DE3203342C2

DE3203342C2 - Luftkanal zur Zuführung von Druckluft bei einer Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE3203342C2
Application number: DE3203342A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Yokosuka Kanagawa Mukaeda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1982-02-02
Publication date: 1984-04-19
Also published as: DE3203342A1; JPS57129325A; US4466250A

Abstract

Bei einer Gasturbine wird die durch einen hierin vorgesehenen Verdichter komprimierte Luft in eine hierin vorgesehene Brennkammer durch ein Luftinjektionsventil eingeblasen, nachdem sie einen ersten, einteilig mit dem Hauptgehäuse ausgebildeten Luftkanal sowie einen zweiten, einteilig mit dem Brennkammergehäuse ausgebildeten Luftkanal passiert hat. Ein Ende des ersten Luftkanals ist trichterförmig ausgebildet, so daß die vom Verdichter komprimierte Luft mit hohem Wirkungsgrad in den ersten Luftkanal eintreten kann. Da die durch den Luftkanal gemäß der vorliegenden Erfindung strömende Luft erwärmt wird, während sie längs der Brennkammer entlangströmt, ist es möglich, den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftkanal der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannter. Art.

Ein solcher, in der DE-OS 29 30 055 beschriebener Luftkanal ist außerhalb des Hauptgehäuses und des Brennkammergehäuses geführt und mit der Brennstoffzerstäuberdüse verbunden, die mit Hilfe der vom Verdichter zugeführten Luft eine Zerstäubung des ihr über eine Brennstoffleitung zugeführten Brennstoffes bewirkt. Da der Durchmesser eines so geführten Luftkanals infolge der Auslegung anderer Einrichtungen begrenzt ist, tritt in ihm eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit auf, die zu einem Verlust der kinetischen Energie der Luftströmung führt. Insbesondere beim Anlassen des Gasturbinenanlage ist daher oftmals eine zusätzliche Druckluftquelle erforderlich. Da der Luftkanal außerhalb der Gasturbinenanlage geführt ist, wird die im Luftkanal zugeführte Luft in unerwünschter Weise abgekühlt, was zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Gasturbinenanlage führt. Außerdem erfordert der Anschluß des außerhalb der Gasturbinenanlage geführten Luftkanals an die Brennstoffzerstäuberdüse und den Verdichter besondere Verbindungsteile, wodurch die Konstruktion aufwendig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Luftkanal der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß der vom Verdichter zur Brennstoffzerstäuberdüse führende Luftkanal einen möglichst großen Strömungsquerschnitt und eine möglichst kurze Länge hat, um die kinetischen Energieverluste der Luftströmung so gering wie möglich zu halten, ohne daß dadurch jedoch die Fertigungskosten der Gasturbinenanlage vergrößert werden.

Bei einem Luftkanal der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Luftkanal zeichnet sich also dadurch aus, daß er aus einem ersten und zweiten Teil gebildet wird, die jeweils einstückig mit dem Hauptgehäuse und dem Brennkammergehäuse so ausgebildet sind, daß sie bei der Verbindung des Hauptgehäuses mit dem Brennkammergehäuse miteinander fluchtend zu verbinden sind, um den Luftkanal zu bilden, wobei in dem Brennkammergehäuse der zweite Teil mit seinem anderen Ende mit der Brennstoffzerstäuberdüse zu verbinden ist, während der im Hauptgehäuse vorgesehene erste Teil mit seinem anderen Ende mit dem Austritts- diffusor zu verbinden ist Dadurch wird eine minimale Länge des gesamten Luftkanals bei gleichzeitig maximalem Strömungsquerschnitt erreicht, da der Luftkanal auf kürzestem Wege vom Verdichter zur Brennstoffzerstäuberdüse geführt ist Die kinetischen Energieverluste

ίο der zur Brennstoff Zerstäuberdüse führenden Luftströmung sind daher so gering wie möglich. Da außerdem der Luftkanal innerhalb des Hauptgehäuses und auch des Brennkammergehäuses geführt ist, tritt keine Kühlung, sondern vielmehr eine Erwärmung der vom Ver- dichter zur Brennstoff Zerstäuberdüse geführten Luftströmung auf. Dadurch wird der Verbrennungswirkungsgrad vergrößert Die Herstellungskosten für die Gasturbinenanlage sind gegenüber vergleichbaren Gas turbinenanlagen mit außerhalb der Gehäuse geführten Luftkanälen sogar noch zu verringern, da gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die beiden Teile des Luftkanals durch in den Wänden des Hauptgehäuses und des Brennkammergehäuses eingegossene Rohre in sehr einfacher Weise gebildet werden können, wenn auch diese Gehäuse gegossen werden.

