DE2641685A1

DE2641685A1 - Niederdruck-brennstoff-injektionszerstaeubersystem

Info

Publication number: DE2641685A1
Application number: DE19762641685
Authority: DE
Inventors: Edward Ernst Ekstedt; John Mac Richey; Stanford Pung Seto; Richard Edward Stenger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-09-16
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS5279113A; FR2336556A1; IT1072558B; JPS6214722B2; FR2336556B1; GB1563125A; DE2641685C2; US4070826A

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Niederdruck-Brennstoff-Injektionszerstäubersystem

Die Erfindung betrifft allgemein Brennstoff-Zuführungssysteme und insbesondere Niederdruck-Brennstoff-Injektionszerstäuber für die Brennersysteme von Gasturbinentriebwerken.

Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist eine Kombination von Brennstoff-Zuleitung und Brennstoff-Injektionszerstäuberaüse mit einem Luftraum entlang ihrer axialen Ausdehnung ausgestattet, welcher zwischen den inneren, den Brennstoff führenden Teilen und den äusseren Teilen der Düse liegt, die der äusseren hohen Temperatur ausgesetzt sind, um die Temperatur des Brennstoffes zu beschränken und damit zu verhindern, dass er in Kohlenstoff umgesetzt wird (carbonization), bevor er den Luftstrom zu seiner Vergasung oder Zerstäubung erreiclt. Weiterhin

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bestehen dabei keine Strukturerfordernisse für das innere, den Brennstoff führende Rohr und das in der Struktur äussere Rohr ist von dem auf niedriger Temperatur befindlichen Brennstoff abgeschirmt, so dass die Temperatur-Differenz zwischen der inneren und äusseren Oberfläche dieses Rohrs zur Vexringerung der thermischen Belastungen oder Spannungen vermindert wird.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Hülle um den Hauptteil einer Brennstoff-Injektionszerstäuberdüse so angeordnet, dass ein Luftstromkanal zwischen den beiden Elementen gebildet wird zur Isolation des Hauptkörpers von der auf relativ hoher Temperatur befindlichen Hülle. In der Hülle ist eine Vielzahl von Längsschlitzen ausgebildet, um eine Geschwindigkeit der Wärmeausdehnung derselben zu gestatten, welche grosser ist als die Geschwindigkeit der Wärmeausdehnung des Mittelijrpers, welcher an der Hülle starr befestigt ist.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung besitzt.der Hauptteil in der Düse, welche den Brennstoff führt, eine Vielzahl von Düsenöffnungen, die von diesem Hauptteil ausgehen, um den flüssigen Brennstoff zum äusseren Umfang oder Rand der Hülle zu leiten. Zur Aufnahme dieser Öffnungen ist in der Hülle in Verbindung mit jeder der Düsenöffnungen eine Öffnung ausgebildet, durch welche die Düsenöffnung herausragt, so dass die beiden Teile zusammen einen konzentrischen Weg für den Luftstrom begrenzen, welcher die Zerstäuberdüse umgibt, so dass auf diese Weise verhindert wird, dass der ausgestossene flüssige Brennstoff in Kontakt mit der heissen Oberfläche der Zerstäuberhülle an dem Punkt der BLcnnstoff-Injektion gelangt.

Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in dem Hauptteil des Biennstoff-Injektors eine Schutzhülle konzentrisch angeordnet, welche zusammen mit diesem Hauptteil des Injektors oder Injekti >nsZerstäubers einen ringförmigen ruhenden Raum begrenzt, welcher die innere den Brennstoff leitende Hülse von den höheren Temperaturen des Brennstoff-Injektorkörpers

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Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Injektorelement so hergestellt, dass der Lufthüllenteil desselben einstückig mit dem inneren Spitzenteil gegossen wird, um auf diese Weise die bei hartgelöteten oder geschweissten Verbindungen vorhandenen mechanischen Probleme zu beseitigen.

In den nachstehend beschriebenen Abbildungen ist eine Ausführungsform dargestellt. Es können jedoch Abwandlungen an derselben vorgenommen und andere Formen des Aufbaus gewählt werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Die Figur 1 ist eine axiale Schnittansicht eines beispielhaften Brenners für eine Gasturbine als Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt einen vergrösserten Teil mit der Zerstäuberoder Vergasereinrichtung gemäss der Erfindung.

Die Figur 3 ist ein Teilschnitt entlang der Linie 3-3 der Figur 2.

Die Figur 4 zeigt eine Ansicht entlang der Linie 4-4 der Figur 2.

Die Figur 5 zeigt einen Teilschnitt entlang .ior Linie 5-5 der Figur 2.

