DE3247169C2

DE3247169C2 - Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern

Info

Publication number: DE3247169C2
Application number: DE3247169A
Authority: DE
Inventors: Arthur Southmead Bristol Sotheran
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPS62408B2; FR2519079A1; GB2112125A; GB2112125B; US4742684A; DE3247169A1; JPS58110920A; FR2519079B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern, der ein Hauptrohr und zwei davon entgegengengesetzt radial wegragende Zweigrohre mit jeweils stromaufwärts weisenden Auslässen aufweist. Ein im Hauptrohr angeordneter Brennstoffeinspritzer weist zwei Einspritzdüsen zur Erzeugung zweier Brennstoffstrahlen auf, die jeweils einem der beiden Zweigrohre zugeordnet sind. Um eine über den gesamten Umfang des Hauptrohres gleichmäßige Kühlung von dessen Wand zu erreichen, sind die beiden Einspritzdüsen derart orientiert, daß sie die Brennstoffstrahlen auf die zwischen den beiden Zweigrohren gelegenen Wandbereiche des Hauptrohres aufsprühen. Damit der eingespritzte Brennstoff gleichmäßig auf die beiden Zweigrohre verteilt wird, unterteilt ein Leitblech das Innere des Hauptrohres zwischen dem Brennstoffeinspritzer und den Zweigrohren in zwei Kanäle, von denen jeder durch eine der beiden Ein spritzdüsen mit Brennstoff gespeist wird und in eines der beiden Zweigrohre geführt.

Description

b)

daß die Einspritzdüsen (24) in einer Ebene (;I2) liegen, die senkrecht zu der die Achsen des Hauptrohres (12) und der Zweigrohre (18) einhakenden Ebene (31) verläuft und derart orientiert sind, daß sie den Brennstoff auf die Innenwände derjenigen Wandbereiche des Hauptrohres sprühen, die in der Umgebung der Schnittlinie der die Einspritzdüsen (24) enthaltenden Ebene (32) mit dem Hauptrohr (12) liegen und
daß die Trennwand (26)

— entweder diagonal zwischen der die Einspritzdüsen (24) enthaltenden Ebene (32) imrt der die Rohrachsen enthaltenden Ebene (31) verläuft

— oder an iteem deü Einspritzdüsen (24) zugewandten 2nde in der die Rohrachsen enthaltenden Eben'. (31) und an ihrem den Einspritzdüsen abgewandten Ende in der die Einspritzdüsen enthaltenden Ebene (32) verläuft und dazwischen verwunden ist.

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern werden üblicherweise in Form einer T-artigen Konstruktion ausgebildet und bestehen demgemäß aus einem etwa zylindrischen Hauptrohr, von dessen stromabwärtigem Ende zwei Zweigrohre nach beiden Seiten wegragen, die in rückwärts, also in Richtung zum stromaufwärtigen Ende der Brennkammer hin orientierten Auslaßöffnungen ausmünden.

Bei einem aus der US-PS 29 56 404 bekannten Brenristoffverdampfer dieser Art ist im Hauptrohr eine einzige Brennstoffeinspritzdüse vorgesehen, und von einer mit einigem Abstand hinterhalb dieser einzigen Brennstoffeinspritzdüse gelegenen Stelle an unterteilt eine Trennwand das Hauptrohr in zwei jeweils einem der beiden Zweigrohre zugeordneten Kanäle, wobei diese Trennwand in einer zu der die Achsen des Hauptfohfes und der Zweigrohre enthaltenen Ebene senkrechten Axialebene verläuft. Stromab der Einspritzdüse ist arn stromaufwärtigen Ende der Trennwand eine kleine Prallplatte angeordnet, die zur Verstäubung und gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs auf die beidsn Hauptrohrkanäle beitragen soll.

Ein ähnlicher Brennstoffverdampfer, bei dem anstelle nur einer einzigen Brennstoffeinspritzdüse jedem der beiden durch die Trennwand unterteilten Hauptrohrkanäle eine eigene Einspritzdüsenöffnung vorgesehen sein kann und somit dem Oberbegriff des Patentanspruchs entspricht, ist aus der GB-PS 12 73 017 bekannt.

