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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Kraftstoffeinspritzer für Gasturbinenmotoren, die mit
Gas und zumindest einem alternativen Kraftstoff arbeiten. Eine typische
Anwendung ist ein Gasturbinenmotor, der mit Gas als Primär- oder
Hauptbrennstoff und Flüssigkeit
als Sekundär-
oder Hilfskraftstoff arbeitet.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige
Kraftstoffeinspritzer enthalten normalerweise getrennte Einspritzleitungen
für gasförmige und
flüssige
Kraftstoffe, wobei die Leitungen für jeden der beiden Kraftstoffe
zu getrennten Sätzen
Kraftstoffeinspritzöffnungen
führen,
so dass jeder Kraftstoff getrennt in eine Verbrennungskammer eingespritzt
wird, die mit dem Kraftstoffeinspritzer verknüpft ist. Um eine gute Vermischung
der Kraftstoffe mit der Luft in der Verbrennungskammer zu fördern, werden
normalerweise sowohl der flüssige
als auch der gasförmige
Kraftstoff „vorverwirbelt", bevor sie in die
Verbrennungskammer eingespritzt werden. Dies wird durch Einbau sogenannter "Verwirbelungsflügel" in die Einspritzleitungen
vor oder in den Einspritzöffnungen
erreicht, wobei diese Flügel
den Strom ablenken, um die Kraftstoffe ausreichend zu verwirbeln,
wenn sie die Flügel
passieren.
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Während des
Betriebs einer derartigen auf flüssigem
und gasförmigem
Kraftstoff arbeitenden Turbine lediglich mit Sekundärkraftstoff
treten heiße
Verbrennungsprodukte aus der primären Verbrennungszone in die Einspritzöffnungen
für den
Primärkraftstoff
in dem Kraftstoffeinspritzer ein, es sei denn, es werden Maßnahmen
getroffen, dieses zu verhindern. Somit kann eine Zirkulation der
heißen
Verbrennungsprodukte in die Primärkraftstoffleitungen
im Einspritzer auftreten. Dieses Problem vergrößert sich für Brenner, die als Primärkraftstoff
gasförmigen
Kraftstoff mit niedrigem Heizwert (LCV) verwenden, da die Gaseinspritzöffnungen
für solche Systeme
größer sind,
als jene, die für
den Betrieb mit Erdgas ausgestaltet sind. Die Aufnahme von Verbrennungsprodukten
in dieser Weise kann eine Beschädigung
oder Verstopfung der Gasleitungen verursachen.
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Es
ist bereits bekannt, diesem Problem zu begegnen, indem die Leitungen
für den
gasförmigen
Primärkraftstoff
z.B. unter Verwendung von komprimierter Luft oder Dampf gespült werden,
wenn die Einspritzvorrichtung mit Sekundärkraftstoff arbeitet.
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Patent
Nr.
GB 2,283,088 B offenbart
ein früheres
Modell einer Einspritzvorrichtung, die Spüllöcher verwendet, um der Zuführungsleitung
für Primärkraftstoff
für diesen
Spülvorgang
komprimierte Luft aus dem Kompressor zuzuführen. Als solches hat es im
wesentlichen die oben diskutierten Schwierigkeiten in bezug auf
die Öffnungen
für den
Primärkraftstoff
verringert. Bei einem späteren
Modell einer Einspritzvorrichtung eines im allgemeinen vergleichbaren
Typs treten jedoch unter bestimmten Betriebsbedingungen immer noch
gasförmige
Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer durch eine äußere Anordnung
von kleineren Einspritzöffnungen
in die Zuführungsleitungen
für Primärkraftstoff
ein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Kraftstoffeinspritzer für einen
Zweistufen-Vergasungsbrenner eines Gasturbinenmotors bereit, der
mit einem ersten und zweiten fluiden Kraftstoff betrieben werden
kann, und bei dem mehrere Kraftstofföffnungen zum Einspritzen des
ersten Kraftstoffs in den Vergasungsbrenner während des Betriebs des Motors
mit dem zweiten Kraftstoff Verbrennungsprodukten ausgesetzt sind,
wobei der Kraftstoffeinspritzer enthält:
einen Kraftstoffverteiler
mit einem stromaufwärts