Die Figur 6 zeigt einen axialen Teilschnitt des Teils mit dem Injektionszerstäuber oder Injektor und dem Brennstoffrohr.

Die Figur 7 ist ein Teilschnitt des Spitzenteils des Injektors.

Die Figur 8 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 nach Figur 7.

Die Figur 9 ist eine axiale Draufsicht des Injektors nach der Figur 6.

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Die Figur 1o zeigt eine Endansicht des Injektois entlang der Linie Ι0-Ι0 der Figur 6.

Es wird nunmehr auf die Abbildungen und insbesondere auf die Figur 1 Bezug genommen. Sie zeigt allgemein bei 1o die erfindungsgemässe Anordnung in Anwendung auf einen Brenner 11 mit kontinuierlicher Verbrennung in einer Bauform, welche für die Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk geeignet ist und einen Hohlkörper 12 umfasst, welcher eine Verbrennungskammer oder Brennkammer 13 im Inneren desselben definiert. Der Hohlkörper 12 ist allgemein ringförmig gestaltet und umfasst eine äussere Verkleidung oder Aussenverkleidung 14, eine Innenverkleidung 16 und ein Kuppelende 17. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf eine solche ringförmige Bauform beschränkt ist und mit gleicher Wirksamkeit auf einen Brenner mit zylindrischer Brennkammer oder mit einer Brennkammer mit einer Anzahl von einzelnen Brennrohren (cannular type) verwendet werden kann. In der vorliegenden Ringform ist das Kuppelende des Hohlkörpers 12 mit einer Anzahl von am Umkreis beabstandet angebrachten Öffnungen 18 ausgestattet, in denen jeweils ein verbesserter Brennstoff-Injektionszerstäuber 1o gemäss der vorliegenden Erfindung zur Zuführung eines Luft-Brennstoff-Gemisches in die Verbrennungskammer 13 angeordnet ist.

Der Hohlkörper 12 kann von einer geeigneten Hülle 19 umschlossen sein, welche zusammen mit den Verkleidungen 14 und 16 Kanäle 21 und 2 2 begrenzt, welche zur Zufuhr eines Stroms verdichteter Luft aus einer geeigneten Quelle, beispielsweise einem Verdichter 23 und Diffusor 25,in die Brennkammer 13 durch geeignete öffnungen oder Schlitze 24 eingerichtet sind, um den Hohlkörper 12 zu kühlen und die gasförmigen Verbrennungsprodukte in an sich bekannter Weise zu verdünnen. Die stromaufwärts liegende Verlängerung 26 des Hohlkörpers 12 ist für die Funktion eines Strömungsaufteilers vorgesehen und teilt die von dem Verdichter 23 gelieferte verdichtete Luft zwischen den Kanälen

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und 22 und einer stromaufwärts gelegenen Endöffnung 27 der Verlängerung 26 auf. Die Öffnung 2 7 steht in Strömungsmittelverbindung mit dem verbesserten erfindungsgemässen Brennstoffinjektor 1o, um die erforderliche Luft für die Zerstäubung oder Vernebelung zu erhalten.

Die Brennstoffzufuhr zu dem Brennstoffinjektor Io erfolgt über ein hohles Brennstoffrohr 28, das mittels einer Befestigungsauflage 29 mit dem Aussenmantel oder der Aussenhülle 19 verbunden ist. Das Brennstoffrohr 28 ist so gekrümmt, dass es in die Öffnung 2 7 pabst und umfasst ein Stück eines hohlen Rohrs mit einem darin ausgebildeten Brennstoff-Leitungskanal oder Kanal 31 (siehe Figur 6), welcher flüssigen Brennstoff der Spitze 32 des Brennstoff-Injektors zur anschliessenden Zerstäubung oder Vernebelung durch die erfiudungsgemässe Zerstäubereinrichtung zuführt,

Die Spitze 32 und das zugeordnete Brennstoffrohr 28 sollten nicht verwechselt werden mit den konventionellen Zerstäuberdüsen, in denen Brennstoff einer Brennkammer in Form eines in starkem Masse atomisierten Sprühnebels zugeführt wird. Solche konventionellen Zerstäuberdüsen beinhalten normalerweise kleine Kanäle mit abnehmendem Querschnitt mit dessen Hilfe der Brennstoff beschleunigt, verdichtet und anschliessend bei seiner Expansion aus dem Düsenauslass oder der Engstelle zerstäubt wird. In anderen Anwendungen besassen solche Zerstäuberdüsen Wirbelströmungswege, die zur Beschleunigung des Brennstoffes benutzt werden, welcher durch den Vorgang der Expansion aus dem Auslass eines solchen Strömungsweges atomisiert oder zerstäubt wird. Im Gegensatz zu dieser Art von Zerstäuberdüse beinhaltet die erfindungsgemässe Einrichtung die Verwendung eines Brennstoff-Zuleitungsrohrs 28 mit niedrigem Druck, welches den Brennstoff einer Spitze 32 eines Injektors zuführt. In der Injektorspitze ist dabei eine Anzahl von Durchlässen oder Öffnungen 33 ausgebildet, Ui.. den unter niedrigem Druck befindlichen Flüssigkeitsstrom

