DE2928726C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zerstäuber für flüssigen Brennstoff mit einem langgestreckten Körper, der einen sich in Längsrichtung des Körpers erstreckenden ersten Kanal für Brennstoff und einen sich koaxial dazu erstreckenden zweiten Kanal für Luft aufweist, wobei der ersten Kanal stromab einen ersten Ring von in den zweiten Kanal führenden Auslaßkapillaren aufweist und der zweite Kanal mit einem zweiten Ring von den Auslaßkapillaren des ersten Ringes zugeordneten Auslaßöffnungen, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt der Auslaßkapillaren des ersten Ringes, versehen ist, über die der Brennstoff zerstäubt zusammen mit der Luft in einem konischen Strahl austritt, wie er insbesondere für Gasturbinen-Triebwerke zum Einsatz kommt.

Ein solcher Zerstäuber ist aus der DE-PS 20 23 818 bekannt. Bei dem bekannten Zerstäuber werden die den Auslaßkapillaren des erstes Ringes zugeordneten Auslaßöffnungen des zweiten Ringes jeweils durch zwei Platten eines Drallerzeugers gebildet. Auf diese Weise wird der flüssige Brennstoff, der aus den Auslaßkapillaren austritt und auf eine Platte aufprallt, von dem durch den Drallerzeuger erzeugten verwirbelten Luftstrom fortgetragen. Dieser Zerstäuber weist den Nachteil auf, daß die Strahlform des austretenden Brennstoff-Luft-Gemisches keinen gleichförmig konischen Verlauf hat.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zerstäuber für flüssigen Brennstoff der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß bei guter Zerstäubung des Brennstoffes, insbesondere bei relativ geringen Brennstoffdrücken bei relativ großen Brennstoffdurchflußgeschwindigkeiten, der austretende Brennstoff-Luft-Strahl einen möglichst gleichmäßig konischen Verlauf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslaßöffnungen des zweiten Ringes unter spitzem Winkel zur Längsachse des Körpers liegende, mit den Auslaßkapillaren des ersten Ringes fluchtende Auslaßkapillaren sind, und daß im Körper ein dritter Kanal für weitere Luft vorgesehen ist, der in einem Auslaß endet, der von einer vom Körper aus nach innen gerichteten Ringlippe umgeben ist, derart, daß das aus den Auslaßkapillaren des zweiten Ringes ausgestoßene Gemisch aus zerstäubtem Brennstoff und Luft den Auslaß passiert.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die einwärts gerichtete ringförmige Lippe im Auslaß des dritten Kanals eine ausgeprägte konische Strahlform des auswärts strömenden weiteren Luftstromes bewirkt, so daß der aus den Auslaßkapillaren des zweiten Ringes ausgesprühte Brennstoff-Luft-Strahl hierdurch aus diesen Kapillaren heraus mitgezogen wird. Hierbei ist es von Vorteil, daß die Auslaßkapillaren des zweiten Ringes mit den Auslaßkapillaren des ersten Ringes fluchten, so daß sich hierdurch bereits eine gute Zerstäubung des Brennstoffs durch Luft ergibt. Durch den im dritten Kanal hervorgerufenen Luftstrahl wird ein gleichförmiger Austritt des Brennstoff-Luft-Gemisches aus dem Zerstäuber sichergestellt und die Qualität der Zerstäubung weiter verbessert. Eine gute Zerstäubungsqualität wird so auch bei relativ niedrigen Brennstoffdrücken (7 bar), z. B. bei Zündungs- und Leerlaufbedingungen eines Gasturbinen-Triebwerks erreicht.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht einen dualen Brennstoffbetrieb, d. h. das Einleiten entweder flüssigen oder auch gasförmigen Brennstoffs mittels des Zerstäubers.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind

Fig. 1 ein axialer Schnitt durch einen Zerstäuber nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie B-B der Fig. 1, in dem aus Gründen der Übersichtlichkeit die Schraffur weggelassen ist.

