DE2446398A1

DE2446398A1 - Axialwirbelvergaser mit zentraleinspritzung

Info

Publication number: DE2446398A1
Application number: DE19742446398
Authority: DE
Inventors: Donald Walter Bahr; Paul Edward Sabla; Jack Rogers Taylor
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1974-09-28
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FR2246734B1; FR2246734A1; BE820481A; CA1007057A; IT1022446B; US3853273A; JPS5077716A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbrennungssysteme von Gasturbinentriebwerken und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung zum Einspritzen und Verteilen von Brennstoff in derartigen Verbrennungssystemen.

Die Einspritzung von Brennstoff in eine Verbrennungskammer mit kontinuierlicher Strömung, wie sie beispielsweise in einem Gasturbinentriebwerk auftritt, hat fortlaufende Gestaltungsprobleme gestellt für die Triebwerkhersteller. Schwierigkeiten sind beim Einspritzen von Brennstoff in stark dispergierter Weise aufgetreten, um so eine voll-

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ständige und effiziente Verbrennung des Brennstoffes zu erzielen, während gleichzeitig das Auftreten brennstoffreicher Taschen auf ein Minimum reduziert wird, die bei der Verbrennung kohlenstoff oder Rauch erzeugen können. Die Schwierigkeiten bei der Brennstoffeinspritzung sind weiterhin kompliziert worden durch die neuere Einführung von Gasturbinentriebwerken, die erhöhte Anforderungen an den Brennerdruck und die Einlaßtemperatur stellen. Bei bestehenden Sprühatomisierem für Brennstoff sinkt der Wirkungsgrad , wenn der Brennerdruck erhöht wird, woraus eine ungleichförmig© Verteilung des Brennstoffes zusammen mit einer Vergrößerung der brennstoffreichen Zone innerhalb der Brennungekammer resultiert. Neben den möglichen Kohlenetoff- und Rauchproblemen können derartige Zonen eine ungleichförmige Erhitzung des Brennermantels bewirken, ein Zustand, der üblicherweise als Hitzestreifenentwicklung (hot-sprinking) bezeich.net wird und der zur Beschädigung bzw. Zerstörung des Mantels führen kann.

Als eine mögliche Lösung für derartige Probleme ist die Erhöhung des Brennstoffdruckes für konventionelle Sprühatomisierer vorgeschlagen worden. Das erhöhte Gewicht einer Hochdruckpumpe zusammen mit der erhöhten Tendenz für eine Leckage des verdampfbaren Hochdruck-Brennstoffes macht jedoch die Verwendung einer derartigen Hochdruckpumpe unerwüns cht.

Neuere Vergasersysteme haben die üblichen Sprühatomisierer eliminiert und durch ein System von gegensinnig rotierenden primären und sekundären Verwirbelungsschaufeln ersetzt, die zusammen mit einer Zuführleitung für Brennstoff mit niedrigem Druck verwendet werden. Bei'einigen Systemen wurde vorgeschlagen, daß eine Brennstoff /Luft-Mischung stromaufwärts von den Verwirbelung«schaufeln eingeführt wird, woraufhin der Brennstoff anschließend atomiaiert wird beim

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Abscheren der Tröpfchen des flüssigen Brennstoffes von den Wirbelschaufeln. Bei derartigen Atomisierern ist gelegentlich gefunden worden, daß sie Kohlenstoff zwischen den Verwirbelungsschaufein ansammeln, wenn die Einlaßluftströmung und der den Atomisierern asugeführte Brennstoff relativ hohe Temperaturen aufweisen.

Neuere Entwicklungen haben sich auf Systeme konzentriert, bei denen eine Brennstoffströmung in ein System gegensinnig rotierender primärer und sekundärer Wirbelschaufeln eingeführt und der Brennstoff durch die "hohen Scherkräfte effizient atomisiert wird, die beim Zusammenströmen der entgegengesetzt rotierenden Luftströmungen entwickelt werden. Die vorliegende Erfindung ist auf ein Vergasersystem mit solchen hohen Scherkräften gerichtet, die durch die gegensinnig rotierenden Luftströmungen erzeugt werden, und schafft ein System mit weniger Komplexität und größerer Einfachheit bei der Fertigung als die meisten bekannten Systeme.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Brennetoffinjektions- und Verteilersystem für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, das eine gute Zerstäubung und Brennstoff/Luft-Mischung über einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen des Triebwerkes schafft im Zusammenhang mit guten Zündungscharakteristiken und minimalen Möglichkeiten einer Kohlenstoffbildung.