angeordneten Bereich zur Aufnahme des ersten Kraftstoffs und einem
stromabwärts
angeordneten Bereich zur Beschickung der mehreren Kraftstofföffnungen
mit dem ersten Kraftstoff;
Trennwände, die den stromabwärts angeordneten
Bereich des Kraftstoffverteilers in eine radial äußere ringförmige Kraftstoffzuführungsleitung
zur Beschickung eines radial äußeren Satzes
mehrerer Kraftstofföffnungen
und eine radial innere ringförmige
Kraftstoffzuführungsleitung
zur Beschickung eines radial inneren Satz mehrerer Kraftstofföffnungen
aufteilen;
eine ringförmige
Luftleitung für
komprimierte Luft, die von einer Außenwand des Kraftstoffverteilers
und einem äußeren Abschirmelement,
das den Kraftstoffeinspritzer umgibt, begrenzt wird;
einen
ersten Satz Luftspüllöcher in
der äußeren Verteilerwand,
der stromaufwärts
der Trennwände
angeordnet ist, um eine Fluidverbindung zwischen der Luftleitung
und dem ringförmigen
Kraftstoffverteiler zu erlauben und
einen zweiten Satz Luftspüllöcher in
der äußeren Verteilerwand,
der stromabwärts
des ersten Satzes Spüllöcher angeordnet
ist, um eine direkte Fluidverbindung zwischen der Luftleitung und
der radial äußeren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung
zu erlauben, wobei der Druck während
des Motorbetriebs mit dem zweiten Kraftstoff sowohl in der radial
inneren als auch der äußeren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung
größer als der
in dem Vergasungsbrenner gehalten wird, womit ein Eintreten heißer Verbrennungsprodukte
sowohl durch den radial inneren als auch den äußeren Satz Kraftstofföffnungen
verhindert wird.
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Der
zweite Satz Luftspüllöcher kann
radial so ausgerichtet sein, dass er Spülluft so ausrichtet, dass sie
auf die Trennwände
zwischen der radial äußeren Kraftstoffzuführungsleitung
und der radial inneren Kraftstoffzuführungsleitung trifft, was die
vorteilhafte Wirkung hat, sie zu kühlen. Der zweite Satz Luftspüllöcher steht
jedoch bevorzugt schräg
in Bezug auf die Längserstreckung
der radial äußeren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung,
um so die Spülluft
sowohl mit radialen als auch stromabwärts gerichteten Strömungskomponenten
in diese zu richten.
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Damit
der radial innere Satz Kraftstofföffnungen den ersten Kraftstoff
mit Geschwindigkeitskomponenten sowohl in Richtung stromabwärts und
als auch radial nach außen
in den Vergasungsbrenner einspritzt, sind diese Öffnungen in einer allgemein
konisch zusammenlaufenden Abschlusswand der radial inneren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung
vorgesehen, wobei die Abschlusswand vom radial äußeren Satz Kraftstofföffnungen
in Richtung stromabwärts
konvergiert, in welchem Fall der zweite Satz Luftspüllöcher so
angeordnet sein und schräg
stehen kann, dass er Spülluft
auf die radial inneren Kanten des radial äußeren Satzes Kraftstofföffnungen
richtet und damit entlang der Außenfläche der konischen Abschlusswand.
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Bevorzugt
ist der Auslass der radial äußeren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung
mit einer kreisförmigen
Anordnung Fluid ablenkender Flügel
versehen, die das vorbeiströmende
Fluid in eine Wirbelbewegung versetzen können. Vorteilhaft ist jedes
Spülloch
im zweiten Satz Spüllöcher zwischen
benachbarten Fluid ablenkenden Flügel angeordnet.
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Um
die komprimierte Luft aus der ringförmigen Luftleitung in den Zweistufen-Vergasungsbrenner
einzuführen,
sind Auslassöffnungen
der ringförmigen
Luftleitung in einer ringförmigen
Anordnung von benachbarten Fluid ablenkenden Flügel begrenzt, die das vorbeifließende Fluid
in Wirbelbewegung versetzen.
