DE2947130C2 - Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffinjektor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein solcher Brennstoffinjektor, bei dem allerdings keine Wasserzufuhr vorhanden ist und kein gasförmiger Brennstoff zugeführt wird, ist aus der DE-OS 26 18 219 bekannt. Hierbei ist der zweite Strömungskörper als massiver, in Strömungsrichtung divergierender Zapfen ausgebildet, und es hat sich gezeigt, daß sich an der hinteren Stirnfläche diese Strömungskörpers und im hinteren Bereich des ersten Strömungspfades Kohlenstoff anlagern kann, der sich zu einer beträchtlichen Dicke aufbaut und die Strömungsführung beeinträchtigt. Außerdem können im Betrieb Stücke von diesen Kohlenstoffablagerungen abbrechen und über die Brennkammer in die nachgeschaltete Hochdruckturbine eintreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoffinjektor zu schaffen, bei dem die Gefahr der ICohlenstoffablagerungen vermieden ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, Durch die hohle Ausbildung des zweiten zentralen Strömungskörpers wird erreicht, daß die stromabwärtige Oberfläche dieses Strömungskörpers, auf der sich Kohlenstoff ansammeln könnte, auf eine minimale Ringstirnfläche vermindert wird, wobei gleichzeitig die innere Oberfläche dieses als Diffusor wirkenden Strömungskörpers durch die den zweiten Strömungspfad durchströmende Luft ausgewaschen wird, wodurch eine Kohlenstoffablagerung auf diesen Oberflächen verhindert wird. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das Brennstoff-Luftgemisch, welches aus dem ersten Strömungspfad austritt, zwischen zwei konzentrische Luftströme gerät und dadurch einer Scherwirkung ausgesetzt wird, die auf beiden Seiten der Brennstoffluft-Strömung wirksam wird und die Versprühung und homogene Verteilung zu verbessern.

Der äußere Ringluftkanal, der der Druckluftzufuhr dient, kann gleichzeitig zur Zufuhr gasförmigen Brennstoffes benutzt werden, wobei verhindert wird, daß im Betrieb mit flüssigem Brennstoff im Gaskanal nicht verbrannte Teilchen abgesetzt werden, die zu einer spontanen und unerwünschten Verbrennung bei Betrieb mit gasförmigem Brennstoff führen könnte.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeoen sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Gasturbinentriebwerks mit einem Brennstoffinjektor gemäß der Erfindung;

Fig.2 einen Axialschnitt eines Brennstoffinjektors gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab;

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß F i g. 2; F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 3;

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 2.

Das Gasturbinentriebwerk weist eine rinförmige Brennkammer 16 auf, in der über den Umfang verteilt mehrere Brennstoffinjektoren 10 angeordnet sind, von denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist. Die Brennkammer weist ein äußeres Gehäuse 14 auf, welches vom Triebwerksgehäuse 12 umschlossen ist. Die Brennkammer wird über Düsenleitschaufeln IS mit Druckluft gespeist.

Jeder Brennstoffinjektor 50 wtet einen ersten Strömungskörper 20 und einen konzentrisch von diesem umschlossenen zweiten Strömungskörper 22 auf.

Der zweite Strömungskörper weist eine Brennstoffzuführungsleitung 30 auf, in die ein Zuführungskanal 24 für flüssigen Brennstoff mündet. Eine Wasserzuführungsleitung 36 wird über einen Wasserzuführungskanal 26 gespeist und eine Gaszuführungsleitung 44 wird von einem Zuführungskanal 28 für gasförmigen Brennstoff gespeist. Die Brenn^rtoffzuführungsleitung 30 führt zu einer Ringleitung 32, aus der der flüssige Brennstoff über tangential ausgebohrte Löcher 34 in den ersten Strömungskanal 60 austritt. Die Wasserzuführungsleituiig 36 führt zu einem Ringkanal 38, von dem über radiale Bohrungen 40 Wasser in den Druckluftzuführungsraum stromauf des zweiten Strömungskörpers 22 eingespritzt wird. Die Gaszuführungsleitung 44 mündet in einem Ringkanal 46, der sich nach hinten in einem Diffusorabschnitt 48 öffnet. Der erste Strömungskörper 20 besitzt außerdem mehrere tangential eingebohrte Löcher 50, die durch die Außenwand 52 gebohrt sind und Spülluft vom Triebswerkskompressor in den Gaszul'ührungs-Ringkanal eintreten lassen,

Der zweite Strömungskörper 22 weist einen äußeren Ring 54 auf, der innerhalb des ersten Strömungskörpers zwischen den Einspritzlöchern 40 und 34 für Wässer bzw. flüssigen Brennstoff verläuft. Dieser Ring 54 trägt über zwei Stege 58 einen Hohlzapfen 56, die einen ersten Strömungspfad 60 zwischen dem ersten und

zweiten Slrömungskörper 20 und 22 definiert. Ein zweiter Strömungspfad 62 verläuft durch das hohle Innere des Zapfens 56, der einen Hauptdiffusor 63 bildet und einen Sekundärdiffusor 64 über eine Ringwand 66 trägt, die Richtöffnungen 70 aufweist, um eine Luftströmung auf wenigstens einen Teil des Hauptdiffusors 63 über den Ringspalt 68 zu leiten.

