DE3021019C2

DE3021019C2 - Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE3021019C2
Application number: DE3021019A
Authority: DE
Inventors: Eric Nuneaton Warwickshire Hughes; Donald Binley Coventry McKnight
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1982-08-26
Also published as: JPS55165413A; US4337618A; GB2050592A; GB2050592B; FR2458688B1; FR2458688A1; DE3021019A1; CA1147974A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffinjektor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart. Ein solcher Brennstoffinjektor ist aus der FR-PS 23 23 013 bekannt. Durch die bei derartigen Brennstoffinjek"toren mögliche Einspritzung von Wasser wird die Bildung von Stickoxiden (ΝΟχ) vermindert und so die Verbrennung verbessert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Wasserzuführung auch bei solchen Brennstoffinjektoren wirksam auszubilden, die wahlweise mit flüssigem Brennstoff oder Gas gespeist werden können. Derartige Brennstoffinjektoren für flüssigen und gasförmigen Brennstoff, deren Zuführungen konzentrisch angeordnet sind, ist aus der DE-OS 20 60 158 bekannt.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Erfindung wird erreicht, daß sowohl bei Betrieb mit flüssigem Brennstoff als auch bei Betrieb mit gasförmigem Brennstoff das Wasser und/oder die Luft aus dem dazwischen liegenden Ringkanal in günstiger Weise auf das Brennstoff gemisch auftreffen und sich mit diesem vermischen kann.

Während der Gaskanal bei dem Brennstoff injektor nach der DE-OS 20 60 158 in einer Ringdüse mündet, sind nach der Erfindung einzelne Auslässe vorgesehen und es hat sich gezeigi. daß hierdurch eine kreisförmige Gasabströmung erfolgen kann, während bei offener Ringdüse die Tendenz besteht, daß der gasförmige Brennstoff-Kreisring in zwei diametral gegenüber liegende Ströme aufgeteilt wird. Es ergibt sich dann ein Teil des Rings der von Brennstoff frei ist oder nur ein mageres Gemisch enthält, während an anderen Stellen ein übersättigtes Gemisch verbleibt. Durch die Anordnung der diskreten Auslaßdüsen wird ein Rückdruck auf den einströmenden Brennstoff erzeugt, was eine gleichförmigere Verteilung des Brennstoffs in der dritten Ringleiiung zur Folge hat Auf diese Weise wird eine gleichförmige Verbrennung auch bei Zuführung gasförmigen Brennstoffs gewährleistet.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 6.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gasturbinentriebwerks, teilweise aufgebrochen mit einem Brennstoffinjektor gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine Seitenansicht des Brennstoffinjektors gemäß F i g. 1 in größerem Maßstab,

F i g. 3 eine axiale Ansicht des Brennstoffinjektors nach F i g. 2,

Fig.4 einen Axialschnitt des Brennstoffinjektors gemäß F i g. 2 und 3 in größerem Maßstab,

F i g. 5 im Schnitt eine Einzelheit einer gegenüber der F i g. 4 abgewandelten Ausführungsform des Brennstoffinjektors und

Fig.6 einen Schnitt einer Einzelheit eines abgewandelten Brennstoffinjektors.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Verdichter 12, einer Verbrennungseinrichtung 14 und einer den Verdichter antreibenden Turbine 16. Die Verbrennungsvorrichtung weist in ringförmiger Anordnung Brennstoffinjektoren 18 auf. Jeder Brennstoffinjektor wird über einen Brennstoffkanal 20 mit flüssigem Brennstoff, über einen Gaskanal 22 mit gasförmigem Brennstoff und über einen Wasserzuführungskanal 24 mit Wasser gespeist.

Gemäß F i g. 2 bis 4 weist jeder Brennstoffinjektor 18 einen zentralen, in Strömungsrichtung divergierenden Düsenzapfen 26 auf, der von zwei radialen Armen 28 getragen wird, die einstückig mit einem Ring 30 hergestellt sind, der innerhalb von Hülsen 32, 34 festgelegt ist, die ihrerseits von einer äußeren Hülse 36 getragen werden. Die äußere Hülse 36 ist in einem Brennerkopf 38 festgelegt, der seinerseits von einem hohlen Arm 39 getragen wird, der die Zuführungskanäle

20 und 24 für flüssigen Brennstoff und Wasser umschließt und mit dem Gaskanal 22 in Verbindung steht.

Der Brennerkopf 38 trägt einen Düsenring 40 mit im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Gasauslaßdüsen 42, die aus einer (dritten) Kingleitung 44 gespeist werden, die über einen Kr.nal 46 mit dem Gaskanal 22 in Verbindung steht

Der Wasserzuführungskanal 24 steht mit einer (zweiten) Ringleitung 52 über einen Kanal 55 in Verbindung, und der Brennstoffzuführungskanal 20 steht mit ckier (ersten) Ringleitung 54 über einen Kanal 58 in Verbindung. Die (zweite) Ringleitung 52 für Wasser ist zwischen den Hülsen 34 und 36 ausgebildet, und die (erste) Ringleitung 54 für den flüssigen Brennstoff befindet sich zwischen den Hülsen 32 und 36.