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Um
einen mageren Verbrennungsbetriebsmodus des Zweistufen-Vergasungsbrenner
während
des Betriebs unter Verwendung lediglich des ersten Kraftstoffs zu
vereinfachen, sind der erste und zweite Satz Spüllöcher so bemessen, dass sie
erlauben, dass eine ausreichende Menge des ersten Kraftstoffs durch
die Spüllöcher in
die Luftleitung austritt, um sich mit der komprimierten Luft zu
vermischen und damit eine Wirkung auf den Verbrennungsprozess zu
haben, die mit einer Reduzierung des Heizwerts des gasförmigen Kraftstoff ver gleichbar
ist, um so die Erzeugung von Stickoxiden während des Verbrennungsvorgangs
zu reduzieren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Beispielhafte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 ein
Axialschnitt durch einen Kraftstoffeinspritzer nach dem Stand der
Technik ist und
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2 ein
Axialschnitt durch einen Kraftstoffeinspritzer nach der Erfindung
ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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Nach 1 hat
die Einspritzvorrichtung 1 einen runden Querschnitt und
ist in das stromaufwärts
angeordnete Ende eines Zweistufen-Vergasungsbrenners eingebaut,
dessen Verbrennungskammerwand W von der Einspritzvorrichtung I aus
in Richtung stromabwärts
divergiert. Im vorliegenden Beispiel stimmen die Mittelachsen CL
des Zweistufen-Vergasungsbrenners
und der Einspritzvorrichtung überein,
wobei es sich bei dem Zweistufen-Vergasungsbrenner um einen Typ
mit rundem Querschnitt „einen
Topf" handelt. Die
Erfindung kann jedoch ebenfalls für ringförmige Zweistufen-Vergasungsbrenner
eingesetzt werden. In diesem Fall kann es sich bei der Einspritzvorrichtung
I um eine von mehreren vergleichbaren Einspritzvorrichtungen handeln, die
in äquivalenten
Winkelabständen
um das stromaufwärts
angeordnete Ende des Zweistufen-Vergasungsbrennerringraums angeordnet
sind. Stromaufwärts
der Einspritzvorrichtungen ist eine Quelle für Verbrennungsluft, d.h. ein
Luftkompressor (nicht dargestellt) des Gasturbinenmotors, der den
Zweistufen-Vergasungsbrenner
enthält,
angeordnet. Komprimierte Luft aus dem Kompressor wird in den Raum,
der die Zweistufen-Vergasungsbrenner
umgibt, geleitet und tritt durch die Einspritzvorrichtungen, um
die Verbrennung von Kraftstoff mit der Luft in der 'Primären Verbrennungszone' 2 des Zweistufen-Vergasungsbrenners
stromabwärts
der Einspritzvorrichtungen zu erlauben.
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Der
Primärkraftstoff
G, ein Gas mit niedrigem Heizwert, wird aus einem Verteiler (nicht
dargestellt) über
Zuführungsleitungen
(nicht dargestellt) in eine ringförmige Gasleitung oder einen
Verteiler 3 eingespeist, der den radial inneren und äußeren Ring
Gasöffnungen 4a, 4b speist.
Eine zylindrische Wand 7 teilt den stromabwärts angeordneten
Bereich des ringförmigen
Gasverteilers 3 in eine radial äußere ringförmige Kraftstoffzuführungsleitung 8,
die den radial äußeren Ring
von Gasöffnungen 4b speist,
und eine radial innere ringförmige Kraftstoffzuführungsleitung 9 zur
Beschickung des radial inneren Rings Kraftstofföffnungen 4a. Die zylindrische
Wand 7 ist eine Fortsetzung einer allgemein konischen stromabwärts angeordneten
Abschlusswand 5 der inneren ringförmigen Kraftstoffzuführungsleitung 9,
wobei die konische Form in Richtung stromabwärts konvergiert. In diesem
konischen Bereich sind Gas-Einspritzöffnungen 4a vorgesehen,
so dass sie den gasförmigen
Kraftstoff mit Geschwindigkeitskomponenten sowohl in Richtung stromabwärts als
auch radial nach außen
in die Primärzone 2 des
Zweistufen-Vergasungsbrenner einspritzen. Die Kraftstoffstrahlen,
die aus den Öffnungen 4a in
der konischen Wand 5 austreten, können mit Speichen verglichen
werden, die sich von einer Nabe aus erstrecken.
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Die
radial äußere ringförmige Kraftstoffzuführungsleitung 8 enthält eine
ringförmige
Anordnung kleiner Leitflügel 6,
die in einem flachen Winkel in Richtung stromabwärts angeordnet sind, was bedeutet,
dass die Flügel 6 entlang
des Umfangs zwischen ihren stromaufwärts und stromabwärts angeordneten
Enden versetzt sind. Die Öffnungen 4b sind
zwischen benachbarten Flügeln 6 ausgebildet,
die als 'Verwirbelungseinrichtungen' dienen, so dass
eine Drehbewegung um die Mittellinie CL erzeugt wird und der Kraftstoff
oder das Kraftstoff/Luftgemisch, das an ihnen vorbei strömt, bis
zu einem gewissen Grad in Turbulenz versetzt wird.
