DE2026357A1

DE2026357A1 - Brenner mit Zündsystem

Info

Publication number: DE2026357A1
Application number: DE19702026357
Authority: DE
Inventors: Edward Paul Schenectady N.Y. Hopkins (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-06-13
Filing date: 1970-05-29
Publication date: 1970-12-17
Also published as: GB1271332A; FR2052546A5; CH507479A; US3548592A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner mit Zündsystem für Gasturbinenanlagen, der mit einem durch ein inneres Rohr und das Brennergehäuse begrenzten Luftraum und einem an dem Brennergehäuse befestigten Düsengehäuse, in das der Brennstoff eingeführt wird, versehen ist.

Bekannte Brenner dieser Art sind mit einer Brennstoffdüse versehen, durch die der Brennstoff entlang ihrer Achse in dan innere Rohr eingeführt wird. Zur Zündung des Brennstoff Luftgemisches wird üblicherweise eine Zündkerze verwendet, die sich quer durch das Brennergehäuse und das innere Rohr einer oder mehrerer Brennkammern erstreckt. Da der Raum

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zwischen dem inneren Rohr und dem Brennergehäuse mit Druckluft gefüllt ist und da weiterhin die Temperaturen innerhalb der Brennkammer sehr unterschiedlich sind, bereitet es Schwierigkeiten, die Zündkerzen an den Durchführungsstellen abzudichten und ihr Festfressen zu verhindern.

Andere Schwierigkeiten ergeben sich durch die hohe Temperatur, der die Elektroden des Zündsystemes ausgesetzt sind. In dem US-Patent Nr. 2 604 510 wurden deshalb rückstellbare Zündkerzen vorgeschlagen, während in dem US-Patent Nr. 2 701 vorgeschlagen wird, die Zündkerzen durch Luft zu kühlen.

Um eine erleichterte Zündung zu erreichen, wurde in dem US-Patent Nr. 2 770 097 bereits vorgeschlagen, die Zündkerzen symmetrisch zu der Brennstoffzuführung in einer brennstoffreichen Zone anzuordnen, jedoch ist die vorgeschlagene Konstruktion nicht bei den oben beschriebenen üblichen doppelwandigen Gasturbinenbrennkammern anwendbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Brenner zu vermeiden und die Mittel zur Zuführung und Zündung des Brennstoffes in einer Gasturbinenbrennkammer zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich ein Brenner der eingangs beschriebenen Art, der gekennzeichnet ist durch eine mit dem Düsengehäuse verbundene Düsenkappe, die sich mit dem Düsengehäuse durch den Luftraum in das innere Rohr erstreckt, eine Stirnseite der Düsenkappe," in der sich in Abstand zueinander kreisförmig angeordnete Brennstoffaustrittsöffnungen befinden, die sich in das Innere des inneren Rohres erstrecken, ein von ausserhalb des Düsengehäuses bis in das innere Rohr verlaufendes Zündsystem, wobei das Zündsystem mit Elektroden versehen ist, die eine Zündstrecke begrenzen, die sich am stirnseitigen Ende der Düse zwischen den BrennstoffaustrittsÖffnungen und den Luftkanälen befindet, wobei die Luftkanäle zur Kühlung der Elektroden und Reinigung der Zündstrecke von Brennstoff und Verbrennungspro-

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dukten Luft aus dem Luftraum in das Zündsystem und zu der Zündstrecke leiten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Brennkammer einer Gasturbine,

Fig. 2 eine vergrösserte Schnittdarstellung der Kombination aus Zündkerze und Brennstoffdüse in bevorzugter Ausführungsform,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2, und

Fig. 4 eine Ansicht der Düsenstirnseite.

Wie in der Teilansicht einer Gasturbinenbrennkammer entsprechend Fig. 1 zu sehen ist, befindet sich ein inneres Brennrohr 1 innerhalb eines Gehäusemantels 2, der durch eine Endplatte 3 verschlossen ist. Das nicht dargestellte Ende des Gehäuses ist mit einem Druckluftanschluss versehen, so dass die Luft durch den Raum 4 zwischen dem inneren Rohr und dem Gehäuse entlangströmt, bevor es durch Oeffnungen, z.B. in Form von Löchern 5, in das innere Rohr gelangt, um sich dort mit dem Brennstoff zu vermischen. Im vorliegenden Beispiel wird das innere Rohr 1 durch die aus der Brennstoffdüse und dem Zündsystem bestehenden Einheit 9 mittig gehalten und gegen axiale Verschiebung durch Stifte 7 und Anschläge 6, 8 gesichert.

