DE2234589A1 - PRE-EVAPORATION DEVICE FOR LIQUID FUEL - Google Patents
PRE-EVAPORATION DEVICE FOR LIQUID FUELInfo
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- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
- F23R3/32—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices being tubular
Description
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DR. E. WIEGAND DIPUlNG. W. NiEMANNDR. E. WIEGAND DIPUlNG. W. NiEMANN
DR.M. KÖHLER DlPL-ING. C GERNHARDT 2 23 4 5DR.M. KÖHLER DlPL-ING. C GERNHARDT 2 23 4 5
MDNCHEN HAMBURGMDNCHEN HAMBURG
TELEFON: 395314 ' 2000 HAMBU RG 5Q,TELEPHONE: 395314 '2000 HAMBU RG 5Q,
TELEGRAMME: KARPATENT ' ■ KDNI GSTRASSE 28 12, 7,TELEGRAMS: KARPATENT '■ KDNI GSTRASSE 28 12, 7,
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Societe Nationale dfE-£ude et de Construction de Moteurs d1Aviation»Societe Nationale d f E- £ ude et de Construction de Moteurs d 1 Aviation »
Paris (Frankreich)Paris, France)
Vorverdampfungsvorrichtung für flüssigen Brennstoff*Pre-evaporation device for liquids Fuel*
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vorverdampfen flüssigen Brennstoffes, die für eine Verbrennungsvorrichtung bestimmt ist, die eine Verbrennungskammer', eine Quelle flüssigen Brennstoffs und eine Quelle von Sauerstoffträger wie Luft aufweist. Die Vorverdampfungsvorrichtung umfaßt in der Verbrennungskammer als einen Vorsprung eine hohle oder rohrförmige Ausführung, die allgemein die Gestalt eines T hat und einen Körper, der die Basis des ΐ bildet und mit der Brennstoffquelle und mit der Sauerstoff trägerquelle verbun*- den ist, und zwei Querarme aufweist, die von dem rohrförmigen Körper abzweigen und jeweils in einer Austrittsöffnung endigen, welche in die Verbrennungs^ kammer mündet und an welcher im Betrieb ein Strom eines Gemischs aus Brennstoff und Säuerstoffträger austritt, welches wenigstens teilweise verdampft ist«The invention relates to a device for pre-evaporating liquid fuel intended for a combustion device comprising a combustion chamber, a source of liquid fuel and a source of oxygen carrier such as air. The pre-evaporation device comprises in the combustion chamber as a protrusion a hollow or tubular design, which has the general shape of a T and a body which forms the base of the ΐ and is connected to the fuel source and to the oxygen carrier source, and two transverse arms which branch off from the tubular body and each end in an outlet opening which opens into the combustion chamber and at which, during operation, a flow of a mixture of fuel and oxygen carrier emerges , which is at least partially evaporated "
Die betrachtete Verbrennungsvorrichtung kann insbesondere für einen Gasturbinermotör wieThe combustion device under consideration can in particular for a gas turbine engine such as
Turboreaktor bestimmt sein.Turbo reactor be determined.
Es ist festgestellt worden, daß in gewissen Fällen des Betriebes der Vorrichtung, und insbesondere bei geringer Belastung sich in der Verbrennungskammer Zonen unvollständiger Verbrennung ergeben derart, daß der Wirkungsgrad im Bereich der Verbrennungskammer verschlechtert wird.It has been found that in certain cases the operation of the device, and in particular if the load is low, there are zones of incomplete combustion in the combustion chamber result in such a way that the efficiency in the area of the combustion chamber is deteriorated.
Es ist weiterhin beobachtet worden, daß unter den gleichen Bedingungen die Arme der hohlen oder rohrförmigen T-förmigen Ausführung manchmal Örtlichen Überhitzungen unterworfen sind derart, daß ihr gutes Verhalten im Betrieb beeinträchtigt wird.It has also been observed that under the same conditions the arms of the hollow or tubular T-shaped design are sometimes subject to local overheating in such a way that their good behavior in the company is impaired.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist gefunden worden, daß die beiden genannten Nachteile möglicherweise die gleiche Ursache oder den gleichen Ursprung haben, was nicht offensichtlich ist, und zwar einen schlechten Verdampfungsvorgang in der rohrförmigen oder hohlen Ausführung.In accordance with the present invention, it has been found that the two aforementioned disadvantages may have the same cause or origin have what is not obvious, namely a poor evaporation process in the tubular or hollow version.
Es ist gefunden worden, daß bei geringer Belastung die im Inneren der rohrförmigen Ausführung herrschende Temperatur, obwohl sie unter gewissen besonderen Bedingungen hoch sein kann, nicht immer ausreichend ist, um eine vollständige Verdampfung des gesamten in die rohrförmige Ausführung eintretenden Brennstoffes zu ermöglichen. Ein Teil dieses Brennstoffs verbleibt somit in Form großer Tropfen derart, daß die Brennstoffverteilung in dem die Querarme durchströmenden Strom nicht so regelmäßig ist, als wenn der gesamte Brennstoff verdampft wäre.It has been found that at low loads, the inside of the tubular design the prevailing temperature, although it may be high under certain special conditions, not always is sufficient for a complete evaporation of the whole entering the tubular design To enable fuel. Part of this fuel thus remains in the form of large ones Drops such that the fuel distribution in the the current flowing through the cross arms is not as regular as when all the fuel evaporates were.
Das aus der rohrförmigen Ausführung austretend» Luft-Brennstoff-Gemisch ist demgemäß nicht homogen, was aljt Erklärung für das Auftreten Y9$ Zonen unvollständiger Verbrennung, wie- si,e oben erwähnt ist, dienen könnte.The air-fuel mixture emerging from the tubular design is accordingly not homogeneous, which is aljt explanation for the occurrence of Y9 $ Zones of incomplete combustion, like si, e above mentioned, could serve.