Be; solchen T-Verdampfern tritt das Problem auf, daß das Hauptrohr teils gekühlte Umfangsbereiche, teils aber den heißen Brenngasen ausgesetzte Umfangsbereiche aufweist Die im Bereich der Schnittlinien zwi-

to sehen einer die Achsen des Hauptrohres und der beiden Zweigrohre enthaltenen Ebene mit der Hauptrohrwand liegenden Umfangsabschnitte der Hauptrohraußenwand werden nämlich von dem verhältnismäßig kühlen Gemisch gekühlt, das aus den zum stromaufwärtigen

-"> Brennkammerende hin ausmündenden Zweigrohren austritt, wohingegen die im Bereich zwischen den beiden Zweigrohren, also bei den bekannten Verdampfern im Bereich der Schnittlinien der Trennwandhauptebene mit der Hauptrohraußenwand liegenden Umfangsabschnitte der Hauptrohraußenwand keine derartige Kühlung an der Außenwandfläche erfahren und vielmehr den heißen Brenngasen ausgesetzt sind. Dadurch ergeben sich im Verlauf des Hauptrohrumfangs starke Temperaturgradienten, die zu früher Ermüdung und Rißbildung des Hauptrohrmaterials führen und daher einen beträchtlichen Aufwand an Inspektions- und Reparaturarbeiten erfordern

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Brennstoffverdampfer der in Rede stehenden Gattung im Hinblick auf eine weitgehende Bewältigung dieses Problems derart auszubilden, daß die Entstehung starker Temperaturgradienten im Verlauf des Hauptrohrumfangs vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird das obengenannte Problem also dadurch bewältigt, daß die Brennstoffeinspritzdüsen aufgrur-d ihrer Orientierung den kühlen Brennstoffsprühstrahl gerade auf die von außen nicht gekühlten, sondern den heißen Brenngasen ausgesetzten Wandbereiche des Hauptrohres richten und diese von innen stärker kühlen. Die Achsen der Brennstoffdüsen verlaufen bei der erfindungsgemäßen Anordnung also in derjenigen Axialebene, in welcher bei den obenerwähnten bekannten Verdampfern die Trennwand verläuft. Diesem Umstand wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion durch die besondere Anordnung der Trennwand Rechnung getragen, die entweder diagonal zwischen den beiden Einspritzdüsen oder derart verwunden verläuft, daß ihr stromaufwärtiges Ende in der durch die Achsen der beiden Zweigrohre bestimmten Axialebene des Hauptrohres, ihr stromabwärtiges Ende dagegen in einer dazu senkrechten Axialebene verläuft.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben, in welchen zeigt
F i g. 1 den stromaufwärtigen Teil einer Gasturbinenbrennkammer mit einem Verdampfer nach der Erfindung im Axialschnitt,

F i g. 2 einen in Richtung des Pfeiles A in F i g. 1 gesehenen Axialschnitt durch den Verdampfer,

F i g. 3 einen Querschnitt des Verdampfers in der Ebene II1-III in F i g. 2, und

Fig.4 eitien Querschnitt ähnlich Fig.3 einer abgewandelten Ausführungsform des Verdampfers.
Gemäß den Zeichnungen weist der Verdampfer 10

ein zylindrisches Hauptrohr 12 auf, das an seinem stromaufwärtigen Ende 14 mit der stromaufwärtigen Wand der Brennkammer 16 verbunden ist Am stromabwärtigen Ende des Hauptrohres 12 sind zwei einander gegenüberliegende radiale Zweigrohre 18 angeordnet, die in kreisförmigen, stromaufwärts weisenden Gemischauslässen 20 endigen.

