DE2148826A1

DE2148826A1 - Ringspaltvergaser

Info

Publication number: DE2148826A1
Application number: DE19712148826
Authority: DE
Inventors: Harshman Daniel Lee; Bahr Donald Walter
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-01-04
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1972-07-27
Also published as: CH533234A; IT938896B; FR2121496A1; NL7113604A; US3722216A; IL37737A0; GB1352369A; FR2121496B1; CA938115A; BE773357A; IL37737A

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Brennersysterne für Gasturbinentriebwerke und insbesondere ein Brennstoffluftvergasersystem in der Art eines Ringspaltes für Ringbrenner.

Die Hersteller von Gasturbinenmaschinen suchen ständig nach Verfahren und Vorrichtungen, nach denen mit größerem Wirkungsgrad und größerer Wirtschaftlichkeit relativ kompakte Gasturbinenkraftanlagen mit hohem Verhältnis von Leistung und Gewicht gebaut werden können. Ein Hauptproblem bei der Herste llung

209831/0470

2H8826

solcher Gasturbinen besteht darin, Maschinen mit kürzerer Länge und geringerem Gewicht als die konventionellen Maschinen zu schaffen, ohne dabei Abstriche bezüglich der Leistungsfähigkeit oder der Lebensdauer der Maschine zu machen. Wenn eine solche Maschine hergestellt werden könnte, würde sie eine Anzahl von grundlegenden Vorteilen aufweisen, wie beispielsweise die Verringerung des Gesamtgewichtes der Maschine und der damit einhergehenden Fähigkeit eines durch eine solche Maschine angetriebenen Luftfahrzeuges zum Tragen einer größeren Nutzlast. Weiterhin würde eine solche Maschine eine geringere Zahl von Hauptlagern benötigen und würde in dieser Hinsicht weniger kompliziert und kostspielig sein als einige gegenwärtig verfügbare Maschinen.

Solche Gasturbinentriebwerke umfassen normalerweise einen Verdichter, ein primäres Brennersystem, eine Turbine, einen Auslaßrohrteil (möglicherweise enthält dieser ein Nachbrennersystem) und eine Ausstoßdüse mit variablem Querschnitt, üblicherweise tritt die Luft an einem Einlaß ein und wird in dem Verdichter komprimiert, zusammen mit Brennstoff hohen Energiegehaltes in dem primären Brennersystem gezündet, leistet bei der Expansion durch die Turbine Arbeit und tritt durch die Düse mit variablem Querschnitt aus. Die Energie, welche in dem aus der Düse austretenden Gas enthalten ist, kann dazu verwendet werden, einem durch ein solches Triebwerk angetriebenen Luftfahrzeug einen Vorwärts schub: zu erteilen oder Wellenantriebs leistung für Anwendungen in Wasserfahrzeugen zu liefern oder Generatoren zur Erzeugung elektrischer Leistung anzutreiben usw.

Der Abschnitt mit dem primären Brennersystem ist einer der Abschnitte einer Gasturbine, welcher ständig Probleme verursacht hat bei dem Versuch der Triebwerkshersteller, die Gesamtlänge der Gasturbinenmaschine zu verkürzen. Eine geringe Länge und kompakte Verbrennungssysterne erhalten eine noch größere Bedeutung für fortschrittliche Anwendungszwecke eines Triebwerkes mit ständig erhöhten Betriebstemperaturen. Brenne rs y steine mit geringer Länge führen nicht nur zu einer größtmöglichen Verringe-. rung der Probleme bezüglich der ausreichenden Kühlung der Ver-

209831/0470

2H8826

kleidungen des Brennersystems, welche die primäre Brennerzone' definieren. Sie führen auch, wie oben erörtert, zu einem reduzierten Gewicht der Maschine und zu einer verringerten Länge der Welle. Weiterhin werden Triebwerke in vielen fortschrittlichen Anwendungsfällen mit Auslaßtemperaturen des Brenners von etwa 1370 °C (2500 ⁰P) und darüber betrieben. Bei diesen Temperaturwerten erhält die präzise Steuerung des Verteilungsmusters der Auslaßtemperatur sowohl radial als auch längs des Umfangs eine Hauptbedeutung. Präzise beherrschte Temperaturverteilungen sind unerläßlich, um nachteilige Temperaturgradienten auf ein Minimum zu reduzieren und die Möglichkeit für heiße Flecken in den Verkleidungen des Brenners und auf den Leitflächen der Turbineneintrittsdüse zu beseitigen.

