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Umlaufzerstäuber für die Verbrennung flüssigen Brennstoffes Bei Gasturbinenanlagen
wird in der Regel durch Verbrennung von Brennstoff ein Gemisch von Verbrennungsgasen
und Luft als Treibmittel hergestellt, das eine für den Turbinenbetrieb geeignete
Temperatur aufweist. Es kommt darauf an, der Turbine ein Treibmittel möglichst örtlich
gleichmäßiger Temperatur zuzuführen. Ist nämlich das Temperaturfeld des in die Turbine
eintretenden Treibmittels ungleichmäßig, so begrenzen die Temperaturspitzen die
zuzuführende Wärmemenge. Die Herstellung dieses als Treibmittel dienenden Gasgemisches
erfolgt in einer Brennkammer. Die Einführung des Brennstoffes in diese kann auf
verschiedene Art vorgenommen werden. Die Erfindung betrifft nun die Einführung flüssigen
Brennstoffes über einen umlaufenden Zerstäuber, der von Verbrennungsluft durch-
bzw. umströmt wird. Der Zerstäuber liat die Aufgabe, den Brennstoff auf die Verbrennungsluft
zu verteilen. Während durch den umlaufenden Zerstäuber dem Brennstoff eine radial
zur Zerstäuberachse gerichtete Geschwindigkeit erteilt wird, soll die vorbeistreifende
Luft den Brennstoff im wesentlichen in axialer Richtung entweder mit oder ohne Drall
befördern. Es sind bereits Zerstäuberbauarten bekannt, bei denen der von der innersten
Kante nur ungenügend zerstäubte Brennstoff auf eine oder mehrere konzentrisch angeordnete
Kanten auftrifft und von dort erneut abgeschleudert wird. Auch ist bekannt, in das
Trichterinnere bzw. zwischen die einzelnen Abströmkanten Luft einzuführen. Um jedoch
ein möglichst gleichmäßiges Temperaturfeld zu bilden, kommt es darauf an, Brennstoff
und Luft in geeigneter Abstimmung möglichst weitgehend verteilt über den Gesamtquerschnitt
der Brennkammer senkrecht zur Brenneraustrittsebene zuzuführen,
Dieser
Forderung genügen die bekannten Zerstäuber nicht.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise, daß der Brennstoff
unmittelbar oder mittelbar den verschiedenen Abströmkanten zugeführt wird. Die Zuführung
des Brennstoffes erfolgt entweder zentral aus der Zerstäuberachse durch Bohrungen
in den Armen, die die Abströmkanten tragen, oder durch äußere Zufuhr, wobei der
Brennstoff in Fangringen auf der Luftseite des Zerstäubers eingeführt wird. Die
Dosierung des Brennstoffes auf die einzelnen Abströmflächen kann bei zentraler Zuführung
entweder durch vollkommen getrennte Leitungen erfolgen, die einzeln regelbar sind,
oder bei gemeinsamer Zuführung durch die Größe der Bohrungen in den Armen selbst
oder durch eine Drosselstelle im Ein- oder Auslauf der Bohrungen. Bei äußerer Zufuhr
des Brennstoffes kann die Mengenregelung bei getrennter Zufuhr in die einzelnen
Fangrinnen gleichfalls getrennt durchgeführt werden oder durch entsprechende Abmessungen
der Fangrinnentrennwände, wobei der Brennstoff von einer Fangrinne in die nächste
überläuft.
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Auf beiden Seiten wird an jeder Abströmkante Luft in gewünschter Menge
und Geschwindigkeit zugeführt. Handelt es sich um verschieden warme Luftmengen,
so kann es zweckmäßig sein, die wärmere Luft in den inneren Teil zu leiten, um die
Wände der Kammer gegen die heißere Flamme zu schützen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele eines Brenners nach
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Ansicht des Zerstäubers mit
innerer Brennstoffzuführung mit einem Schnitt durch einen der Tragarme, Abb. 2 einen
Axialschnitt durch den Zerstäuber nach der Linie 11-II in Abb. i, Abb.3 eine Teilansicht
des Zerstäubers mit äußerer Brennstoffzuführung, Abb. 4 einen Axialschnitt durch
den Zerstäuber der Linie IV-IV in Abb. 3, Abb. 5 einen Schnitt durch ein Abströmblech
in größerem Maßstabe.
