DE811056C - Brennkammeranordnung fuer fluessige Brennstoffe fuer Brennkraftturbinen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 16. AUGUST 1951

p 35964 I a 146 f D

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammeranordnung für Brennkraftturbinen, die aus einem Kranz langgestreckter, in Richtung ihrer Längsachse nebeneinander angeordneter Brennkammern besteht, die miteinander durch seitliche Übertritte in Verbindung stehen. Jede einzelne dieser Brennkammern besitzt eine normale Brennstoffzuführung, die bei verhältnismäßig niedrigem Druck arbeitet, z. B. einem Druck von ungefähr i,i kg/cm² über dem Druck der Luft in der Kammer bei voller Drosselstellung.

Die Aufgabe besteht darin, die Verbrennung in den verschiedenen Kammern beim Anlassen der Turbine einzuleiten. Die Zündung könnte durch einen sogenannten Fackel- oder Brennerzünder in jeder Kammer sichergestellt werden. Solche Zünder bestehen aus einer zusätzlichen Zerstäubungsvorrichtung für den Brennstoff, die unter einem verhältnismäßig hohen Druck arbeitet, in Verbindung mit einer elektrischen Zündkerze. Solche Zündanlagen sind jedoch kostspielig und schwer von Gewicht, so daß es unzweckmäßig ist,, sie für jede einzelne Kammer vorzusehen.

Die Erfindung besteht darin, daß man zum Anlassen wenigstens eine Kammer mit einem Brennerzünder der genannten Art ausstattet, während die übrigen Kammern, die eine solche Zündvorrichtung nicht aufweisen, einen Hilfsbrennstoffzerstäuber besitzen, der ebenfalls unter verhältnismäßig hohem Druck arbeitet und so angeordnet ist, daß der von ihm zerstäubte Brennstoff in der Kammer durch das brennende Gemisch gezündet werden kann, das durch eine der seitlichen Durchtrittsöffnungen von einer benachbarten Kammer, in der die Zündung bereits erfolgt ist, zutritt. Sobald auf diese Weise sämtliche Kammern gezündet sind,

3°

35

werden die Hilfsbrennstoffzerstäuber abgeschaltet und die Kammern in normaler Weise, d. h. bei verhältnismäßig niedrigem Druck, mit flüssigem Brennstoff versorgt, wobei dieser Brennstoff innerhalb der Kammer verdampft wird, damit die Verbrennung bei einer verhältnismäßig kurzen Länge der Kammer sichergestellt ist.

Es sei hier erwähnt, daß von solchen Anordnungen verschiedene Anlagen sind, bei denen der ίο flüssige Brennstoff normalerweise in jede Kammer unter sehr hohem Druck eingespritzt wird; bei solchen Brennkammeranordnungen ist es üblich, zwei gegenüberliegende Kammern mit elektrischen Zündkerzen oder Brennerzündern zu versehen, die im Bereich der Zerstäubungsstrahlen des Brennstoffes in den Kammern angeordnet sind; dabei werden die seitlichen Verbindungsöffnungen an solchen Stellen angeordnet, daß die brennenden Gase, wenn die Verbrennung in einer Kammer eingeleitet ist, durch diese Übertritte die Flamme in die Bahn der Zerstäuberstrahlen der benachbarten Kammern weiterleiten, um so die Zündung in sämtlichen Kammern sehr schnell unter geeigneten Verhältnissen, d.h. in Meereshöhe, durchzuführen. In großen Höhen jedoch stehen die erforderlichen hohen Zerstäuberdrücke und Luftdrücke nicht zur Verfügung, und unter solchen Umständen treten häufig Schwierigkeiten ein, und die Zündung wird unsicher.

In den Zeichnungen ist

Fig. ι ein schematischer Schnitt durch eine Brennkammeranordnung für eine Brennkraftturbine nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine einzelne Verbrennungskammer, wie sie Teil einer Anordnung nach Fig. 1 bildet; der Schnitt ist hierbei nach der Linie 2-2 in Fig. 3 gelegt.

Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2 unter Fortlassung der Stoßwand;

Fig. 4 veranschaulicht im vergrößerten Maßstab einen Teilschnitt durch einen der die Kammern seitlich verbindenden Durchlässe und die zugehörigen Teile zwischen zwei benachbarten Brennkammern; Fig. 5 ist ein Schnitt durch eine geignete Hilfszerstäubervorrichtung, die in das Gehäuse einer Brennkammer eingesetzt ist; auch diese Abbildung gibt die Teile in dem gleichen vergrößerten Maßstab wieder;

Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine bekannte Ausführungsform eines druckbetätigten Ventils für die Zuführung von Brennstoff zu den Hilfszerstäubern bei entsprechend hohem Druck; die Zeichnung veranschaulicht auch schematisch eine Regelungsvorrichtung für die zugehörige Brennstoffzuleitung.

Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine Brennkammeranlage mit elf Brennkammern 11. Die Brennkammern sind untereinander gleich. Ihre Bauart ist in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht. Sie sind in Richtung ihrer Längsachse nebeneinander auf einem Kreis um die nicht gezeichnete Achse einer Brennkraftturbine herum angeordnet. Je zwei benachbarte Brennkammern sind durch einen an der Seite angeordneten Übertritt 13 miteinander verbunden.

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind zwei gegenüberliegende Brennkammern ii", ii° mit Brennerzündern 15 ausgerüstet; die Anordnung von zwei solchen Zündern ist zweckmäßig für den Fall, daß einer von ihnen versagen sollte. Wie gesagt, sind solche Brennerzünder in der Technik allgemein bekannt; jeder von ihnen besteht aus einer elektrischen Zündkerze und einer Zuleitung, durch die unter entsprechend hohem Druck Brennstoff zerstäubt werden kann, damit er von dem Funken entzündet wird.

Jede der übrigen Brennkammern 11 ist mit einem Hilfszerstäuber 17 ausgerüstet. Diese Hilfszerstäuber werden ebenso wie die Brennerzünder möglichst in der Ebene der Mittellinien der seitlichen Übertritte 13, 13, d. h. in der Ebene der Mittelpunkte der öffnungen 18, 18 für diese Übertritte angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform liegen die Brennerzünder 15 unsymmetrisch zwischen den öffnungen 18, also näher an der einen öffnung als an der anderen; doch ist dies keinesfalls wichtig (Fig. 2 zeigt eine öffnung 19 für den Brennerzünder 15). Es ist jedoch zweckmäßig, jeden Hilfszerstäuber 17 symmetrisch zu den beiden zugehörigen seitlichen Übertritten 13, 13 anzuordnen.

Wie gesagt, besitzt jede der Brennkammern eine längliche Form und arbeitet auf der Grundlage einer Verdampfung des Brennstoffes. Eine solche Brennkammer besteht aus einem äußeren Gehäuse, von welchem ein Teil in der Zeichnung mit 21 bezeichnet ist und durch welches die Luft von links nach rechts in Fig. 2 vom Verdichter kommend der Turbinenanlage zuströmt. Innerhalb dieses Außengehäuses 21 befindet sich ein Innengehäuse, das aus drei sich zum Teil übergreifenden Teilen 23,

24 und 25 besteht. Wo sich diese Gehäuseteile übergreifen, bleiben Ringspalte 26, 26 offen, durch die ein Teil der durch den Ringraum 27 strömenden Mischluft in den Innenraum der Brennkammer eintreten kann. Dadurch werden die Gehäuseteile 24,

25 gegen zu starke Wärmeeinwirkung geschützt. Die Eintrittsseite des Innengehäuses ist durch eine Stoßwand 29 geschlossen. In dieser dient ein Lochkreis zur Aufnahme der Eintrittsöffnungen 30 J-förfniger Rohre 31, deren Autrittsenden 32 um i8o° gekrümmt und der Stoßwand 29 an Stellen zugewandt sind, die zwischen den Löchern zur Aufnähme der Eintrittsöffnungen der Rohre liegen. Die J-förmigen Rohre führen die Primärluft für die Verbrennung, und der Brennstoff wird bei verhältnismäßig niedrigem Druck in die Eintrittsöffnungen 30 aus Brennstoffhauptzuleitungen 34 eingespritzt.

Sekundärluft zur Vervollständigung der Verbrennung innerhalb des Innengehäuses tritt durch Fischschwanzdüsen 36 zu, die in der Stoßwand 29 angeordnet sind und Düsenöffnungen 37 besitzen, die etwa radial zur Brennkammer und im wesentlichen in der Mitte zwischen den Austrittsöffnungen 32, 32 der J-förmigen Rohre 31 liegen.