Eine weitere wichtige Anfoiderung an die Brenner für fortschrittliche Anwendungen von Triebwerken besteht darin, daß die Abgabe von Rauch und Verunreinigungen auf die geringstmöglichen Werte reduziert wird. Um diese Reduzierung zu erreichen, j.st es notwendig, nahezu stöchiometrische Verbrennungsverhältnisse in der Brennerzone zu erreichen. Dies erfordert wiederum nahezu gleiche Temperaturprofile in der ganzen Brennerzone.

Die oben erörterten Probleme haben zu verschiedenen Konzeptionen für die Konstruktion eines Vergaserbrenners geführt, in dem Brennstoff mit hohem Energiegehalt mit einem Teil des Luftstroms zum Brenner vor dem Verbrennungsprozeß vorgemischt wird, um vor diesem Prozeß eine vollständige Vermischung von Brennstoff und Luft miteinander zu erreichen. Es wurde gefunden, daß diese Art der Konstruktion kompakte Anlagen kurzer Länge mit gut beherrschten Verteilungen der Auslaßtemperatur liefert. Viele Brennersysteme dieser Art sind so konstruiert, daß sie ohne Düsen für einen feinen Sprühnebel arbeiten und stattdessen mit einfachen Niederdruckbrennst of fjn j ektoren arbeiten. In Systemen dieser Art wird die kinetische Energie des Luftstroms zum Brenner dazu verwendet, den Brennstoff zu vernebeln. Neben der Erreichung von Brennersystemen mit geringerer Länge haben diese Lösungswege für die Konstruktion des Vergasers auch zu einer sehr geringen

209831/0470

2H8826

_ 4 -Rauchabgabe in dem Auslaßgas geführt.

Bei den vorhandenen Arten von Brennern einschließlich der Brenner mit Vergaser wird der Brennstoff normalerweise in den Ring des Brennersystems an einer diskreten Zahl von Stellen eingeführt. Typischerweise ist jeder der Brennstoffinjektoren in einem Wirbelbecher oder in einer anderen Mischvorrichtung angeordnet. Die Wirbelbecher sind dann angeordnet in einem Kreis-

dieser ring, der an der Brennerkuppel befestigt ist. Daher ist jeder/ Wirbelbecher eine Quelle für ein brennbares Brennstoff-Luft gemisch, welche teilweise einen diskreten Flammenstabilisierungsbereich an dem Umfang des Brennerringes schafft.

Da jeder Wirbelbecher eine diskrete Einheit ist, neigen bei einer solchen Konstruktion die Verteilung des Brennstoff-Luftverhältnisses und der Gastemperaturen über den Querschnitt des Brennerrings zu einer Ungleichförmigkeit. In vielen Fällen können strömungsabwärts von jedem Wirbelbecher lokalisierte Streifen von Hochtemperaturgasen beobachtet werden. Die Temperaturverteilungen am Umfang und örtliche Schwankungen des Brennstoff-Luft Verhältnisses dieser Art können zu lokalisierten heißen Flecken führen und außerdem zu Temperaturgradienten in den heißen Teilen, welche sich s trömungs abwärts von den Wirbelbechern befinden. Bei vielen Brennerkonstruktionen ist es möglich, durch Luftkühlungsverfahren die Auswirkungen dieser ungleichförmigen Gastemperaturverteilung über den Umfang auf ein Minimum zu bringen. Dieser Lösungsweg erfordert jedoch oft, daß ein beträchtlich erhöhter Anteil des Gesamtluftstroms für Kühlzwecke vorgesehen wird. Dies kann jedoch zu notwendigen Kompromissen in dem Gesamtbetriebsverhalten des Brenners führen.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ringbrenner mit gleichförmigem Temperaturprofil in Umfangsrichtung und in radialen Richtungen zu schaffen.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden erreicht durch einen Brenner, in dem der Brennstoff gleichförmig in die primäre