Weiterhin beinhaltet die Erfindung ein Vergasersystem, das die beim Zusammenströmen von zwei gegensinnig rotierenden Luftströmungen entwickelten großen Scherkräfte ausnutzt und das eine einfache Niederdruck-Brennstoffinjektionaleitung verwenden kann.

Weiterhin soll ein Verbrennungssystem geschaffen werden, das leicht gefertigt und einfach gewartet werden kann.

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Diese und ähnliche, damit in Zusammenhang stehende Aufgaben werden, kurz gesagt, erfindungsgemäß durch ein Vergasersystem gelöst, bei dem der Brennstoff unmittelbar stromabwärts von einem Satz axialer Verwirbelungsschaufein eingeführt wird. Der Brennstoff wird direkt von einer zentral angeordneten Brennstoffleitung über mehrere Löcher nahe dem Ende der Leitung eingeführt. Das Ende der Leitung ist geriffelt bzw. gerillt und ein kleiner Teil der Kompressorauslaßluft wird den geriffelten Durchlässen zugeführt, um auf diese Weise dem Brennstoff eine Wirbelbewegung zu erteilen, der durch die in der Leitung angeordneten Löcher austritt. Die aus der Brennstoffleitung austretenden Brennstofftropfchen werden über einem axialen Wirbel, der durch den Satz der axialen Wirbelschaufeln gebildet ist, zur inneren Oberfläche einer Venturihülse weggeschleudert, wo ein Brennstoffilm gleichförmiger Dicke gebildet wird. Der Venturiabschnitt ist auf der Innenseite von einem Satz radialer Einströmungswirbelschaufeln angeordnet, die zusätzliche eintretende Luft in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zu derjenigen der axialen Wirbler verwirbelt« Diese GegenwirbelstrÖmung wirkt für eine einen stark turbulenten Seherströmungsbereich sofort stromabwärts von der Austrittebene des Venturi"abschnittes, der eine schnelle Atomisierung und ein. schnelles Mischen des Filmes des flüssigen Brennstoffes bewirkt, der die Venturioberflache verläßt»

Di® Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden. Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Figur 1 ist eine Teil sclinit tans ich t von einer typischen Verbrennungskammer, wie sie für ein Gasturbinentriebwerk geeignet ist/und die die Brennstoffinjektionsvorrichtung gemäß der Erfindung enthält.

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Figur 2 ist eine vergrößerte Querschnittseinsicht entlang der Linie 2-2 in Figur 1, wobei einige Teile weggelassen sind.

Figur 3 ist eine Teilschnittansicht nach einem Schnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 1.

In Figur 1 ist eine kontinuierlich brennende Verbrennungsvorrichtung gezeigt, die für ein Gasturbinentriebwerk geeignet ist. Die Verbrennungsvorrichtung ist insgesamt mit 10 bezeichnet und enthält eine hohle Verkleidung 12, in der eine Verbrennungskammer Ik gebildet ist. Die hohle Verkleidung 12 enthält einen querverlaufenden, stromaufwärtigen Dom l6, der integral mit der Verkleidung ausgebildet ist und zahlreiche in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 18 aufweist, die jeweils eine verbesserte Brennstoffinjektionsvorrichtung 20 gemäß der Erfindung aufnehmen. Der stromaufwärtige Dom 16 bildet zusammen mit der" verbesserten Brennstoff in j ekt ions einrichtung 20 das stromaufwärtige Ende der Verbrennungskammer Ik. Der querverlaufende stromauf wärtige Dom l6 kann ferner zahlreiche Ausschnitte oder öffnungen 21 enthalten, durch die in bekannter Weise eine kleine Kühlmittelströmung hindurchtritt. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Verbrennungskammer Ik rii^förmig oder rohrartig sein kann.

