DE892096C - Combustion chamber for liquid fuel - Google Patents
Combustion chamber for liquid fuelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für flüssigen Kraftstoff, in der eine dauernd schnell strömende Luftmenge durch die Verbrennung flüssigen Treibstoffes in der Kammer erhitzt werden kann, wie dies für die Brennkammer einer Gasturbine zutrifft.The invention relates to a combustion chamber for liquid fuel in which a continuously rapidly flowing amount of air can be heated by the combustion of liquid fuel in the chamber, as is the case for the combustion chamber of a gas turbine.
Die Erfindung hat die Hauptaufgabe, eine vollkommene Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes in einer Brennkammer von kurzer Länge zu gewährleisten.The main object of the invention is to achieve complete combustion of the fuel supplied in a combustion chamber of short length.
Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Zuführung des Kraftstoffes zur Brennkammer zu erleichtern.Another task is to facilitate the supply of fuel to the combustion chamber.
Schließlich soll durch die Erfindung die befriedigende Verwendung billigen schweren Brennstoffes ermöglicht werden.Finally, the invention seeks to achieve the satisfactory use of cheap heavy fuel be made possible.
Eine erfindungsgemäße Brennkammer enthält .ein Luftleitrohr mit einem Verbrennungsraumgehäuse darin und im Abstand von den Wänden des Leitrohrs ein scheibenförmiges Glied, das am vorderen, d. h. dem Luftstrom zugewandten Ende des Verbrennungsraumes um eine allgemein zur Strömungsrichtung der Luft durch die Kammer parallele Achse drehbar gelagert ist. Diese drehbare Scheibe hat eine konkave, allgemein kegelstumpfförmige Stirnfläche, die von einer der Drehachse möglichst nahen Zone aus zum äußeren Umfang hin abgetreppt ist. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um flüssigen Brennstoff auf die abgetreppte Scheibenfläche möglichst nahe der Drehachse aufzugeben (wobei man zweckmäßig inA combustion chamber according to the invention contains .ein air guide tube with a combustion chamber housing inside and at a distance from the walls of the guide scope a disk-shaped member, which is attached to the front, d. H. the end of the combustion chamber facing the air flow by a direction generally to the direction of flow the air is rotatably mounted through the chamber parallel axis. This rotatable disc has a concave, generally frustoconical shape End face, the zone from a zone as close as possible to the axis of rotation to the outer circumference is stepped down. Furthermore, a device is provided for liquid fuel on the to abandon the stepped disc surface as close as possible to the axis of rotation (whereby it is advisable to use in
der drehbaren Scheibe, wenn deren Stufenfläche dem Luftstrom zugewandt ist, Löcher für den Durchgang des verdampften Treibstoffes vorsieht), eine Einrichtung, um die Scheibe um ihre Achse in Rotation zu versetzen, damit der Brennstoff durch die Fliehkraft über ihre abgetreppte Fläche zum äußeren Scheibenumfang hingetrieben werden kann, und schließlich eine Einrichtung, um einen angemessenen Teil der durch das Leitrohr strömenden Luft in die eigentliche Verbrennungskammer abzulenken, besonders wenn die abgetreppte Fläche der Scheibe auf ihrer hinteren, d. h. der Strömung abgewandten Seite liegt, um hier als Verbrennungsluft zu dienen. *5 Man benutzt gegenwärtig bei Gasturbinen zwei Hauptformen der Brennkammer: der Dosentyp enthält eine Anzahl im Kreise angeordneter und untereinander verbundener längerer Einheiten, deren jede ein Luftleitrohr mit einem darin angeordneten Verbrennungsraum enthält, der Ringtyp dagegen hat ein Luftleitrohr, das ringförmig um die Achse der Turbine angeordnet ist, und einen ebenfalls ringförmigen zentralen Verbrennungsraum. Die Erfindung läßt sich an beiden as Brennkammertypen verwenden.the rotatable disc, when the step surface faces the air flow, holes for the Passage of the vaporized fuel provides), a device to turn the disc about its axis in To put rotation, so that the fuel by the centrifugal force over their stepped surface to outer disc circumference can be driven, and finally a device to a adequate part of the air flowing through the draft tube into the actual combustion chamber distract, especially if the stepped surface of the disc on its rear, d. H. the side facing away from the flow to serve as combustion air here. * 5 Two main forms of combustor are currently used in gas turbines: the can type contains a number of longer units arranged in a circle and connected to one another, each of which includes an air duct with a combustion chamber disposed therein, the ring type on the other hand has an air guide tube, which is arranged in a ring around the axis of the turbine, and an also ring-shaped central combustion chamber. The invention can be applied to both Use the combustion chamber types.