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zum äusseren Rand des Injektors zu leiten, wo er dann mit der zugeführten Luft in einer besonderen Weise, welche für die vorliegende Erfindung charakteristisch ist, zerstäubt oder vernebelt wird. Allgemein ist ein Niederdruck-Brennstoff-Injektionszerstäubersystem definiert als ein System, in dem der Gesamtquerschnitt der Auslassöffnungen gleich oder grosser ist als der Strömungsquerschnitt des Brennstoff-Zuleitungsrohrs. Der besondere Aufbau des Brennstoffrohrs 2 8 und der Brennstoff-Injektorspitze 32 wird noch nachstehend näher beschrieben.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figuren 2 bis 5. Sie zeigen, dass der Brennstoff-Injektionszerstäuber gemäss der vorliegenden Erfindung strömungsmässig in Reihe eine Luftblasscheibe oder Scheibe 34, ein Venturi-Rohr 36 und eine sekundäre Wirbel- oder Dralleinrichtung 37 umfasst. Zusammengefasst wird die Zerstäubung des Brennstoffes von der Injektorspitze 32 zur anschliessenden Einleitung in den Brenner 13 dadurch bewerkstelligt, dass zunächst eine Vielzahl von Luftstrahlen unter hohem Druck auf den Brennstoffstrom mit niedrigem Druck gerichtet werden, welcher von den Injektoröffnungen 33 austritt, um auf diese Weise die Flüssigkeitsteilchen des Brennstoffes teilweise auseinander zu reissen oder zu zerkleinern und einen Drall oder Wirbel des zerstäubten Gemisches im Gegenuhrzeigersinne im Innern des Venturi-Rohrs zu erzeugen. Ein Teil des Brennstoffes benetzt dabei die Wände des Venturi-Rohrs. Das sich mit einem Drall bewegende Gemisch besitzt auch noch eine axiale Geschwindigkeitskomponente und neigt dazu, aus der stromabwärts gelegenen Mündung 39 des Venturi-Rohrs 36 herauszufliessen, wo es mit dem gegenläufig oder im Uhrzeigersinne rotierenden Luftwirbel in Wechselwirkung tritt, welcher durch die sekundäre Verwirbelungs- oder Dralleinrichtung 37 zugeführt wird. Die Wechselwirkung zwischen den beiden Luftströmen erzeugt einen Bereich mit hohen Scherkräften und dieser Bereich bewirkt eine f-ine Vernebelung oder zerstäubung des aus dem Venturi-Rohr 36 in einem Wirbel austretenden Brennstoff, so dass

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dieser für die Zündung oder Verbrennung in der Brennkammer 13 vorbereitet ist.

Wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich, ist die Luftblasscheibe allgemein symmetrisch um die Achse der Injektorspitze 32 und enthält in ihrem stromaufwärts gelegenen Ende eine kegelstumpfförmige Öffnung 41, welche sich zu einer kreisförmigen Bohrung oder Öffnung 42 zur Aufnahme der Brennstoff-Injektorspitze 32 verjüngt. Eine solche verjüngte Öffnung 41 erleichtert den Zusammenbau des Brennstoff-Injektors, in dem sie gestattet, dass das Brennstoffrohr 2 8 und die Injektorspitze 32 in die Scheibe vom stromaufwärts gelegenen Ende derselben eingeführt werden können. In der Einbaulage passt die Injektorspitze 32 lose in die öffnung 42, so dass eine relative axiale Bewegung möglich ist, wie sie durch mechanische und thermische Veränderungen verursacht werden kann. Die Luftblasscheibe 34 wird in ihrer Lage mit Hilfe einer Gleitverbindung 43 gehaltert, welche zwischen dem Flansch 45 des Venturi-Rohrs und einem daran befestigtem axial beabstandeten Bügel oder Haltebügel 44 gebildet wird. Eine solche ringförmige Gleitverbindung 43 ergibt eine positive Lageeinstellung der Scheibe 34. Sie gestattet jedoch eine relative Bewegung zwischen der Scheibe und der umgebenden Struktur, wie sie beispielsweise durch thermische Ausdehnung und Toleranzen bewirkt werden kann.