Ausgestaltungen der E..indung sind in den Unteransprüchcn angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt, der die Anordnung des Luftkanals zeigt, der mit einer Brennstoffzerstäuberdüse für eine Gasturbinenanlage verbunden ist,

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt der Brennstoffzerstäuberdüse und

F i g. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Lufteinlaßöffnung des Luftkanals.

In F i g. 1 bezeichnen das Bezugszeichen 1 ein Hauptgehäuse einer Kleingasturbinenanlage und das Bezugszeichen 2 ein Brennkammergehäuse, das mit dem Hauptgehäuse 1 verbunden ist. In diesem Brennkammergehäuse 2 ist eine Brennstoffzerstäuberdüse 3 nahe dem Hinlaß einer Brennstoffleitung 4 angeordnet, um Brennstoff, der in die Brennkammer eintritt, mit Hilfe von Druckluft zu zerstäuben, die durch einen Luftkanal 21,22 eingespeist wird.

Ein erster Teil des Luftkanals 21 ist einstückig mit und innerhalb des Hauptgehäuses 1 z. B. durch Kerngießen ausgebildet, und der zweite Teil 22 des Luftkanals ist ebenfalls einstückig mit und innerhalb des Brennkammergehäuses 2 ausgebildet. Diese beiden Teile 21 und 22 sind derart angeordnet, daß, wenn das Hauptgehäuse 1 und das Brennkammergehäuse 2 zusammengefügt werden, der eine Endabschnitt 21/4 des ersten Teils 21 mit dem einen Endabschnitt 22A des zweiten Teils 22 in Verbindung steht; der andere Endabschnitt 21B, d. h. die Lufteinlaßöffnung des ersten Teils 21 steht mit dem Austrittsdiffusor 10 des Verdichters in Verbindung, und der andere Endabschnitt 225 des zweiten Teils 22 steht mit einem konischen, kreisringförmigen Luftkanal 26 in Verbindung, der nachfolgend beschrieben wird.

An der Oberseite des Brennkammergehäuses 2 ist die Brennstoffzerstäuberdüse 3 in eine Einbaubohrung 23 des Brennkammergehäuses 2 eingepaßt.

Die Brennstoffzerstäuberdüse 3 umfaßt einen ersten Brennstoffkanal 3A, Brennstoffverwirbelungsnuten 30A und einen zweiten Brennstoffkanal 3S. Der Brennstoff, der durch das Brennstoffrohr 4 strömt, gelangt in den zweiten Brennstoffkanal 3ß über den ersten Brennstoff-

kanal 3Λ und die Brennstoffverwirbelungsnuten 30Λ. Wenn der Brennstoff die Brennstoffverwirbelungsnuten 3OA passiert, wird ihm ein gewisser Drall bzw. ein Drehimpulsmoment erteilt. Ferner ist ein kegetatumpfförmiges Teil 25 angeordnet, das zum Inner ;n der Brennkammer hin vorspringt, um den konischen, kreisringförmigen Luftkanal 26 zwischen der inneren Umfangswand 25A des kegelstumpfförmigen Teiles 25 und der Außenumfangswand 3D der Brennstoffzerstäuberdose 3 zu bilden. Dieser Luftkanal 26 steht mit dem zweiten Teil 22 des Luftkanals in Verbindung. Ferner ist ein Düsenauslaß 25C am Boden 25B des kegelstumpfförmigen Teils 25 vorgesehen. Zusätzlich verbinden Luftverwirbelungsnuten 30θ am Boden 3£des zweiten Brennstoffkanals 3ß, den konischen, ringförmigen Luftkanal 26 mit dem Boden 3£

Bei dieser Anordnung der Luftkanäle erreicht Luft mit hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte, die vom Verdichter der Gasturbinenanlage verdichtet wurde, zuerst den Austrittsdiffusor 10 über einen Leitapparat 9, der durch eine Vielzahl von Leitschaufeln 9A gebildet ist.