Der in Fig. 1 gezeigte Zerstäuber ist zum Einbau in ein Flammrohr (nicht dargestellt) innerhalb eines Rings von Luftverwirblerlamellen vorgesehen und besteht aus einem langgestreckten Verbundkörper 200, der von einem hohlen Tragarm 201 getragen ist. Der Körper 200 hat eine äußere Mantelpartie 202, die an den Tragarm 201 angeschweißt ist. Der Körper 200 weist außerdem eine innere Mantelpartie 203 und eine Hülsenpartie 204 auf. Ein Ende der inneren Mantelpartie 203 ist dichtend in ein inneres Ende der Hülsenpartie 204 eingesetzt, um von dieser gehalten zu werden. Die Hülsenpartie 204 sitzt dichtend in einem Loch im Arm 201, so daß ein offenes Ende 205 der Hülsenpartie 204 am Ende des Körpers 200 stromaufwärts freiliegt. Innerhalb der inneren Mantelpartie 203 befindet sich ein Zufuhrrohr 206 für flüssigen Brennstoff. Das Zufuhrrohr 206 sitzt dichtend an seinem Ende stromaufwärts in einer 90°-Kupplung 207, die einstückig mit der Hülsenpartie 204 ausgebildet ist. Das Rohr 206 ist mit einem Zapfen 208 an seinem Ende stromabwärts versehen, um das Rohr 206 koaxial in der inneren Mantelpartie 203 zu halten. Am Ende, das den Zapfen 208 trägt, ist das Rohr 206 mit einem ersten Ring von Kapillaren 209 (von denen nur eine gezeigt ist) versehen, die unter einem spitzen Winkel von 45° zur Längsachse des Körpers 200 stehen.

Ein erster Kanal 210 ist innerhalb des Rohrs 206 gebildet und stellt eine Verbindung zwischen den ersten Kapillaren 209 und der Kupplung 207 her, die in einer Betriebsart mit flüssigem Brennstoff von einer Pumpe (nicht dargestellt) mittels eines Rohrs 211 versorgt wird. Das Rohr 211 erstreckt sich in Längsrichtung des Tragarms 201 und sitzt dichtend in der Kupplung 207. Ein zweiter Ringkanal 212 ist im Körper 200 zwischen dem Rohr 206 und der inneren Mantelpartie 203 gebildet, außerdem innerhalb der Hülsenpartie 204. Der zweite Ringkanal 212 ist ein Luftkanal und weist einen Einlaß auf, der vom offenen Ende 205 der Hülsenpartie 204 gebildet ist. Am gegenüberliegenden Ende des Kanals 212 in bezug auf das offene Ende 205 befindet sich ein zweiter Ring von Kapillaren 213 (von denen nur eine dargestellt ist), die auf die ersten Kapillaren 209 ausgerichtet sind. Ein dritter Kanal 223 ist zwischen der äußeren Mantelpartie 202 und der inneren Mantelpartie 203 gebildet. Dieser dritte Kanal 223 wird mit weiterer Luft an seinem Ende stromaufwärts über eine Reihe von schrägen Schlitzen 214 in der Mantelpartie 202 versorgt, die in ihren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt sind; sie verleihen der Luft eine Verwirbelung, weil sie eine tangentiale Richtungskomponente haben. Damit wirbelt längs des dritten Kanals 223 strömende weitere Luft in schraubenlinienförmiger Weise. Die äußere Mantelpartie 202 hat eine einstückige, nach innen gerichtete Ringlippe 215, die einen Auslaß 216 am Ende des Körpers 200 stromabwärts bildet. Die Lippe 215 hat eine radial gerichtete Innenfläche, die zum Kanal 223 zeigt, ferner eine sich erweiternde kegelstumpfförmige Außenfläche.

Die zweiten Kapillaren 213 öffnen in den Auslaß 216 und befinden sich im wesentlichen in einer Flucht mit der inneren Peripherie der Lippe 215. Das Ende des Kanals 223 stromaufwärts ist durch ein Ringelement 217 gebildet, das eine einstückige Hülsenpartie 218 hat, die sich von diesem axial zum Kanal 223 erstreckt, um stromabwärts von den Schlitzen 214 zu enden. Die Hülsenpartie 218 hat einen nach innen gerichteten Ringflansch 219 an ihrem Ende stromabwärts. Der Flansch 219 legt sich eng um die innere Mantelpartie 203, ist ihr aber gegenüber verschiebbar. Unmittelbar hinter dem Flansch 219 in Richtung stromaufwärts, jedoch stromabwärts von den Schlitzen 214, hat die Hülsenpartie 218 einen Ring schräger Schlitze 220. Die Schlitze 220 haben eine tangentiale Erstreckungsrichtung im Sinne der Schlitze 214 (siehe Fig. 2). Ein Kanal 221 für gasförmigen Brennstoff erstreckt sich zwischen der Hülsenpartie 218 und der Mantelpartie 203, zwischen der äußeren Mantelpartie 202 und der Hülsenpartie 204 und durch den Tragarm 201. Dieser Kanal 221 wird mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) von außerhalb mit gasförmigem Brennstoff versorgt.