Bezüglich der örtlichen überh^tsuiigfii ||t daran zu erinnernj> da|3 4ig Jiühlwirkunj; zufolge äep Regarding the local overha ^ tsuiigfii || t to be rememberedj> da | 3 4ig Jiühlffektunj; according to äep
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Verdampfung des Brennstoffs in der rohrförmigen Ausführung ursprünglich dazu dient, den Wärmeschutz der Wände dieser rohrförmigen Ausführung zu gewährleisten, die in die Verbrennungskammer eintaucht. Es ist daher, damit diese Kühlwirkung wirksam ist, wichtig, daß alle Innenflächen der rohrförmigen Ausführung von dem Strom des Luft-Brennstoff-Gemischs, der die rohrförmige Ausführung durchströmt,richtig "befeuchtet" werden. Weiterhin ergeben sich zufolge der Richtungsänderungen, denen der Strom bei seinem Durchgang in die Querarme unterworfen wird, insbesondere unter der Wirkung der Zentrifugalkraft eine Schichtung oder Schichtbildung dieses Stromes. In jedem Arm werden die großen Tropfen des sich noch in flüssigem Zustand befindenden Brennstoffs gegen eine der Wände des Armes gebrieben, während auf der anderen Seite bzw. an der gegenüberliegenden Wand praktisch nur Luft vorhanden ist. Die nicht "befeuchteten" Wände werden somit ausreichend gekühlt, was eine Erklärung für die obengenannten örtlichen Überhitzungen bietet, was zunächst paradox erscheint, da es sich um eine Erscheinung handelt, die bei geringer Belastung auftritt«Evaporation of the fuel in the tubular design originally serves to provide thermal protection of the walls of this tubular design that is immersed in the combustion chamber. It is therefore important for this cooling effect to be effective that all inner surfaces of the tubular Execution of the flow of the air-fuel mixture, which flows through the tubular design, correctly be "moistened". Furthermore, result from the changes in direction, which the current at his Passage in the transverse arms is subjected, especially under the action of centrifugal force a stratification or stratification of this stream. In each arm the big drops of it are still liquid fuel rubbed against one of the walls of the arm while on the on the other side or on the opposite wall there is practically only air. The not "moistened" Walls are thus adequately cooled, which explains the abovementioned local Overheating offers what seems paradoxical at first, since it is a phenomenon that is less Load occurs "
In Übereinstimmung mit dem Vorstehenden ist insbesondere zu bemerken, daß der dem "Bogen" der Arme benachbarte Bereich besonders schwierig zu ' kühlen ist.In accordance with the foregoing, it should be noted in particular that the "arch" of the Poor adjacent area is particularly difficult to 'cool'.
Die vorliegende Erfindung bezweckt allgemein, die. in Rede stehenden Nachteile zu beseitigen.The present invention aims generally the. to eliminate the disadvantages in question.
Gemäß der Erfindung ist der Körper der hohlen oder rohnförmigen Ausführung iß: i^Gestai't^nahe den Bögen der Querarme der rohrförmigen Ausführung teilweise durch eine" Blende dünner Wandstärke versperrt, die aus zwei dünnen Trennwänden gebildet ist, deren, jede eine scharfe Kante darbietet, die gegen die Achse des Körpers der rohrförmigen Ausführung undAccording to the invention, the body of the hollow or tubular design is: i ^ Gestai't ^ near the Arches of the transverse arms of the tubular design are partially blocked by a "thin-walled screen, which is formed from two thin partitions whose, each presents a sharp edge which is against the axis of the body of the tubular design and
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gegen die entsprechende'scharfe Kante der anderen Trennwand gerichtet ist. Die Trennwände bestimmen zwischen den betreffenden Kanten einen verkleinerten Durchgang, welcher den Körper der rohrförmigen Ausführung mit Jedem der Querarme verbindet.against the corresponding 'sharp edge of the other Partition is directed. The partitions define a scaled-down one between the relevant edges Passage connecting the body of the tubular design to each of the cross arms.
Das Vorhandensein der dünnen Trennwände hat zwei Folgen. Als erstes ergibt sich eine örtliche Verengung des Querschnitts des Körpers der rohrförmigen Ausführung und demgemäß eine entsprechende Beschleunigung des die rohrförmige Ausführung durchströmenden Luftstromes, wodurch die Luftzerstäubung des Brennstoffs und sein inniges Mischen mit der Luft begünstigt wird. Die weitere Folge besteht darin, daß an den beiden scharfen Kanten der Trennwände eine mechanische Zerstäubung - durch Stoßwirkung - des Brennstoffs erfolgt.The presence of the thin partitions has two consequences. The first thing is a local one Narrowing of the cross-section of the body of the tubular design and, accordingly, a corresponding one Acceleration of the air flow flowing through the tubular design, which causes the air atomization of the fuel and its intimate mixing with the air is favored. The further consequence is in the fact that at the two sharp edges of the partition walls a mechanical atomization - by impact - of the fuel.
Unter der Wirkung dieser doppelten Zerstäubung verteilt sich der sich noch in flüssigem Zustand befindliche Brennstoff stromab der Membran in dem die rohrförmige Ausführung durchströmenden Strom homogener. Alle Wände der Arme werden demgemäß richtig "befeuchtet" oder benetzt,und aus der rohrförmigen Ausführung tritt ein Luft-Brennstoff-Gemisch aus, welches im wesentlichen gleichmäßigen Brennstoffgehalt hat.Under the effect of this double atomization, the liquid that is still in the liquid state is distributed Fuel downstream of the membrane in the stream flowing through the tubular design is more homogeneous. All the walls of the arms will accordingly be properly "moistened" or wetted, and out of the tubular Execution, an air-fuel mixture emerges, which has a substantially uniform fuel content Has.
Der Wärmeschutz der Wände ist auf diese Weise gewährleistet,und gleichzeitig ist der Wirkungsgrad der Verbrennungskammer verbessert.The thermal insulation of the walls is guaranteed in this way, and at the same time the degree of efficiency is increased the combustion chamber improved.