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Den
Gasverteiler 3 umgibt eine Abschirmung 10, die
eine Luftleitung 11 begrenzt, die an ihrem stromaufwärts angeordneten
Ende offen ist, um komprimierte Luft A aus einer Kammer C, die die
Einspritzvorrichtung 1 umgibt, einzulassen. Der Strom komprimierter
Luft wird durch die mit durchgezogener Linie dargestellten Pfeile
wiedergegeben. Diese Luft strömt
an dem stromabwärts
angeordneten Ende aus der Leitung 11 in die Verbrennungskammer,
um sich mit dem Kraftstoff aus den benachbarten Öffnungen 4a und 4b zu
vermischen. Vergleichbar mit dem Kraftstoffdurchlass 8 ist
das stromabwärts
angeordnete Ende der Luftleitung 11 mit Verwirbelungseinrichtungen 12 ausgestattet,
um die Vermischung von gasförmigem
Kraftstoff und komprimierter Luft zu verbessern.
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Eine
Außenwand 13 des
Verteiler 3 weist entlang des Umfangs in einer axialen
Position direkt stromaufwärts
des Einlasses der Leitung 8 einen Ring aus in gleichen
Winkelabständen
radial beabstandeten und in sie eingelassenen Löchern 14 auf, welche
durch das stromaufwärts
angeordnete Ende der zylindrischen Wand 7 begrenzt wird.
Die Anordnung ist derart, dass die komprimierte Luft A, sollte kein
unter Druck stehender gasförmiger
Kraftstoff G vorliegen, durch die Spüllöcher 14 in den Verteiler 3 eintreten
kann, um Verteiler unter Druck zu setzen, bevor die Luft durch die Öffnungen 4a und 4b abgelassen
wird.
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Innerhalb
einer radial inneren Wand 16 des Gasverteilers 3 ist
ein sekundärer
Kraftstoffeinspritzer 17 eingesetzt, der flüssigen Kraftstoff
L aus einem Kraftstoffverteiler (nicht dargestellt) aufnimmt und
ihn in die Verbrennungszone 2 einspritzt. Damit ist beabsichtigt,
den Verbrennungsprozess während
der Motor in Gang gesetzt wird und während des Betriebs bei geringer
Leistung zu unterstützen.
Die sekundäre
Einspritzvorrichtung 17 umgibt eine ringförmige Luftleitung 20,
aus der weitere komprimierte Luft A in die Verbrennungszone 2 eingespritzt
wird. Wie durch die Pfeile B angegeben, tritt etwas komprimierte
Luft A aus der Leitung 20, also durch Schlitze oder Leitungen
(nicht dargestellt) in der Einspritzvorrichtung in das Innere der
sekundären
Einspritzvorrichtung 17. Der Einspritzer 17 spritzt
ein Muster aus flüssigem
Kraftstoff und Luft in die Verbrennungszone 2, wobei die
Luft die Einspritzvorrichtung als auf die Mittelachse CL zentrierten
Wirbelkonus mit hoher Geschwindigkeit verlässt und flüssiger Kraftstoff L, wenn er
den Einspritzer verlässt,
von der Luft aufgenommen wird und als verwirbelte, sich konisch
ausbreitende dünne
Kraftstoff/Luftgemisch-Schicht, die den Luftkonus umgibt, wie es
durch die gestrichelten Pfeile dargestellt ist, mit geringerer Geschwindigkeit
in die Verbrennungszone 2 eingespritzt wird. Die inneren
Konstruktionsdetails der Einspritzvorrichtung 17, mit denen
dies erreicht wird, sind hier weder dargestellt noch beschrieben,
da sie für
das Verständnis
und die Durchführung
der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich sind. Beim Verlassen
der Einspritzvorrichtung 17 umgibt die dünne konische
Schicht aus flüssigem
Kraftstoff ferner eine Schicht aus komprimierter Luft A mit hoher
Geschwindigkeit aus der ringförmig
Leitung 20. Auch hier ist der Auslass der Leitung 20 wieder
mit einem Ring aus Verwirbelungsflügeln 22 versehen,
um diese Luftschicht um die Mittelachse CL im gleichen Rotationssinn
zu verwirbeln, wie die Einspritzvorrichtung 17 die Schicht
aus flüssigem
Kraftstoff und den zentralen Luftkonus verwirbelt.