In diesem Fall wird die Geschwindigkeit der komprimierten Luft, die den Verdichter unter dynamischem Druck verläßt, verringert, wenn die verdichtete Luft durch den Leitapparat 9 strömt In anderen Worten, beinahe der gesamte dynamische Druck (kinetische Energie) wird in einen statischen Druck (Druckenergie) umgewandelt, aber ein Teil des dynamischen Drucks verbleibt am Austrittsdiffusor 10. Deshalb wird die Luft durch den Endabschnitt 21B in den ersten Teil 21 des Luftkanals getrieben. Dann gelangt die komprimierte Luft durch den zweiten Teil 22 des Luftkanals und schließlich in den konischen Luftkanal 26, wie es in F i g. 2 gezeigt ist Hier ist der Gesamtdruck (Gesamtenergie) innerhalb des konischen Luftkanals 26 höher als der im Inneren der Brennkammer 24. Das heißt, wie oben beschrieben, wird, weil der dynamische Druck nicht völlig in statischen Druck durch den Leitapparat S umgewandelt wird, ein Teil der Luftströmungsenergie vom dynamischen Druck (kinetische Energie) abgezweigt Deshalb liegt ein gewisser dynamischer Druck sogar im konischen Luftkanal 26 vor, und der Druck, der dem dynamischen Druck entspricht, ist höher als jener im Inneren der Brennkammer 24. Dementsprechend wird die verdichtete Luft in den konischen Luftkanal 26 eingeleitet und durchtritt die Luftverwirbelungsnuten

ίο 305 und gelangt in den Bodenabschnitt 3E der Brennstoffzerstäuberdüse 3 mit hoher Geschwindigkeit und in Form einer Wirbelströmung.

Andererseits verläßt am Bodenabschnitt 3E der Brennstoffzerstäuberdüse 3 der Brennstoff, der durch das Brennstoffrohr 4 zugeführt wird, den zweiten Brennstoffkanal 3ß mit hoher Geschwindigkeit und als Wirbelstrom, nachdem der Brennstoff durch den ersten Brennstoffkanal 3Λ und die ersten Verwirbelungsnuten 30A hindurchgeströmt ist Der Brennstoff trifft dann auf den Wirbelluftstrom am Boden 3E, und wird dadurch zerstäubt und in die Brennkammer durch den Düsenauslaß 25Ceingespritzt.

Die Luft, die vom Verdichter abgegeben wird, wird somit der Brennstoffzerstäuberdüse 3 durch den ersten Teii 21 des Luftkanals, der einteilig mit dem Hauptgehäuse 1 ausgebildet ist und den zweiten Teil 22 des Luftkanals zugeführt, der einte^rüg mit dem Brennkammergehäuse 2 ausgebildet ist.

Dabei ist es bei dem Luftkanal möglich, die Teile 21 und 22 durch Gießen des Hauptgehäuses und des Brennkammergehäuses herzustellen, und zwar nachdem zwei Rohre an Ort und Stelle angeordnet wurden und diese eingegossen werden.
Ferner ist es beim Guß der Gehäuse, wenn die Lufteinlaßöffnung 2J B des ersten Teils 21 trichterförmig ausgebildet ist, wie dieses in F i g. 3 gezeigt ist. möglich, die Luft, die vom Leitapparat 9 zugeführt wird, wirksam in den ersten Teil des Luftkanals einzuleiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Luftkanal zur Zuführung von Druckluft aus dem Austrittsdiffusor des Verdichters einer Gasturbinenanlage zu einer Brenostoffzerstäuberdüse, die in Kopf einer mit dem Hauptgehäuse der Gasturbinenanlage zwischen Verdichter und Turbine verbundenen Umkehrstrom-Brennkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkanal einen in der Wand des Hauptgehäuses (1) ausgebildeten ersten Teil (21) und einen in der Wand des Brennkammergehäuses (2) ausgebildeten zweiten Teil (22) aufweist
2. Luftkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (21) ein in die Wand des gegossenen Hauptgehäuses (1) eingeschlossenes Rohr ist.
3. Luftkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (22) ein in die Wand des geschlossenen Brennkammergehäuses (2) eingegossenes Rohr ist