DE2511171A1

DE2511171A1 - Filmverdampfungs-brennkammer

Info

Publication number: DE2511171A1
Application number: DE19752511171
Authority: DE
Inventors: Immanuel Dipl Ing Holzapfel
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1975-03-14
Publication date: 1976-09-30
Also published as: US4083674A; DE2511171C2; GB1504681A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Stuttgart, den 13-März 1975 Stuttgart-Untertürkheim EPT Dr.W/Vu

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2511171 Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Filmverdampfungs-Brennkammer

Die Erfindung betrifft eine Filmverdampfungs-Brennkammer mit einem Verdampferrohr, dessen Innenflächen von einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Kraftstoffilm benetzt werden und bei der der verdampfende Kraftstoff von einer drallbehafteten, am Innendurchmesser des Verdampferrohres entlangstreichenden Verbrennungsluftströmung erfasst und mit dieser vermischt wird, insbesondere für Fahrzeug-Gasturbinen.

Filmverdampfungs-Brennkammern dieser Art sind, bekannt (Motortechnische Zeitschrift 1959, Seite 285 ff.)· *ür eine gute Wirkungsweise solcher Filmverdampfungs-Brennkammern ist einmal die Ausbildung der Drallströmung und der .Rückzirkulationsströmung von großer Bedeutung, zum anderen aber auch die Art und Weise, wie der zu verdampfende Kraftstoffilm sich an der Innenwand des Verdampferrohres bildet. Es ist wesentlich, daß der Kraftstoffilm auf der Innenwand des Verdampferrohres schnell und möglichst gleichmäßig aufgetragen wird, weil nur dann eine schnelle Verdampfung und eine rasch erfolgende Vermischung mit der Verbrennungsluft gewährleistet ist.

Bei den bekannten Bauarten ist vorgesehen, daß der Kraftstoff vom Äußeren des Verdampfungsrohres her durch eine Vielzahl von

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radialen Bohrungen oder auch durch einen Ring aus porösem Werkstoff eintritt. Diese Bauarten weisen den Nachteil auf, daß sich im ersten Fall die radial nach innen gerichteten Kraftstoffstrahlen nur unter ganz bestimmten aerodynamischen Bedingungen unmittelbar an die Verdampferrohrwand anlegen und sich auf dieser filmförmig verteilen. Dieser Verteilvorgang hängt dabei entscheidend von der Art und von der Stärke der drallbehafteten Verbrennungsluftströmung ab. Das bringt den Nachteil mit sich, daß bei einer Änderung der zugeführten Verbrennungsluftmenge sich unter Umständen auch die Intensität der Drallströmung verändern kann, so daß nicht mehr die Gewähr dafür gegeben ist, daß sich der gesamte, durch die Zuführleitung zugeführte Kraftstoff auch einwandfrei filmförmig an der Innenwand des Verdampferrohres verteilt. Das gilt insbesondere beim Einsatz von Filmverdampfungs-Brennkammern bei Fahrzeug-Gasturbinen, wo verschiedene Fahrzustände gegeben sein müssen.

Bei der anderen bekannten Bauart, bei der der Kraftstoff durch einen Ring aus porösem Werkstoff eintritt, ist zwar die Gefahr, daß Kraftstoff zu weit in das Innere des Verdampferrohres gelangt, nicht sehr groß, doch weist diese Bauart den Nachteil auf, daß der durchtretende Kraftstoff in den Kapillaren des Sinterwerkstoffes aufgespalten und teilweise verkokt wird, bzw., daß schwerflüchtige Rückstände die Kapillaren verstopfen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffzuführung zu finden, welche auch bei verschiedenen Fahrzuständen die Ausbildung eines Kraftstoffilmes gewährleistet, die aber dennoch nicht die Gefahr in sich birgt, daß der Kraftstoff in der Zuführung gespalten wird oder verkokt.