209831/0470

Verbrennungszone am gesamten Umkreis des Brennerrings eingeführt wird. Das Brennersystem enthält eine ringförmige Vormischkammer, die unmittelbar strömungsaufwärts von der primären Verbrennungszone angeordnet ist. Der Brennstoff wird im Innern der Kammer mit einem Teil des Luftstroms zum Brenner gemischt, und das erhaltene Gemisch wird durch einen kontinuierlichen Ringspalt in die primäre Verbrennungszone eingeleitet. Die Luft wird in die Vormischkammer mit Hilfe einer Anzahl von über den Ring verteilten Lufteinlässen eingeleitet. Der Brennstoff wird in jede dieser Einlasse mit Hilfe geeigneter Brennstoffinjektoren eingeführt. Das in den Lufteinlässen erzeugte Brennstoff-Luftgemisch wird um einen Winkel von etwa yo abgelenkt und in die Vor mi sch kammer ausgestoßen, über die ringförmige Vormischkammer verteilt sind eine Vielzahl von Verwirbelungs leitflächen angeordnet und leiten das erhaltene Brennstoff-Luftgemisch durch den kontinuierlichen Ringspalt in die primäre Verb renn ungs zone. Nach den jeweiligen Erfordernissen wird mit Hilfe von Ringen von gegensinnigen Verwirbelungs leitflächen (counterswirl vanes), die konzentrisch um den Ringspalt angeordnet sind, zusatzIiehe/Verbrennungsluft in die primäre Verbrennungszone eingeleitet. Dieser gegenläufig erzeugte Luftstrom ergibt eine wirksame und schnelle Durchmischung des aus der Vomischkammer austretenden Brennstoff-Luftgemisches mit der zusätzlichen primären Verbrennungsluft. Der gegenläufige Luftstrom ergibt weiterhin Flammenstabilisierungsbereiche über den gesamten Umfang des Ringspaltes.

Ein besseres Verständnis der Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Aus führ ungs formen im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Pig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbinenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der einige Teile ausgelassen sind.

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch ein Brennersystem gemäß der vorliegenden Erfindung.

209831/0470

- ö Pig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Brennersystems nach Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Auslaßteils des Brennersystems nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Gasturbinentriebwerkes 10 mit einem Gehäuse 12 und einem dadurch gebildeten Einlaß 14, einem Kompressor l6 mit Reihen von Rotorlaufschaufeln 18 zwischen Reihen von Statorleitschaufeln 20, welche an ihren äußren Enden an der inneren Oberfläche des Gehäuses 12 befestigt sind. Am strömungsabwärts gelegenen Ende des Kompressors oder Verdichters l6 befindet sich eine Reihe von Verdichteraus läßlei ts chauf ein (OGVs) 22, gefolgt von einem Ringdiffusorkanal oder Kompressorauslaßkanal 24.

Der Kompressorauslaßkanal oder Diffusorkanal 24 enthält ein Paar konzentrischer äußerer und innerer Wände 25 und 26, die jeweils entsprechend Fig. 2 in Richtung strömungs abwärts divergieren. Der Diffusorkanal 2 4 liefert die verdichtete Luft von dem Verdichter 16 zu einem Brenner 27, in dem die verdichtete Luft mit Brennstoff hoher Energie vermischt und gezündet wird, um einen Heißgasstrom mit hoher Geschwindigkeit durch eine Turbine 28 zu erzeugen. Die Turbine 28 entnimmt dem Heißgasstrom Antriebs energie, um den Kompressor 16 über eine Verbindungswelle 30 anzutreiben, auf der beide Bauteile befestigt sind. Der Heißgasstrom tritt dann aus dem Triebwerk durch eine Austrittsdüse 32 aus, welche eine einstellbare Querschnitts fläche besitzen kann.