In Brennkammern des Dosentyps befindet sich eine drehbare Scheibe in der eigentlichen Verbrennungskammer jeder einzelnen längeren Einheit; sie können dort auf irgendwelche an sich bekannte Weise mechanisch angetrieben werden; die Drehung kann aber auch durch 'den Luftstrom im Leitrohr bewirkt werden, der geeignet angebrachte Laufschaufeln beaufschlagt. Brennkammern nach dem Ringtyp können eine einzelne drehbare Scheibe enthalten, die als ein um die Turbinenachse drehbarer Ring gelagert ist; dieser kann ebenfalls entweder mechanisch ader mittels Laufschaufeln durch den Luftstrom angetrieben werden.In can-type combustion chambers, there is a rotatable disc in the actual combustion chamber every single longer unit; they can be there on any known ones Way are mechanically driven; however, the rotation can also be caused by the air flow in the guide tube which acts on suitably mounted blades. Combustion chambers after The ring type can contain a single rotatable disc that acts as one around the turbine axis rotatable ring is mounted; this can also be done mechanically by means of blades driven by the airflow.
Die Zeichnungen veranschaulichen beispielsmäßig einige Ausführungsformen der Erfindung.The drawings illustrate, by way of example, some embodiments of the invention.
Fig. ι und 2 sind Seitenansichten von Gasturbinen nach dem Dosen- und Ringtyp;Fig. Ι and 2 are side views of gas turbines according to the can and ring type;
Fig. 3 bis 5 sind Schnitteeichnungen dreier erfindungsgemäßer Anordnungen von Brennkammern des Dosentyps;Figures 3 through 5 are sectional drawings of three of the present invention Arrangements of can-type combustion chambers;
Fig. 6 ist eine verkleinerte Ansicht in Ac'hsenrichtung von der Konstruktion nach Fig. 5;Fig. 6 is a reduced view in the axial direction of the construction according to FIG. 5;
Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch zwei weitere Anordnungen von Brennkammern nach dem Dosentyp; Figures 7 and 8 are sections through two further arrangements of can type combustors;
Fig. 9 ist ein Radialschnitt durch eine drehbare Scheibe anderer Form für die Konstruktion nach Fig. 8;Fig. 9 is a radial section through an alternate shape rotatable disc for the construction according to Fig. 8;
Fig. ro ist ein Schnitt durdh eine erfmdüngsgemäße Brennkammer nach dem Ringtyp.Fig. Ro is a section through an according to the invention Combustion chamber according to the ring type.
Nach den Fig. 1 und 2 besteht die Gasturbine aus einem Verdichter 11, einer Turbine 12 und einer Schubdüse 13; dabei sind der Verdichter und die Turbine bei der Anordnung nach Fig. 1 durch einen Kranz gesonderter Brennkammern 14 vom Dosentyp und bei der Anordnung nach Fig. 2 durch eine Brennkammer 14" vom Ringtyp miteinander verbunden.According to FIGS. 1 and 2, the gas turbine consists of a compressor 11, a turbine 12 and an exhaust nozzle 13; the compressor and the turbine in the arrangement according to FIG. 1 are through through a ring of separate can-type combustion chambers 14 and in the arrangement of FIG a ring type combustion chamber 14 "is connected to each other.