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Es
ist von Bedeutung, dass ein derartiger Einspritzvorgang der co-rotierenden
Körper
aus Luft und flüssigem
Kraftstoff die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen
und mit den sich daraus ergebenden Scher- und Zentrifugalkräften schnell
aufbricht und den flüssigen
Kraftstoff atomisiert und beginnt, ein Kraftstoff/Luftgemisch um
die Verbrennungszone 2 zu verteilen, wo es verbrannt wird.
Die resultierende Zirkulation der Verbrennungsprodukte wird durch
die breiten Pfeile wiedergegeben.
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Während des
Betriebs allein mit flüssigem
Kraftstoff neigen die Verbrennungsprodukte dazu, die in der Nähe der Gaseinspritzvorrichtung
zirkulieren, durch die Kraftstoffein spritzeröffnungen
4a und
4b in
den Verteiler
3 einzutreten. In dem älteren Patent
GB 2,283,088 B wurde dieses
Problem mit einer vergleichbaren, jedoch nicht identischen Ausgestaltung
eines "auf zwei
Kraftstoffen arbeitenden" Zweistufen-Vergasungsbrenners
gelöst,
indem ein Ring aus Luftspüllöchern
14 vorgesehen
war, die den Verteiler
3 unter Druck setzen. Bei Versuchen
mit der vorliegenden Ausgestaltung stellte sich jedoch heraus, dass
wenn der Zweistufen-Vergasungsbrenner mit flüssigen Kraftstoff betrieben
wird, bei einigen Verbrennungsbedingungen ein Eindringen der Verbrennungsprodukte
durch Öffnungen
4b in
den Verteiler
3 zu beobachten ist, wie es durch den Pfeil
P dargestellt ist. Es wird vermutet, dass diese Neigung durch einen
Venturi-Effekt verstärkt
wird, wobei der Luftstrom aus den Spüllöchern
14 über die Öffnung der
Verwirbelungsflügel
aufweisenden Leitung
8 einen Niederdruckbereich im Flügeldurchlass
8 erzeugt,
der die Verbrennungsprodukte einsaugt.
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Die
Verbrennungsprodukte haben eine hohe Temperatur und verursachen
Beschädigungen
an den Verwirbelungseinrichtungen 6, die so ausgelegt sind,
dass sie nur den niedrigeren Temperaturen des zugeführten gasförmigen Kraftstoffs
G und der komprimierten Luft A Stand halten. Rückzirkulation der Verbrennungsprodukte
an den Verwirbelungseinrichtungen 6 vorbei und durch den
Verteiler 3 und die Öffnungen 4a hinaus
bedeutet ebenfalls ein Risiko. Feststoffe aus den Verbrennungsprodukten
setzen sich in dem Gasverteiler 3 ab und der Wirkungsgrad
des Zweistufen-Vergasungsbrenners wird reduziert.
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Ein
erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzer
ist in 2 dargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen wie
in 1 verwendet werden. Ein weiterer Ring Spüllöcher 15 ist
in der Außenwand 13 der
Verwirbelungsflügel
aufweisenden Leitung 8 vorgesehen, um sicherzustellen,
dass während
des Betriebs mit flüssigem
Kraftstoff der statische Druck in der Leitung 8 immer größer als
der in der Primärzone 2 des
Vergasungsbrenners ist. Die Pfeile in 2 zeigen,
wie der resultierende Luftstrom durch die Verwirbelungsflügel aufweisende
Leitung 8 das Eindringen der Verbrennungsprodukte an den
Verwirbelungsflügeln
vorbei verhindert.