Um die hohle Verkleidung 12 herum sind äußere Ummantelungen 22 und 23 vorgesehen, die zusammen mit der hohlen Verkleidung äußere und innere Kanäle 2k bzw. 26 bilden. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet von Gasturbinen bekannt ist, liefern die Kanäle 2k und 26 eine Druckluftströmung von einer geeigneten Quelle, wie beispielsweise einem nicht gezeigten Kompressor, in die Verbrennungskammer Ik über geeignete Öffnungen oder Ausschnitte 30 hindurch. Die Druckluft wird von dem Kompressor über eine Vielzahl auf dem Umfang im Abstand angeordneten Aualaßführungββchaufein 32 zu einem Stufen-

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diffusor 34 geleitet, woraufhin die Luft zwischen den äußeren und inneren Kanälen 24 und 26 aufgeteilt wird, wobei ein dritter Teil der Luftströmung jeweils in eine der zahlreichen Brennstoff-Einspritzvorrichtungen 20 eintritt. Die zu den Kanälen 24 und 26 geleitete Druckluft dient in bekannter Weise sowohl zur Kühlung der hohlen Verkleidung 12 als auch bei ihrem Strom durch die Löcher 30 zur Verdünnung der gasförmigen Verbrennungsprodukte.

In Figur 2 ist in Verbindung mit Figur 1 die Brennstoff-Einspritζvorrichtung 20 gemäß der Erfindung in der Weise gezeigt, daß sie eimesa Brennstoff injektor 36 aufweist, der von einer hohlem Bressastofflaitung 38 gebildet ist, die mit der äußeren Ummantelung "22 mittels eines Befestigungsarmes 40 verbündest. ist«. Die Brennstoffleitung 38 ist so gekrümmt, daß m±@ in. eine öffnung k2 paßt, die durch zwei Rüsselteile hk gebildet ist, welche stromaufwärts von dem Dornt©il l6 angeordnet sind und mit diesem zusammenarbeiten, um eine Ringkammer 46 zu bilden.

Wie am besten aus Figur 1 ersichtlich ist, besteht die Brennstoffleitung 38 aus einem Stück einer hohlen Rohrleitung mit einem Brennstoffkanal 48, der sich über die Länge der Brennstoffleitung 38 erstreckt. Der Kanal 48 liegt in strömungstnäßiger Verbindung mit einer Vielzahl von Brennstoff-Injektiosislöchem 50, die aich von dem Kanal 48 nahe einem gekrümmten Innenende 52 der Brennstoffleitung 38 radial nach außen erstrecken.

Die Brennstoffleitungen 38 sollten nicht verwechselt werden mit den üblichen Atoraisier- oder Zerstäuberdüsen, in denen Brennstoff ale ein stark zerstäubter Sprühnebel einer Verbrennungskammer zugeführt wird. Solch© üblichen Atomisierdüsen enthalten normalerweise kleine Durchlass® bzw. Kanäle mit afom©lWB®iid©3F Fläche, durch die Brennstoff beschleunigt, komprimiert und anschließend atomieiert wird, wenn

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er sich nach dem Düsenausiaß oder dem Hals expandiert. In anderen Applikationen können derartige Atomisierdüsen konvergierende/divergierende Strömungspfade umfassen, die zum Beschleunigen und Komprimieren des Brennstoffes verwendet werden, der wiederum durch einen Expansionsprozeß hinter dem Auslaß eines derartigen Strömungspfades atomisiert wird. Im Gegensatz zu diesem Typ einer Atomisierdüse beinhaltet die Vorrichtung gemäß der Erfindung die Verwendung der Niederdruck-Brennstoffspeiseleitung 38, die einfach aus einem hohlen Rohr mit einer Vielzahl von Löchern besteht, die durch die äußere Rohrfläche hindurchführen und mit einem inneren Strömungskanal verbunden sind. Die Löcher wurden normalerweise eine konstante Querschnittsfläche besitzen. In gewissen Fällen könnten sie jedoch auch für einen gewissen Strömungswiderstand sorgen, wenn die Gesamtfläche der Löcher kleiner als diejenige des Kanals 48 gemacht wird. DieLöcher 50 sollen jedoch nicht als Zerstäuberdüsen wirken und sie liefern keinen atomisierten Sprühnebel aus Brennstoff an den Brenner Io.