Die aus der Brennerdüse und. dem Zündsystem bestehende Einheit 9 ist an der Endplatte. 3 des Gehäuses 2 durch einen Flansch 10 befestigt und erstreckt sich mit geringem Spiel

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durch eine sich in der Achse des inneren Rohres befindliche Oeffnung 11, so dass der Brennstoff in die primäre Verbrennungszone des inneren Rohres eingedüst werden kann. Die Elektroden des Zündsystemes sind bei 12 ebenfalls in der Achse des inneren Rohres angeordnet und werden durch die Luft gekühlt und gereinigt, die durch die Oeffnungen 13 zwischen dem inneren Rohr 1 und der Endplatte 3 eindringt. Die Brennstoffzuführleitung 14 und die Zuleitung 15 zu dem Zündsystem sind ausserhalb des Brennergehäuses 2 an die Einheit 9 angeschlossen.

Wie aus der vergrösserten Darstellung der Einheit 9 entsprechend Fig. 2 zu entnehmen ist, hat diese Einheit 9 ein zylindrisches Düsengehäuse, in das der Brennstoff eingeführt wird. Ein Ende dieses Gehäuses 16 wird durch die Wand 17 eines Teiles verschlossen, an dessem anderen Ende sich ein Rand 18 befindet, der mit einem Innengewinde versehen ist. In diesen Rand 18 ist die Düsenkappe 19 mit ihrem, einen Ende eingeschraubt, während ihr anderes Ende eine Reihe von Brennstoff austrittsöffnungen 20 aufweist, die mit Abstand zueinander kreisförmig angeordnet" sind. Vorteilhaft werden diese Austrittsöffnungen 20 nach aussen gerichtet, so dass sie sich auf einem Kegel befinden, dessen Oeffnungswinkel ungefähr 60° beträgt. Durch die Abschlusswand 17 sind mit Abstand zueinander mehrere längsgerichtete Kanäle 21 in kreisförmiger Anordnung hindurchgeführt, so dass der Brennstoff aus dem Düsengehäuse 16 in das innere der Düsenkappe 19 gelangen kann.

Das Zündsystem 22 erstreckt sich entlang der Achse des Düsengehäuses 16 sowie der Düsenkappe. Es besteht aus einer Trägerhülse 23 aus Stahl, die durch Schweissen fest an der Stelle mit dem Düsengehäuse 16 sowie der Abschlusswand 17 verbunden ist. Mittig durch die Trägerhülse erstreckt sich eine Isolierhülse 23a aus "Pyrex", in der sich die Elektrode 25 befindet. Die "Pyrex"-HÜlse wird an ihrem einen Ende in einer Glasbüchse

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26, die mit Glimmer überzogen ist,und an ihrem anderen Ende durch einen Porzellan-Isolierkörper gehalten. Die mittlere Elektrode 25 besteht, wie aus der Figur ersichtlich ist, aus zwei aneinander angrenzenden Teilen, von denen sich das Teil 25a innerhalb der Hülse 23a befindet und das andere Teil 25b innerhalb des Isolierkörpers 27.

Eine mit Masse verbundene Elektrode 28 in der Düsenkappe 19 besteht aus einer Hülse, die in die Abschlusswand 17 bei 29 eingeschraubt ist_o Das Ende 30 der Elektrode 28 erstreckt sich durch ein mittiges Loch 31 in der Düsenkappe 19 und liegt an ihr mit einer ringförmigen Schulter dichtend an. Auf diese Weise wird an -der Stirnseite der Düse eine Funkenstrecke 33 durch die Elektroden 25 und 28 gebildet.

Um zur Kühlung und Reinigung dem Raum zwischen den Elektroden Luft zuzuführen, sind in der Abschlusswand 17 mehrere Radialkanäle 13 vorgesehen, die zwischen den längsverlaufenden Brennstoffkanälen 21 verlaufen, so dass sie sich mit ihnen nicht schneiden. Die Radialkanäle 13 stehen-mit einem Raum 13a zwischen der Hülse 28 und der Bohrung in der Wand 17 in Verbindung, über den ihnen Luft zugeführt wird. 'Weitere Luftzuführungslöcher 34 in der Hülse 28 der äusseren Elektrode ermöglichen den Luftzutritt von dem Raum 13a in eine innere Kühl- und Reinigungskammer 13b der Elektroden. Der Austritt der Luft erfolgt durch die Zündstrecke 33, so dass die Elektroden gekühlt und die Kammer 13b von Verbrennungsprodukten gereinigt wird_s

In dem in Fig. 3 dargestellten Schnitt durch die Abschlusswand 17 1st gezeigt, wie die radialen Luftkanäle 13 relativ zu den längsverlaufenden Brennstoffkanälen 21 in der Abschlusswand 17 angeordnet sind, Die inneren LuftzufUhrungsöffnungen 34 in der Elektrodenhülse 28 sind ebenfalls in dieser Figur sichtbar.

