versorgungsleitung 2 und einer Düse 3 zu einer Baueinheit zusammengefaßte Verteiler 1 ist nicht nur für die Zufuhr von Brennstoff und Oxydator zu der Brennkammer 20 einer Gasturbine geeignet. Vielmehr läßt sich dieser Verteiler 1 auch bei anderen technischen Prozessen nutzen, bei denen ein flüssiges oder gas­ förmiges Medium auf einem Kreisumfang zu versprühen ist, wie das beispielsweise in Lackiereinrichtungen, Sputteranlagen und bei Plasmaschweißgeräten der Fall ist.

Claims (5)

1. Verteiler für strömende Medien mit einer Versorgungsleitung (2) und einer Düse (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (2) und die Düse (3) zu einer Baueinheit zusammengefügt sind.

2. Verteiler nach Anspruch 1, daß die Versorgungsleitung (2) als ringförmige Leitung ausgebildet und die Düse (3) sich mindestens bereichsweise parallel zur Ach­ se der Versorgungsleitung (2) erstreckt.

3. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (2M) der Versorgungsleitung (2) mit einem vom Innenbereich bis nach au­ ßen durchgehenden Spalt (4) versehen ist, der parallel zur Achse der Versorgungs­ leitung (2) geführt ist und sich über die gesamte Länge der Versorgungsleitung (2) er­ streckt.

4. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (4) außerhalb der Versorgungsleitung (2) über die gesamte Länge beidseitig von je einem Steg (5) begrenzt ist, und daß die Stege (5) an den freien Längskanten mit jeweils einem nach außen gewölbten Flansch (6) versehen sind, durch den jeweils eine Hydraulikleitung (7) über die gesamte Länge des Stegs (5) geführt ist.

5. Verteiler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Versorgungsleitung (2), die Stege (5) und die Flansche (6) mit den Hydraulikleitungen (7) aus einem metallischen oder keramischen Werkstoff gefertigt sind, der gegenüber den hohen Temperaturen, die in einer Gasturbine auftreten, beständig ist.