In der Scheibe 34 ist eine Anzahl von Durchlässen oder Kanälen zur Leitung hochverdichteter Luft vom Brenner entsprechend den Pfeilen in Figur 2 gebildet. Die Kanäle 38 sind teilweise begrenzt durch eine Einlassöffnung 47, welche in einer schrägen Fläche 48 der Scheibe 34 gebildet sind. Am anderen Ende sind sie begrenzt durch eine längliche Auslassöffnung 49, welche jeweils in der ebenen, stromabwärts gelegenen Fläche 51 der Scheibe gebildet sind. Die Achsen der Kanäle 38 bilden einen Winkel mit der Achse des Brennsroff-Injektors. Wie aus der Figur 2 ersichtlich, ist der WinkelöC so gewählt, dass die

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Einleitung von Luft in den Brenner mittels der Kanäle 38 allgemein radial erfolgt im Gegensatz zu der axialen Ausrichtung im Stand der Technik. Der Winkel^ kann zwischen 35 und 85° liegen. Er wird jedoch vorzugsweise so gewählt, dass sich eine optimale Verteilung des Brennstoffs an dem Venturi-Körper und in dem freien^trom ergibt. Obwohl die Kanäle als runde Bohrungen dargestellt sind, können auch andere Querschnittsformen in Abhängigkeit von einer bestimmten Gesamtanordnung verwendet werden.

Aus den Figuren 4 und 5 ist ersichtlich, dass die Kanäle 38 allgemein radial ausgerichtet sind; sie sind jedoch geringfügig versetzt bezüglich des Mittelpunktes der Scheibe, so dass sie auf dem äusseren Umfang oder Rand der Brennstoff-Injektorspitze 32 gerichtet sind. Insbesondere ist die halbe Zahl der Kanäle 38 a so angeordnet und ausgerichtet, dass die aus jedem der Kanäle strömende Luft unmittelbar auf das Auslassende einer der Öffnungen 33 der Brennstoff-Injektordüse gerichtet ist. Die andere Hälfte der Kanäle ist mit 38 b bezeichnet und sie sind abwechselnd zwischen den vorgenannten Kanälen 38 a angeordnet und so angeordnet und ausgerichtet, dass die von ihnen abgegebene Luft entgegen dem Umfang der Brennstoff-Injektorspitze 32 an Punkten gerichtet ist, welche zwischen den Brennstoff-Injektoröffnungen 33 liegt. Mit anderen Worten, wird unter Annahme eines Zusammenbaus der Düse und der Scheibe gemäss den Figuren 4 und 8 der Brennstoff von den Öffnungen 33 an Punkten austreten, welche einen Winkelabstand von 9o untereinander besitzen, einschliesslich der öffnung 33 a, welche in Richtung nach oben ausgerichtet ist. Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der Kanal 38 a auf die Brennstoff-Injektorspitze 32 an einem Punkt unmittelbar am oberen Rand derselben gerichtet ist und auf diese Weise unmittelbar mit dem Auslassende der Öffnung 33 a zusammenfällt (siehe Figur 8). Auf diese Weise wird der Strom des unter niedrigem Druck stehenden Brennstoffes, welcher aus der Öffnung 33 a austritt unmittelbar durch

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einen direkten Strom von hochverdichteter Luft angeblasen, um jegliche Verkohlung des Brennstoffes auf der Injektorspitze 32 an diesem Punkt zu verhindern. Es wird nunmehr Bezug genommen auf den benachbarten Kanal 38 b in Figur 4. Es ist ersichtlich, dass dieser Kanal so angeordnet und ausgerichtet ist, dass er den Luftstrom auf eine Stelle richtet, welche zwischen den Brennstoff-Injektoröffnungen 33 a bzw. 33 b auf dem Umfang der Düse liegt. Die Funktion des Kanals 38 b besteht dabei in einer Änderung der Richtung des Brennstoffes, welcher durch die Luft vom Kanal 38 a angeblasen wurde, um ihn auf diese Weise weiter zu zerstäuben und ihn in dem Venturi-Rohr 36 in eine Wirbelbewegung zu versetzen. Es ist daher ersichtlich, dass die Ausrichtung der Kanäle so gewählt wird, dass man eine abwechselnde Verteilung eines direkten Anblasens (Kanäle 38 a) und eines zusätzlichen Anblasend(Kanäle 38 b) erhält, um auf diese Weise insgesamt ein konzentriertes Anblasen oder einen konzentrierten Luftstöss mit hoch verdichteter Luft zu erh-alten, um eine Anfangszerstäubung des Brennstoffstrcms unter niedrigem Druck herbeizuführen, ohne dabei eine Verkohlung des Brennstoffes auf dem Umfang der Injektorspitze 32 zuzulassen. Die einzelnen Luftstrahlen fliessen zusammen und bilden einen mit Drall ausgestatteten Wirbel, welcher einen Teil des Brennstoffes auf das Venturi-Rohr und einen weiteren Teil in den freien Strom verteilt.

