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Ringförmige Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen Nach einem älteren
Vorschlag erfolgt die Brennstoffzuführung in einer von der Luft in der Achsenrichtung
des Geräts durchströmten Brennkammer radial, wobei deren Längserstreckung ein bestimmtes,
von der Strömgeschwindigkeit der Luft abhängiges Maß nicht unterschreiten darf.
Wird bei einem solchen Gerät der Brennstoff durch umlaufende Düsen eingespritzt,
so schlägt er sich leicht infolge der Fliehkraft an der Außenwand des Einspritzraums
nieder.
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Um die genannten Mängel zu beheben, wird erfindungsgemäß der Brennraum
der Gestalt und Größe der radial zur Brennkammerachse einzuspritzenden, fein zerstäubten
Brennstoffstrahlen angepaßt und die zur Verbrennung des Brennstoffs bestimmteFrischluft
in einerMehrzahlvon annähernd axial angeordneten oder sich dachartig etwa in der
Achse der Brennstoffstrahlen schneidenden Schichten durch den Bereich der Brennstoffstrahlen
hindurchgeleitet. Im Grenzfall, insbesondere beim Einspritzen leicht verdampfender
oder gasförmiger Brennstoffe, können die Leitbleche der Verbrennungsluft so weit
in den Brennraum hineinreichen, daß sie die Verbrennungsluft auf einem zickzackförmigen
Weg führen.
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Die Zeichnung veranschaulicht in zwei Abbildungen je ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung (Abb. i bis 3).
,Die Einspritzdüsen i sind in profilierten
Schaufeln 2 angeordnet, die mitteld ihrer Füße 3 in entsprechenden Aussparungen
der Radscheibe 4,- befestigt sind. Letztere dient dabei zugleich zur Zuführung des
Brennstoffs zu-den : Einspritzdüsen i. An sie schließen sich beiderseits die Teile
5 und 6 der Hohlwelle an, die das letzte Verdichterrad 7 fest mit dem ersten Turbinenlaufrad
verbinden.:,. .
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Um durch bestimmte Düsen i, z. B. vier um gegeneinander versetzte
Düsen, Zündbrennstoff nt= durch andere, z. B. zwölf gleichmäßig rings dlg.dg
Achse des Rades 4 verteilte Düsen, Betriebsbr@nä-,; stoff in den Brennraum einspritzen
zu können, sind mehrere Zufühirohre io und i i achsengleich zueinander und zur Radscheibe
4 in verschiedene Verteilergehäuse 12 bzw. 13 hineingeführt uhd:flnssigkeitsdicht,
z. B, durch Schweißen, mit diesen verbunden. Im Gehäuse 13 befindet sich ferner
ein Einsatz 14. In die Außenränder 4es-,Gehäuses >y°3 ' und des Einsatzes 14 sind
mehrere Schlitze 15 bzw. 16 eingeschnitten, deren jeder in eine radiale Bohrung
17 bzw. 18 der Scheibe 4 ausmündet, so daß durch die vom Verteiler 12 umschlossenen
Schlitze 15 und Bohrungen 17 der durch das Rohr io zugeführte Brennstoff, z. B..
Benzin, bestimmten Düsen i und durch die vom Verteiler 13 umschlossenen Schlitze
16 und durch ttieABohrungen 18 der durch das Rohr i i zugeführte Brennstoff, z.
B. Dieselöl, bestimmten anderen Düsen zugeleitet wird. Es steht nichts im Wege,
durch beide Verteilergehäuse 12 und 13 und somit auch durch alle Düsen i den gleichen
Brennstoff, z. B. Benzin oder Dieselöl, der Brennkammer zuzuführen, insbesondere
während des normalen Betriebs der letzteren; nur 'während des Zündens wäre durch
das Rolf; io Benzin oder ein anderer Zündbrennstoff zuzuleiten.
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Die vom Verdichter geförderte, aus dem Schaufelkranz des Rades y ;-4tistiietegde
Frischluft strömt teils an der Außenwand 2o der Brennkammer entlang, und ein anderer-Teil
folgt der in Richtung nach der Geräteachse hin gewölbten Innenwand 21, wobei die
Luft durch die eingebauten, ringförmigen, um die Achse der Brennkammer herumreichenden
Leitbleche 22, 23 und 24 zugeführt wird. Um die hierbei entstehenden keineswegs
unerheblichen Strömungsverluste zu überwinden, sind die Düsenschaufeln 2 als Verdichterschaufeln
ausgebildet.
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Ein Teil der Frischluft tritt zwischen. den diffusorartig auseinanderstrebenden
Teilen der Leitbleche 22 und 23 in den Brennraum 25.ein, strömt an dem Leitblech
26 ' entlang und bildet dann eine quer durch derb Brennraum etwa in Achsenrichtung
hindurchreichende Sticht von Frischluft, die von den durch die Düsen z. eingespritzten
und fein zerstäubten Brennstoffteijchen zu durchdringen ist, wobei letztere verbrennen.'Eine
weitere solche Luftschicht besteht aus demjenigen Teil der Frischluft, der zwischen
den gleichfalls diffusorartigwirkenden Teilen der Leitbleche 23 und 24 hindurch
an dem Leitblech 27 entlang in den Brennraum 25 gelangt. In entsprechender. Weise
tritt einweiterer Teil der Frischluft bei . den Einspritzdüsen i an dem Leitblech
28 entlang in den Brennraum 25 ein und bildet in der Höhlung des Leitblechs 28 einen
stehenden, rings um Aie-Geräteachse herumreichenden Wirbel '.
von dem nur
verhältnismäßig kleine Teile nach außen weiter strömen. Ähnlich stark gewölbte,
z. B. zylindrisch, kugelig oder sonstwie gestaltete Leitbleche können an anderen
Stellen der Brennraumwandlung vorgesehen werden. Die aus dem Brennraum 25 abziehenden
Feuergase durchqueren eine we*re Frischluftschicht, die zwischen dem oberen T4ij"gg
des Leitblechs 22 und dem diffusorartig `hierzu angeordneten Leitblech
30 weiterströmt und am,Leitblech 31 nach der Geräteachse hin abgelenkt -wird.