Wie aus Figur 2 weiterhin ersichtlich ist, ist das Innenende 52 der Brennstoffleitung 38 geriffelt, d.h. es enthält eine Anzahl kleiner Rillen bzw. Vertiefungen 54 in seiner äußeren Oberfläche. Jede der Rillen 54 liegt zwischen einem Paar von Brennstoff-Injektionslöchern 50, so daß der Brennstoff von der Leitung 48 zum Bereich zwischen jeder der Rillen 54 nahe dem Ende 52 der Brennstoffleitung 38 geliefert wird. Jede Rille 54 verläuft spiralenförmig auf einer ausreichenden Länge der Brennstoffleitung 38, um einen kleinen Teil der der Kammer 46 zugeführten Luftströmung mitzureißen und dieser eine leichte Wirbelbewegung zu erteilen. Die Gründe hierfür werden aus der folgenden Beschreibung deutlich.

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Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, ist jede Brennstoffleitung 38 mit einer Abnutzungs- bzw. Verschleißbuchse 56 versehen, die in dem Bereich der Rille 54 an der Brennstoffleitung 38 in. geeigneter Weise befestigt ist, beispielsweise durch Hartlöten. Wie am besten aus Figur 2 ersichtlich ist, arbeiten die Verschleißbuchse 56 und die Rillen 54 so zusammen, um eine Reihe kleinerer Luftströmungskanäle 57 um den Umfang der Brennstoffleitung 38 herum zu bilden.

Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist die Verschleißbuchse 56 so bemessen, daß sie in einen gleitenden Eingriff mit einer Öffnung 58 kommt, die in einer Stützkappe.60 der Brennstoffleitung ausgebildet ist. Die Stützkappe 60 bildet ein Teil der verbesserten Brennstoff-Zufuhreinrichtung 20-und besteht aus einem am Ende offenen, konischen, kegelstumpfförmigeη Rohr mit einem Einlaß 62, das an dem stromaufwärtigen Ende des Rohres ausgebildet ist, und einem Auslaß 64 an dessen stromabwärtigem Ende. Der Auslaß 64 ist so bemessen, daß er an der äußeren Oberfläche der Verschleißbuchse 56 angreift, wenn die Brennstoffleitung 38 in der Stützkappe 60 angeordnet ist. Auf diese Weise muß die gesamte Luft, die dem Einlaß 62 der Stützkappe 60 zugeführt wird, durch einen der Durchlässe 57 strömen, die zwischen der Brennstoffleitung 38 und der Verschleißbuchse 56 gebildet sind.

Jede d©r Brennstoff-Zuführeinrichtungen 20 gemäß der Erfindung enthält ferner einen Venturimantel 66, der die Stützkappe 60 umgibt und dazwischen einen ringförmigen Einlaß 68 definiert» Der Venturimantel 66 trägt die Stütz- kappe 60 mittels einer Vielzahl axialer Wirbelschaufeln 70, die eich über den ringförmigen Einlaß 68 erstrecken. Die axialen Wirbelschaufeln 70 sind mit vorderen oder aufströmenden Rändern 72, die ein kurzes Stück stromabwärts vom

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Einlaß 68 angeordnet sind, und mit hinteren oder abströmenden Kanten 74 versehen, die in der Ebene des Auslasses 64 der Stützkappe 60 angeordnet sind. Weiterhin sind die
vorderen oder aufströmenden Kanten 7k der axialen Wirbelschaufeln 70 stromaufwärts von den Brennstoff-Injektionslöchern 50 angeordnet, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Der Venturimantel 66 bildet einen konvergenten/divergenten
Strömungspfad mit einem Hals 76, der stromabwärts vorn Ende 52 der Brennstoffleitung 38 angeordnet ist.

