DE2107172A1 - Verbrennungseinrichtung mit einer Verbrennungskammer - Google Patents

Description

HEINZ LINSER . PATENTANWALT · PHYSIKER 210717°

6072 DREIEiCHENHAIN BERLINER RINQ -170 RUF (061 03) 818 13

1698 - 13 Tj - 5396

General Electric Company

1 River Road
Schenectady, IT.Y./USA

Verbrennungseinrichtung mit einer Verbrennungskammer

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Verbrennungaeinrichtung mit einer Verbrennungskammer und einer davorgeaehalteten
Wirbelkammer, insbesondere für Gasturbinen.

Die Erfindung bezieht sich besonders auf eine Verbrennungseinrichtung zur Zuführung von Brennstoff in eine Verbrennungskammer, mit der eine Kohlenstoffansammlung und die damit im Zusammenhang stehenden Übertemperaturprobleme vermieden werden,

Für die Hersteller von Gasturbinen ist es schon seit langem ein Problem, Brennstoff in eine kontinuierlich arbeitende
Verbrennungsanlage, z,B* in eine Verbrennungskammer einer
Gasturbine, in fein verteilter Form zuzuführen, so daß eine

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vollständige und wirksame Verbrennung des Brennstoffes erreicht wird und gleichzeitig das Vorhandensein brannstoffangereicherter Taschen, die bei der Verbrennung Kohlenstoff oder Rauch erzeugen, zu vermeiden. Die Lösungen dieser Probleme werden insbesondere bei der -Anwendung bei Gasturbinen weiter durch die hohen Temperaturen der Verbrennungskammer und durch die Begrenzungen hinsichtlich der G-esamtausdehnung und des Gewichtes derartiger Verbrennungskammern erschwert.

Aufgrund der gegenwärtig stark im Vordergrund stehenden Begrenzung der Luftverschmutzung werden von den Gasturbinenherstellern Anstrengungen unternommen, die Aussenctung sichtbaren Rauchs aus Gasturbinen zu vermeiden. Sine Lösung des zuvor genannten Problems besteht darin, eine Einrichtung zur Karburierung der einströmenden Luft zu verwenden oder die Luft mit dem Brennstoff zu vermischen und das Brennstoff-Luftgemisch in die Primärzone einer Verbrennungskammer in Form einer Wirbelströmung zuzuführen. Das Gerät, das zur Lösung des Problems der Vermeidung der Luftverschmutzung bereits vorgeschlagen wurde, weist ein Gehäuse auf, das einen Luftwirbelgenerator oder eine Wirbelkammer um einen zentral angeordneten Kernausgang begrenzt. Das Gehäuse ist derartig ausgebildet, daß es Brennstoff und Luft aufnehmen kann, den Brennstoff und die Luft um eine Reihe von '.7irbelblechen in der Wirbelkammer zirkulieren lässt und eine wirbelnde Luftaustrittsströmung und eine feine Verteilung des Brennstoffes erzeugt. Das Gerät kann auch eine Sammelfläche aufweisen, die beim Kernausgang zum Auffangen nicht verdampften oder versprühten Brennstoffs vorgesehen ist, der aus dem Gerät geschleudert werden kann. Eine zweite Reihe von Viirbelblechen umgibt die Sammelfläche derart, daß eine zweits Wirbelströmung erzeugt und in die Brennkammer um den primären Wirbelstrom geführt wird, der zum Primärwirbelstrom koaxial, jedoch sich gegensinnig drehend,verläuft.

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Es wurde festgestellt, daß ein derartiges Gerät ein außerordentlich gut verdampftes Brennstoff-Luftgemisch mit einem sich ergebenden hohen Wirkungsgrad undmit einer Verringerung der Rauchaussendung aus der Verbrennungskammer erseugt. PUr gewisse Anwendungszwecke des Gerätes jedoch stellt sich eine Kohlenstoffansammlung und Metallübertemperaturen ein, so daß der oben beschriebene normale Betriebsablauf schädlich beeinflusst werden kann.