Die Erfindung besteht bei einer Filmverdampfungs-Brennkammer der eingangs genannten Art darin, daß die Kraftstoffzuführeinrichtung mit mindestens einer Zuführleitung versehen ist, die

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von innen her auf die Innenwand des Verdampferrohres zuführt und deren Mündung unmittelbar vor der Innenwand liegt. Zweckmäßig werden dabei mehrere auf dem Umfang verteilt mündende Zuführleitungen in der Form dünner Röhrchen vorgesehen, so daß auf diese Weise der Vorteil erreicht wird, daß der Kraftstoff schon durch den ihm innewohnende Eigenimpuls auf die Innenwand des Verdampferrohres geschleudert wird und sich dort weitgehend ohne Beeinflußung der drallbehafteten Strömung als Film verteilt. Bei dieser Ausführungsform muß der Kraftstoff dabei allerdings von der rotierenden Verbrennungsluftströmung zumindestens zum Teil umgelenkt und in Richtung auf den Verdampf err ohraustritt beschleunigt werden und es geht dadurch ein Teil der für die Verdampfung zur Verfugung stehenden Fläche verloren, auch wenn die entsprechenden Zuführröhrchen am Einlauf des Verdampferrohres vorgesehen sind.

Es ist daher von Vorteil, wenn bei einer Ausführungsform der Filmverdampfungs-Brennkammer, bei der dem Verdampferrohr ein Radialleitgitter als Leitrad vorgeschaltet ist und bei der das Verdampferrohr daher am Einlauf einen im wesentlichen radial verlaufenden Einlaufteil besitzt, vorgesehen wird, den Kraftstoff durch radial und axial gerichtete Röhrchentäle auf diesem Umlenkbereich am Einlauf des Verdampferrohres aufzubringen, so daß die Verteilung des Kraftstoffes vor Beginn des eigentlichen axial gerichteten Verdampferrohres erfolgt ist und schon zu Beginn der Verdampfungsstrecke ein geschlossener gleichmäßiger Film vorhanden ist.

Weitere Merkmale und Vorteile, insbesondere baulicher Art, ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Filmverdampfungs-Brennkammer, dfe mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffzuführung versehep ist.

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Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Einlaufbereiches einer Filmverdampfungs-Brennkammer rait einem Radialleitgitter als Zuführeinrichtung zu einem sich konisch erweiternden "Verdampf err ohr,

Fig. 2 den Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Kraftstoffzuführung bei einer im übrigen gleich aufgebauten Filmverdampfungs-Brennkammer und

Fig. 4 den Schnitt durch Fig. 3 längs der Linie IV-IV.

In der Fig. 1 ist der Einlaufbereich einer Fi Innrer dampf ungs-Brennkammer gezeigt, die im wesentlichen aus einem rohrförmigen Luftführungsgehäuse 1 besteht, das in Richtung der Pfeile 2 angeströmt wird. In das Luftführungsgehäuse 1 ist eine in Anströmungsrichtung geschlossene Haube 3 eingesetzt, die einerseits durch mehrere radial verlaufende Bolzen 4- gehalten wird und andererseits über ein Radialleitgitter 7 mit dem Anschlußteil 13 des Verdampferrohres 10 durch Bolzen 8a und Büchsen 8b verbunden ist. Am geschlossenen Ende der Haube 3 ist der Körper 5 über den einstückig mit ihm verbundenen Flanschdeckel 6 auf ein Teil 9 der Haube 3 aufgesetzt, wobei der Körper 5 auf seiner zum Inneren der Haube 3 gerichteten Seite als Umlenknabe für die aus den aus Fig. 2 ersichtlichen Schaufelkanälen 7a des Radialleitgitters 7 austretende Luft ausgebildet ist. Das Verdampferrohr 10 besitzt dabei einen Einlaufbereich 11, der sich im wesentlichen als Einlauftrichter