Die Blende mit dünner Wand gemäß vorstehender Beschreibung kann genau auf der Höhe der Bögen der Querarme angeordnet sein oder geringfügig stromab dieser Bögen mit Bezug auf die Strömungsrichtung des Brennstoff-Sauerstoffträger-Gemischs in dem Körper der rohrförmigen Ausführung, ι Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die in dem letzteren Fall anwendbar ist, umfaßt die Vor-The thin wall panel according to the above Description can be located exactly at the level of the arches of the transverse arms or slightly downstream of these arcs with respect to the direction of flow of the fuel-oxidizer mixture in the Body of the tubular design, ι According to a preferred embodiment, the is applicable in the latter case, the precedence includes
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verdampfungsvorrichtung-zusätzliche Durchgänge, weiche den Körper der rohrförmigen Ausführung mit jedem der Arme verbinden. Diese zusätzlichen Durch- , gähge beginnen in dem Körper der rohrförmigen Ausführung stromauf der dünnwandigen Blende, und sie münden in die Querarme direkt in der Zone der Bögen der Arme. Diese zusätzlichen Durchgänge können vorteilhaft in einer Richtung orientiert sein, die eine Querkomponente zur Achse des Körpers der rohrförmigen Ausführung darstellt.evaporator-additional passages, soft connect the body of the tubular design to each of the arms. These additional through, gähge begin in the body of the tubular design upstream of the thin-walled screen, and they open into the transverse arms directly in the zone of the arches of the arms. These additional passes can be beneficial be oriented in a direction having a transverse component to the axis of the body of the tubular Represents execution.
Ein gewisser Anteil der Menge flüssigen Brennstoffs, die in den Körper der rohrförmigen Ausführung eingespritzt wird, kann demgemäß den Bereich der · Bögen der Arme der rohrförmigen Ausführung direkt benetzen, wodurch die Kühlung dieses Bereichs begünstigt und demgemäß das thermische Verhalten der rohrförmigen Ausführung verbessert wird;A certain proportion of the amount of liquid fuel, which is injected into the body of the tubular design can accordingly cover the area of Wet the arches of the arms of the tubular design directly, which favors the cooling of this area and accordingly the thermal behavior of the tubular design is improved;
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jede der dünnen Trennwände mit wenigstens einer Öffnung versehen, die in einer Richtung orientiert ist, die eine Komponente parallel zur Achse des Körpers der rohrförmigen Ausführung darstellt. Die Öffnung oder die Öffnungen ermögr liehen, daß ein kleiner Anteil der Menge des Gemischs aus Sauerstoffträger und Brennstoff die Wirbelzone speist, die sich stromab der-Trennwände bildet.According to another preferred embodiment of the invention, each of the thin partition walls is with at least one opening is provided which is oriented in a direction that is parallel to the one component represents the axis of the body of the tubular design. The opening or openings allow lent that a small fraction of the amount of the mixture from oxygen carriers and fuel feeds the vortex zone, which is located downstream of the partition walls forms.
Versuche an T-förmigen rohrförmigen Vorverdampfungsvorrichtungen, die teilweise mit Trennwänden und teilweise nicht mit Trennwänden ausgerüstet warfen, haben ermöglicht, Unterschiede ortlicher Temperatur des Bleches zu zeigen, wobei die Unterschiede mehrere 100° betragen können, und zwar zu Gunsten von rohrförmigen Ausführungen, die mit solchen Trennwänden versehen sind.Tests on T-shaped tubular pre-evaporation devices, The throws were partly equipped with partitions and partly not with partitions, made it possible to localize differences To show the temperature of the sheet, whereby the differences can be several 100 °, and although in favor of tubular designs that are provided with such partitions.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing, for example.
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"6 " 223A589" 6 " 223A589
Fig. 1 ist eine axiale Halbschnittansicht einer Verbrennungsvorrichtung, die mit T-förmigen rohrförmigen Vorverdampfungsvorrichtungen ausgerüstet ist.Fig. 1 is an axial half-sectional view of a combustion device having T-shaped tubular pre-evaporation devices is equipped.
Fig. 2 ist "eine Teilquerschnittsansicht nach Linie II - II der Fig. 1.Fig. 2 is "a partial cross-sectional view according to Line II - II of FIG. 1.
Fig. 5 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht nach Linie III - III der Fig. 2, einer T-förmigen rohrförmigen Vorverdampfungsvorrichtung bekannter Art.Fig. 5 is a line sectional view on an enlarged scale III - III of Fig. 2, a T-shaped tubular pre-evaporation device known type.
Fig. 4 ist eine der Fig. 3 ähnliche AnsichtFIG. 4 is a view similar to FIG. 3
einer Vorverdampfungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. a pre-evaporation device according to a first embodiment of the invention.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht nach Linie V-V der Fig. 4.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG. 4.
Fig. 6 ist eine der Fig. 4 ähnlichen Ansicht einer Vorverdampfungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.FIG. 6 is a view similar to FIG. 4 of a pre-evaporation device according to FIG a second embodiment of the invention.
In den Fig. 1 und 2 sind die Vorrichtungen zur Vorverdampfung flüssigen Brennstoffs einer Verbrennungsvorrichtung beispielsweise eines Gasturbinenmotors mit 7 bezeichnet.In Figs. 1 and 2, the devices for pre-evaporation of liquid fuel are a combustion device for example, a gas turbine engine is designated by 7.