Frühere Versuche zur Lösung ähnlicher Probleme bei derartigen Geräten bestanden darin, daß die beeinflusste Fläche durch Perforierung des Metalls belüftet wird, so daß reichliche Luftmengen mit sehr hohen Geschwindigkeiten durchströmen können. Eine derartige Lösung jedoch zerstört häufig die grundlegende Aerodynamik des Gerätes, indem die zuvor erzeugten Wirbel durcheinander gebracht werden. Hierdurch ergeben sich ■ eine Verschlechterung der Zündeigenschaft und eine ärmere Brennstoffverteilung, wodurch sich eine niedrigere Ausgangstemperaturverteilung einstellt.

Der Erfindung liegt daher primär die Aufgabe zugrunde, einen spiraldeckelformigen Brennstoffverdampfer vorzuschlagen, der eine Kohlenstoffansammlung und MetallUbertemperaturen verhindert, ohne daß die Wirbelströmung desselben beeinflusst

Sine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Gerät der oben beschriebenen Art vorzuschlagen, das die Zirkulation der Gase in das Zentrum der Primärwirbel steuert. ?ie Losung dieser und noch weiterer Aufgaben besteht darin, daß ein spiralförmiges Gehäuse mit einer Öffnung in einer überwiegend ebenen stromaufwärtsgelegenen Wand vorgesehen ist, das ein Ende einer Wirbelkammer bildet, welche dazu dient, komprimierte Luft und Brennstoff aufzunehmen und um einen zentralen oder Kernauslass zirkulieren zu lassen, welcher mit der Verbrennungskammer strömungsmäßig in Verbindung steht.

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An der stromaufwärtsgelegenen Wand des Spiraldeckels ist ein pfannenförmiges Element derartig befestigt, daß es die darin befindliche Öffnung umgibt. Das pfannenförmige Element ist mit mehreren kleinen Öffnungen auf einer Seite versehen, die in bezug auf die Fläche des pfannenförmigen Elements normal oder geneigt gerichtet sein können. Die öffnungen sind so angebracht, daß ein direkter axialer Strom durch die Öffnung in der stromaufwärtsgelegenen Wand des Spiraldeckels vermieden wird und diese sind derartig dimensioniert, daß eine Strömung reiner Luft mit geringer Geschwindigkeit durch die Öffnung in dem stromaufwärtsgelegenen Wandelement zur Wirbelkammer des Spiraldeckels gelangen kann. Auf diese Weise werden iückzirkulierende heiße Gase innerhalb des Wirbels daran gehindert, gegen die Innenwände des Spiraldeckels zu stoßen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird diese anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels genauer beschrieben. Hierbei zeigen:

Figur 1 einen teilweisen Axialquerschnitt der Verbrennungskammer einer Gasturbine mit dem verbesserten Spiraldeckelgerät nach der Erfindung;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des verbesserten Ge-. rätes nach Figur 1 , wobei Teile entfernt sind;

Figur 3 einen diagrammartigen Axialquerschnitt eines Spiralde.ckelgerätes, jedoch ohne die vorliegende Erfindung, aus der die Luft- und Brennstoffströmung, welche durch dieses Gerät erzeugt wird, ersichtlich ist;

Figur 4 einen diagrammartigen Axialquerschnitt des Gerätes nach Figur 2, aus der die verbesserte Luft- und Brennstoffströmung ersichtlich ist, welche durch dieses Gerät erzeugt wird und

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Figur 5 eine Vorderansicht dee verbesserten Gerätes nach Figur 1.

In den einzelnen Figuren sind ähnliche Elemente mit gleichen Ziffern bezeichnet. In Figur 1 ist eine kontinuierlich arbeitende Verbrennungseinrichtung einer Art dargestellt und mit 10 bezeichnet, die sioh für Gasturbinen eignet, welche einen hohlförmigen Körper 12 aufweist, der eine darin befindliche Verbrennungskammer 14 begrenzt. Der Hohlkörper 12 schließt ein domförmigea stromaufwärtegelegenee Schließelement 16 ein, das eine Öffnung 18 aufweist, die sich zentral dazu befindet, um ein Brennstoff-Iiuftgemiseh aufnehmen zu können. Das domförmige Schließelement 16 begrenzt das stromaufwärtsgelegene Ende der Verbrennungskammer 14 und ist mit dem hohlförmigen Körper 12 geeignet befestigt oder mit ihm integral verbunden. Die Verbrennungskammer 14 kann in an sich bekannter Weise kreisförmig, ringkreisförmig oder topfförmig ausgebildet sein, wobei das domförmige Versohlusaelement 16 mehrere kreisförmig angeordnete öffnungen 18 aufweist.