Die aus dem Innengehäuse ausströmenden Verbrennungsprodukte und die Verbrennung wird im wesentlichen im inneren Gehäuse vollständig ab-

geschlossen, mischen sich in der Kammer 39 mit dem Rest der Mischluft, die durch den Ringraum 27 zuströmt, und werden dann in bekannter Weise der Turbine zugeleitet.

Eine Ausführungsform einer Verbindung 13 zwischen zwei Brennkammern ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Durchtritt verbindet, wie auch aus Fig. 2 und 3 ersehen werden kann, das Innere des Innengehäuses 24 zweier benachbarter Brennkaminern 11. Das AuLSengehäuse 21 dieser beiden Brennkammern ist durch Schweißen oder auf andere Weise mit einem Flansch 40 verbunden, mit dem ihrerseits eine an ihrem äußeren Umfang mit Gewinde versehene Hülse 41 durch Schweißen oder auf andere Weise starr verbunden ist. Das Außengehäuse 21 der anderen Brennkammer ist starr mit einem entsprechenden Flansch 43 und dieser seinerseits mit einer Hülse 44 verbunden. Ein Hohlkolben 45 mit einer Dichtungspackung 46, die gegen die Innenwandung der Hülse 44 liegt, besitzt einen Flansch 47, der axial mittels einer mit Flansch versehenen und auf die Hülse 41 aufgeschraubten Mutter 48 gegen einen Flansch 50 gezogen werden kann; ein Dichtungsring 51 liegt zwischeu dem Flansch 47 und dem anstoßenden Ende der Hülse 41. Der Flansch 50 sitzt an einem rohrförmigen Teil 13", das gleitend mit seinem vom Flansch 50 abgewandten Ende in dem Innengehäuse 24 der benachbarten Brennkammer geführt ist. Umgekehrt bilden der Kolben 45 und der Flansch 47 ein Stück mit einem rohrförmigen Teil 13⁶, das mit seinem freien Ende gleitend in dem Gehäuseteil 24 der anderen Brennkammer geführt ist.

Diese Bauart ermöglicht eine Ausdehnung der beiden Brennkammern bis zur Erreichung der Betriebstemperaturen.

In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel sind Öffnungen 53 im Flansch 50 und Kolben 45 vorgesehen, durch die die durch die Ringräume 27, 27 strömende Mischluft frei hindurchtreten kann. Dadurch wird gleichzeitig ein Druckausgleich und ein Wärmeschutz der Rohrteile 13°, 13* erreicht, öffnungen 55, 55 in den Rohrteilen 13", 13* lassen etwas Mischluft in den Verbindungsraum 13 eintreten.

Fig. 5 veranschaulicht eine zweckmäßige Ausführung eines Hilfszerstäubers 17. Dieser wird in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel von dem äußeren Gehäuseteil 21 getragen und erstreckt sich bis in den inneren Gehäuseteil 24. Der Zerstäuber besteht aus einem Teil 57, das mit Hilfe einer Mutter 58 und einer Zwischenpackung 59 befestigt ist. Mit Hilfe eines bekannten Leitungsanschlusses an die Einlaßöffnung 60 wird Brennstoff unter verhältnismäßig hohem Druck dem hohlen Innenraum des Teiles 57 zugeführt. Dieser Innenraum ist am Ende durch einen Verschlußteil 62 mit einer mittleren Zerstäuberöffnung 63 verschlossen. Vor dieser Öffnung ist in dem Innenraum eine Schale 64 mit einer Anzahl tangential angeordneter öffnungen 65 angeordnet. Der Brennstoff, der aus dem hohlen Innenraum des Teiles 57 durch diese Löcher 65 in die Schale hineinströmt, wird in ihr auf seinem Weg j zur Düsenöffnung 63 eine Wirbelbewegung erhalten und infolgedessen in Form eines feinen Zerstäuber-Strahles austreten.

Das Teil 57 wird durch ein Schutzrohr 67 mit einer Austrittsöffnung 68 für den Brennstoffstrahl umfaßt. Das Schutzrohr weist eine öffnung 69 auf, durch die aus dem Ringraum 27 Kühlluft hindurchtritt, die sich mit dem Brennstoffstrahl mischt.

