DE2825431C2 - Vorrichtung zur Zufuhr von Luft und Brennstoff in die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Eine soL'he Vorrichtung ist aus der US-PS 37 03 259 bekannt. Hierbei sind die Grennstoffeinspritzöffnungen in einem zentralen Brennstoffzuführungsrohr untergebracht, welches den inneren Kanal über einen Teil seiner Länge durchsetzt. Der Brennstoff tritt in radialer Richtung nach außen aus und kann auf die Außenwand des Innenkanals gelangen und sich dort absetzen und Verkokungen bilden. Das gleiche kann stromab der Ausspritzöffnung auf dem stromabwärtig geschlossenen Brennstoffzuführungsrohr geschehen. Im übrigen ist hier die Vermischung von Brennstoff und Luft nur unvollkommen, so daß brennstoffreichere und brennstoffärmere Mischungsbereiche gebildet werden, welch erstere zu einer unerwünschten Rauchentwicklung des Triebwerks führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen rauchfreien Betrieb ohne Kohleablagerungen an den Injektorteilen dadurch zu gewährleisten, daß ein gleichförmiger Konus mit gleichbemessenen Brennstofftropfen über den gesamten Betriebsbereich zwischen Leerlauf und Vollast gewährleistet wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der durch die Nabenöffnung fließende Luftstrahl die Wirbel in der Mitte des inneren kreisförmigen Kanals wegbläst. Dies geschieht durch die zentrale Zuführung drallfreier Luft.

Dadurch, daß gemäß Anspruch 2 die Brennstoff-Einspritzöffnungen in mehreren Reihen angeordnet "sind, von denen die stromabwärtige den l.ccrlaufbrcnnsloff einspritzt, wird erreicht, daß bei Schwachlast der Brennstoff auf kurzem Weg in die Brennkammer einströmt und sich nicht an den Kanalwänden und dergleichen absetzen kann. Hei Vollast besteht diese Gefahr weniger, weil die Strömungsgeschwindigkeit größer ist und die Verwirbelung in günstigerer Weise

erfolgt.

Es ist zwar durch die DE-PS 9 15 880 bereits bekannt, eine Brennstoffeinspritzung radial von außen her vorzunehmen, jedoch ist in diesem bekannten Fall ein zentraler Strömungskörper angeordnet, auf den die Brennstoffstrahlen aufprallen, während nach der Erfindung der Brennstoff in den freien Raum des inneren Kanals eingespritzt wird.
Nachstehend wird ein AusführungsbeispH der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinenstrahltriebwerks,

F i g. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des 3renners gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein Gasturbinenstrahltriebwerk dargestellt, welches einen Lufteinlaß 10, einen Kompressor 12, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Turbine 16, ein Strahlrohr 18 und eine Abgasdüse 20 aufweist.

Die Verbrennungseinrichtung weist ein ringförmiges Flammrohr 24 bekannter Art auf, an dessen stromaufwärtigem Ende sich mehrere in gleichem Abstand zueinander angeordnete Brenner 22 befinden. Einer dieser Brenner ist im einzelnen in Fi g. 2 dargestellt. Er besteht grundsätzlich aus einem Hohlzylinder 26, der an beiden Enden offen ist. Eine Gruppe von Wirbelschaufeln 28 ist am stromaufwärtigen Ende des Zylinders 26 angeordnet, und die inneren Enden der Wirbelschaufeln werden von einer Nabe 30 getragen. Durch die Nabe 30 hindurch verläuft ein Loch 32, welches die Ablagerung von Kohlenstoff auf der Nabe verhindern soll.

In der Wandung des Zylinders 26 sind zwei Ringleitungen 34 und 36 ausgebildet, die mit Brennstoff von einer Brennstoffsteuereinrichtung über Zuführungsleitungen 38 bzw. 40 gespeist werden. Die Zuführungsleitung 40 liefert der Leitung 36 Brennstoff mit einer geringen Strömungsrate für den Leerlauf und für Schwachlast, während die Leitung 38 eine höhere Brennstoffrate der Leitung 34 zuführt, um das Triebwerk mit höheren Leistungen fauren zu können.

Eine Anzahl von kleinen in Umfangsrichtung angeordneten Löchern 42 steht mit der Leitung 36 und dem Inneren des Zylinders 26 in Verbindung. Im typischen Fall sind acht solche Löcher vorgesehen. Eine gleiche Zahl kleiner, in Umfangsrichtung angeordneter Löcher 44 verbindet die Leitung 34 mit dem Inneren des Zylinders 26. Im typischen Fall sind 16 solche Löcher, oder für größere Brenner 20 Löcher angeordnet. Diese Löcher sind klein, und im typischen Falle beträgt ihr Durchmesser 0,37 mm. Die Löcher sind so angeordnet, daß der Brennstoff normal zur Achse des Brenners eingespritzt wird. Die Löcher 42 sind benachbart zum stromabwärtigen Ende des Zylinders 26 angeordnet und die Löcher 44 sind in geeigneter Weise in der Mitte zwischen den Wirbelschaufeln 28 und den Löchern 42 vorgesehen.