Eine äußere Schale 20 kann vorgesehen sein, um den hohlförmigen Körper 12 zu umschließen und um mit diesem zusammenzuwirken, so daß den Hohlkörper 12 umgebende Kanäle 22 und 24 entstehen. Eine stromaufwärts befindliche Verlängerung des hohlförmigen Körpers 12 bildet mit der äußeren Schale den Eingang zu den Kanälen 22 und 24. Die Kanäle 22 und 24 sind

so ausgebildet, daß sie einen Strom komprimierter Luft aus einer geeigneten Quelle, beispieleweise einem Kompressor 28, der Verbrennungskammer 14 durch geeignete öffnungen oder luftklappen 30 zuführen können. Die Kanäle 22 und 24 dienen somit sowohl zur Kühlung des hohlförmigen Körpers 12, als auch zur Zuführung von VerdUnnungeluft für die gasförmigen Verbrennungeprodukte, die in der Verbrennungskammer 14 entstehen·

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Die aufatrömseitige Verlängerung 26 des hohlförraigen Körpers 12 dient als ein Strömungsteiler, um die aus dem Kompressor 28 gelangende komprimierte Luft in die Kanäle 22 und 24 und die Öffnung 32, die sich innerhalb der Verlängerung 26 befindet, aufzuteilen» Wie aus der Figur 1 deutlich zu entnehmen ist, stellt die öffnung 32 eine Verbindung zur Kammer 33 her, welche von der Innenseite der Verlängerung 26 und der Außenseite des domförmigen Elementes 16 begrenzt wird.

Innerhalb eier Kammer 33 und mit dem domförmigen Element 16 in geeigneter Weise befestigt, befindet sich eine verbesserte Brennstoffeinspritzvorrichtung 34, die gemäß vorliegender Erfindung aufgebaut ist. Die Brennstoffeinspritzeinrichtung weist ein Gehäuse 35 auf, das einen Einlasskanal 36 zur Aufnahme komprimierter Luft aus dem Kompressor 28 mittels der Öffnung 32 aufweist. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, steht ein erster oder ein Kernauslass 38 mit der Öffnung 18 des hohlförmigen Körpers strömungsmäßig in Verbindung, um der Verbrennungskammer 14 ein Luft-Brennstoffgemisch in Form einer primären Wirbelströmung 40 zuführen zu können. Um den Brennstoff in das Innere des Gehäuses 35 führen zu können, sind geeignete Zuführeinrichtungen 42 vorgesehen, wie im folgenden erläutert wird. Die Brennstoffzuführeinrichtung 42 weist eine Zuleitung 44 auf, die ein Ausströmende 45 besitzt, welches sich durch die äußere Schale 20 erstreckt und mit einer nicht näher dargestellten Versorgungsquelle komprimierten Brennstoffes in Verbindung steht. Obgleich die verbesserte Brennetoffzuführeinrichtung 34 sich besonders für flüssigen Brennstoff eignet, die auch im folgenden in Verbindung mit flüssigem Brennstoff beschrieben wird, so kann auch gasförmiger und fester Brennstoff oder eine Kombination daraus vorteilhaft verwendet werden.

Das Gehäuse 35 weist eine involutenförmige äußere Wand 48 auf und besitzt im wesentlichen ebene, voneinander getrennte auf- und abatrömaeitig angeordnete Endeeiten 50 und 52, die aa üafang »it deräußert» Wand 48 verbinden sind,