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Der
zweite Satz Spüllöcher 15 muss
in der Verwirbelungsflügel
aufweisenden Leitung 8 angeordnet sein, um dem Venturi-Effekt des Luftstroms
aus dem ersten Satz Spüllöcher 14 entgegen
zu wirken. Sie können
ausschließlich
radial ausgerichtet sein, in welchem Fall sie eine wirkungsvolle
Aufblaskühlung
der zylindrischen Trennwand 7 bewirken würden. Bevorzugt
sind die Löcher 15 jedoch
sowohl radial als auch längs
der Leitung in Richtung der Auslassöffnungen 4b geneigt,
um den Luftstrom entlang der Verwirbelungsflügel aufweisenden Leitung 8 in
die Zweistufen-Vergasungsbrennerkammer 2 zu
verstärken,
in welchem Fall ihre Aufblas-Kühlwirkung
minimiert ist. Wenn die sekundären
Spüllöcher wie
dargestellt angeordnet und geneigt sind, d.h. in der Nähe der Öffnungen 4b zwischen
benachbarten Verwirbelungsflügeln
angeordnet und geneigt sind, um die Spülluft auf die radial inneren
Kanten der Öffnungen 4b zu
richten, wird die komprimierte Luft dazu gebracht, überzufließen und über einen
Film die Außenfläche des
Kraftstoffeinspritzerkonus 5 zu kühlen, wie es durch den Pfeil
F gezeigt ist. Dies ist vorteilhaft, da der Kraftstoffeinspritzerkonus 5 der
Verbrennungswärme ausgesetzt
ist und die komprimierte Luft eine nützliche Kühlwirkung bereitstellt. Der
schräge
Winkel Θ zwischen
der zylindrischen Wand 7 und dem Kraftstoffeinspritzerkonus 5 kann
an einer Verbindung zwischen zwei verschiedenen Materialien vorliegen
und daher besonders empfindlich gegenüber Beschädigungen durch hohe Temperaturen
sein. Damit wird die Luft aus den Spüllöchern 15 höchst vorteilhaft
im gleichen Winkel ausgerichtet, um den Strom über die Oberfläche des
Kraftstoffeinspritzerkonus 5 zu verstärken.
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Wenn
die Einspritzvorrichtung mit dem primären gasförmigen Kraftstoff G arbeitet,
erhöht
sich der Druck des gasförmigen
Kraftstoffs von Null aus und der Strom oder das Austre ten von Luft
aus der Luftleitung 11 durch beide Sätze Öffnungen 14 und 15 reduziert
sich infolgedessen, da der entgegen wirkende Druck des gasförmigen Kraftstoffs
ansteigt. Über
dieses 'Druckgleichgewicht' kehrt der erhöhte Gasdruck
die Stromrichtung um, was einen Gasaustritt durch die Öffnungen 14 und 15 und
ein Überlaufen
in die Luftleitung 11 bewirkt. Es wird verhindert, dass
sich ein derartiges Auslaufen stromaufwärts bewegt und einen Flammenrückschlag durch
die Abschirmung 10 bewirkt, was die übergelaufene Menge in dem schnell
fließenden
Luftstrom nahe der Wand 13 der Einspritzvorrichtung einschließt und mitreißt. Der
ausgelaufene Kraftstoff und die Luft werden ferner durch die Verwirbelungseinrichtungen 12 vermischt,
um ein Vorgemisch aus Kraftstoff und Luft bereitzustellen, bevor
es in die Verbrennungszone 2 austritt. Ein weiterer Vorteil
der Neigung der sekundären
Spüllöcher 15 in
die dargestellte Richtung stromabwärts besteht darin, dass ihre
Neigung den Rückfluss
an Gas aus der Verwirbelungsflügel
aufweisenden Leitung 8 in die Luftleitung 11 minimiert.
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Zusätzlich zu
obigen Überlegungen
im Hinblick auf Spülen
und Austritt/Rückschlag
stellt das Vorliegen von Spülluft
während
des Betriebs mit Sekundär-(flüssigem)-Kraftstoff
die Primärzone 2 stöchiometrisch
vorteilhaft neu ein. Eine magere Mischung wird erzeugt, was für die Kontrolle
der Rauchemissionen vorteilhaft ist. Ferner wird durch den Kraftstoffwechsel
zu LCV gasförmigen
Kraftstoff (was, wie oben erklärt,
den Spülluftstrom
durch die Spüllöcher verhindert)
die Stöchiometrie
der Primärzone
relativ reicher, was für
die Kontrolle der Kohlenmonoxidemission bei Niederlast von Vorteil
ist.