Die bekannte Verbrennungsvorrichtung umfaßt beispielsweise eine Verbrennungskammer mit einer Achse X1 - X, die durch eine äußere Verkleidung oder Wand 1a und durch eine innere Verkleidung oder Wand 1b, die im wesentlichen gleichachsig verlaufen, begrenzt ist. Die beiden Verkleidungen 1a,' 1b bestimmen einen Ringraum, in welchem zwei Wände 2a, 2b, die im wesentlichen gleichachsig zu den beiden Verkleidungen 1a, 1b angeordnet sind, ein ringförmiges Flammrohr begrenzen, welches den eigentlichen Verbrennungsraum darstellt. Der Verbrennungsraum ist an seinem stromaufwärtigen Teil durch eineThe known combustion device comprises, for example, a combustion chamber with an axis X 1 - X delimited by an outer lining or wall 1a and by an inner lining or wall 1b which are substantially coaxial. The two claddings 1a, 1b define an annular space in which two walls 2a, 2b, which are arranged essentially coaxially to the two claddings 1a, 1b, delimit an annular flame tube which represents the actual combustion chamber. The combustion chamber is at its upstream part by a
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Ringwand 3 oder einen Dom geschlossen, in dessen Inneren ein ringförmiges Traggebilde 4 angeordnet ist. Der Dom 3 und das Ringgebilde 4 sind mit Öffnungen 5» 6 versehen, die um die Achse X1 - X der Verbrennungskammer gleichmäßig verteilt sind. Jede Öffnung 6 ist in der Verlängerung einer ÖffnungRing wall 3 or a dome closed, in the interior of which an annular support structure 4 is arranged. The dome 3 and the ring structure 4 are provided with openings 5 »6, which are evenly distributed around the axis X 1 - X of the combustion chamber. Each opening 6 is in the extension of an opening
5 angeordnet. Eine Vorverdampfungsvorrichtung 7 ist mit Spiel entlang der Achse jeder der Öffnungen5 arranged. A pre-evaporation device 7 is with play along the axis of each of the openings
6 angeordnet. Die Verbrennungskammer ist an ihrem stromaufwärtsseitigen Teil mit einer Sauerstoffträgerquelle, beispielsweise einer Druckluftquelle, verbunden, die schematisch durch eine Leitung 8 angedeutet ist. Die Luft strömt in den Ringräumen um, die jeweils zwischen der Verkleidung 1a und der Wand 2a, und der Verkleidung 1b und der Wand 2b vorhanden sind,, und sie tritt in Form von Primärluft durch die Öffnungen 5 hindurch und in Form von Sekundärluft für Verteilung und Verdünnung, durch Öffnungen 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b in den Verbrennungsraum ein. Jede Vorverdampfungsvorrichtung 7 umfaßt in bekannter Weise eine hohle oder rohrförmige Ausführung, die allgemein T-Gestalt hat und in. der Verbrennungskammer von der Öffnung 6 aus einen Vorsprung bildet. Die Basis des T ist durch einen rohrförmigen Körper 12 gebildet, der zur Öffnung 6 gleichachsig verläuft und sich in zwei Quer-^ arme 13, 14 aufteilt, welche die Flügel oder Schenkel des T bilden. Die Querarme 13, 14 sind in Richtung gegen den Dom 3 gebogen,und jeder Arm endigt in einer Austrittsöffnung 15 bzs. 16, die in der Verbrennungskammer stromaufwärts gerichtet ist. Der Körper 12 weist eine Zutrittsöffnung auf, die mit einer Quelle flüssigen Brennstoffs verbunden ist, welche durch eine Leitung 17 schematisch dargestellt ist.6 arranged. The combustion chamber is at its upstream part with an oxygen carrier source, for example a compressed air source, which is schematically connected by a line 8 is indicated. The air flows around in the annular spaces, each between the cladding 1a and the Wall 2a, and the cladding 1b and the wall 2b are present, and it occurs in the form of primary air through the openings 5 and in the form of secondary air for distribution and dilution Openings 9a, 9b, 10a, 10b, 11a, 11b into the combustion chamber a. Each pre-evaporation device 7 comprises in a known manner a hollow or tubular one Execution that has a general T-shape and in. the combustion chamber from the opening 6 forms a protrusion. The base of the T is formed by a tubular body 12 leading to the opening 6 runs coaxially and is divided into two transverse arms 13, 14, which form the wings or legs of the T. The cross arms 13, 14 are in the direction bent against the dome 3, and each arm ends in an outlet opening 15 ors. 16 included in the Combustion chamber is directed upstream. The body 12 has an access opening which is connected to a source of liquid fuel, which is shown by a line 17 schematically is.
Die Öffnung 6 weist einen größeren QuerschnittThe opening 6 has a larger cross section
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auf als der Körper 12, so daß um den Körper 12 eine Hülse 18 angeordnet werden kann, die gegebenenfalls mit dem Körper 12 verbunden sein kann. Die Hülse 18 ist durch zwei Abzweigungen 19, 20 verlängert, die zwei Ringdurchgänge 21, 22 begrenzen, durch welche hindurch ein gewisser Anteil der Primärluft direkt in den Verbrennungsraum geführt wird.on than the body 12, so that a sleeve 18 can be arranged around the body 12, which optionally can be connected to the body 12. The sleeve 18 is extended by two branches 19, 20, limit the two ring passages 21, 22 through which a certain proportion of the Primary air is fed directly into the combustion chamber.
Im Betrieb tritt der größere Teil der Primär-r luftmenge gleichzeitig mit dem flüssigen Brennstoff in die Vorverdampfungsvorrichtung 7 ein, deren Wände auf ihrer Außenfläche der Wirkung der Flamme unterworfen werden derart, daß der Brennstoff verdampft. Das Gemisch aus Primärluft und verdampftem Brennstoff tritt im wesentlichen axial aus den öffnungen 15, 16 aus, und zwar in einer Richtung entgegengesetzt zu der allgemeinen Strömungsrichtung der Verbrennungsgase, d.h. in einer Richtung, die in Fig. 1 durch den Pfeil G angedeutet ist. Die kleinere Luftmenge, die bei 21 um den Körper 12 herum eintritt, dient hauptsächlich dazu, eire gewisse Wärme-Isolierung für den stromaufliegenden Teil der Verdampfungsvorrichtung 7 zu gewährleisten.During operation, the greater part of the primary air volume occurs at the same time as the liquid fuel into the pre-evaporation device 7, the walls of which are subjected to the action of the flame on their outer surface become such that the fuel evaporates. The mixture of primary air and vaporized fuel emerges essentially axially from the openings 15, 16, namely in the opposite direction to the general direction of flow of the combustion gases, i.e. in a direction in Fig. 1 is indicated by the arrow G. The smaller amount of air that is at 21 around the body 12 enters, serves mainly to provide some thermal insulation for the upstream part of the To ensure evaporation device 7.