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VMe aus der Figur 3 deutlich hervorgeht, begrenzt das Gehäuse 35 einen Luftwirtelgenerator oder eine Wirbelkammer 46 außer-

halb des Auslasses 30. Die äußere Wand 48 ist spiralförmig ausgebildet und besitzt einen vom Sinlaaskanal 36 zur Endkante oder Lippe 54 progressiv abnehmenden Radius (Figur 2), der zum 'L'eil die Einlassöffnung aus dem Kanal 36 zur Wirbelkammer 46 begrenzt. Der Einlasskanal 36 ist mit einer fast axial gerichteten aufströraseitigen Endöffnung 55 versehen, die zur Aufnahme eines Stromes komprimierter Luft aus dem Kompressor 38 dient, welche eine Wand aufweist, die als eine stromlinienförmige If ort Setzung der involutenförmigen äußeren '.Yand 48 ausgebildet ist, so daß die einströmende luft der 7/irbelkammer 46 stromlinienförmig zugeführt werden kann. Die komprimierte einströmende Luft wird in dieser Weise vom Einlass 36 aua in eine kreisförmige Bewegung mit einem stetig abnehmenden Radius gebracht, so daß ein primärer 'Wirbelstrom 40, wie in Figur 1 dargestellt ist, erzeugt wird. Wie in Figur 3 schematisch aufgezeigt ist, besitzt der ?/irbel einen nahezu hohlformigen Kernteil 56.

Um weiterhin für eine Wirbelbewegung des primären Wirbeletromes 40 zu sorgen und um die Wirbelströmung 40 relativ zur öffnung 38 genau auszurichten, sind mehrere primäre Wirbelbleche 58 vorgesehen, die ich zwischen der auf- und abströmsei tigen Wand 50 und 52 erstrecken und die in einer Umfangsreihe um den Auelass 38 angeordnet Bind, wie aus Figur 2 ersichtlich ist. Eine derartige Reihe von Yfirbelblechen 58 kann auch so ausgebildet sein, um die dort hindurchströmende Luft zu drosseln, so daß die Rotationsgeschwindigkeit der primären Wirbelströmung 40 ansteigt. Um eine im wesentlichen gleichförmige Rotationsgeschwindigkeit der Einlassluft innerhalb der Wirbelkammer 46 und außerhalb der Bleche 58 aufrecht zu erhalten, sind der Auelass 38 und die Wirbelbleche 58 vorzugsweise in bezug auf die äußere Y/and 48 derart angeordnet, daß die Querschnitsströmungsfläche vom Einlass 55 zur Lippe 54 progressiv abnimmt,

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Zusätzlich zu der die Primärströmung erzeugenden Einrichtung, die oben beschrieben wurde, ist am Auslass 38 eine Steueroder Sammelfläche 60 vorgesehen, um die abströmende Wandbrennstoff strömung zu sammeln, wie im folgenden "beschrieben wird. Die Sammelfläche 60 wirkt mit der Vorrichtung 62 zusammen, um einen Sekundärluftstrom in die Verbrennungskammer um die und entlang der Sammelfläche 60 derart zuzuführen, daß der gesammelte Brennstoff in zerstäubter Form in die Verbrennungskammer 14 getragen wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Steuer- oder Sammelfläche 60 die Form einer ^ ringförmigen Manschette auf, die sich um den Auslass 38 erstreckt und eine abströmseitige Verlängerung bildet. Die Samiaelfläche 60 kann mit der abströmseitigen Wand 52 in geeigneter V/eise befestigt oder mit ihr integral verbunden sein. Die Einrichtung 62 für die Sekundärluftströmung weist mehrere Wirbelbleche 64 auf, die radial außerhalb und in einer kreisförmigen Reihe um die Manschette 60 angeordnet sind. Die Wirbelbleche 64 sind zwischen der abströmseitigen Wand 52 und einem ringförmigen Rand 65 geeignet befestigt, welcher sich axial abströmseitig befindet. Die Reihe der Wirbelbleche 64 und der ringförmige Rand 65 sind von der Manschette 60 radial nach außen gerichtet angeordnet, so daß sich dazwischen ein axial gerichteter ringförmiger Kanal 66 bildet, der zum Aus-" lasa 38 und zur Wirbelströmung 40 im wesentlichen koaxial verläuft.