Der flüssige Brennstoff wird aus der Ringleitung 54 über Auslässe 60 in einen Ringauslaßkanal 62 geleitet, der zwischen dem Düsenzapfen 26 und der Hülse 32 ausgebildet ist. Komprimierte Luft vom Verdichter 12 strömt in Pfeilrichtung (F i g. 4) in den Ringauslaßkanal 62 ein und das Brennstoff-Luft-Gemisch verläßt den Kanal 62 über eine Auslaßringdüse 64.

Das Wasser wird aus der zweiten Ringleitung 52 über Auslässe 66 in einen Ringkanal 68 gespritzt, der zwischen der Hülse 36 und dem Inneren des Brennerkopfes durchgehend ausgebildet ist. Stromab weist der Kanal eine Auslaßringdüse 70 auf, die zwischen der Auslaßdüse 42 für gasförmigen Brennstoff und der Auslaßringdüse 64 für das Brennstoff-Luftgemisch liegt, so daß das Wasser dicht an beide Brennstoffe herangeführt wird.

Die Auslaßringdüse 64 bildet zusammen mit der Auslaßringdüse 70 einen Gebläseluftbrenner und es hat sich gezeigt, daß die aus der Ringdüse 70 austretende Luft die Brennstoffluft durch Mischung verbessert, wenn der Injektor mit gasförmigem Brennstoff betrieben wird. Außerdem bewirkt die aus der Düse 70 austretende Luft eine weitere Atomisierung des aus der Ringdüse 64 austretenden Brennstoff-Luftgemischs, wenn der Brenner mit flüssigem Brennstoff betrieben wird.

Gemäß dem Ausführungsbetspiel nach Fig. 5 kann das Wasser über weitere Auslässe 72 in den Ringauslaßkana! 62 eingespritzt werden, wobei das Wasser so gerichtet wird, daß es längs der Oberfläche des Düsenzapfens 26 abströmt und auf das Brennstoff-Luftgemisch im Bereich der Auslaßringdüse 64 auftrifft.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 können Spüllöcher 74 zwischen dem Ringkanal 68 und dem Kanal 46 vorgesehen sein, damit Luft aus dem Ringkanal 68 die dritte Ringleitung 44 spülen kann um zu verhindern, daß flüssiger Brennstoff und Verbrennungsprodukte in die Gas-Ringleitung 44 eintreten. Der Ringkanal 68 ist im Bereich eines jeden Spülloches 74 vergrößert, um die Diffusion des Kanals zu erhöhen, wodurch der statische Druck an der dem Ringkanal 68 zugewandten Seite eines jeden Loches 74 erhöht wird. Dadurch wird die Gefahr vermindert, daß wesentliche Gasmengen in den Ringkanal 68 eintreten und die dennoch eintretende geringe Gasmenge kann keine schwerwiegenden Probleme mehr verursachen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennstoffinjektor für ein Gasturbinentriebwerk mit einer Zuführungsvorrichtung für flüssigen Brennstoff, die einen Brennstoffkanal, eine erste Ringleitung und eine Vielzahl diskreter Auslässe sowie einen Ringauslaßkanal aufweist, dem außerdem Druckluft zugeführt wird, die mit dem Brennstoffvermisch aus einer Auslaßringdüse austritt, und mit einer Wassereinspritzvorrichtung, die einen Wasserzuführungskanal und eine zweite Ringleitung mit einer Vielzahl von Auslässen aufweist, die in einen Wassereinspritz-Ringkanal münden, dem ebenfalls Druckluft zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine weitere Zuführungsvorrichtung für gasförmigen Brennstoff vorgesehen ist, die einen Gaskanal (22), eine dritte Ringleitung (44) mit einer Vielzahl diskreter Auslässe (42), die die Gasdüsen bilden, aufweist, und daß zwischen der Auslaßringdüse (64) für flüssigen Brennstoff und den Auslaßdüsen (42) für gasförmigen Brennstoff eine Auslaßringdüse (70) für Wasser und/oder Luft vorgesehen ist.

2. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Ringleitung (44) von einem auf den Brennerkopf (38) aufgesetzten Düsenring (40) begrenzt ist, der die Gasauslaßdüsen (42) aufweist

3. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ringleitung (54) zwischen einer vom Brennerkopf (38) getragenen äußeren Hülse (36) und einer hiervon getragenen inneren Hülse (32) ausgebildet ist, die über radiale Arme (28) einen Düsenzapfen (26) trägt, und daß zwischen dem Düsenzapfen (26) und der inneren Hülse (32) der Ringauslaßkanal (62) und die Auslaßringdüse (64) für das Brennstoff-Luftgemisch ausgebildet sind.

4. Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ringleitung (52) für die Wasserzuführung zwischen der äußeren Hülse (36) und einer von dieser innen getragenen Hülse (34) gebildet ist, und daß der Wassereinspritzkanal (68) der stromoberseitig offen ist, von der Außenhülse (36) und dem äußeren Teil des Brennerkopfes (38) gebildet ist.

5. Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ringleitung (52) weitere Auslässe (72) besitzt, die in dem Brennstoff-Luft-Ringauslaßkanal (62) münden (F ig. 5).

6. Brennstoff injektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkanal für Wasser und/oder Luft und dem Gaszuführungskanal (46) Spüllöcher (74) angeordnet sind.