Die Öffnungen 9a - 9b ermöglichen den Eintritt von zwei Strahlgruppen Fa - Fb, und zwar im wesentlichen radial und in entgegengesetzter Richtung. Diese Strahlen treffen sich nahe der Austrittsöffnung 15 bzw. 16. Ein Teil ihrer Strömungsmenge strömt dann in Stromaufwärtsrichtung der Kammer, so daß im Bereich nahe dem Dom 3 eine Wirbelzone gebildet wird, um Zündung und Beginn der Verbrennung zu erleichtern, während der andere Teil der Strömungsmenge dieser Strahlen direkt stromabwärts gemäß dem Pfeil G strömt, beispielsweise in Richtung einer nicht dargestellten Gasturbine.The openings 9a-9b allow the entry of two jet groups Fa-Fb, essentially radial and in the opposite direction. These rays meet near the exit opening 15 or 16. Part of their flow rate then flows in the upstream direction of the chamber, so that a vortex zone is formed in the area near the dome 3, around ignition and the start of combustion to facilitate, while the other part according to the flow rate of these jets directly downstream the arrow G flows, for example in the direction of a gas turbine, not shown.
Wie oben bereits erwähnt, besteht ein Problem bei einer Verbrennungsvorrichtung der beschriebenen Art inAs mentioned above, there is a problem with a combustion device of the type described in FIG
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dem Wärmeschutz der Wände der Vorverdampfungseinrichtungen 7, die im Betrieb den hohen Temperaturen unterworfen werden, die in dem stromaufwartigen Teil der Verbrennungskammer herrschen.the thermal protection of the walls of the pre-evaporation devices 7, the high temperatures during operation be subjected to that in the upstream Rule part of the combustion chamber.
Dieser Wärmeschutz ist für den stromaufwärtigen Teil der Vorverdampfungsvorrichtung 7 in gewissem Ausmaß durch das Vorhandensein einer Gasschicht gewährleistet, die durch einen'Teil der Luftmenge gebildet ist, welche den Durchgang 21 durchströmt.This thermal protection is to a certain extent for the upstream part of the pre-evaporation device 7 Extent guaranteed by the presence of a gas layer, which is formed by a part of the amount of air which flows through the passage 21.
Im Gegensatz dazu besteht für den stromabwärtigen Teil der Vorverdampfungsvorrichtung, der die Arme 13, 14 der T-Gestalt umfaßt, deren Wände der Wirkung der in der Verbrennungskammer herrschenden Hitze mehr ausgesetzt sind, der einzige wirksame Schutz in einer Kühlung der Wände zufolge der Verdampfung des im Inneren der Vorverdampfungsvorrichtung 7 vorhandenen Brennstoffs.In contrast, for the downstream part of the pre-evaporation device, the arms 13, 14 of the T-shape, the walls of which are more exposed to the effect of the heat prevailing in the combustion chamber the only effective protection in a cooling of the walls due to the evaporation of the im Inside the pre-evaporation device 7 existing fuel.
Es ist weiterhin gefunden worden, daß bei gewissen Betriebszuständen der Verbrennungsvorrichtung, insbesondere bei geringer Belastung, sich örtliche Überhitzungen der Arme 13, 14 der Vorverdampfungsvorrichtung 7 ergeben, insbesondere in einer kritischen Zone nahe der "Bögen" der Arme. Diese kritische Zone ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Die Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab den strom-' abwärtigen Teil einer bekannten T-förmigen Vorverdampfungsvorrichtung 7.It has also been found that in certain operating states of the combustion device, Local overheating of the arms 13, 14 of the pre-evaporation device occurs particularly with low loads 7, especially in a critical zone near the "arcs" of the arms. This critical zone is designated by the reference numeral 50 in FIG. 3. Fig. 3 shows on an enlarged scale the current ' downstream part of a known T-shaped pre-evaporation device 7th
Es ist weiterhin gefunden worden, daß diese Erscheinung davon begleitet sein kann, daß sich in dem stromaufwärtigen Teil der Verbrennungskammer Zonen unvollständiger. Verbrennung bilden.It has further been found that this Appearance may be accompanied by it being in the upstream part of the combustion chamber Zones incomplete. Form burn.
Wie bereits erwähnt, ist gemäß der Erfindung gefunden worden, daß Überhitzung der Vorverdampfungsvorrichtungen 7 und unregelmäßige Verbrennung rinr gemeinsame Ursache haben, wenigstens bei geringer Belastung, und zwar eine unvollständige VerdampfungAs already mentioned, it has been found according to the invention that overheating of the pre-evaporation devices 7 and irregular combustion rinr have a common cause, at least at low levels Load, namely an incomplete evaporation
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des Brennstoffs. Ein Teil des Brennstoffs bleibt in Form großer Tropfen vorhanden, deren Bewegungsbahri schematisch durch Strömungslinien 5'I angedeutet ist.of the fuel. Part of the fuel remains in the form of large droplets, the movement of which they move is indicated schematically by flow lines 5'I.