In einer ersten Betriebsweise des Zerstäubers wird letztere Pumpe nicht betrieben, so daß der Kanal 221 und die Schlitze 220 nicht benutzt werden. Flüssiger Brennstoff wird längs des Rohrs 211 durch die Kupplung 207 und längs des Kanals 210 gepumpt, um durch die ersten Kapillaren 209 auszutreten. Gleichzeitig fließt Luft durch den zweiten Kanal 212 über das offene Ende 205 und tritt zusammen mit dem Brennstoff aus den Kapillaren 209 durch die zweiten Kapillaren 213 aus, so daß ein konischer Austritt von Brennstoff und Luft erreicht wird. Weitere Luft strömt durch die schrägen Schlitze 214, und der entstehende verwirbelte Luftstrom strömt längs des dritten Kanals 223, um durch den Auslaß 216 auszutreten, nachdem er radial nach innen durch die Innenfläche der Lippe 215 abgelenkt worden ist. Der dadurch erzeugte Luftstrom "zieht" den konischen Austritt von Brennstoff und Luft aus den Kapillaren 213 heraus, um den konischen Winkel derselben zu vergrößern, was einen gleichförmigen Austritt sicherstellt und die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs weiter verbessert. Damit wird die Verwendung eines getrennt gepumpten Luftstroms vermieden. Diese Anordnung sorgt für eine effiziente Zerstäubung besonders bei niedrigen Brennstoffdrücken. Der sich ausdehnende konische Brennstoff-Luft-Strahl gelangt in den verwirbelnden Luftstrom, der im Betrieb vom Luftverwirbler erzeugt wird.

In einer zweiten Betriebsart des Zerstäubers wird der Strom flüssigen Brennstoffs gestoppt, und es wird die Pumpe eingeschaltet, die ein Strömen gasförmigen Brennstoffs längs des Kanals 221 hervorruft und dessen Austritt aus den Schlitzen 220 in den dritten Kanal 223 stromabwärts von den Schlitzen 214 bewirkt. Der gasförmige Brennstoff erfährt eine Verwirbelung durch die Schlitze 220 und wird von dem verwirbelten Luftstrom im Kanal 223 mitgenommen und tritt zusammen mit Luft vom zweiten Kanal 212, die durch die Kapillaren 213 austritt, durch den Auslaß 216 aus.

Damit erfolgt ein gründliches Vermischen des gasförmigen Brennstoffs und der weiteren Luft im Kanal 223 vor dem Austritt durch den Auslaß 216. Wegen der relativen Orientierung der Schlitze 214 und 220 werden der gasförmige Brennstoff und die weitere Luft in gleicher Richtung verwirbelt, um damit den Druckverlust auf ein Minimum zu reduzieren, der mit dem Vermischungsvorgang einhergeht.

Claims (5)

1. Zerstäuber für flüssigen Brennstoff mit einem langgestreckten Körper (200), der einen sich in Längsrichtung des Körpers (200) erstreckenden ersten Kanal (210) für Brennstoff und einen sich koaxial dazu erstreckenden zweiten Kanal (212) für Luft aufweist, wobei der erste Kanal (210) stromab einen ersten Ring von in den zweiten Kanal (212) führenden Auslaßkapillaren (209) aufweist und der zweite Kanal (212) mit einem zweiten Ring von den Auslaßkapillaren (209) des ersten Ringes zugeordneten Auslaßöffnungen, deren Querschnitt größer ist als der Querschnitt der Auslaßkapillaren (209) des ersten Ringes, versehen ist, über die der Brennstoff zerstäubt zusammen mit der Luft in einem konischen Strahl austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen des zweiten Ringes unter spitzem Winkel zur Längsachse des Körpers (200) liegende, mit den Auslaßkapillaren (209) des ersten Ringes fluchtende Auslaßkapillaren (213) sind, und daß im Körper (200) ein dritter Kanal (223) für weitere Luft vorgesehen ist, der in einem Auslaß (216) endet, der von einer vom Körper (200) aus nach innen gerichteten Ringlippe (215) umgeben ist, derart, daß das aus den Auslaßkapillaren (213) des zweiten Ringes ausgestoßene Gemisch aus zerstäubtem Brennstoff und Luft den Auslaß (216) passiert.

2. Zerstäuber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung der weiteren Luft in den dritten Kanal (223) stromauf in der äußeren Mantelpartie (202) des Körpers (200) tangential verlaufende Schlitze (214) vorgesehen sind, derart, daß die Luft im dritten Kanal (223) in schraubenlinienförmiger Weise verwirbelt geführt ist.

3. Zerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringlippe (215) am Auslaß (216) des dritten Kanals (223) eine sich auswärts kegelstumpfförmig vergrößernde Austrittsfläche aufweist.

4. Zerstäuber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, sich in Längsrichtung des Körpers (200) erstreckender Kanal (221) für die Zuführung von gasförmigem Brennstoff vorgesehen ist, der über tangential verlaufende Schlitze (220) stromab von den Schlitzen (214) mit dem dritten Kanal (223) in Verbindung steht.

5. Zerstäuber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Schlitze (220, 214) derart gleichsinnig ist, daß der gasförmige Brennstoff und die weitere Luft in gleicher Richtung verwirbelt sind.