DE2340013A1

DE2340013A1 - Brennstoffverdampfer fuer gasturbinentriebwerke

Info

Publication number: DE2340013A1
Application number: DE19732340013
Authority: DE
Inventors: Vernon Frederick Cox; Roger Geoffrey Fox
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-02-21
Also published as: GB1435083A; FR2209042A1; DE2340013B2; JPS49124414A; CA985918A; BE810354A; SE384247B; JPS5310209B2; AU5907473A; AU472058B2; LU69355A1; DE2340013C3; NL7401496A; US3913318A; FR2209042B1

Description

Dipt. mo. K. HOLZEK

AUOSBÜBO

PHILIPPINE-WKt!? Bit-SJTKASS« 14

R.

Augsburg, den 6. August 1973

Rolls-Royce (197D Limited, 14/15 Conduit Street, London Vl. 1., England

Brennstoffverdampfer für Gasturbinentriebwerke

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverdampfer für Gasturbinentriebwerke, mit einem Verdampferrohr, welchem Brennstoff und Luft gesondert zugeführt werden.

Bekannte Brennstoffverdampfer weisen ein zylindrisches Verdampferrohr auf, welchem an einem Ende Brennstoff und

- 1 409808/0486

Luft zugeführt werden und welches an seinem anderen Ende ein Gemisch aus Luft und verdampftem Brennstoff abgibt.

Der Verdampfer kann am genannten anderen Ende eine oder mehrere im wesentlichen radial zum Verdampferrohr verlaufende Rohrzweige aufweisen und zur Kühlung des Verdampfers ist es bisher üblich, das Verdampferrohr mit einer mit Abstand zu demselben angeordneten Ummantelung zu umgeben, so daß ein Ringraum gebildet ist, durch welchen ein axial von einer Stirnseite des Ringraums eingeleiteter Luftstrom hindurchströmt.

Durch die Erfindung soll ein Brennstoffverdampfer der eingangs dargelegten allgemeinen Art im Sinne einer Verbesserung der Brennstoffverbrennung verbessert werden.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Brennstoffverdampfer gemäß der Erfindung durch Mittel gekennzeichnet, die es ermöglichen, daß Luft, aber kein Brennstoff in bezüglich des Verdampferrohres im wesentlichen radialer Richtung aus dem Verdampfer ausströmen kann.

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn die Kühlluft aus dem eingangs erwähnten Ringraum zwischen dem Verdampferrohr und einer Ummantelung anstatt axial durch die offene

- 2 409808/G486

Stirnseite des Ringraumes hindurch im wesentlichen radial zum Verdampferrohr durch entsprechende Bohrungen-der Ummantelung hindurch aus dem Ringraum austritt, infolge der radialen Kühlluftausströmung die Temperaturverteilung in der Brennkammer verbessert wird, was zu einer wirksameren Brennstoffverbrennung führt. Außerdem wird dadurch das Problem des Ausbrennens der Rohrzweige eines verzweigten Verdampfers gelöst, das auftritt, wenn die Luft axial aus der Ummantelung austritt.

Zur Erzielung einer verbesserten Temperaturverteilung in der Brennkammer und der Verbrennung ist es nicht notwendig, daß die gesamte Luft radial aus der Ummantelung ausströmt, sondern diese Vorteile lassen sich auch dann noch erreichen, wenn ein Teil der Luft axial aus der Stirnseite des Ringraurues austritt, jedoch kann dann- das Problem des Ausbrennens der Verdampferrohrzweige auftreten.

Die Erfindung läßt sich außerdem bei Verdampferrohren, ohne Ummantelung anwenden, wenn ein Teil der dem Verdampferrohr zugeführten Luft vor- der Vermischung mit Brennstoff im wesentliehen radial aus Bohrungen des Verdampferrohres austreten kann.

409808^0486

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verdampfer mit einer das Verdampferrohr mit Abstand umgebenden und einen Ringraum begrenzenden Ummantelung versehen und die genannten Mittel sind Bohrungen in der Ummantelung, durch welche Luft aus dem Ringraum in radialer Richtung austritt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt die gesamte in den Ringraum eingeleitete Luft durch die Bohrungen der Ummantelung aus.

Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die genannten Mittel Bohrungen in der Wandung des Verdampferrohres, durch welche ein Teil der in das Verdampferrohr zugeführten Luft in radialer Richtung austritt, bevor sie sich mit Brennstoff vermischt hat.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Verdampfer an seinem einen Ende ein oder mehrere im wesentlichen radial verlaufende Rohrzweige auf, so daß der Verdampfer L- oder T-förmig ist.

Drei bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen

409808/0486

beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines

Gasturbinentriebwerks,

Pig. 2 einen Schnitt durch eine Brenn

kammer des in Pig. I dargestellten Triebwerks, welcher den erfindungsgemäßen Verdampfer im einzelnen zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig.

dargestellten Verdampfer,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere

Ausfuhrungsform eines erfindungsgemäßen Verdampfers, und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine noch

weitere Ausführungsform eines Verdampfers nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Verdichter 2, einer Brenneinrichtung 4, einer Turbine 6

- 5 -409808/0486

und einer Schubdüse 8, die alle in Strömungsrichtung hintereinandergeschaltet sind.

Gemäß Fig. 2 weist die Brenneinrichtung ein äußeres Gehäuse 10 und ein ringförmiges Flammrohr 12 auf. Aus einem vom Verdichter kommenden Kanal 3 wird Luft zum Flamm rohr zugeführt, von welcher ein Teil unmittelbar durch Verdampfer 14 in das Flammrohr eintritt, während der größte Teil dieser Luft in den Zwischenraum 16 zwischen dem Flammrohr und dem Außengehäuse gelangt und von da aus durch öffnungen 18 in der Flammrohr wandung in das Flammrohr eintritt. Durch Brennstoffleitungen 20 wird Brennstoff zu den Verdampfern 14 zugeführt, wo er mit Luft vermischt und infolge der Wärme des den Verdampfer im Flammrohr umgebenden Gases verdampft wird.

Die Verdampfer 14 sind im wesentlichen T-förmig und weisen jeweils ein zylindrisches Verdampferrohr 22 auf, welches an seinem einen Ende mit dem Flammrohr und an seinem anderen Ende mit radialen Rohrzweigen 24 verbunden ist.

Die Verdampferrohre der Verdampfer sind jeweils von

- 6 409808/0486

einer Ummantelung 26 umgeben, die einen radialen Abstand vom betreffenden Verdampferrohr aufweist und einen ringförmigen Kanal 28 begrenzt, welchem Luft vom Kanal 3 zugeführt wird. Die stromabseitige Stirnseite des Ringkanals ist verschlossen und in der Wandung der Ummantelung sind Bohrungen 30 angeordnet, durch welche die Luft im wesentlichen radial ausströmt.

Dadurch ergeben sich die beiden folgenden Wirkungen:

a) Der radiale Luftstrom, obwohl verhältnismäßig klein, begünstigt die weitere Durchmischung des Brennstoffs und der Luft in der primären Verbrennungszone, wodurch die Temperaturverteilung in der Brennkammer

. und die Brennstoffverbrennung verbessert werden,

b) es wird verhindert, daß die Kühlluft axial über die radialen Rohrzweige des T-förmigen Verdampfers strömt, was wiederum verhindert, daß sich stromab der radialen Rohrzweige im Luftstrom auf dem Verdampfer eine Flamme stabilisiert.

Die Bohrungen können beliebig geformt sein und sind zwischen den radialen Rohrzweigen des Verdampfers ange-

"~ Ύ ■»

409808/0486

ordnet, so daß keine durch die Bohrungen ausströmende Luft auf diese Rohrzweige auftrifft.

Außerdem sind an den Verbindungsstellen zwischen dem Verdampferrohr 22 und den radialen Rohrzweigen des Verdampfers Stege 32 vorgesehen, welche Turbulenzen des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Rohrzweigen erzeugen. Dadurch wird die Kühlung der Rohrzweige verbessert.

Der in Fig. 4 dargestellte Verdampfer 40 ist dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Verdampfer mit der Ausnahme ähnlich, daß die radialen Rohrzweige 24 durch eine schirmartige Kappe 37 ersetzt sind, die mittels Streben 38 am Verdampferrohr 22 befestigt ist und einen ringförmigen Auslaß 39 bildet. Die Wirkung dieser Kappe ist derjenigen der radialen Rohrzweige 24 ähnlich, da das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die ringförmige Austrittsöffnung 39 ausströmt. Der radiale Luftstrom durch die Bohrungen 30 fördert weiterhin die Vermischung von Brennstoff und Luft in der primären Verbrennungszone. Der Verdampfer 40 ist in der gleichen Weise , wie in Fig. 2 dargestellt, am Flammrohr 12 befestigt.