Zufolge Trägheit und unter der Wirkung der Zentrifugalkraft wird der noch flüssige Brennstoff gegen die Wände 13a und 14a der Arme 13 und 14 gerichtet , so' daß die Wände 13a und 14b praktisch nicht benetzt oder befeuchtet werden. Somit werden diese Wände unzureichend gekühlt, und sie können schädliche Überhitzungen erfahren.As a result of inertia and the effect of centrifugal force, the fuel is still liquid directed against the walls 13a and 14a of the arms 13 and 14 so 'that the walls 13a and 14b are practical not be wetted or moistened. Thus, these walls are insufficiently cooled, and they can experience harmful overheating.
Außerdem ist der Strom des Luft-Brennstoff-Gemischs, der aus den Öffnungen"15, 16 austritt, nicht homogen, und einer der Anteile f. dieses Stroms enthält beträchtlich mehr Brennstoff als der andere Anteil fp. Der Brennstoffgehalt .des Luft-Brennstoff-Gemischs ist demgemäß in dem stromaufwärtigen Teil der Verbrennungskammer nicht gleichmäßig, was zur Erklärung der beobachteten Unregelmäßigkeiten der Verbrennung dienen kann.In addition, the flow of the air-fuel mixture, which emerges from the openings "15, 16, not homogeneous, and one of the proportions for this Stroms contains considerably more fuel than the other part fp. The fuel content of the air-fuel mixture is accordingly not uniform in the upstream part of the combustion chamber, which can serve to explain the observed irregularities in the combustion.
In den Fig. 4 und 5 ist eine Vorverdampfungsvorrichtung 7 dargestellt, die gemäß der Erfindung so ausgeführt ist, daß die beschriebenen Nachteile nicht auftreten.4 and 5 is a pre-evaporation device 7 shown, which is designed according to the invention so that the disadvantages described do not occur.
Die Vorverdampfungsvorrichtung 7 gemäß Fig. 4 ist bierfür mit zwei dünnen Trennwänden 52 und versehen, die sich quer zur Achse Y' - Y des rohrförmigen Körpers 12 erstrecken und jeweils eine scharfe Kante 52a bzw. 53a darbieten. Diese Kanten sind einander zugewandt und bestimmen zwischen sich einen verengten Durchgang 54, der eine Verbindung zwischen dem rohrförmigen Körper 12 und Jedem der Arme 13, 14 darstellt.The pre-evaporation device 7 according to FIG. 4 is for beer with two thin partition walls 52 and which extend transversely to the axis Y '- Y of the tubular body 12 and each one present sharp edge 52a or 53a. These edges face each other and determine between them a narrowed passage 54 communicating between the tubular body 12 and each of the Arms 13, 14 represents.
Der in der Vorverdampfungsvorrichtung 7 vorhandene Luftstrom wird nahe des verengten Durchganges 54 einer beträchtlichen Beschleunigung unter-The air flow present in the pre-evaporation device 7 becomes close to the narrowed passage 54 subject to a considerable acceleration
209884/104 1'209884/104 1 '
worfen, wodurch bekanntlich die pneumatische Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes und sein Mischen mit der Luft begünstigt werden. Weiterhin werden die großen Brennstofftropfen durch Stoßwirkung an den scharfen.Kanten-52a und 53a mechanisch zerstäubt. thrown, which is known to be the pneumatic atomization the liquid fuel and its mixing with the air are favored. Continue to be the large droplets of fuel by impact mechanically atomized at the sharp edges 52a and 53a.
Der flüssige Brennstoff tritt dann in die Arme und 14 in Form eines Nebels feiner Tröpfchen ein, die viel leichter sind und als Folge einer Schichtbildung oder Schichtung weniger unterworfen sind. Die Bogenflachen 13b und 14b der Arme 13*. 14 können demgemäß richtig benetzt bzw. befeuchtet werden, so daß die Gefahr einer Überhitzung beträchtlich verringert oder vermieden ist. Schließlich ist der Strom f des Luft-Brennstoff-Gemischs, der aus den Öffnungen 15» 16 ,austritt,- viel homogener als bei bekannten Vorverdampfungsvorrichtungen dieser Art, so daß die Leistung der Verbrennungskammer verbessert werden kann. Außerdem ist gestgestellt worden, daß durch die Verteilung, die der Brennstoff zufolge des Vorhandenseins der dünnen Trennwände 52 und 53 hat, seine Vorverdampfung beschleunigt wird.The liquid fuel then enters the arms and 14 in the form of a mist of fine droplets, which are much lighter and, as a result, are less subject to stratification or stratification. The curved surfaces 13b and 14b of the arms 13 *. 14 can accordingly properly wetted or humidified, so that the risk of overheating is considerably reduced or avoided. Finally, the flow f of the air-fuel mixture from the Openings 15 »16, exits, - much more homogeneous than at known pre-evaporation devices of this type, so that the performance of the combustion chamber improves can be. In addition, it has been established that by the distribution that the fuel due to the presence of the thin partitions 52 and 53, its pre-evaporation is accelerated.
Die Wirksamkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann weiter verbessert werden, wenn die Trennwände 52, 53 mit kleinen Öffnungen 55, 56 versehen v/erden, welche ermöglichen, daß ein kleiner Anteil der Menge des Luft-Brennstoff-Gemischs — schematisch durch die Strahlen 57 und 58 dargestellt direkt in die Wirbelzone eintritt, die sich stromab der Trennwände 52, 53 bildet, so daß die Herstellung zufriedenstellender aerodynamischer Strömungsbedingungen begünstigt wird.The effectiveness of the device according to the invention can be further improved if the Partition walls 52, 53 are provided with small openings 55, 56, which allow a smaller Proportion of the amount of the air-fuel mixture - shown schematically by the rays 57 and 58 directly enters the vortex zone which is formed downstream of the partitions 52, 53, so that the manufacture satisfactory aerodynamic flow conditions is favored.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorverdampfungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei audi diese Vorrichtung allgemein T-Gestalt hat.Fig. 6 shows another embodiment a pre-evaporation device according to the invention, this device is also generally T-shaped.