Fig. 3 zeigt das Einlaßende einer Brennkammer des Dosentyps. Sie hat gleichachsig mit ihrer Außenwand 146 eine feststehende ringförmige Wand 15, rund um das 'glockenförmige vordere JEnde 16 der eigentlichen Verbrennungskammer angeordnet, so daß der Ringraum zwischen den Wänden 146 und 15.einen Burchgangsweg für die Luft bildet. Eine Abtriebswellei7 erstreckt sich mit radialem Spielraum axial durch die eigentliche Verbrennungskammer; auf ihr sitzt eine allgemein kegelstumpfförmig gestaltete Scheibe 18, die ihre konzentrisch abgetreppte konkave Seite der Strömung abkehrt. Ein Rohr 19 fördert aus einem nicht dargestellten 'Behälter flüssigen Brennstoff zu einem axialen Sammelraum 20 der Scheibe 18, der einen ringförmigen Rand 21 ausweist, über den der ■ flüssige Brennstoff durch die Fliehkraft als dünner Film auf die Stufenflächte getrieben wird, so daß er dort infolge der Hitze im Verbrennungsraum verdampft wind. Irgendwelcher unverdampfter Brennstoff sammelt sich an der nächsten (gegebenenfalls unterschnittenen) Stufe 22 der Scheibe an, wird wieder durch die Fliehkraft über diese hinweggetrieben, damit er auf der folgenden kegeligen Ringfläche verdampfen kann, und so weiter.Figure 3 shows the inlet end of a can-type combustor. It has coaxially with its outer wall 14 6 a stationary annular wall 15, arranged around the 'bell-shaped front end 16 of the actual combustion chamber, so that the annular space between the walls 14 6 and 15 forms a passage for the air. An output shaft 7 extends axially through the combustion chamber proper with radial clearance; on it sits a generally frustoconical disc 18, which turns away its concentrically stepped concave side of the flow. A pipe 19 conveys liquid fuel from a container (not shown) to an axial collecting space 20 of the disc 18, which has an annular edge 21 over which the liquid fuel is driven by centrifugal force as a thin film onto the step surface, so that it is there wind evaporates as a result of the heat in the combustion chamber. Any unevaporated fuel collects at the next (possibly undercut) step 22 of the disk, is again driven over this by the centrifugal force so that it can evaporate on the following conical annular surface, and so on.
Die vom Verdichter 11 gelieferte Luftmenge teilt sich in zwei ringförmige Strömungen, die eine geht zwischen der Wand 15 und dem Verbrennungsraum 16 hindurch und tritt durch Löcher 23 als Verbrennungsluft für den verdampften Brennstoff in den Verbrennungsraum ein, während die andere Strömung vom Verdichter her zwischen den Wänden 146 und 15 als Sekundär- und bzw. oder Verdünnungsluft durchfließt. Ein Teil des zweiten Ringstromes tritt durch einen Rimgspalt zwischen dem hinteren Ende der Wand 15 und einem Teil 24 des Verbrennungsraumes in bekannter Weise als Kühlluft in den Raum ein.The amount of air delivered by the compressor 11 is divided into two annular flows, one of which passes between the wall 15 and the combustion chamber 16 and enters the combustion chamber through holes 23 as combustion air for the evaporated fuel, while the other flow from the compressor between the Walls 14 6 and 15 flows through as secondary and / or dilution air. A part of the second ring flow enters the room in a known manner as cooling air through a rim gap between the rear end of the wall 15 and a part 24 of the combustion chamber.
Die Anordnung nach Fig. 4 zweigt als Unterschied gegen Fig. 3 eine ringförmige Prall- und Umlenkwand 25 innerhalb des Verbrennungsraumes mit der Aufgabe, die durch die Löcher 23 streichende Verbrennungsluft auf die abgetreppte Seite der Scheibe 18 zu leiten.The arrangement according to FIG. 4, as a difference from FIG. 3, has an annular impact and Deflection wall 25 within the combustion chamber with the task of passing through the holes 23 to direct brushing combustion air to the stepped side of the disc 18.