Die axialen Schaufeln gestatten eine Veränderung des Grades des erhaltenen Wirbels, im Gegensatz zur Verwendung
von radialen Schaufeln, bei denen die Strömungsmenge, die über die Schaufeln strömt, den Grad der Drehung festlegt. Mit den axialen Schaufeln legt der Grad der Drehung in
den Schaufeln selbst das Ausmaß der verwirbelung fest»

Darüber hinaus bilden die axialen Wirbelschaufein einen
Geschwindigkeitsgradienten, bei dem die höchste Geschwindigkeit sich in der Nähe der Mittellinie der Brennstoff-Injektionsvorrichtung 20 befindet, d.h.' in größter Nähe
zu dem Punkt, wo der Brennstoff injiziert wird. Diese Erscheinung hilft sicherzustellen, daß der Brennstoff in
Richtung auf den Venturimantel 66 gerichtet ist«

Der Venturimantel 66 wird mittels eines Flansches 78 getragen, der sich von dort nach außen erstreckt vm den
Mittelabschnitt der axialen Länge d©s Venturimantels 66
herum. Der Flansch 78 ist in irgendeiner geeigneten Weise an einer kreisförmigen Platte 80 befestigt, die ihrerseits an einer zweiten kreisförmigen Platte 82 angebracht ist.
Die zweite kreisförmige Platte 82 ist ihrerseits mit 'gegensinnig rotierenden Luftwirbelmitteln 8% verbunden, die im vorliegenden Fall die Form einer Vielzahl von Gegenwirbel-Radialströmungsschaufeln 86 haben, von denen zahl-■ reiche zwischen zwei radial verlaufenden Wänden 88 bzw·

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angeordnet ssisado Auch wenn hier radiale Schaufeln 86 gez'eigt sind, so könnten in gewissen Applikationen axiale Gegenwirbels chauafein vorzuziehen sein und die Schaufeln 86 auf einfach® Weise ersetzen.

Di© Wand 90 geht von einem zylindrischen Rohr 92 aus, da^ den Auslaß des Venturimantels 66 umgibt und mit diesem zusammenarbeitet, um einen ringförmigen Strömungspfad 9k zu bilden«, Da© zylindrische Rohr 92, und somit die Brennstoff-Injektionsvorrichtung 20, ist an dem Brenner durch einen, Flansch ¹^S befestigt, der von der Wand 90 ausgeht, das zylindrische Rohr 92 umgibt und in die Öffnung l8 paßt ο ©er Flansch 96 ist in irgendeiner geeigneten Weise aa der Öffnung l8 suit dem quer verlaufenden Domteil l6 verbundenο Schließlich ist das zylindrische Rohr 92 von ©in©sa sieh nach außesa erweiternden trompetenförmigen Auslaß 98 umgeben, ä®r in die Verbrennungskammer Ik hineinragt, wie es in Figur 1 gezeigt ist ο

eine An-

ssafal kürzlich entwickelter Brennstoff-Injektionssysteme

umd sjekuadäjresa Wirbels chaufela umd dem hohen

LiaftströnssTOaggess, ©abwickelt werden_s um die Braimstoff-Tröpfchen zu atoaaisiereiio Es sind verschiedene Schemata es&twiekelt wordea_s um den Brennstoff zum Bereich'der h©fe©sa Seherkräft© zu l©it@sa, aber all® habea gewisse Wachteil® in g©ira.S3®Ea B@tjriebsphas®n. des 6a®tuxfo±2ft®2&tx"iebwerkes BeispielswQis© köffla©Ä Systgsae, bei deneis. Breaastoff stromaufwärts ύοά dea priffiär©» Wirbelechaufein'zugeführt wird,

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eine Kohlenstoffbildung auf derartigen Schaufeln bei hohen Lufteinlaß- und Brennetofftemperaturen zur Folge haben.

Solche Systeme, in denen Brennstoff mittels kleinerer bootsförmiger Düsen mit Wirbelschaufeln zugeführt wird, die den Ausgang dieser Düsen umgeben, haben sich zwar als erfolgreich erwiesen bei den die Kohlenstoffbildung betreffenden Problemen, aber sie sind komplexer als wünschenswert vom Standpunkt der Fertigung und sie sind auch empfindlich im Hinblick auf Wiederzündungsschwierigkeiten bei gewissen Betriebsumgebungen. Das Brennstoff-Injektionssystem gemäß der Erfindung soll diese Probleme überwinden und ein vereinfachtes Brennstoff-Injektionssystem schaffen, das den Brennstoff über einen weiten Bereich von Betriebsumgebungen zuführen kann. Die Art und W_eise, in der das System gemäß der Erfindung den Brennstoff zuführt, wird im folgenden genauer beschrieben in Verbindung mit dem Betrieb der Brennstoff-Injektionsvorrichtung 20.