Aus dem Auslaß 21 des Triebwerksverdichters tritt Luft in das Einlaßende des Verdampferhauptrohres ein, nimmt Brennstoff auf, der von einem vom einlaßseitigen ι ο Hauptrohrende aus in dieses hineinragenden Brennstoffeinspritzer 22 eingespritzt wird, und strömt durch die Auslässe 20 in das Innere der Brennkammer ein.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, strömt das Gemisch aus Luft und verdampftem Brennstoff von den Auslässen 20 des Verdampfers zum stromaufwärtigen Ende der Brennkammer 10 und gelangt dabei über diejenigen Teile der Außenoberfläche des Verdampferhauptrohres, die entlang der Auslässe verlaufen, und trägt zu deren Kühlung bei. Diejenigen Teile der Außenwandfläehe des Hauptrohres, die zwischen den beiden Auslassen 20 liegen, sind jedoch den heißen Gasen in der Brennkammer ausgesetzt

Die durch das Innere des Verdampferhauptrohres strömende Luft trägt ebenfalls zur Kühlung des Verdampfers bei, aber auch der aus dem Brennstoffeinspritzer 22 eingespritzte Brennstoff wird zur Innenwandfläche des Verdampferhauptrohres hin gerichtet, um eine zusätzliche Kühlung zu bewirkea

Zur gleichmäßigen Verteilung der Kühlwirkung auf den ganzen Umfang des Verdampferhauptrohres und um auf diese Weise etwaige Temperaturgradienten entlang des Hauptrohrumfangs minimal zu halten, sprühen die beiden Einspritzdüsen 24 des Brennstoffeinspritzers 22 den Brennstoff auf die Innenwandfläche derjenigen Bereiche der Hauptrohrwand auf, die zwischen den beiden Zweigrohren 18 liegen. Dies ist in den F i g. 2 und 3 deutlich erkennbar. Um jedoch auch sicherzustellen, daß der eingespritzte Brennstoff gleichmäßig auf die beiden Zweigrohre verteilt wird, ist eine Trennwand 26 vorgeseher das von den beiden Einspritzdüsen 24 aus bis zu den beiden Zweigrohren 18 verläuft und das Innere des Hauptrohres in zwei Strömungswege unterteilt, die jeweils in eines der beiden Zweigrohre führen.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, ist die Trennwand 26 diagonal zwischen der die Achsen des Haupirohres und der Zweigrohre enthaltenden Ebene 31 und der die Einspritzdüsen enthaltenen Ebene 32 im Verdampferhauptrohr angeordnet und unterteilt dessen Inneres in zwei längsverlaufende Strömungskanäle, in welche Brennstoff jeweils von einer dsr beiden Einspritzdüsen eingespritzt wird und die jeweils mit einem der beiden Zweigrohre in Verbindung stehen.

Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Kühlung des Verdampferhauptrohres über dessen Umfang erreicht, ohne daß dadurch die gleichmäßige Verteilung des eingespritzten Brennstoffs auf die beiden Verdampferauslässc 20 gestört wird.

Obwohl bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Hauptrohr, jeweils zylindri- sehe Zweigrohre und kreisförmige Auslässe vorgesehen sind, können diese geometrischen Formen und Anordnungen dieser Teile des Verdampfers nach Bedarf variiert werden.

Bei herkömmlichen Verdampfern ist häufig eine Blende vorgesehen, wie sie in F i g. 1 mit gestrichelten Linien bei 30 angedeutet ist, um die Kühlung der Wände der Zweigrohre an der Inp?sseite der Biegung zu verbessern. Um dies bei dem erfindungsgemäßen Verdampfer zu ermöglichen, kann die Trennwand eine verwundene Form haben, wie in F i g. 4 dargestellt ist, so daß sie im Bereich der beiden Einspritzdüsen quer zu der Ebene 32, auf welcher die beiden Einspritzdüsen liegen, im Bereich der Zweigrohre jedoch in der Ebene 32 verläuft

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern, mit einem stromaufwärtig offenen und stromabwärtig geschlossenen Hauptrohr sowie zwei um stromabwärtigen Hauptrohrende zueinander entgegengesetzt radial abzweigenden Zweigrohren mit jeweils einem zum stromaufwärtigen Ende öler Brennkammer orientierten Auslaß, wobei das Hauptrohr durch eine Trennwand in Längsrichtung in zwei jeweils einem der beiden Zweigrohre zugeordnete Kanäle unterteilt ist, und mit einem im Hauptrohr angeordneten Brennstoffeinspritzer mit zwei den beiden Hauptrohrkanälen zugeordneten Einspritzdüsen, dadurch gekennzeichnet,