Das Venturi-Rohr 36 konvergiert von dem Flanschteil 45 desselben zu einem Punkt mit minimalem Radius oder einer Engstelle 52 und divergiert dann geringfügig zur stromabwärts gelegenen Austrittsstelle 39 zwecks Bildung eines axialen Strömungsweges, durch welchen das Brennstoff-Luft-Gemisch im Gegenuhrzeigersinne in die aktive Zone der sekundären Verwirbelungseinrichtung 37 verwirbelt werden kann. Auf dem Venturi-Rohr 36 ist an der stromabwärts gelegenen Seite eine ebene Fläche zur Befestigung an der vorderen Wand 54 der sekundären Verwirbelungseinrichtung 37 zur Halterung an derselben vorgesehen. Ein gleich-

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förmiger Ring wird zwischen der Austrittskante 39 des Venturi-Rohrs und der Austrittskante 5 8 der sekundären Verwirbelungseinrichtung gebildet.

Die sekundäre Verwirbelungseinrichtung enthält neben der vorderen Wand 53 eine axial beabstandete Rückwand 55 und eine Vielzahl von radialen Strömungsleitflächen 56 im Gegenuhrzeigersinn, welche so zwischen den Wänden 53 und 55 angebracht sind, dass sie einen Strom der hochverdichteten Luft in Richtung der Pfeile gemäss Figur 2 bewirken. Die Halterungen für die sekundäre Verwirbelungseinrichtung wird gebildet durch einen von derselben aus nach rückwärts verlaufenden Ringflansch 57, welcher an dem Kuppelende 17 durch Verschweissen oder auf ähnliche Weise befestigt ist. Eine sekundäre Austrittskante 58 ist radial gegenüber dem ersten Ringflansch 37 nach innen versetzt und an ihr ist ein aufgeweiteter trompetenförmiger Auslass 59 befestigt, welcher gemäss den Figuren 1 und 2 in die Verbrennungskammer 13 hineinragt.

Es wird nunmehr besonders Bezug genommen auf den Brennstoff-Zuleitungsteil der vorliegenden Erfindung. Die Einzelheiten der Brennstoff-Injektorspitze 32 und des Brennstoffrohrs 28 sind deutlicher ersichtlich aus den Figuren 6 bis 1o. Wie aus der Figur 6 ersichtlich, umfasst das Brennstoffrohr 28 ein Aussenrohr 61 und ein Innenrohr 62, das radial beabstandet in demselben mit Hilfe eines Abstandsdrahtes 6 3 angeordnet ist, so dass man einen isolierenden Zwischenraum 64 zwischen der Aussenwand 61 und der Innenwand 62 erhält. Es ist ersichtlich, dass durch die Verwendung des Abstandsdrahtes 63 ein gesteuerte Luftspalt zwischen dem inneren und äusseren Rohr ohne Verwendung einer starren Befestigung zwischen den Teilen aufrecht erhalten wird. Auf diese Weise ist das Innenrohr 62 von den hohen Temperaturen des Aussenrohres 61 isoliert, so dass die Temperatur der Innenwand des Innenrohres 62 unterhalb der Temperatur gehalten wird, bei der der Brennstoff klebrig wird (fuel-gumming temperature).

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Der bestimmte, zwischen der äusseren und inneren Wand erforderlich Abstand ist abhängig von den Betriebsparametern des Triebwerkes und insbesondere von den Betriebstemperaturen, welchen die Aussenwand 61 ausgesetzt ist.

Man wird erkennen, dass der isolierende Zwischenraum 64 über die gesamte Länge der Kombination aus Aussenrohr und Innenrohr verläuft. Am stromabwärts gelegenen Ende desselben ist ein erweitertes Teil 66 vorgesehen, welches durch Aussparung eines Teils der Wand 61 erhalten wird und die Befestigung des Brennstoffrohres 28 an der Brennstoff-Injektorspitze 32 erleichtert, wobei gleichzeitig die Isolation zwischen dem Brennstoff und der Aussenwand aufrecht erhalten bleibt. Dies wird durch eine Schutzhülse 6 7 zur Verbindung zwischen dem Rohr 2 8 und der Injektorspitze 32 erreicht.