Im Betrieb mit flüssigem Brennstoff gelangt dieser über die tangentialen Löcher 34 in den ersten Strömungspfad 60 und es wird ein vollständiger Brennstoffvorhang auf der Außenwand des Strömungspfades 60 erzeugt. Die durch den ersten Strömungspfad abfließende Druckluft trifft auf die Strömung, die aus den Löchern 34 austritt und bewirkt eine Zerstäubung und das Brennstoff-Luftgesnisch wird längs des Strömungspfades beschleunigt, da die Strömung im Querschnitt auf ein Minimum am Austrittsende 72 zusammengeschnürt wird.

Das Brennstoff-Luftgemisch das bei 72 austritt, wird außerdem einer Scherwirkung unterworfen, da das Luftgemisch zwischen eine äußere Luftschicht, die aus dem Kanal 48 austritt und eine innere Luftschicht gelangt, die auf dem zweiten Strömungspfad 62 strömt. Diese Scherwirkung trägt zu einer Zerstäubung von Brennstoff und gegebenenfalls Wasser bei.

Bei Verbrennung eines gasförmigen Brennstoffs verläuft die Gasströmung über die Ringleitung 46 nach dem Diffusor 48. Wenn die Gase den Injektor verlassen, werden sie von der mit relativ hoher Geschwindigkeit abströmenden Luft getroffen, die aus dem Austritt 72 abströmt. Durch die Spüllöcher 50 wird verhindert, daß flüssiger Brennstoff in den Kanal für den gasförmigen Brennstoff eintritt wenn das Triebwerk mit flüssigem Brennstoff betrieben wird. Sonst würde eine Explosion beim Umschalten von flüssigem auf gasförmigen Brennstoff die Folge sein. Die Spülluft, die vom Triebvverkskompressor herrührt, füllt den Gaskanal und es wird dadurch der Eintritt von flüssigem Brennstoff verhindert. Außerdem wird durch die Luft der Gasstrom stabilisiert

Durch die Erfindung wird außerdem die Erzeugung von Stickoxiden vermindert. Zu diesem Zweck wird Wasser in den Verbrennungsprozeß eingeführt, um eine Wärmesenke zu bilden, die einen Teil der Hitze absorbiert, und dadurch wird die Spitzenverbrennungstemperatur und die Rate der Stickoxidbildung vermin-

• ⁵ dert. Dies wird dadurch erreicht, daß Wasser aus den Öffnungen 40 in den Strömungspfad 60 eingespritzt wird. Die Innengestalt des ersten Strömungspfades 60 ist dabei so, daß der Hauptteil des Wassers durch den Austritt 22 des Injektors verstäubt wird und direkt mit dem Brennstoff in der Primärzone der Brennkammer vermischt wird.

Der Hohlzapfen 56 ist in spe~/iller Weise so ausgebildet, daß eine Kohlenstoffablagerm.g mit Sicherheit verhindert wird, weil die durch den zweiten Strömungspfad 62 fließende Luft, die über den Diffusor 63 streicht, einen solchen Ansatz verhindert Über den Ring von Richtlöchern 70 wird in Verbindung mit dem Ringspalt 68 erreicht, daß die gesamte Innenwand des Hauptdiffusors 63 mit Kompressorluft ausgewaschen

3«' werden kann, so daß der Kohlenstoffansatz weitgehend verhindert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk mit einem ersten Strömungskörper, der einen Zuführungskanal für flüssigen Brennstoff, einen Zuführungskanal für gasförmigen Brennstoff und eine Wasserzuführungsleitung aufweist, und mit einem vom ersten Strömungskörper konzentrisch umschlossenen zweiten Strömungskörper, welche Strömungskörper zwischen sich einen kreisringförmigen, am stromabwärtigen Ende konvergierenden ersten Strömungspfad definieren, dem Druckluft zugeführt wird, und in dem die Wasserzuführungsleitung und der Zuführungskanal für flüssigen Brennstoff münden, und mit einem Ringkanal im ersten _t5 Strömungskörper, aus dem Druckluft austritt, die das aus dem ersten Strömungspfad Brennstoff-Luftgemisch umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strömungskörper (22) einen zentralen zweiten Strömungspfad (62) zum Durchtritt kompmT-jerter Luft aufweist, der stromab in einen Diffusor (63) mündet, der Strömungsieitfiächen (66, 70) aufweist, um eine Luftströmung auf wenigstens einen Teil dieses Diffusors (63) zu richten.

2. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiis Strömungskörper (22) einen Hauptdiffusor (63) und einen Sekundärdiffusor (64) umfaßt, der innerhalb des Hauptdiffusors liegt.

3. Brennstoffinjektor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflächen mehrere Richtöffnur ^en (70) in einer Ringwand (66) aufweisen, mit der der Hauptdiffusor (63) den Sekundärdiffusor (64) "ägt, und daß ein _J5 Ringspalt (68) zwischen der Innenwand des Haupfdiffusors (63) und der Außenwand des Sekundärdiffusors (64) vorgesehen ist.