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Die Fig. 4 zeigt das Ende der Düsenkappe 19, so dass aus ihr

zu ersehen ist, wie die Brennstoffaustrittsöffnungen 20 in

Abstand zueinander kreisförmig um die Zündelektroden 25. und 28 angeordnet sindo

Der in das Düsengehäuse 16 eingeführte Brennstoff fliesst in Längsrichtung durch die Kanäle 21 in das Innere der Düsenkappe 19 und wird durch die Brennstoffaustrittsöffnungen 20 in das Innere des Brennrohres 1 eingespritzt» In diesem Rohr wird es mit Luft gemischt, so dass ein brennbares Gemisch entsteht. Die Verbrennung wird durch die Zündung der Blektroden 25 und 28 eingeleitet, wobei die Zündung durch die Anordnung der Zündstrecke 33 in der brennstoffreichen Zone an der Stirnseite der Düse erleichtert wird.

Die Kühlluft für die Elektroden strömt von dem Luftraum inzwischen dem inneren Rohr und dem Brennergehäuse durch die Kanäle 13, 13a und 34 in den Raum zwischen den Elektroden und durch die Zündstrecke 33 hindurch. Durch diese Luft wird der Raum zwischen den Elektroden auch von Brennstoff oder Verbrennungsprodukten gereinigt»

Durch die erfindungsgemässe Anordnung und Kühlung des Zünd™ systems ist es nicht erforderlich» dieses nach der Zündung, wie bereits vorgeschlagen wurde, zurückzuziehen oder abzudecken, und durch seine mittige Anordnung in der brennstoffreichen Zone wird der Brennstoff leicht gezündet und eine ■ Störung der Brennstoffströmung vermieden=, Da sich das Zündsystem'innerhalb der Brennstoffdüse befindet, treten keine Dichtungsproblenie auf, und es besteht auch nicht die Gefahr des Festfressens, wie bei an anderen Stellen angeordneten einzelnen Zündkerzen.

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Claims

Patentansprüche

(jy Brenner mit Zündsystem für Gasturbinenanlagen, der mit einem durch ein inneres Rohr und das Brennergehäuse begrenzten Luftraum und einem an dem Brennergehäuse befestigten Düsengehäuse j in das der Brennstoff eingeführt wird, versehen ist, gekennzeichnet durch eine mit dem Düsengehäuse (16.) verbundene Düsenkappe (19)> die sich mit dem Düsengehäuse durch den Luftraum (4) in das innere Rohr (1) erstreckt, eine Stirnseite der Düsenkappe (19)₃ in der sich, in Abstand zueinander kreisförmig angeordnete Brennstoffaustrittsöffnungen . (20) befinden, die sich in das Innere des inneren-Rohres (I) erstrecken, ein von ausserhalb des Düsengehäuses (16) bis in das innere Rohr (1) verlaufendes Zündsystem (22), wobei das Zündsystem mit Elektroden (25,28) versehen ist, die eine Zündstrecke (33) begrenzen, die sich am stirnseitigen Ende der Düse zwischen den Brennstoffaustrittsöffnungen (20) und zwischen den Luftkanälen (13j> 13a, 3'I) befindet, wobei die Luftkanäle zur Kühlung der Elektroden und Reinigung der Zündstrecke von Brennstoff und Verbrennungsprodukten Luft aus dem Luftraum (4) in das Zündsystem und zu der Zündstrecke (33) leiten.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass das Düsengehäuse (16) und die DüGcnkappe (19) durch eine Abschlusswand (17) voneinander getrennt sind, in der sich eine Anzahl von längsverlaufenden Kanälen (21) sowie eine Anzahl von radial verlaufenden Kanälen (13) zur Luftverteilung befinden, wobei die Radialkanäle (.13) zwischen den Längskanälen (21) angeordnet sine.

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3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Zündsystem (22) mit einer dicht zwischen dem Düsengehäuse (16) und der Düsenkappe (19) eingesetzten^ mit Masse verbundenen Elektrodenhülse (28) versehen ist, so dass sich an der Aussenseite der mit Masse verbundenen Elektrode eine Brennstoffkammer befindet und innerhalb dieser Elektrode.eine Kühlluft- und Reinigungskammer (13b), wobei eine Anzahl von Radialkanälen (13) sich in diese Kühlluft- und Reinigungskammer erstrecken.

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