Die Schutzhülse 6 7 umfasst einen ersten zylindrischen Teil 68 und einen zweiten zylindrischen Teil 69, welcher an dem ersten Teil integral stromabwärts von demselben befestigt ist, wobei der zweite zylindrische Teil einen kleineren Durchmesser als der erste zylindrische Teil besitzt. Der erste zylindrische Teil ist so gestaltet, dass er so in die Erweiterung 66 eingesetzt werden kann, dass sein Innendurchmesser mit enger Passung über den Aussendurchmesser des Innenrohrs 62 passt und sein Aussendurchmesser einen Abstand von dem Aussenrohr 61 besitzt, so dass die Isolationswirkung beibehalten wird. Der zweite zylindrische Teil 69 ist so gestaltet, dass er so in den Hauptteil oder Körper 71 der Brennstoff-Injektorspitze 32 passt, dass der Aussendurchmesser des zweiten zylindrischen Teils innerhalb des Innendurchmessers 72 des Körpers 71 liegt. Eine positive axiale Lageeinstellung zwischen der Schutzhülse 6 7 und dem Hauptteil wird erreicht durch eine Anpassung der entsprechenden Flächen zur Bildung der radial verlaufenden Grenzfläche 73 zwischen den beiden ^rl.;ilen. Auf diese Weise werden das Brennstoffrohr 28 und die Brennstoff-Injektorspitze 32 bei 75 zusammengefügt und

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die Schutzhülle 6 7 ist an ihrem einen Ende im Eingriff mit dem Innenrohr 62 und erstreckt sich an ihrem anderen Ende in den Innendurchmesser 72 des Brennstoff-Injektors hinein.

Man wird erkennen, dass der Innendurchmesser 72 des Hauptteils oder Körpers 71 über dessen Länge im wesentlichen konstant ist, während andererseits der Aussendurchmesser des zweiten zylindrischen Teils 69 an einem Punkt 74 verringert ist, um einen ringförmigen Raum 76 zwischen dem zweiten zylindrischen Teil 69 und dem Körper 71 zu schaffen. Dieser Zwischenraum steht über einen Kanal oder eine Öffnung 77 in Verbindung mit der Brennstoffströmung und ergibt ein isolierendes Medium zwischen dem Gasstromweg 78 und dem Körper 71, welcher eine Neigung zur Erhitzung durch den Strömungsweg 79 für den relativ heissen Luftstrom an seiner Aussehseite besitzt.

Es wird nunmehr auf die Figuren 6 bis 8 Bezug genommen. Der Körper 71 der Brennstoff-Injektorspitze 32 ist ein allgemein zylindrisches Bauelement und besitzt ein geschlossenes allgemein halbkugelförmiges stromabwärts gelegenes Ende 81. Der Innendurchmesser des Körpers 7T, welcher mit engem Sitz die Schutzhülse 67 zur Begrenzung; des Brennstoff-Strömungsweges 78 aufnimmt, verjüngt sich zu einer kleinen stromabwärts gelegenen Kammer 82, welcher ihrerseits über eine Anzahl von Öffnungen 33 a bis 33 d in Strömungsmittelverbindung mit dem äusseren Umfang der Injektorspitze 32 steht, wobei die Länge jeder der Öffnungen, oder Kanäle 33 mittels eines zylindrischen Auslass-Stromrohrs verlängert ist, das sich von dem Hauptteil aus praktisch radial nach aussen erstreckt. In der "Abbildung sind vier Strömungsrohre 83 und zugeordnete Kanäle 33 gezeigt. Selbstverständlich kann diese Zahl jedoch vergrössert oder verkleinert werden, um die Erfordernisse oder die besonderen Betriebskennwerte zu erfüllen", welche bei einem vorgegebenen Satz von Betriebsparametern erwünscht si ad. Weiterhin sind in den Abbildungen die Achsen der Bohrungen oder Kanäle 33 unter einem Winke1Θ zur Radial-

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ebene gezeigt. Dieser Winkel kann jedoch verändert werden, solange nur die Achse allgemein radial verläuft. Es wurde jedoch gefunden, dass für das erwünschte Betriebsverhalten die Grosse des Winkels θ 55 nicht überschreiten sollte. Der Querschnitt der Engstelle des Venturi-Rohrs 52 sollte dabei so gewählt werden, dass eine Belastung durch Rezirku- lation von Heissgas auf die Brennstoff-Injektorfläche verhindert wird.