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Die Nabe i des Zerstäubers nach Abb. i und 2 trägt an den Armen 2
die Abströmflächen 3, 4 und 5. Innerhalb der Arme 2 sind Bohrungen 6, 7 und 8 angeordnet,
die von einem Ringraum 9 in der Nabe i ausgehen und zu den Abströmflächen 3, 4 und
5 führen. Dem Ringraum 9 wird der Brennstoff mittels einer nicht dargestellten Leitung
im Inneren der Welle, auf welcher der Zerstäuber angeordnet ist, zugeführt. Der
Brennstoff tritt durch die Querbohrungen io, ii und 12 aus, wird beim Umlaufen des
Zerstäubers gegen die Abströmflächen 3, 4 und 5 geschleudert und wandert an diesen
entlang bis zu den äußeren Kanten. Die gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes
auf den Umfang der Zerstäuberfläche wird durch eine Fangnut 25 mit Überströmkante
26 erreicht. Von diesen Kanten abgeschleudert, wird er von der zwischen den Abströmflächen
hindurchtretenden Luft mitgenommen. Die Arme 2 weisen Turbinen- oder Gebläseschaufelform
auf, so daß der Zerstäuber entweder von der durchströmenden Luft in Umdrehungen
versetzt wird oder, falls er unmittelbar durch eine Kraftquelle, z.13. einen Elektromotor,
angetrieben wird, die gebläseförmigen Schaufeln die Strömungsgeschwindigkeit der
durchtretenden Luft erhöhen. Die mengenmäßige Zuteilung des Brennstoffes zu den
einzelnen Abströmkanten kann entweder durch vollkommen getrennte Zuführung oder
durch entsprechende Querschnittsbemessungen der Bohrungen 6, 7, 8 oder der Querbohrungen
io, ii und 12 erfolgen. Bei gewissen Brennstoffen ist es zweckmäßig, ihn nicht zu
frühzeitig mit der Luft in Verbindung zu bringen, um eine Entzündung schon innerhalb
des Zerstäubers zu vermeiden. Zu diesem Zweck kann man die Zerstäuberflächen, an
denen der Brennstoff entlang wandert, mit einem Blech gegen den Luftstrom abdecken.
In der Abb. 5 ist dies z. B. für die Zerstäuberfläche 5 dargestellt. An der Fläche
5 mit der Fangnut 25 ist ein mit Abstandsstücken 27 versehenes Abdeckblech 28 so
angeordnet, daß die durch den Zwischenraum 29 hindurchströmende Luft erst hinter
dem Zerstäuber mit dem von der Außenkante der Fläche 5 abgeschleuderten Brennstoff
in Berührung kommt. Der stromlinienförmige Körper 13 dient dazu, das Abreißen der
Luftströmung hinter dem Zerstäuber zu verhindern.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 und 4 für eine Brennkammersonderform
trägt die Nabe 14 eine geschlossene Radscheibe 15, an deren äußerem Umfang die Tragarme
für die Abströmflächen 17 und 18 angeordnet sind. An der Außenkante der Scheibe
15 sind Fangrinnen i9 und 2o angeordnet, in die der Brennstoff aus den Zuführungsrohren
21 und 22 gelangt und von denen aus die Bohrungen 23 und 24 zu den Abströmflächen
17 und 18 führen. Die Mengenzuteilung des Brennstoffes bei dieser Ausführungsform
erfolgt entweder durch Bemessung der einzelnen Teilzuführungen oder bei nur einer
Zuführung durch entsprechende Bemessung der Fangrinnenquerw ände, wobei der Brennstoff
von einer Fangrinne in die nächste überläuft. Selbstverständlich können auch hier
die Bohrungen 23 und 24 verschiedene Querschnitte aufweisen.