Wie am besten aus der Figur 1 zu entnehmen ist, ist die Brennstoffein'spritzeinrichtung 34 mit dem ringförmigen Rand von dem Rand der öffnung 18 des Einschlusselementes wenig getrennt oder mit ihm verbunden angeordnet, so daß sich ein komprimierter Luftstrom aus der Kammer 33 ergibt, der radial nach innen durch die Wirbelbleche 64 und von dort axial in die Verbrennungskammer 14 gerichtet ist. Die Wirbelbleche 64 sind derartig ausgebildet, daß sie einen derartigen Luftstrom umwirbein können und einen Sekundärwirbelstrom 67 erzeugen, der in bezug auf die Priraärwirbe!strömung 40 in vorteilhafter Weise

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gegensinnig gerichtet iat, obgleich dieser auch anders verlaufen kann. Auf diese Weise wird abströmseitig zur Manschette 60 an der äußeren Begrenzung dea Wirbels 40 aufgrund der Wechselwirkung der primären mit der sekundären Strömung ein Bereich hoher Abscherkräfte 68 erzeugt.

'Jährend des Betriebes wird ein flüssiger Brennstoff durch die Zuleitung 44 dem Einlasskanal 36 augeführt. Ein Teil dieses Brennstoffes kann unmittelbar von der mit hoher Geschwindigkeit durch den Einlass 55 eintretenden Luft aufgenommen oder mitgerissen und in die Verbrennungskammer 14 getragen werden. Der restliche Brennstoff landet auf die Innenfläche des Einlasskanals 36 und wird durch die mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luft in die Wirbelkammer 46 getrieben oder gestoßen und bewegt sich zentrifugal entlang der äußeren Wand 48. Ein Teil des Brennstoffes kann während dieser Strömung verdampft und/oder versprüht und in die Einlaßströmung mitgerissen werden. Ein Teil der äußeren Brennstoffwandströmung,der nicht so verdampft ist, wird sodann von der Lippe 54 abgeschert, wie in Figur 2 mit 72 bezeichnet, und gelangt erneut durch den Einlassluftströmungspfad, wodurch sich ergibt, daß mehr Brennstoff innerhalb der Einlassluft mitgerissen wird. Zusätzlich wird noch, wie aus Figur 3 ersichtlich ist, der flüssige Brennstoff, der innerhalb der Wirbelkammer 46 zirkuliert, durch die Luft in einer wirbelnden Strömung entlang der Innenseite der stnamaufwärtsgelegenen Wand 50 von der wirbelnden Luftströmung mitgenommen. Sine derartige stromaufwärts gerichtete Brennstoffwandströmung wird dirch die Bleche 58 getragen und bildet einen Brennstoffring 74, wo die Brennstoffgeschwindigkeitskräfte durch die Zentrifugalkräfte ausgeglichen werden. Während der Strömung entlang der inneren Seite der etromaufwärtsgelegenen Wand 50 zum Ring 74 kann ein Teil des Brennstoffs von der Oberfläche durch die Einlassluft und durch die Strahlungwärme von den Flammen innerhalb der Verbrennungskammer 14 verdampft werden.

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Der flüssige Brennstoff innerhalb des Brennstoffringes 74 wird weggewirbelt und duroh die luftströmung 40 hoher Geschwindigkeit in außerordentlich kleine Brennstofftropfen zerstäubt und in Form eines konischen Sprühkegels 76 in die Verbrennungskammer 14 gerichtet oder getragen. Da diese zerstäubten Brennstofftropfen außerordentlich klein sind, verdampfen sie sehr schnell und mischen sich mit dem Luftwirbel

Der gesarate Brennstoffstrom entlang der abströmseitigen V/and 52 wird dem abströmseitigen Ende der Manschette 60 durch den Wirbel 40 in einer Wirbelströmung zugeführt oder hingestoßen. Der Brennstoff wird sodann von dem abströmseiügen Ende der Manschette 60 durch die Primär- und Sekundärströmungen 40 und 67 abgewirbel oder abgeschert und in den Bereich 68 hoher Abscherkräfte geführt, indem es in kleine Tröpfchen 80 aufgeteilt wird, welche schnell verdampfen. Demzufolge wird dadurch, daß die Steuerfläche oder die Manschette 60 und die die Sekundärströmung erzeugende Einrichtung 62 vorhanden sind, eine günstige und gesteuerte Einführung des gesamten flüssigen Brennstoffes, der aus der Einrichtung 34 ausströmt, über einen weiten Betriebsbereich in eine G-asturbine erreicht.