Im Betrieb wird der flüssige Brennstoff, der nicht stark kompromiert zu sein braucht und in der Praxis in dem Bereich von so niedrigen Drucken wie 0,07 kp/cm (l psi) bis hoch zu 3,5 kp/cm (50 psi) oder mehr für eine einzelne Triebwerkskonstruktion über dem Betriebsdruck des Triebwerkes liegen kann, dem Brennstoffinjektor von einer geeigneten/nicht gezeigten Brennstoffquelle zugeführt» Der Brennstoff fließt durch den Kanal kQ und trifft durch die radialen Brennstoffinjektionslöcher 50 aus. Bei sehr niedrigen Druckdifferenzen des Brennstoffes, beispielsweise 0,07 bis 0,7 kp/cm (1 bis 10 psi) würde der Brennstoff lediglich aus den Löchern 50 tropfen und eine Pfütze oder Lache bilden, wenn nicht eine gewisse Vorrichtung vorgesehen ist, um den Brennstoff in Schwung zu bringen. Deshalb kann ein kleiner Teil der Kompressorauslaßluft, die durch den Stufendiffusor 3k strömt, in den Einlaß 62 der Stützkappe 60¹treten und durch die Rillen 5k und die Kanäle 57

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strömen. Der durch die Rillen 5^ strömenden Luft ist eine tangentiale Geschwindigkeit gegeben aufgrund der gewundenen Rillen 5^> und somit erteilt sie dem aus den Brennstoff-Injektionslöchern 50 austretenden Brennstoff eine leichte Wirbelströmung. Der aus diesen Brennstoff-Injektionslöchern 50 strömende Brennstoff wird in Gegenuhrzeigerrichtung verwirbelt aufgrund der Luftströmung durch die Rille 5^» wenn man die Verhältnisse von einem Punkt stromaufwärts vom Brennstoffinjektor 36 betrachtet.

Der aus den Brennstoff Injektionslöchern 50 austretende Brennstoff wird weiter erregt durch eine größere Menge von Kompressomuft, die durch den Einlaß 6ß ausströmt und von den axialen Wirbelschaufeln 70 beeinflußt wird. Die Wirbelschaufeln 70 dienen ferner dazu, demjenigen Teil der Luft, die durch den Einlaß 68 strömt, eine Wirbelbewegung in Gegenuhrzeigerrichtung zu geben (wiederum von einem Bezugspunkt stromaufwärts von dem Brennstoffinjektor 36 betrachtet). Diese Wirbelströmung reißt den Wirbelausfluß des Brennstoffes mit und schleudert diesen Brennstoff zur inneren Oberfläche des Venturimantels 66. Die Geschwindigkeit des verwirbelten Brennstoffes, der die Brennstoff-Injektionslöcher verläßt, wird beim Erreichen des Venturimantels 66 durchdie Venturiwirkung des Mantels 66 vergrößert, und somit werden die Brennstofftröpfchen in einer Wirbelströmung nach außen gedruckt, die einen Film auf der inneren Oberfläche des Mantels 66 bildet. Der aus den Brennstoff-Injektionslöchern 50 austretende Brennstoff wird somit gezwungen, zur inneren Oberfläche des Venturimantels 66 zu strömen. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Systemen, in denen Brennstoff von Vorrichtungen,wie beispielsweise den bootsförmigen Düsen, als eine zylindrische Strömung mit einer geringen oder gar keinen Wirbelkomponente (obwohl Wirbelschaufeln stromabwärts von der Düse angeordnet sind) austritt. Ferner steht dies im Gegensatz zu solchen bekannten Systemen, in denen