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zu den Schaufelkanälen 7ahin öffnet und sich in einem zunächst zylindrischen Teil 12 fortsetzt, der dann konusfönnig erweitert wird. Nach außen hin weist der Verdampferrohrteil einen im wesentlichen zylindrischen Anschlußteil 13 auf, an den die Wandung 14 einer Reaktionskammer 15 anschließt, die sich nicht an das freie Ende des Verdampferrohres 10 anschließt. In dem zwischen der Wandung 14 der Reaktionskammer 15 und dem Verdampferrohr 10 gebildeten Ringraum ist eine Einrichtung 16 angeordnet, die in der Art eines Ejektors die durch den Raum 17 in Richtung der Pfeile 18 zugeführte Verbrennungsluft, die durch öffnungen 19 eintritt, aus einem Ringschlitz 20 austreten läßt und damit eine im Sinn der Pfeile 21 bewegte Rückströmung erzeugt, die aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Der auf die Innenwand 10a des Verdampferrohres 10 aufzubringende Kraftstoff wird durch einen im Zentrum des Bolzens 5 verlaufenden Zuführkanal 22 zugeführt und etwa im Bereich des zylindrischen Teiles 12 des Verdampferrohres 10 durch mehrere dünne Röhrchen 23 mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 1mm radial nach außen geführt. Die Mündungen der Röhrchen 23 liegen dabei unmittelbar vor der Innenwand des zylindrischen Teiles 12, so daß der unter Druck im Zuführkanal 22 stehende Kraftstoff mit einem gewissen Eigenimpuls auf die Wandung des Teiles 12 geschleudert wird. Damit verteilt sich der Kraftstoff schon im gewissen Maße filmförmig auf der Innenwand, was noch durch die Verbrennungsluftströmung, die aufgrund des Radialleitgitters drallbehaftet ist, gefördert wird, insofern, als sich ein Kraftstoffilm ausgehend vom Bereich 12 auf der weiteren Innenwand 10a des Verdampferrohres 10 ausbilden wird. Der Kraftstoffilm verdampft dann und der verdampfende Kraftstoff wird durch die Drallströmung mitgenommen, vermischt sich mit der Verbrennungsluft und reagiert im Reaktionsraum 15 unter Wärmeentwicklung, wobei der Rücktransport der Wärme in den Einlaufbereich <|es Verdampferrohres 10 im wesentlichen durch konvektiven Wärmeaustausch einmal durch eine etwa im Sinne der Pfeile 24 erfolgende Rückströmung im Zentrum des Drallhohlstrahles erfolgt und zum anderen

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aber auch im Sinne der Pfeile 21 auf der Außenseite des Verdampf errohres, wo die ßückströmung durch die Einrichtung 16 gesteuert verläuft.

Der Zuführkanal 22 kann in nicht näher dargestellter Weise an der Stirnseite des Körpers 5 Anschlüsse für den Hauptkraftstoff und für den Zündkraftstoff aufweisen und zusätzlich noch mit einem Druckluft ans chluß versehen sein, der für den Fall des Abstellens der Filmverdampfungs-Brennkammer dafür sorgt, daß der noch im Kraftstoffzuführkanal 22 und vor allen Dingen in den Röhrchen 23 befindliche Kraftstoff herausgeblasen wird, so daß eine Spaltung oder Verko-kung von Kraftstoffrückständen in diesem Bereich ausgeschlossen wird.