Der verringerte Druck des Wirbelkerns56 bewirkt eine umgekehrte oder eine rückzirkulierende Strömung von der Verbrennungskammer 14 aus betrachtet, wie in Figur 3 mit 82 bezeichnet ist. Diese Rückzirkulation eines G-ases hoher Temperatur aus der Verbrennungskammer 14 in das Zentrum oder den Kernteil der Wirbelkammer 46 verstärkt weiterhin die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes von den Oberflächen der Yifirbelkammer und auch eine Verdampfung der versprühten Brennstoff tropf en, die von der Luft mitgeführt oder von dem Brennstoffring 74 ausgestoßen werden. Diese Rückzirkulation der Hochtemperaturgaae jedoch kann schädliche V/irkungen ausüben, wenn diese auf die aufströmseitige Y/and 50 der Wirbelkammer auftreffen.

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Pas heißt, das Auftreffen der Luft hoher Temperatur kann eine Übertemperatur der Wand 50 zur Folge ha"ben, wodurch sich eine Beschädigung einstellen kann. Ferner kann das Aufschlagen der Gase eine Ansammlung von Kohlenstoffablagerungen auf der Wand 50 bewirken, wie durch die Ziffer 84 schematisch angezeigt ist. Hine derartige Ansammlung beeinflusst dia normale Betriebsweise der Einrichtung 34, wodurch in der Brennkammer 14 unvorhersehbare Verbrennungsbedingungen verursacht werden. Sin weiteres Problem ergibt sich, wenn die KohlenstoffansammTung 84 sich von der aufströmseitigen V/and 50 losbricht und in Abströmrichtung durch die Verbrennungskammer 14 wandert. Aus diesem Grunde sind einige Einrichtungen notwendig, um das Auftreffen der rückzirkulieenden Gase 82 hoher Temperatur auf die stromaufwärtsgelegene Wand 50 und damit Ubertemperatüren und Kohlenstoff ansammlungen au verhindern.

Bine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, die stromauf war tage le gene Wand 50 mit Löchern zu versehen und reichliche Luftmengen mit hoher Geschwindigkeit da hindurchströmen zu lassen, wodurch ein Auftreffen der heißen rückzirkulierenden Gase 82 verhindert wird. Eine derartige Lösung jedoch zerstört das aerodynamische Verhalten des Systems, indem der Primär-" wirbel 40 durcheinander gebracht wird« Die Wirkung eines solchen Systems besteht darin, daß die Zündfähigkeit sich verschlechtert und die Brennstoffverteilung ärmer ist, wodurch eine ärmere Temperatur-Verteilung und eine sich einstellende Turbinenbeschädigung ergibt.

Um dieses Problem zu vermeiden, ist nach der Erfindung die stromaufwärtsgelegene Wand 50, wie aus Figur 4 zu entnehmen ist, mit einer zentralen öffnung 86 versehen. Über dieser Öffnung 86 befindet sich eine pfannenförmige Abdeckung 88, die mit der Wand 50 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schweißen, verbunden iet.

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Die Abdeckung 88 ist mit mehreren kleinen Löchern 90 versehen, die in angemessener V/eise kreisförmig um den flachen Teil der Abdeckung 88 angeordnet sind. Die Löcher 90 können in bezug auf den flachen Plattenteil der Abdeckung 88 geneigt sein, wie aus der Figur 5 zu entnehmen ist. Wie in Figur 1 dargestellt i3t, ist die Abdeckung 88 innerhalb der Kammer 33 angeordnet, so daß die Luft, die mit großer Geschwindigkeit durch die öffnung 32 in die Kammer 33 gelangt, in der Lage ist, durch die Löcher 90 in eine innere Kammer 92 zu strömen (siehe Figur 4), die sich zwischen der Abdeckung 88 und der "Jana 50 befindet. Die Kammer ist über die öffnung 86 mit der Wirbelkammer 46 strömungsmäßig verbunden. Die Luft, welche durch die öffnungen 90 eintritt, strömt daher durch die Kammer 92 in die Wirbelkammer 46 in Form gereinigter Luft, wie durch die Pfeile 94 schematisch dargestellt ist. '.7ie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, sind die Löcher Jedoch so angeordnet, daß eine direkte Axialströmung zwischen den Löcharn 90 und der zentralen Öffnung 86 der vorderen '»Vand 50 vermieden wird. Zusätzlich sind die Löcher 90, wie aus Figur 5 zu entnehmen ist, geneigt, so daß die reine Luft innerhalb der Kammer 92 herumwirbelt, bevor sie durch die öffnung 86 austritt. Die Öffnungen 90 sind vorzugsweise in eine solche Richtung geneigt, daß eine Wirbelbewegung in der gleichen Richtung wie die Primärwirbelströmung 40 hervorgerufen wird.