Der vorstehende Teil der Beschreibung dient lediglich zur Beschreibung eines Typs einer Gasturbinenmaschine, in dem das erfindungsgemäße Brennersystem Anwendung finden kann. Wie aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, könnte

209831/0470

2U8826

das Brennersystem mit Gasturbinentriebwerken jeglicher Art verwendet werden.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Brenner 27 eine äußere Gehäusewand 34 und eine innere Gehäusewand 36 enthält, welche Verlängerungen der Diffusorwände. 25 und 26 darstellen. Die äußere und innere Wand 34, 36 befinden sich in einem Abstand von einem Paar äußerer und innerer Verkleidungen 38, 40 für die Brennkammer, welche in geeigneter Weise in dem Brenner gelagert sind. Diese äußeren und inneren Verkleidungen 38 und 40 für den Brenner wirken daher mit den äußeren und inneren Gehäusewänden 34 und 36 zusammen, um drei ringförmige Strömungskanäle zu bilden, und zwar einen äußeren Kühlkanal 42, einen inneren Kühlkanal 44 und eine primäre Verbrennungszone 46. Das strömungsaufwärts gelegene Ende der primären Verbrennungszone 46 ist genau definiert mit Hilfe einer Kuppelwand 48, welche in geeigneter Weise mit den Verkleidungen 38 und 40 für den Brenner verbunden werden kann.

Eine Brennstoffvergaservorrichtung 50 ist unmittelbar strömungsaufwärts von der Kuppelwand 4"8 angeordnet und mit dieser in geeigneter Weise verbunden. Wie aus den Figuren 3 bis 5 ersichtlich, enthält diese BrennstoffVergaservorrichtung 50 eine ringförmige Vormischkammer 52, die aus einer strömungsaufwärts gelegenen Wand 54, einer äußeren Wand 56 und einer inneren Wand 58 gebildet ist. Fig. 4 zeigt, daß die äußere Wand 56 und die innere Wand 58 mit ihrem axialen Verlauf von der strömungsaufwärts gelegenen Wand 54 konvergieren, um einen ringförmigen Austrittsspalt 60 zu bilden. In dem Ringspalt 60 ist eine Vielzahl von radialen Verwirbelungsleitflächen 62 angeordnet, Diese sind mit gleichem Abstand über den Umkreis des Ringspaltes 60 verteilt und in irgendeiner geeigneten Weise starr mit der äußeren Wand 56 und der inneren Wand 58 verbunden.

Aus den Abbildungen ist ersichtlich, daß die Vormischkammer 52 durch eine Anzahl von Lufteinlässen 64 mit Luft versorgt wird, welche mit gleichem Abstand über die strömungsaufwärts gelegene

209831/0470

2H8826

Wand 5^ verteilt und starr mit dieser verbunden sind. Die Lufteinlässe 64 umfassen jeweils einen Einlaß 66 mit glatter Kontur, einen im Innern der Vormischkammer 52 angeordneten Auslaß und gekrümmte Wände 69 und 70, welche den Einlaß 66 und den Auslaß 68 miteinander verbinden. Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß jeder der Lufteinlässe 64 mit einem geeigneten Brennstoffinjektor 72 ausgestattet ist. In der Abbildung umfaßt dieser ein einfaches Injektionsrohr für Niederdruck. Weiterhin zeigt die Fig. 2, daß bei gewissen Anwendungsfällen ein größerer Anteil der vom Verdichter abgegebenen Luft zu den Lufteinlässen 64 geleitet werden kann mit Hilfe eines Ringkanals 73, der im Innern des Diffusorkanais 24 angeordnet werden kann.

Die gekrümmten Wände 69 und 70 des Lufteinlasses 64 sind so ausgestaltet, daß das in diesen Einlassen erzeugte Brennstoff-Luftgemisch um etwa 90 abgelenkt und durch die Auslässe 68 in einer allgemein tangentialen Richtung in die Vormischkammer 52 ausgestoßen wird. Vorzugsweise sind der strömungsaufwärts gelegene Teil der Vormischkammer 52 und die Auslaßenden der Lufteinlässe 64 so gestaltet, daß Ruhezonen zwischen den Lufteinlässen 64 beseitigt sind. D.h. jede der gekrümmten Wände 69 und 70 ist so ausgestaltet, daß- die Auslässe 68 der Lufteinlässe allgemein in einer einzigen Ebene liegen entsprechend der Darstellung in Fig. 3· In dieser Weise wird in die Vormischkammer 52 ein kontinuierliches tangentiales Brennstoff-Luftgemisch eingeleitet. Fig. 3 .zeigt, daß die Eintrittskanten 74 der radialen Verwirbelungs/flächen 62 in axialer Richtung einen Abstand von der Austrittsebene der Lufteinlässe 64 besitzen. Das erhaltene Brennstoff-Luftgemisch, das in die Vormischkammer 52 zugeführt wird, verläuft daher über eine gewisse Strecke am Umfang der Kammer 52, bevor es durch die radialen Verwirbelun^sleitflächen 62 beeinflußt wird. Die tatsächlich zurückgelegte Strecke und damit die Verweilzeit des Brennstoff-Luftgemisches im Innern der Vormischkammer 52 wird beherrscht durch Variieren des axialen Abstandes zwischen den Austrittsebenen der Lufteinlässe 64 und den Eintrittskanten 74 der radialen Verwirbelung? leitflachen 62.