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radiale innere Wirbelschaufeln verwendet werden, um den Brennstoff zu erregen. In der vorrichtung gemäß der Erfindung richten die Wirbelrillen 5^ und die axialen Wirbelschaufeln 7o, die für den bereits erwähnten wünschenswerten Geschwindigkeitsgradienten sorgen, beide in positiver Weise den Brennstoff, der aus den Löchern austritt, nach außen in Richtung auf die Innenfläche des Venturimantels 66, wodurch sichergestellt wird, daß der gesamte Umfang der inneren Oberfläche des Mantels 66 durch den Brennstoff über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen benetzt wird, d.h. über einen weiten Bereich von Brennstoffdrucken. Dieses System ist besonders effektiv bei Wiederzundungsbedxngungen in großer Flughöhe, bei denen kleine Brennstoffdrucke bestehen und die Dichte der Luft nicht ausreicht, um auf andere Ifese eine positive Energiezufuhr zum Brennstoff sicherzustellen, der aus dem Brennstoffinjektor 36 austritt»

Der Brennstoff, der somit die innere Oberfläche des Venturimantels 66 benetzt, strömt von dessen stromabwärtigem Ende als ein Wirbelfilm aus flüssigem Brennstoff. Ein Teil der in die Kammer ^6 eintretenden Luft strömt dann über die Gegenwirbelschaufeln 36 und strömt anschließend durch den Durchlaß 94t mit einer Wirbelgeschwindigkeit in einer Richtung, die derjenigen der Brennstoffflache entgegengesetzt ist, die aus dem strojnabwärtigen Ende des Venturimantels 66 strömt. Diese Gegenwirbelluft wirkt dann auf den verwirbelnden Film aus flüssigem Brennstoff ein, um den Brennstoff aufgrund der hohen aerodynamischen Scherbeanspruchungen stark zu atomisieren, die beim Zusammenfluß der gegensinnig rotierenden Wirbelluftströmungen entwickelt werden.

Ohne daß irgendwelche Einschränkungen herbeigeführt werden sollen, werden im folgenden Beispiele für die Größen der verschiedenen Strömungsdurchlasse gegeben, um die Vorrich-

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tung gemäß der Erfindung in die richtige Perspektive zu setzen. Der Einlaß 62 der Stützkappe 60 und die Durchlässe 57 sind so bemessen, daß 0,5 bis 2,5 % der Korapres sorauslaßluft hindurchströmen, während der Einlaß 68 und der Strömungspfad zwischen den axialen Wirbelschaufeln 70 so bemessen sind, daß etwa k bis 7 % der Kompressorauslaßluft hindurchströmt. Hieraus wird deutlich, daß das gewünschte Verhältnis der Luftströmung durch die axialen Wirbelschaufeln zu derjenigen durch die Durchlässe 57 zwischen 2,5/1 und 5)0/i liegen sollte. Zusätzlich fällt die Menge der Luftströmung durch die Gegenwirbelschaufeln 86 in den Bereich von 7 Ms il % der Kompressorauslaßluft, oder, mit aad©r®a Worten, das Verhältnis der Gegenwirbelluft zur primärem Luftströmung sollte im Bereich zwischen 1,0/1 und 2,0/1 liegen«

Selbstverständlich können im Rahmen der gegebenen Lehren gewisse Abwandlungen vorgenommen werden«· Beispielsweise könnten die radialen. Schaufeln 86 durch einen Satz axialer

Gegenwirbelachaufein ersetzt werden» In gewissen Applikationen könnten kleine radial verlaufende Rohrleitungen in den .Brennstoffinjektionslöchern angeordnet werden, um den Brennstoff direkt in di© Bahn der primären Wirbelströmung durch die axialen S©häufeln 70 einzuspritzen„ In anderen Anwesidungs fäll esa kÖBSMK, di® geriffelten Durchlässe bsw_o Kanäle 5^ weggelassen tmd die Schaufeln 70 allein© verwendet werden, um dem Brennstoff Energie zuzuführen.