In der Fig. 3 ist eine Abwandlung der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform insofern dargestellt als hier vom Zuführkanal 12 aus zunächst ein radialer Teil 25 von Kraftstoffzuführleitungen in das Material des Körpers 5 eingebettet ist und daß dieser radiale Teil 25 der Zuführröhrchen dann in einen axial gerichteten Teil 26 übergeht, dessen Mündung wieder unmittelbar vor der Innenwand 10a des Verdampferrohres liegt, hier aber noch vor dem Umlenkbereich 11 und vor dem zylindrischen Teil 12. Auf diese Weise benetzt der Kraftstoff die Oberfläche des Verdampferrohres 10 bereits vor Beginn der eigentlichen Verdampfungsstrecke, so daß sich insbesondere auch weil der Kraftstoff an dieser Umlenksteile durch die Strömung gut an die Wandung angedrückt werden kann, ein gleichmäßiger Kraftstofffilm schon vor Beginn der zur Verfugung stehenden Verdampfungsstrecke ausbildet, so daß die Gewähr für eine gute Verdampfung und schnelle Vermischung gegeben ist. Wie aus Fig. 3 im übrigen ersichtlich ist, kann der Körper 5 mit zwei Anschlüssen 27 und 28 für Hauptkraftstoff und Zündkraftstoff versehen sein, wobei einer der beiden Anschlüsse auch noch wahlweise an einen Druckluftanschluß gelegt wenden kann. Der Zündkraftstoff kann bei

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dieser Ausführungsform nicht durch die Zuführröhrchen 25, 26, sondern durch eine Zerstäuberdüse 29 eintreten, so daß erst nach dem Anfahren der Brennkammer auf den Hauptkraftstoff umgeschaltet wird, der dann durch die Röhrchen 25, 26 aufgetragen wird. Der Zuführkanal 22, der hier in einen Ringraum 30 mündet, der noch innerhalb des Körpers 5 liegt, muß dann nach dem Abstellen der Brennkammer mit Druckluft beaufschlagt werden, so daß die Röhrchen 25, 26 von rückständigem Kraftstoff gereinigt werden.

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Claims

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Patent~ und Schutzansprüche

aisassass

Filmverdampfungs-Brennkammer, mit einem Verdampferrohr, dessen Innenwand-Oberflächen von einer Kraftstoffzuführeinrichtung mit einem Kraftstoffilm benetzt werden und bei der der verdampfende Kraftstoff von einer drallbehafteten, am Innendurchmesser des Verdampferrohres entlangstreichenden Verbrennungsluftströmung erfasst und mit dieser vermischt wird, insbesondere für Fahrzeug-Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführeinrichtung (22) mit mindestens einer Zuführleitung (23)· versehen ist, die von innen her auf die Innenwand (10a) des Verdampferrohres (10) zuführt und deren Mündung unmittelbar vor der Innenwand liegt.
2. Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere auf den Umfang verteilt mündende Zuführleitungen (23) vorgesehen sind.
3. Filmverdampfungs-Brennkammer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuführleitung dünne Röhrchen (23) vorgesehen sind.
4. Filmverdampfungs-Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (23) radial von der Achse des Verdampferrohres (10) aus auf dessen Innenwand (10a) zuführen.
5. Filmverdampfungs-Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (23) am Einlauf des Verdampferrohres (10) vorgesehen sind.

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6. Filmverdampfungs-Brennkammer nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einem Leitrad als drallerzeugenden Strömungsteil, der vor dem Verdampfungsrohr liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Söhrchen (23) von der ITabe des Leitrades (8) aus auf die Innenwand (10a) gerichtet sind.
7. Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 6 mit einem Radialleitgitter als Leitrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (23, 25) von einem im Zentrum des Radialleitgitters (8) vorgesehenen Zuführkanal (22) ausgehen.
8· Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Röhrchen (25, 26) mindestens teilweise in dem Material des Körpers (5) für die Kraftstoffzuführeinrichtung (22) eingebettet sind.
9. Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß radial verlaufende Teile (25) der Röhrchen im Material des Körpers (5) eingebettet sind und der Kraftstoff durch axial gerichtete Röhrchenteile.(26) auf den Umlenkbereich (11) am Einlauf des Verdampferrohres (10) geführt wird.
10. Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (22).mit einem Anschluß

/ für Haupt- und Zündkraftstoff und wahlweise mit einem Druckluft ans chluß verbindbar ist.
11. Filmverdampfungs-Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (22) mit einem Anschluß für Hauptkraftstoff und wahlweise für Druckluft verbindbar ist, während der Zündkraftstoff durch einen gesonderten Kanal und eine Zerstäuberdüse (29) zugeführt wird.

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