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Es
kann auch ein passiv gespülter
Kraftstoffeinspritzer der beschriebenen Art verwendet werden, um Emissionen
an Stickoxiden (NOx) aus dem Verbrennungsprozess
zu reduzieren, indem die Öffnungsgröße der Löcher 14 und 15 vergrößert wird,
so dass ein größerer Bereich
des gasförmigen
Kraftstoff durch die Löcher in
die Luftleitung 11 und die Verwirbelungseinrichtungen 12 treten
kann. Dieser Bereich wird partiell mit der verwirbelten Luft gemischt.
Dies wird dieselbe Wirkung wie eine Reduktion des Heizwertes des
gasförmigen Kraftstoffs
und zu einer Reduktion der NOx-Emissionen
führen.
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Der
Vorteil dieses Verfahrens zur NOx-Kontrolle
gegenüber
vorgemischten Systemen mit Kraftstoffvorversorgung für die Inbetriebnahme
und die Flammenstabilität
beruht auf der Einfachheit sowohl des Kraftstoff- als auch des Steuersystems,
da lediglich ein Verteiler für
gasförmigen
Kraftstoff und eine Steuerung für
den Gasstrom erforderlich sind.
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Bei
Verbrennungsbedingungen zwischen Inbetriebnahme und direkt vor einem
Wechsel von flüssigem zu
gasförmigem
Kraftstoff, ist der Druck in der Brennkammer (Primärzone 2)
geringer als der Luftzuführdruck des
Kompressors in der Luftleitung 11 und dem Gasverteiler 3.
Der Wechsel zu gasförmigem
Kraftstoff erfolgt bei Betriebsbedingungen einer vorgegebenen Last,
und der Gasdruck in dem Verteiler wird über den Luftdruck in der Luftleitung 11 ansteigen
und es damit dem Gas ermöglichen,
aus den Spüllöchern 14 auszutreten
(und in Abhängigkeit
von der Neigung möglicherweise
den sekundären
Spüllöchern 15),
um sich mit der Luft zu vermischen. Der Punkt während des Betriebs, an dem
dies erfolgt, kann durch Parameter betreffend die Ausgestaltung
der Löcher,
der Luftleitungen und den Druckabfall des Kompressors bestimmt werden.
Der Betriebsbereich, während
dessen dieser Prozess erfolgt, kann so gewählt sein, dass er lediglich
die Startbedingungen oder jeden beliebigen Zwischenbereich bis zum
sogenannten „lastfreien" Punkt „mit voller
Drehzahl" abdeckt.
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Bei
der Entwicklung der Erfindung wurden eine Reihe von Untersuchungen
durchgeführt,
um die Betriebsdaten der passiv gespülten Kraftstoffeinspritzvorrichtung
mit dem nächstkommenden
Stand der Technik zu vergleichen. Diese Untersu chungsergebnisse,
wie sie in der Tabelle unten dargestellt sind, zeigen deutlich die
Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber der dem Stand der Technik
entsprechenden Erfindung
GB 2,283,088 .
In der Tabelle betrifft T
a die Temperatur
in dem Verwirbelungsflügeldurchlass
8 T
b die Temperatur in dem Verteiler
3.
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Beide
Untersuchungsreihen, die mit der Einspritzvorrichtung aus
GB 2,283,088 durchgeführt wurden, zeigen
in allen Fällen
eine T
a, das erheblich größer als
T
b ist. Dies zeigt, dass heiße Verbrennungsprodukte zurück durch
die Verwirbelungsflügel
zirkulieren. Die Untersuchungen des Kraftstoffeinspritzers aus
GB 2,283,088 mussten abgebrochen
werden, bevor die Leistungsdaten für "Niederlast"-Bedingungen aufgenommen werden konnten,
da T
a so niedrig war, dass eine große Wahrscheinlichkeit
bestand, den Kraftstoffeinspritzer zu beschädigen.
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Das
obige Problem tritt während
der Untersuchungen des Betriebsverhaltens an der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung nicht auf. Bei beiden Belastungsbedingungen zeigen die
Ergebnisse, dass Ta geringfügig niedriger
als Tb ist und bei einer Temperatur liegt,
die mit der Temperatur der eintretenden komprimierten Luft vergleichbar
ist. Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass Löcher für die Spülluft 15 eine Rückzirkulation
der Verbrennungsprodukte sowohl durch die Verwirbelungsflügel als
auch durch die Hauptgasöffnungen
verhindern und infolgedessen die mit dem Stand der Technik verbundenen
Probleme gelöst
werden.