209831/047Q

2U8826

Die radialen Verwirbelungs leitflächen 62 besitzen allgemein den Querschnitt eines symmetrischen Tragflügelprofils. Die Austrittskanten 76 liefen in der Austrittsebene des Ringspalts gemäß Fig. 3. Die Verwirbe lungs leitflächen 62 sind so in dem Ringspalt 60 angeordnet, daß sie das Brennstoff-Luftgemisch aus einer primären tangentialen Strömungsrichtung in eine stärker axial verlaufende Strömungsrichtung umlenken. Die Leitflächen 62 sind so angeordnet, daß sie dem Brennstoff-Luftgemisch, das aus dem Ringspalt 60 austritt, eine nahezu gleichförmige Geschwindigkeit vermitteln. D.h. die Leitflächen 62 sind so angeordnet, daß sie dem Brennstoff-Luftgemisch einen solchen Angriffswinkel bieten, daß längs des Profils keine Separation eintritt. Die Konvergenz der äußeren Wand 56 und der inneren Wand 58 in radialer Richtung fördert zusätzlich dieses Ziel der Erzeugung einer Strömung mit gleichförmiger Geschwindigkeit aus dem Ringspalt 60. Die Möglichkeit eines Zurückschiagens (flash back) von der primären Verbrennungszone 46 in die Vormischkammer 52 wird dadurch praktisch beseitigt, daß eine solche Strömung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit erzeugt wird. Ein solches Zurückschlagen tritt normalerweise dann ein, wenn wegen Schwankungen in der Strömung zwischen der primären Verbrennungszone und der Brennstoffvergasereinrichtung ein Niederdruckbereich besteht. Die Möglichkeit eines solchen Niederdruckbereichs wird jedoch durch die Strömung mit gleichförmiger Geschwindigkeit beseitigt.

Gemäß den Figuren 3 bis 5 wird ein zusätzlicher primärer Verbrennungs luftstrom durch gegensinnige Ve rwirbe lungs leitfläche η 78 in die primäre Verb renn ungs zone 46 eingeleitet, wobei diese Leitflächen konzentrisch um den Ringspalt 60 angeordnet sind. Vorzugsweise wird die zusätzliche primäre Verbrennungsluft durch die gegensinnigen Verwirbelungs leitflächen 78 in eine kreisförmige Ströraungsrichtung geleitet, die entgegengesetzt ist zu der Strömungsrichtung des aus dem Ringspalt 60 austretenden Brennst of f-Luftgemisches gemäß den Pfeilen der Fig. 5. Aus diesem Grunde besitzen die gegenläufigen Verwirbelungsleitflächen

209831/0470

- ίο -

78 eine Profilkrüiranung (cambered), die entgegengesetzt ist der Krümmung der radialen Verwirbe lungs leitflächen 62. Die Luft tritt in die Verwirbelungsleitflächen 78 durch eine strömungsaufwärts vorgesehene öffnung 80 (Pig. 2) ein. Axiale Verlängerungen der öffnung 80 bilden Ringe 82, mit denen die äußeren Enden der Leitflächen 78 starr verbunden sein können.· Die inneren Enden der gegensinnigen Verwirbelungs leitflächen 78 andererseits sind starr verbunden entweder mit der äußeren Wand 56 oder der inneren Wand 58 der Vormischkammer 52.

Der gegenläufige Luftstrom, welcher aus den gegensinnigen Verwirbe lungs leitflächen 78 austritt, liefert einen. Bereich mit starker Scherwirkung an der inneren und an der äußeren Fläche des Ringspalts 60. Die starke Scherwirkung auf das Brennstoff-Luftgemisch ergibt eine wirksame und schnelle Durchmischung des Brennstoff-Luftgemisches von der Vormischkammer 52 mit der zusätzlichen primären Verbrennungsluft und bildet außerdem Flammenstabilisierungsbereiche am strömungsaufwärts gelegenen Ende der primären Verbrennungszone 56.