Fig. 6 veranschaulicht eine bekannte Form eines unter Druck ansprechenden Ventils, dem Brennstoff unter entsprechendem Druck durch eine Leitung 72 in bekannter Weise zugeführt wird. Das Ventil kann so eingestellt werden, daß es sich z. B. bei einem Druck von 3,6 kg/cm² öffnet und Brennstoff unter diesem Druck aus den Austrittsöffnungen 73, 73 in die Hauptbrennstoffzuleitungen treten läßt.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kammer 75 des Ventils zusätzlich mit einer Leitung 76 verbunden, die beim Starten den Hijfszerstäubern 17 und den beiden Brennerzündern 15 Brennstoff zuführt. Die Förderleitung 76 besitzt ein Ventil jy, das elektromagnetisch betätigt wird. Die Wicklung 78 des Elektromagnets ist mit einem nicht bezeichneten Schalter verbunden, durch den eine Zündspule 79 eingeschaltet werden kann, von der die Zündkerzen der Brennerzünder elektrisch versorgt werden. Die Anordnung ist so getroffen, daß durch go das Schließen des Stromkreises für die Spule 79 beim Starten das Ventil jy automatisch öffnet und Brennstoff unmittelbar über die Leitung 76 den verschiedenen Hilfszerstäubern 17 und den beiden Brennerzündern zugeführt wird. Sobald der volle Brennstoffdruck in der Kammer 75 entstanden ist, setzt auch die Hauptbrennstofförderung zu den Brennkammern 11 über die Leitung 34 ein. Arbeitet die Anlage richtig, so wird die Zündspule 79 abgeschaltet und damit das Ventil yj automatisch geschlossen. Die Brennkammern werden nun mit Brennstoff nur noch in üblicher Weise über die Eintrittsöffnungen 30 der J-förmigen Rohre versorgt. Eine Förderung unter hohem Druck ist nicht erforderlich.

Beim Anlassen der Anlage bewirkt die Flamme der beiden Brennerzünder 15 schnell die Zündung des in die beiden Kammern n^a eingespritzten Hauptbrenntstoffes. Sobald in diesen die Verbrennung eingeleitet ist, pflanzt sich das brennende Gemisch durch die seitlichen Übertritte 13 fort, zündet die Brennstoffstrahlen der Hilfszerstäuber 17 in den benachbarten Kammern 11 usf.

Erfindungsgemäß kann die gesamte Brennkammeranlage in sehr kurzer Zeit in Betrieb gesetzt werden. Die Zündung ist mit gutem Wirkungsgrad sichergestellt, gleichgültig ob sich das Turbinentriebwerk auf der Erde befindet oder in großen Höhen arbeitet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Brennkammeranordnung für flüssige Brennstoffe f ürBrennkraf tturbinen, bestehend aus einer Anzahl in Richtung ihrer Längsachse im Kreis nebeneinander angeordneter langgestreckter

   Brennkammern, die durch seitliche Übertcitte miteinander in Verbindung stehen, wobei jede Kammer eine normale Brennstoffzuführungsvorrichtung bei einem verhältnismäßig niedrigem Druck besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß für das Anlassen wenigstens eine der Kammern (n^a) mit einem an sich bekannten Brennerzünder (15) ausgerüstet ist, der mit einem Brennstoffstrahl unter verhältnismäßig hohem Druck arbeitet, während alle übrigen Kammern (11), die keinen Brennerzünder haben, mit einem unter verhältnismäßig hohem Druck arbeitenden Hilfszerstäuber (17) ausgerüstet sind, der so angeordnet ist, daß der von ihm zerstäubte Brennstoff in diesen Kammern durch das brennende Gasgemisch gezündet wird, das durch einen der seitlichen Übertritte (13) von einer benachbarten Kammer zutritt, in der die

   . Zündung bereits erfolgt ist.

   ao 2. Brennkammeranordnung nach Anspruch i,

   dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kammern (ii°, n°), die sich zweckmäßig diametral gegenüberliegen, mit Brennerzündern (15) ausgerüstet sind.

   3. Brennkammeranordnung nach Anspruch 1 in Verbindung mit einem Druckventil bekannter Bauart, durch das die Hauptbrennstofförderting zu jeder Brennerkammer stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Förderleitung (76) zu den Hilfszerstäubern einschließlich der zu den Brennerzündern gehörenden Zerstäuber das Ventil kurzschließt.

   4. Brennkammeranordnung in Verbindung mit einem druckbetätigten Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung durch ein elektrisch betätigtes Ventil (jy) gesteuert wird, in dessen Wicklungsstromkreis der Schalter liegt, durch den die elektrische Zündvorrichtung der Brennerzünder eingeschaltet wird, so daß die Förderleitung automatisch geschlossen wird, sobald die Zündvorrichtung abgeschaltet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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