Der Düseninjektor 71 wird konzentrisch von einer Hülle oder einem Mantelrohr 84 umgeben. Die Hülle 84 besitzt allgemein eine zylindrische Form und ist an dem Injektorkörper 71 durch eine Vielzahl von praktisch radial verlaufenden Rippen 86 befestigt. In der dargestellten Ausführungsform werden 4 Rippen gezeigt; die Anzahl kann jedoch abgeändert werden, um bestimmten mechanischen konstruktiven Erfordernissen gerecht zu werden. Am rückwärtigen oder stromaufxtfärts gelegenen Ende der Hülle oder des Mantels 84 ist ein aufgeweiteter Teil 87 vorgesehen, der zusammen mit der Gestalt des inneren Körpers 71 den Einlass-Strömungskanal 88 zu dem Luftstromweg 79 definiert. In der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes der Hülle 84 ist in derselben eine Anzahl von Luftauslasskanälen 89 gebildet. Dabei ist die Lage und die Abmessung dieser Luftauslasskanäle so beschaffen, dass sie eines der Strömungsrohre 83 umgeben und auf diese Weise einen ringförmigen Luftdurchlass 91 bilden. Der Zweck des ringförmigen Luftdurchlasses 91 besteht darin, aus dem Luftstromweg 79 einen Strom von hochverdichteter Luft zu dem äusseren Umfang der Hülle 84 zu leiten und auf diese Weise den Strom des Brennstoffes aus dem Strömungsrohr 83 vollständig einzuschliessen und dadurch den Gasstrom von der relativ heissen Hüllenoberfläche zu isolieren, welche sonst eine Verkohlung des Brennstoffes und eine Ansammlung desselben auf der Hülleiioberflache bewirken würde.

Wie aus den Figuren 7 bis 9 ersichtlich, ist in der Hülle 84 in Verbindung mit jeder der Luftauslasskanäle 89 ein Schlitz

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gebildet, welcher sich von dem Luftauslasskanal 89 aus stromaufwärts zum anderen Ende der Hülle erstreckt. Diese Vielzahl von Schlitzen ist vorgesehen im Hinblick auf die Tatsache, dass die Temperatur des Injektorkörpers 71 und der Hülle 84 verschieden sein wird unddaher eine relative thermische Ausdehnung zwischen den beiden Teilen erzeugen wird. Die Schlitze 92 gestatten daher die grössere thermische Ausdehnung der Hülle 84 ohne Entstehung schädlicher Spannungen in derselben.

Am stromabwärts gelegenen Ende der Hülle 84 ist eine Endwand 93 mit einer mittleren Öffnung 94 vorgesehen, um den Strom der hochverdichteten Luft aus dem Luftströmungsweg 79 so zu leiten, wie dies durch die Pfeile in Figur 6 angedeutet ist. Dieser Luftstrom mit hohem Druck besitzt eine Neigung zur Bildung eines Luftsprühweges in Richtung stromabwärts und damit eine weitere Abschirmung des stromabwärts gelegenen Endes der Spitze von der Verbrennungszone.

Im Betrieb wird hochverdichtete Luft vom Verdichter 23 durch den Diffusor 25 zu der Öffnung 2 7 geliefert, wo ein Teil der Luft in die primäre Verwirbelungseinrichtung oder Luftblasscheibe eintritt und ein Teil derselben der sekundären Verwirbelungseinrichtung 37 zugeführt wird, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Gleichzeitig strömt ein Teil der Luft zu der kegelstumpfförmigen Öffnung 41 und tritt über den Einlass-Strömungskanal 88 in den Injektor ein. Von dort aus strömt die Luft entlang des Strömungsweges 79 und wird konzentrisch bezüglich des Strömungsrohrs 83 ausgestossen, um auf diese Weise das Strömungsrohr 83 und den dort durchgeleiteten Brennstoff von den relativ heissen Oberflächen der Hülle 84 zu isolieren und auf diese Weise den Aufbau oder das Ansammeln von Kohlenstoff auf dem Strömungsrohr zu verhindern. Weiterhin sind stromaufwärts von dem Brennstoff-Verteilungs- oder Ausbreitungspunkt Vorkehrungen zur Isolation des BrennstoL'fstroms von dem heissen Zonen des Betriebs vorgesehen. Beispielsweise ist im Innern des Brennstoffrohrs 28 ein

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isolierender Zwischenraum 64 und ein erweiterter Raum 66 zwischen dem Aussenrohr 61 und dem inneren Brennstoff führenden Rohr 62 vorgesehen, so dass eine Aufheizung des Brennstoffes in dem Brennstoffkanal 31 verhindert wird. Der erste zylindrische Teil 68 der Schutzhülse ist durch einen umgebenden Raum 66 isoliert und der stromabwärts gelegene zweite zylindrische Teil ist mit Hilfe eines Ringkanals 76 isoliert, welcher sich bis zu der stromabwärts gelegenen Kammer 82 erstreckt, aus der der Brennstoff über die Öffnungen 33 austritt, wie dies bereits vorstehend beschrieben wurde.