Der Zylinder 26 wird am stromaufwärtigen Ende der Brennkammer 24 durch eine weitere Gruppe von Wirbelschaufeln 46 getragen, deren äußere Enden an

w) einem Kreisring 48 befestigt sind. Dieser Kreisring 48 ist mit dem stromaufwärtigen Ende 50 oder der Basisplatte der Brennkammer 24 verbunden. Auf diese Weise wird ein Ringkanal zwischen dem Kreisring 48 und der äußeren Oberfläche de·. Zylinders 26 definiert, um

h-> primäre Verbrennungsluft in die Brennkammer einzuführen. Die Wirbelschaufeln 46 können so angeordnet sein, daß Wirbelluft in Gegenrichtung zu den Wirbeln hindurchtritt, die der Luft aufgeprägt wurden, welche

durch die Wirbelschaufeln 28 hindurchgetreten ist, oder die Richtung kann auch gleich sein.

Im Betrieb tritt Luft mit hoher Geschwindigkeit in den Brenner ein, und ein Teil der Luft gelangt durch die VVirbelschaufeln 46 in die Brennkammer, ein anderer Teil gelangt durch die Wirbelschaufeln 28 in den Zylinder 26. Durch die Löcher 42 oder 44 oder durch beide Lochgruppen wird Brennstoff injiziert, derart, daß dieser Brennstoff in den verwirbelten Luftstrom eintritt und nicht auf die inneren Oberflächen des Zylinders 26 aufprallt Der Brennstoff wird zerstäubt Dies wird dadurch begünstigt, daß die Relativgeschwindigkeit von Brennstoff und Luft so groß wie möglich ist, und daß so kleine Löcher 42 und 44 benutzt werden, wie dies möglich ist, ohne daß Blockierungsprobleme auftreten. Die Dispersion der Brennstofftropfen nach der Zerstäubung bewirkt einen beständigen Konus aus einer Brennstoff'Luft-Mischung, der am stromabwärtigen Ende des Zylinders austritt, und der sehr fein zerstäubte Brennstoff ergibt einen hohen Verbrennungswirkungsgrad für den Brenner und vermindert die Gefahr der Raucherzeugung bei Hochleistungsbetrieb.

Es kann auch noch eine dritte Gruppe von Brennstofflöchern benutzt werden, und in diesem Fall können die drei Gruppen in geeigneter Weise im gleichen Abstand zwischen den Wirbelschaufeln 28 und dem stromabwärtigen Ende des Zylinders 26 angeordnet werden.

Der bevorzugte Winkel der Wirbelschaufeln 28 gegenüber der Achse des Brenners beträgt etwa 25°, jedoch können größere Winkel, und zwar Winkel bis zu 45°, benutzt werden. Ein zu großer Winkel bewirkt

ίο jedoch, daß der Brennstoff auf die Zylinderwände zentrifugiert wird, und es hat sich gezeigt, daß ein Winkel von 25° bevorzugtes Flammuster erzeugt.

Die Lage der Wirbelschaufeln 46 ist nicht kritisch. Beispielsweise können diese am stromaufwärtigen Ende des Zylinders 26 angeordnet werden.

Das stromabwärtige Ende des Zylinders 26 kann glockenförmig ausgebildet sein, um die Gefahr von Kohlenstoffablagerungen zu verringern, die sich um das stromabwärtige Ende des Zylinders 26 bilden können.

Der Brenner ist auch für rohrförmige Brennkammern und für Brennkammern mit einer ring, Jrmigen Rohranordnung verwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Zufuhr von Luft und Brennstoff in die Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, mit einem inneren und einem hierzu konzentrischen äußeren je mit Drailschaufeln versehenen Luftzuführungskanal, wobei im inneren Kanal die Drallschaufeln am stromaufwärtigen Ende angeordnet sind, und mit umfangsmäßig verteilten öffnungen, durch die der Brennstoff in den inneren Kanal quer zur Luftströmung eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallschaufeln (28) des inneren Kanals an einer Hohlnabe (30) ansetzen, die eine zentrale Öffnung (32) zur drallfreien Luftzufuhr aufweist, und daß die Brennstoff-Einspritzöffnung (42, 44) in der Außenwand des inneren Kanals stromab der Hohlnabe (30) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoft-Einspritzöffnungen (42, 44) in mindestens zwei in Strömungsrichtung im Abstand zueinander liegenden Reihen angeordnet sind, von denen die stromabwärtige Reihe Leerlaufbrennstoff zuführt und eine oder mehrere stromaufwärtige Reihen Vollastbrennstoff.