Der in Fig. 5 dargestellte Verdampfer 31 ist dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Verdampfer 14 mit der Ausnahme

- 8 409808/0486

ähnlich, daß er nicht von einer Ummantelung 26 umgeben ist, sondern daß ein im wesentlichen radialer Luftstrom durch die Bohrungen 35 des Verdampferrohres 32 entsteht. Die Brennstoffzufuhrleitung ragt so weit über die Bohrungen hinaus in das Verdampferrohr 22 hinein, daß kein Brennstoff oder Brennstoffdampf durch die Bohrungen 35 ausströmt. Der radiale Luftstrom durch die Bohrungen 35 fördert auch bei dieser Ausführungsform die Vermischung von Luft und Brennstoff in der primären Verbrennungszone. Im Betrieb ist ein Druckabfall über der Wandung des Verdampferrohres vorhanden, welcher den radialen Luftstrom durch die Bohrungen unterstützt. Dieser Druckabfall kann durch den Steg 32 oder andere bekannte Mittel, beispielsweise konvergierende Auslässe der radialen Rohrzweige 24, vergrößert werden. Die Bohrungen 35 sind so positioniert, daß die ausströmende Luft nicht auf die Rohre 24 auftrifft.

Die in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Verdampfer und 40 können auch nur ein Rohr 24 aufweisen und folglich L-förmig ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist zwar eine ringförmige Brennkammer dargestellt, jedoch ist die Erfindung auch bei anderen Brennkammerformen anwendbar, beispielsweise bei einer

_ Q —

409808/0486

Ruckstrombrennkammer oder einer Brennkammeranordnung mit mehreren ringförmig angeordneten zylindrischen Brennkammern.

- 10 409808/0486

Claims

P at ent ans prü ch e

/ 1.)Brennstoffverdampfer für Gasturbinentriebwerke mit einem Verdampferrohr, welchem Brennstoff und Luft gesondert zugeführt werden, gekennzeichnet durch Mittel (30; 35), die es ermöglichen, daß Luft, aber kein Brennstoff in bezüglich des Verdampferrohres (22) im wesentlichen radialer Richtung aus dem Verdampfer (14; 31; 40) ausströmen kann»

2, Verdampfer nach Anspruch 1, mit einer das Verdampferrohr mit Abstand umgebenden und einen Ringraum begrenzen- ' den Ummantelung, welcher Luft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (30) in der
zylindrischen Wandung der Ummantelung (26) angeordnete Bohrungen sind, durch welche Luft aus dem- Ringraum (28) ausströmt,

3. Verdampfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche dem Ringraum (28) zugeführte Luft durch die Bohrungen (30) der Ummantelung (26) aus dem Ringraum ausströmen kann.

- 11 40980870486

4. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel (35) in der Wandung des Verdampferrohres (22) angeordnete Bohrungen sind, durch welche ein Teil der dem Verdampferrohr zugeführten Luft ausströmt, bevor sie sich mit dem Brennstoff vermischt hat.

5. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampferrohr (22) an einem Ende eines oder mehrere Rohrzweige (24) aufweist, welche im wesentlichen radial zum Verdampferrohr verlaufen.

6. Verdampfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe L- oder T-förmig ausgebildet ist.

7. Verdampfer nach Anspruch 5 oder 6, mit beliebig vielen und beliebig geformten Bohrungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (30, 35) so positioniert sind, daß die durch diese Bohrungen ausströmende Luft nicht auf die genannten Rohrzweige (24) auftrifft.

8. Verdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Bohrungen (30, 35) so positioniert ist, daß der aus dieser Bohrung austretende Luftstrom

- 12 -

409808/0486

mit dem aus dem Verdampfer (14, 31) ausströmenden Luft-Brennstoff-Gemisch zusammenfällt.

9. Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, "dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampferrohr (22) einen radial einwärts ragenden Bund (32) aufweist.

409808/0486

- 13 -