Zwischen den vorgenannten, diffusorartigen `-Teilen der Leitbleche wird die Geschwindigkeit
der betreffenden Luftmengen verzögert und ihr Druck ,erhöht-. ' - .
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Von derjenigen Frischluftmenge, die nicht in der obengeschilderten
Weise in den Brennraum gelangt, ,bdwegt sich-:der überwiegende Teil zwischen den
Wandteilen 30 und 32 bzw. 33 und 34 hindurch und gelangt dann in den Bereich
von Mischschaufeln. =jede von diesen besteht nach Abb. 1 und 3 aus zwei Seitenblechen
35, deren hintere Kanten 36 miteinander vereinigt' sind, während die. vorderen Teile
der Seitenbleche 35 und insbesondere auch deren vordere Kanten einen bestimmten
Abstand voneinainder haben, aber durch einen Blechstreifen'3@, der die aus Abb.
i ersichtliche Biegung aufweist, miteinander verbunden sind. DiejenigenFrischluftteile,
die bei ihrer Bewegung zwischen die beiden Seitenbleche 35 einer Mischschaufel gelangen,
werden an deqi Blech 37 entlang mitten in den Strom der vom Brennraum 25 kommenden
Feuergase gelenkt, mischen sich dann mit diesen und kühlen sie dadurch ab. Im Gegensatz
.hierzu werden diejenigen Luft-und Feuergästeile, die bei ihrer Bewegung in den
Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Mischschaufeln. 35, 37 eindringen, nicht
abgelenkt. Sie setzen . vielmehr ihre Bewegung ohne Richtungsänderung längs der
Wandflächen 34 bzw. 32 fort. Nachdem die Feuergase den Bereich der Mischschaufeln
35, 37 verlassen haben und hinreichend gleichmäßig auf eine den Turbinenschaufeln
zumutbare Temperatur abgekühlt sind, gelangen sie zu dem ersten Schaufelkranz der
Turbine. Um die Kopf- und Fußteile dieses Schaufelkranzes und die davor liegenden
Teile 38 und 39 der. Brennkammerwände zuverlässig kühl zu halten, wird Frischluft
in besonderen Ringkanälen 40 bzw. 41 an den Wänden 38 und 39 entlang dem genannten
Schaufelkranz der Turbine zugeführt.
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Die Zündkerzen sind im Bereich stehenderWirbel oder an einer Stelle
anzuordnen, an der sich ein leicht ,zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch langsam
vorbeibewegt.
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Statt die Feuergase aus dem Brennraum nach Abb. i in Achsenrichtung
austreten zu lassen, könnte man sie auch nach Abb.2 zunächst. radial nach außen
führen, danach durch einen Ringkanal 42 in Richtung nach der Brennkammerachse hin
umlenken-' und schließlich dem ersten Turbinenschaufelkranz zuführen, wobei am Außenende
des Brennraums beiderseits des Weges der Feuergase
Mischschaufeln
35, 37 angeordnet sein können und der Ringkanal 42 beiderseits durch Frischluftkanäle
40 und 41 eingefaßt ist. Die Leitbleche 43 und 44 auf der einen Seite von der Ebene
der Brennstoffstrahlen aus können gegenüber den Leitblechen 45 und 46 auf der anderen
Seite derart versetzt oder derart gebogen sein, daß sich die von jenen Leitblechen
abströmenden Frischluftschichten nicht in der gemeinsamen Mittelebene der Brennstoffstrahlen
schneiden, sondern in der mit strichpunktierten Linien in Abb. 2 eingetragenen Weise
auf abwechselnden Seiten von der genannten Ebene aus, so daß gerade der Kern des
Brennstoffstrahls, der sich am schwersten zerstäuben läßt, durch eine möglichst
große Zahl ihn in rascher Bewegung kreuzender Luftschichten hindurchgeht und dadurch
gewissermaßen absatzweise zerblasen wird.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß die Einspritzdüsen i von
einer rasch umlaufenden Scheibe getragen werden. Die Düsen i können vielmehr auch
am Außenrand der ringförmig gestalteten, ruhenden Brennkammer angeordnet werden
und den Brennstoff von außen her nach der Achse des Brennraums hin einspritzen.
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Bei jeder Ausführungsform der Erfindung ist auf eine möglichst feine
Zerstäubung des Kraftstoffs besonderer Wert zu legen. Dieses Ziel ist auf mannigfache
Weise mit bekannten Mitteln erreichbar, z. B. durch die Gestalt der Einspritzdüsen
2 sowie durch Anwendung eines hohen Einspritzdrucks mit oder ohne Mithilfe eines
Druckgases oder von hoch gespanntem Dampf. Der hohe Einspritzdruck des Kraftstoffs
kann statt du rrli Schleuderwirkung durch besondere Pumpen erzeugt werden.