2 0 9 8 8 h / 1 0 A 12 0 9 8 8 h / 1 0 A 1
" 12 " 223A589" 12 " 223A589
Die Basis des T ist durch einen rohrförmigen Körper 12 gebildet, der sich in zwei Querarme 13, 14 verzweigt, welche die Flügel oder Schenkel des T bilden. Die Arme 13, 14 sind in Stromaufwärtsrichtung der Verbrennungskammer gebogen,und jeder Arm endigt in einer Austrittsöffnung 15 bzw. 16. Der Körper 12 weist eine Eintrittsöffnung 25 auf, die mit der Quelle flüssigen Brennstoffs, schematisch dargestellt durch eine Einspritzeinrichtung 17, und mit der Luftquelle in Verbindung steht.The base of the T is formed by a tubular body 12, which is divided into two transverse arms 13, 14 branches, which form the wings or legs of the T. The arms 13, 14 are in the upstream direction of the combustion chamber and each arm terminates in an outlet opening 15 and 16, respectively. The body 12 has an inlet opening 25, which is connected to the source of liquid fuel, schematically represented by an injector 17, and is in communication with the air source.
Eine Hülse 18, 19 umgibt mit Spiel den rohrförmigen Körper 12, so daß ein Ringkanal 21 gebildet ist, der an seinem stromaufwärtigen Teil mit der Luftquelle in Verbindung steht und an seinem stromabwärtigen Teil direkt in den Verbrennungsraum mündet.A sleeve 18, 19 surrounds the tubular body 12 with play, so that an annular channel 21 is formed is that at its upstream part with the air source is in communication and at its downstream part directly into the combustion chamber flows out.
Im Betrieb tritt eine gewisse Primärluftmenge a^ gleichzeitig mit dem flüssigen Brennstoff in die Vorverdampfungsvorrichtung 7 ein, deren Wände an ihrer Außenfläche der Wirkung der Flamme im Verbrennungsraum ausgesetzt sind, so daß der Brennstoff verdampft. Das Gemisch aus Primärluft und verdampftem Brennstoff tritt im wesentlichen axial aus den Öffnungen 15 und 16 aus, wie es durch die Pfeile f dargestellt ist, und zwar in einer Richtung entgegengesetzt zu der allgemeinen Strömungsrichtung der Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer. Eine Primärluftmenge &2 tritt durch den Ringkanal 21 hindurch direkt in den Verbrennungsraum ein. Diese Menge ap, die viel kleiner als die Menge a^ ist, dient hauptsächlich dazu, eine gewisse Wärme-Isolierung der stromaufwärtigen Teile der Vorverdampfungsvorrichtung 7 zu gewährleisten.In operation, a certain amount of primary air a ^ occurs simultaneously with the liquid fuel in the pre-evaporation device 7, the walls of which are exposed on their outer surface to the action of the flame in the combustion chamber, so that the fuel evaporates. The mixture of primary air and vaporized fuel exits the openings 15 and 16 substantially axially, as shown by arrows f, in a direction opposite to the general direction of flow of the combustion gases in the combustion chamber. A quantity of primary air & 2 enters the combustion chamber directly through the annular duct 21. This amount ap, which is much smaller than the amount a ^, mainly serves to ensure a certain thermal insulation of the upstream parts of the pre-evaporation device 7.
Die Bögen der Arme 13 und 14 der Vorverdampfungsvorrichtung 7 sind mit dem Bezugszeichen 13x bzw, 14x bezeichnet.The arcs of the arms 13 and 14 of the pre-evaporation device 7 are denoted by the reference numeral 13x or 14x designated.
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Der Körper 12 ist nahe der Bögen 13x und 14x mittels einer dünnwandigen Blende od. dgl. teilweise versperrt, die durch zwei dünne Trennwände , 52, 53 gebildet ist, deren jede eine scharfe Kante 52a bzw. 53a aufweist* Diese Kanten sind gegeneinander und gegen die Achse Y' - Y des Körpers 12 der Vorverdampfungsvorrichtung 7 gerichtet und bestimmen zwischen sich einen verengten Durchgang 54, der den Körper 12 mit jedem der Querarme 13 und 14 der Vorverdampfungsvorrichtung 7 verbindet.The body 12 is partially close to the arches 13x and 14x by means of a thin-walled screen or the like blocked, which is formed by two thin partitions 52, 53, each of which has a sharp edge 52a or 53a * These edges are against each other and against the axis Y'-Y of the body 12 directed towards the pre-evaporation device 7 and define a narrowed passage 54 between them, of the body 12 with each of the cross arms 13 and 14 the pre-evaporation device 7 connects.
Der durch die Vprverdampfungsvorrichtung 7 hindurchtretende Luftstrom wird nahe des verengten Durchganges 54 einer beträchtlichen Beschleunigung unterworfen, durch den die pneumatische Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes und seine Mischung mit der Luft begünstigt werden. Außerdem werden die großen Brennstofftropfen durch Stoßwirkung an den scharfen Kanten 52a und 53a mechanisch zerstäubt.The air flow passing through the vaporization device 7 becomes narrowed near the Passage 54 subjected to a considerable acceleration, through which the pneumatic atomization the liquid fuel and its mixture with the air are favored. Also, the big ones Fuel drops due to impact on the sharp edges 52a and 53a mechanically atomized.
Der flüssige Brennstoff tritt dann in die Arme 13 und 14 in Form eines Nebels feiner Tröpfchen ein, die viel leichter sind und demgemäß einer Schichtbildung oder Schichtung viel weniger unterworfen sind. Die Wände der Arme 13* 14 v/erden auf diese Weise vollständig mit einem Gemisch benetzt oder befeuchtet, welche wenigstens einen gewissen Anteil des Brennstoffes im Verlauf der Verdampfung enthält. Die Gefahr einer Überhitzung dieser Wände ist demgemäß verringert oder verhindert. Außerdem ist der Strom f des Luft-Brennstoff-Gemische, der aus den Öffnungen 15 und 16 austritt, viel homogener als bei bekannten Vorverdampfungsvorrichtungen dieser Art, so daß die Leistung der Verbrennungskammer verbessert werden kann.The liquid fuel then enters the arms 13 and 14 in the form of a mist of fine droplets, which are much lighter and accordingly one Stratification or stratification are much less subject to stratification. The walls of the arms 13 * 14 v / ground on this way completely wetted or moistened with a mixture, which at least some Contains proportion of fuel in the course of evaporation. The risk of overheating these walls is reduced or prevented accordingly. In addition, the flow f of the air-fuel mixture, the emerges from the openings 15 and 16, much more homogeneously than in known pre-evaporation devices of this type, so that the performance of the combustion chamber can be improved.