Es wird nunmehr erneut Bezug genommen auf den Luftstrom zur Öffnung 27. Ein Teil des Luftstroms tritt in die Vielzahl von Einlassöffnungen 47 ein und verläuft praktisch in radialer Richtung entlang der Kanäle 38 und wird dann von den länglichen Auslassöffnungen 49 in einer Richtung ausgestossen, wie dies durch die Figuren 2 und 4 gezeigt wird. Es ist ersichtlich, dass der unter hohem Druck stehende Luftstrom den Brennstoffströmen unmittelbar bei ihrem Austritt aus der Vielzahl von Öffnungen 33 zugeführt wird, um eine sofortige Verteilung und Zerstäubung derselben zu erzeugen, wobei ein Teil des resultierenden Brennstoff-Luft-Gemisches sich axial stromabwärts bewegt und ein grösserer Teil desselben in dem Venturi-Rohr 36 einen Drall im Gegenuhrzeigersinn erhält. Dieses verwirbelte Gemisch wird dann von der stromabwärts gelegenen Kante 39 des Venturi-Rohrs abgegeben und tritt in Wechselwirkung mit dem Luftstrom von der sekundären Verwirbelungseinrichtung, wobei der sekundäre Strom einen entgegengesetzten Drall im Uhrzeigersinn besitzt zur weiteren Zerstäubung des Brennstoff-Luft-Gemisches vor seinem Eintritt in die Brennkammer 13.

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Le e rs e i t

Claims

Patentansprüche

1.)/Brennstoff-Injektionszerstäuber zur Verbindung mit einer Brennstoff-Zufuhr zur Aufnahme von Brennstoff und Abgabe desselben in einen Luftstrom zur Zerstäubung, dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst:

a) einen Hohlkörper (71), der an einem Ende an eine Brennstoff-Zuleitung (28) anschließbar ist und an seinem Ende ein aus diesem Körper (71) herausragendes Strömungsrohr besitzt, wobei an dem Strömungsrohr eine Öffnung oder Bohrung 33 gebildet ist zum Austritt des Brennstoffs aus dem Körper (71), und

b) eine Hülle (84), welche so an der Aussenseite des Körpers (71) angebracht ist, dass ein Hohlraum (79) zwischen der Hülle (84) und dem Körper (71) gebildet ist, wobei der Hohlraum (79) einen Lufteinlass (88) zur Aufnahme einer Luftzufuhr und eine Auslassöffnung (89, 91) besitzt, durch welche sich das Strömungsrohr erstreckt und durch welche Luft das Strömungsrohr umschliessend austritt.

2.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (71) und die Hülle oder das Rohr (84) eine im wesentlichen zylindrische Form besitzen und konzentrisch zu einander angeordnet sind.

3.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (71) eine Anzahl von Strömungsrohren (33) besitzt, die sich von diesem aus radial nach aussen erstrecken, und die Hülle (84) eine Anzahl von zugeordneten öffnungen (89, 91) besitzt.

4.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrohre (33) mit gleichem Abstand um den Umfang des Körpers (71) angeordnet sind.

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5.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (84-) mit dem Körper (71) über eine Vielzahl vom Verbindungsrippen (86) verbunden ist.

6.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (84) mit dem Körper (71) über ein Anzahl von in Längsrichtung verlaufenden Rippen (86) verbunden ist.

7.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (84) mit dem Körper (71) durch eine Vielzahl von Verbindungsrippen (86) verbunden ist, welche am Umfang zwischen der Anzahl von Strönmngsröhren (33) angeordnet sind.

8.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (84) an ihrem Ende (87) in Strömungsmittelverbindung mit der Luftzufuhr steht und dort gegenüber dem Körper (71) nach aussen aufgeweitet ist.

9.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (84) an ihrem stromabwärts gelegenen Ende eine Öffnung (94) zum Austritt von Luft in im wesentlichen axialer Richtung enthält.

1o.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche der Hülle (84) praktisch gleichlaufend mit den äusseren Enden der Strömungsrohre (33) ist.

11.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Schlitz (92) in der Hülle (84) enthält, welcher sich zwischen dem einen Ende und der öffnung erstreckt.

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12.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülle (84) mindestens ein axial verlaufender Schlitz (92) gebildet ist.

13.) Brennstoff-Injektionszerstäüber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schlitz (92) zwischen dem einen Ende (87) und der Öffnung (91) erstreckt.

14.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Körper (71) noch eine Hülse angeordnet ist, wobei ein Teil derselben von der Innenwand des Körpers (71) beabstandet ist zur Bildung eines isolierenden Raums (76) zwischen den beiden Teilen und diese Hülse (67) eine Strömungsmittelverbindung zwischen der Brennstoffzuleitung (28) und dem Injektor (32) bildet.

15.) Brennstoff-Injektionszerstäuber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Hülse (67) in Festsitzpassung mit den Innenwänden des Körpers (71) ist.

709827/0543