Bei dem Betrieb der Maschine tritt ein Teil des vom Verdichter abgegebenen Luftstroms aus dem Diffusorkanal 24 in jeden der Lufteinlässe 64 ein und wird mit Brennstoff hoher Energie vermischt, der durch die Brennstoffinjektoren 72 geliefert wird. Das sich ergebende Brennstoff-Luftgemisch wird um etwa 90 umgelenkt und fließt als kontinuierliche tangentiale Strömung in die Vormischkammer 52. Das Brennstoff-Luftgemisch strömt über eine gewisse Strecke um die Vormischkammer 52, bevor es von den radialen Verwirbelungsleitflächen 62 erfaßt und durch den Ring spalt 60 geleitet wird.

Ein anderer Teil der vom Verdichter abgegebenen Luft strömt in die öffnung 80 und durch die gegenläufigen Verwirbelungsleit flächen 78 in die primäre Verb renn ungs zone 46. Die übrige vom Verdichter abgegebene Luft strömt zur Kühlung der Verkleidungen um die Brennerverkleidungen 38 und 40 herum durch die Kanäle 42

209831/0470

-■ 11 -

und 44. Ein Teil dieser Luft tritt dann durch geeignete öffnungen in den Brennerverkleidungen als Sekundärluft in die primäre Verbrennungszone 46 ein. Das Brennstoff-Luftgemisch in der primären Verbrennungszone 46 wird dann mit Hilfe einer nicht gezeigten geeigneten Zündvorrichtung gezündet und der auf diese Weise gebildete Gasstrom hoher Energie tritt in an sich bekannter Weise aus der primären Verbrennungszone aus und treibt die Turbine 28 an.

Da der Brennstoff (in Form eines Brennstoff-Luftgemisches) gleichmäßig über den ganzen Brennerring in die primäre Verbrennungszone 46 eingeleitet wird, liefert der Ringspaltbrenner eine sehr gleichmäßige Verteilung der Gastemperatur über den Umfang. Auf fliese Weise ergibt der Ringspaltbrenner die Möglichkeit zur Verringerung der Probleme bezüglich heißer Streifen und der dadurch hervorgerufenen Probleme der Beschädigung von Verkleidung und Düse auf ein Minimum, welche bei vielen gegenwärtig vorhandenen Brennerkonstruktionen auftreten« Als Folge dieser gleichmäßigen Temperaturverteilung ergeben sich weiterhin verringerte Faktoren bezüglich des Ve rtei lungs musters der Austrittstemperatur im Vergleich mit den Faktoren der,vorhandenen Brennerkonstruktionen. Weiterhin führt die Verwendung einer völlig ringförmigen Vergaserkammer einerseits zu kompakten Brennern mit kurzer Baulänge und zu einer verbesserten Charakteristik der Flammenausbreitung bei Löschbedingungen. Schließlich ergibt die Verwendung einer kontinuierlichen ringförmigen Mischkammer die Möglichkeit, die Zahl der erforderlichen Brennstoffinjektoren bedeutend zu verringern. Jede Verringerung der Zahl der erforderlichen Brennstoffinjektoren stellt jedoch einen beträchtlichen Vortritt in der Schaffung verbesserter Brennstoffsysteme im Hinblick auf Gewicht, Kosten, Zuverlässigkeit und auf den zulässigen Grad einer Verunreinigung dar.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die verschiedensten Abänderungen der vorbeschriebenen Vergaservonichtung vorgenommen werden können, ohne den Umfang der gegebenen allgemeinen