Es ist gefunden worden, daß dennoch in der Vorverdampfungsvorrichtung 7 eine kritische Zone vorhanden ist, die sich in gewissem Ausmaß der Kühl-It has been found that nevertheless in the pre-evaporation device 7 a critical zone is present, which to some extent the cooling
20988A/104T20988A / 104T
wirkung entziehen kann, die durch die Verdampfung des Brennstoffes hervorgerufen ist, der in dem Luft-Brennstoff-Gemisch enthalten ist, welches durch den verengten Durchgang 54 hindurchtritt. Diese Zone ist durch die Bögen 13x und 14x der Arme 13 und 14 und durch die diesen Bögen benachbarten Bereiche dargestellt oder gebildet.can withdraw effect that is caused by the evaporation of the fuel in the Air-fuel mixture is contained, which passes through the narrowed passage 54. This zone is formed by the arcs 13x and 14x of the arms 13 and 14 and by those adjacent to these arcs Areas shown or formed.
Zufolge der starken Richtungsänderungen, welche .die Strömung des Luft-Brennstoff-Gemischs in der Vorverdampfungsvorrichtung 7 erfährt, laufen diese Teile der Vorverdampfungsvorrichtung Gefahr, sich in einer Wirbelzone zu befinden mit relativ geringer Strömungsmenge, so daß sie zufolge dieser Tatsache von dem Brennstoff unzureichend benetzt oder befeuchtet werden können.As a result of the sharp changes in direction, which .the flow of the air-fuel mixture in the Pre-evaporation device 7 experiences, they run Parts of the pre-evaporation device risk of being in a vortex zone with a relatively low risk Amount of flow, so that as a result of this fact it is insufficiently wetted or humidified by the fuel can be.
Um diesen Nachteil wenigstens teilweise zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung eine geringfügige Abwandlung der Verdampfungsvorrichtung 7 gemäß Fig. 4 vorgeschlagen, mittels welcher eine wirksamere Kühlung der genannten kritischen Zone ermöglicht ist.In order to at least partially overcome this disadvantage, according to the invention, a minor one Modification of the evaporation device 7 according to FIG. 4 proposed, by means of which a more effective Cooling of said critical zone is enabled.
Gemäß der Erfindung ist die dünne TrennwandAccording to the invention is the thin partition
52, 53 derart versetzt, daß sie sich mit Bezug auf die .Strömungsrichtung des Luft-Brennstoff-Gemischs in dem Körper 12 der Vorverdarapfungsvorrichtung 7 stromab der Bögen 13x, I4x der Arme 13, 14 befindet. Hierfür ist die Trennwand 52, 53 von einem Teil 12a des Körpers 12 getragen, der durch eine Buchse geeigneter Länge dargestellt ist, die in dem Körper 12 angeordnet und an diesem befestigt ist.52, 53 offset in such a way that they are related to the .Strömungsrichtung of the air-fuel mixture in the body 12 of the pre-drying device 7, downstream of the arches 13x, I4x of the arms 13, 14 is located. For this purpose, the partition wall 52, 53 is supported by a part 12a of the body 12, which is supported by a Bushing of suitable length is shown disposed in the body 12 and secured thereto.
Gemäß der Erfindung sind weiterhin Durchgänge 60, die in einer Richtung ausgerichtet sind, welche eine Querkomponente zur Achse Y1 - Y des Körpers 12, 12a darstellt, quer durch die Seitenwand der Buchse 12a gebildet, und zwar stromauf der Trennwand 52,According to the invention, passages 60 oriented in a direction which is a transverse component to the axis Y 1 -Y of the body 12, 12a are also formed transversely through the side wall of the sleeve 12a, upstream of the partition 52,
53, jedoch geringfügig stromab der Bögen 13x» I4x.53, but slightly downstream of the arcs 13x »I4x.
209884/1041209884/1041
2 23 A 52 23 A 5
Diese Durchgänge, die in dem Körper 12, 12a beginnen, münden demgemäß direkt in die genannte kritische Zone.These passages, which begin in the body 12, 12a, accordingly open directly into the aforementioned critical zone.
Im Betrieb trifft ein Teil des Stromes des Luft-Brennstoff-Gemischs, welches den Körper 12, 12a der Vorverdampfungsvorrichtung 7 durchströmt, auf die Trennwände 52, 53 auf und wird zu den Durchgängen 60 abgelenkt, so daß die Bogenzone 13x, I4x der Arme 13, 14 direkt gespeist wird. Es bilden sich demgemäß in dieser Zone zufriedenstellende aerodynamische Strömungsbedingungen, wodurch die Benetzung oder Befeuchtung der Wände dieser Zone erleichtert wird. Das Wärmeverhalten der Vorverdampfungsvorrichtung 7 ist demzufolge verbessert.During operation, part of the flow of the air-fuel mixture, which the body 12, 12a of the pre-evaporation device 7 flows through, on the partition walls 52, 53 and becomes the passages 60 deflected so that the arc zone 13x, I4x the arms 13, 14 is fed directly. It is formed accordingly, in this zone, satisfactory aerodynamic flow conditions, thereby facilitating the wetting or humidification of the walls of this zone will. The thermal behavior of the pre-evaporation device 7 is consequently improved.
2098820988
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