Die öffnungen 90 sind in angemessener Weise voneinander ent;-fernt und dimensioniert, so daß die Menge und der Druck der reinen Luft 94, welche in die Kammer 46 fließt, geregelt werden kann, um zu verhindern, daß ein Luftstrom mit großer Geschwindigkeit den Primärwirbel 40 zerstört. 7/ie in Figur 4 gezeigt ist, wird die reine Luft 94, welche in die öffnung 86 eintritt, veranlasst, sich über der vorderen Wand 50 entlang der Innenseite durch die Pumpwirkung des Wirbels 40 zu drehen, was durch die eigene oben beschriebene Wirbelbewegung begünstigt wird. Dieser Luftstrom besteht bei einer Geschwindigkeit, die niedrig genug ist, damit die aerodynamischen Eigenschaften der Wirbelkammer nicht zerstört werden, jedoch tritt er mit einer Geschwindigkeit ein, die gieß genug ist, damit die rückzirkulierenden heißen Gase 82 auf keinen Fall gegen die aufströmseitige tfand 50 der Wirbel-

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kammer 46 auftreffen. Somit wird verhindert, daß sich Kohlenstoff auf dieser abströmaeitigen V/and 50 ablagert, welche somit kühl gehalten wird und die Gesamtleistung der Verbrennungseinrichtung 34 wird nicht verschlechtert.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daS mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Yerbrennungseinrichtung einer vereinfachten und wirtsohaftlichen Konstruktion vorgeschlagen wird, mit der in wirkungsvoller und befriedigender Weise Brennstoff in eine Verbrennungskammer in positiver und über einen weiten Betriebsbereich gesteuerter V/eise eingeführt werden kann, während eine Kohlenstoffansammlung und eine Übertemperatur des Metalls eines derartigen Gerätes verhindert wird. Obwohl die Vorrichtung für den Einlass reiner luft als ein pfannenförmiges Element dargestellt und beschrieben wurde, welches mehrere kleine öffnungen aufweist, so können auch andere äquivalente Vorrichtungen verwendet werden, die mit der Einrichtung 34 integral verbunden sind. An Stelle mehrerer kleinerer Öffnungen kann auch eine größere verwendet werden, die innerhalb der Abdeckung 88 geeignet angeordnet ist.

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Claims (1)

1H IWlW 2

Patentansprüche

Verbrennungseinrichtung mit einer Verbrennungskammer und einer davorgeschalteten Wirbelkammer, weiche auf- und abströmseitlg angeordnete Endwände und Einrichtungen aufweist, die Druckluft und flüssigen Erennatoff aufnehmen können und die luft und den Brennstoff um einen in der abströmsei tigen \7and der Wirbelkammer angeordneten zentralen Auslass zirkulieren lassen können, um eine primäre V/irbelaustrittaetrömung der Luft und des Brennstoffes aus dem Auslass in die Verbrennungskammer zu erzeugen und Llittel zur Zündung der Auslaßströmung, um einen Gasstrom hoher Temperatur zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß in der aufströmseitig angeordneten Y/and (50) der Wirbelkammer (46) ©ine Öffnung (86) und Mittel zur Bildung einer Kammer (92) für reine Luft neben der öffnung (86) sowie Mittel (90) zur Erzeugung eines Stromes reiner Luft (94) durch die öffnung (86) in die V/irbelkanmer (46) entlang der aufströmseitlg angeordneten Wand (50) vorhanden sind, um ein Aufprallen des Gasstromes hoher Temperatur auf die aufströmseitig angeordnete Endwand (50) zu verhindern.

Einrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (36) in bezug auf die aufströmseitig befindliche Wand (50) zentral angeordnet ist und daß die die Kammer bildenden Mittel ein pfannenförmiges Element (88) aufwisen, daß die öffnung (86) überdeckt und welches mindestens eine öffnung (90) zum Durchlass reiner Luft aufweist.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pfannenförmige Element (88) mehrere öffnungen zum Durchlass reiner Luft aufweist, die sich von der Zentralöffnung (86) aus betrachtet radial außen befinden, wodurch eine direkte Axialströmung der reinen Luft (94) in* die Wirbelkammer (46) verhindert wird.

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4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (90) in bezug auf das pfannenförmige Element (88) geneigt sind, so daß der reinen Luft (94) eine wirbelnde"Bewegung innerhalb der Luftkamer (46) aufgeprägt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um den Auslass (38) eine Steuerfläche (60) zun Aufsammeln des flüssigen Brennstoffs angeordnet ist, der entlang der abströmseitigen Viand (52) zum Auslass (38) strömt, daß zur Erzeugung eines Sekundärluftstromes in die Verbrennungskammer (14) um die Brennstoffsammeieinrichtung (60) Elemente (62) angeordnet sind, um einen Bereich hoher Abscherkräfte (68) an der äußeren Begrenzung des primären Wirbelstromes (40) zu bilden, derart, daS der aufgesammelte Brennstoff in die Verbrennungskammer (14) in gesteuerter und fein verteilter Weise eingeführt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennetoffsammeleinrichtung eine ringförmige Manschette (60) aufweist, die in bezug auf die primäre Wirbelströmung (40) im wesentlichen koaxial angeordnet ist und die an der abströmseitig angeordneten Wand (52) um den Auslass (38) befestigt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Sekundäretrömung erzeugende Einrichtung mehrere '.Virbelbleche (64) aufweist, die um die ringförmige Manschette (60) in einer radial nach außen gerichteten kreisförmigen Reihe angeordnet sind, welche derartig ausgebildet sind, daß sie die Sekundärströmung (67) in Porm eines Y/irbels um die primäre Wirbelauslaflströmung (40) und relativ dazu im G-egendrehsinn zuführen können.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (34) mit einer auf- und abströmseitig angeordneten Wand (50,52) versehen ist und die abströmeeitige Yfend (52) einen Auslass (38)

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BAD

aufweist, daß das Gehäuse (34) eine Wirbelkammer (46) um den Kernauslass (38) begrenzt und der Kernauslass (30) Vorrichtungen besitzt, um eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Wirbelkammer (46) und der Verbrennungskammer (14) herzustellen, daß Llittel (36,44) zur Aufnahme und Einführung von Druckluft und Brennstoff in die »/irbelkammer (46) vorhanden sind und die Wirbelkammer (46) Elemente umfasst, um die Energie der Pressluft auszunutzen, so daß die Luft und der Brennstoff um den Kernauslass (38) zirkulieren kann und eine primäre Wirbelauslaßströmung (40) der Luft aus dem Kernauslass (38) erzeugt, wobei der Brennstoff von der primären 'tfirbelströmung (40) mitgerissen wird und aus dem Auslass in fein verteilter Form ausströmt, daß sich in der stromaufv/ärts angeordneten Wand £0) eine öffnung (06) befindet und von der '.Tand (50) Elemente (88) zur Bildung einsr Kammer (92) für reine Mt getragen werden, wobei die Kammer (92) mit der '.■Wirbelkammer (46) strömungsmäSig verbunden ist und daß Elemente (90) zur Erzeugung einer Strömung reiner Luft (94) durch öffnung (86) vorhanden sind und die reine Luft (94) entlang der aufströmseitig angeordneten Wand'(50) strömt und ein Auftreffen des Gasstromes hoher Temperatur darauf verhindert,

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammer für die reine Luft bildenden Elemente ein pfannenförmiges Element (38) aufweisen, d.aß die öffnung (86) überdeckt und mehrere Einlassöffnungen (90) besitzt.

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