209831/0470

2U8826

technischen Lehre zu verlassen. Beispielsweise kann es in bestimmten Anwendungsfällen erwünscht sein, die Brennstoffrohre durch eine andere Art einer Brennstoffinjektorvorrichtung zu ersetzen, beispielsweise durch eine einfache Zerstäuberdüse. Weiterhin ist es für den Fachmann offensichtlich, daß die Lage des Brenns toffinj ekt ors 72 abgeändert werden kann, ohne den Umfang der technischen Lehre gemäß der Erfindung zu verlassen. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Lage der Brennstoffin-.jektorrohre für die Gesamtarbeitsweise" der Vorrichtung im allgemeinen nicht kritisch ist. In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch erwünscht sein, das Brennstoffinjektorrohr am Boden des Lufteinlasses 64 anzubringen, um den Auswirkungen des Wirbelstroms auf das Brennstoff-Luftgemisch entgegenzuwirken. Schließlich können die Form der Verwirbelungs leitflächen 62 und gegensinnigen Verwirbelungsleitflächen 78 und deren Abstände und Abmessungen gegenüber den Ausführung^ formen nach den Abbildungen abgeändert werden.

209831/0470

Claims

2H8826

- 13 Ansprüche

Brennstoffvergasereinrichtung für eine Gasturbinenmaschine, die eine Verbrennungszone besitzt, in der ein Gasstrom mit hohem Energiegehalt erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Vergasereinrichtung enthält:

eine ringförmige Vormischkammer (52) mit einem kontinuierlichen ringförmigen Austrittsspalt (60), eine Vielzahl von in dem Innern dieses Austrittsspaltes angebrachten Verwirbelung^leitflächen (62), eine Vorrichtung (64, 72) zur Abgabe eines Brennstoff-Luftgemisches in die Vormischkammer als tangentiale Strömung strömungsabwärts von den Verwirbelungsleitflächen (62), und eine Vorrichtung (78) zur Erzeugung eines gegensinnig verwirbelten Luftstroms um den Austrittsspalt, wodurch ein kontinuierliches ringförmiges Brennstoff-Luftgemisch in die Verbrennungszone (46) eingeführt wird.

2. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ., daß die ringförmige Vormischkammer (52) eine allgemein radial verlaufende strömungsaufwärts gelegene Wand (54), eine innere Wand (58) und eine äußere Wand (56) enthält, wobei sich die innere und äußere Wand (58, 56) axial von der strömungsaufwärts gelegenen Wand (54) aus erstrecken und zur Bildung des Ringuaustrittsspaltes (60) konvergieren.

3. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anpruch 2, dadurch gekenn z. eichnet , daft die Vorrichtung but Zufuhr des Brennstoff- und Luftgemisches eine Vielzahlvvon Lufteinläesen (64) enthält, welche sich von der strömungsaufwärts gelegenen Wand (5*0 aus erstrecken.

4. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Lufteinlässe (64) einen Auslaß (68) zur Abgabe des Brennstoff-Luftgemisches

in die Vormischkammer (52) enthält, wobei diese Auslässe (68) allgemein in einer einzigen Ebene liegen.

5. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Lufteinlässe (64) zu einer Umlenkung des. Luftstroms um etwa 90 aus- der axialen Richtung heraus ausgestaltet sind.

6. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 5_S dadurch k gekennzeichnet , daß die Lufteinlässe (64)

Vorrichtungen (72) zur Injektion des Brennstoffs in die Vormischkammer (52) aufweisen.

7. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Brennstoffinjektoreinrichtung Brennstoffröhre (72) für Niederdruck enthält.

8. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Verwirbe lungs leitflächen (62) zur Umlenkung der tangentialen Strömung in axiale Richtung gestaltet sind und räumlich so angebracht sind, daß das Brennstoff-Luftgemisch über praktisch die ganze

Länge der Leitflächen (62) daran haften bleibt.

9. Brennstoffvfygasereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch

gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Erzeugung tines gegensinnig verwirbelten Luftstroms eine Vielzahl von gegensinnigen Verwirbelungsleitflächen (78) umfaßt, ! welche den Ringspalt (60) umgeben.

10, BrennstoffVergasereinrichtung nach Anspruch 9» dadurch / g e k e η η z«e i c h η e t , daß die gegensinnigen Verwirbe lungs leitflächen (78) zur Abgabe der primären Verbrennungsluft in die Verbrennungszone (46) in einer Richtung angeordnet sind» die der Richtung des Brennstoff-Luftgemisches entgegengesetzt ist.

209831/0470

11. Brennstoffvergasereinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die gegensinnigen Verwirbelungsleitflächen (78) oberhalb und unterhalb des Ringspaltes (60) angebracht sind.

209831/0470