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Claims

Patentansprüche

Brennstoff-Vergaservorrichtung für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch eine Stützkappe (60) mit einem Einlaß (62) und einem Auslaß (64), einen Venturimantel (66), der die Stützkappe (6o) umgibt und mit dieser zur Bildung eines dazwischen angeordneten ringförmigen Strömungspfades zusammenarbeitet und der ein stromaufwärtiges Ende (68), ein stromabwärtiges Ende und einen dazwischen angeordneten Halsabschnitt (76) aufweist, eine Vielzahl axialer Wirbelschaufeln (70), die zwischen der Stützkappe (60) und dem Venturimantel (66) angeordnet sind und die Luftströmung durch den Strömungspfad in einer ersten Richtung verwirbeln, eine Brennstoffleitung (38) mit einem ersten Ende zur Aufnahme von Brennstoff und einem zweiten Ende (52), das in der Stützkappe (60) angeordnet ist, mit einem Brennstoffkanal (48), der sich vom ersten Ende zum zweiten Ende erstreckt, und mit einer Vielzahl von Brennstoff-Injektionslöchern (50), die nahe dem zweiten Ende angeordnet sind zur Zufuhr von Brennstoff zu der verwirbelten Luftströmung von den axialen Schaufeln, und

durch Mittel (84) zur Erzeugung einer Gegenwirbelströmung von Luft an dem stromabwärtigen Ende des V_enturimantels (66).

2. Vergaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet, daß die Brennstoffleitung (38) eine geriffelte äußere Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl von Rillen (5^t) in der äußeren Oberfläche zur Aufnahme von Luft bildet, die durch den Einlaß (62) der Stützkappe (60) fließt, und Aufnahme

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von Brennstoff aus den Brennstoff-Injektionslöchern (50), wobei die Rillen (5k) und die Stützkappe (60) zusammenarbeiten zum verwirbeln von Brennstoff aus den Injektionslöchern (50) in der ersten Richtung.

3· Vergaservorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k.ennzeichnet, daß eine Verschleiß- bzw. Abnutzungsbuchse (56) vorgesehen ist, die die Brennstoffleitung (38) in der Nähe der Rillen (5k) umgibt und mit diesen zusammenarbeitet zur Bildung einer Vielzahl von Durchlässen (57) zwischen der Verschleißbuchse (56) und der äußeren Oberfläche der Brennstoffleitung (38)·

k. Vergaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e kennz e i c hn e t, daß die Verschleißbuchse (56) derart bemessen ist, daß sie den Auslaß der Stützkappe (60) blockiert.

5. Vergaservorrichtung nach Anspruch 3t dadurch g e kennz ei chne. t, daß die axialen Schaufeln (70) vordere bzw. aufströmende Kanten (72) und hintere bzw. abströmende Kanten (7^) aufweisen und die Verschleißbuchse (56) in einer Ebene endet, die durch die hinteren bzw. abströmenden Kanten (7k) der Schaufeln (70) definiert ist.

6. Vergaservorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennz ei chne t, daß die Brennstoff-Injektionslöcher (50) zwischen der Abnutzungsbuchse (50) und dem Halsabschnitt (76) des Venturi-Mantels (66) liegen.

7. Vergaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch &e~ kennz ei chne t, daß die Brennstoff-Injektionslöcher (50) zwischen den axialen Schaufeln (70) und dein Halsabschnitt (76) des Venturi-Mantels (66) liegen.

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8. Vergaservorrichtung nach Anspruch 7i dadurch gekennzeich ne t, daß die Brennstoff-Injektionslöcher (5o) zwischen dem Brennstoffkanal (kQ) und der äußeren Oberfläche der Brennstoffleitung (38) verlaufen und die Brennstoff-Injektionslöcher (50) etwa die gleiche Ströraungsfläche entlang der gesamten Länge der Brennstoffleitung (38) aufweisen.

9. Vergaservorrichtung nach Anspruch 8, d a d u rc h gekennzeichnet, daß die Mittel (Qk) zur Erzeugung einer Gegenwirbelströmung einen Zylinder (92), der den Venturi-Mantel (66) umgibt und dazwischen einen Strömungspfad (9^) bildet, und eine Vielzahl von Schaufeln (86) umfassen, die dem Strömungspfad Luft als eine Wirbelströmung in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung zuführen.

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