In der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist das vordere Ende i6a des Verbrennungsraumes no nicht mit Löchern 23, sondern mit radial einwärts und nach vorn (von der Maschine aus gesehen) gerichteten fingerartigen Taschen 26 versehen, deren vordere Flächen Löcher 23" aufweisen, durch die die Verbrennungsluft auf die Stufenfläche der Scheibe 18 geleitet wird.In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the front end i6 a of the combustion chamber no is not provided with holes 23, but with finger-like pockets 26 directed radially inward and forward (viewed from the machine), the front surfaces of which have holes 23 " through which the combustion air is directed onto the stepped surface of the disc 18.
Wenn ein geringwertiger schwerer Brennstoff verarbeitet wird, was bei Maschinen für die Marine oder Industrie, bisweilen erwünscht ist, so bilden sich leicht Ablagerungen auf der Stufenfläche der Scheibe. Diese Ablagerungen können indessen ganz leicht davon entfernt werden, ohne daß man die Maschine stillsetzen muß. Zu diesem Zweck ist nach Fig. 7, die bis auf das der Klarheit wegen weggelassene Brennstoffrohr der Fig. 3 ähnlich ist, ein Schaber 27 vorgesehen, der jeden RückstandWhen a low-quality, heavy fuel is processed, what happens in machines for the Marine or industrial, sometimes desirable, deposits easily form on the step surface the disc. These deposits can, however, easily be removed from it without you have to stop the machine. For this purpose is shown in Fig. 7, except for the sake of clarity Omitted fuel tube is similar to FIG. 3, a scraper 27 is provided, which removes any residue
von der Scheibe 18 während ihres Laufes zu entfernen hat. Der Schaber 27 tritt durch einen Schlitz 28 im vorderen Teil i6& des Vferbrennungsraumes hindurch und ist bei 50 oben in einer Verschlußkappe 51 über dem Schlitz schwenkbar abgestützt, so daß man ihn mit seiner Stufenkante 29 'gegen die Stufenfläche der Scheibe 18 schwenken kann; wenn er nicht gebraucht wird, so zieht man ihn durch den Schlitz 28 hoch, so daß er in die strichpunktiert gezeichnete Stellung kommt. Der Verbrennungsraum i6b ist mit einer ringiförmigen inneren Mulde versehen, in der sich die vom Schaber abgelösten Rückstände sammeln; die Mulde wird unter dem in dem Verbrennungsraum herrschenden Druck durch einen mit einem Hahn 31« verschließbaren Alblaßstutzen 31 entleert. Man kann auch den Schaber erforderlichenfalls durch geeignete Vorrichtungen kühlen.has to be removed from the disc 18 during its course. The scraper 27 passes through a slot 28 in the front part i6 & des Vferbrennungsraumes therethrough and is supported at 50 at the top of a closure cap 51 through the slot pivotally, so that one can pivot it with its step edge 29 'against the step surface of the disc 18; when it is not needed, it is pulled up through the slot 28 so that it comes into the position shown in dot-dash lines. The combustion chamber i6 b is provided with an annular inner trough in which the residues removed by the scraper collect; the trough is emptied under the pressure prevailing in the combustion chamber through an outlet connection 31 which can be closed with a tap 31 ″. If necessary, the scraper can also be cooled by means of suitable devices.
Fig. 8 zeigt ein vorderes Venbrennungsraumende i66 mit Löchern 23* für den Einlaß von Verbrennungsluft, und in diesem Fall ist die Stufenfläche der Scheibe i8a nach vorn, der Strömung entgegengerichtet, während das Zuführungsrohr 19" für den Brennstoff wieder in einen axialen Sammelraum 20, aber auf der vorderen Seite der Scheibe i8a ausmündet. Die Scheibe i8a hat mehrere Kränze von durchgehenden Löchern 32 in den Ringflächen, die sich'an die Stufen anschließen; der durch d'ie Hitze verdampfte Brennstoff wird also durch die Scheibe 18" hindurchgeführt, und die Verbrennungsluft kann in die Hauptverbrennungszone durchtreten. Radial auswärts von jedem Lochkranz 32 aus befindet sich auf der Rückseite der Scheibe i8fl ein kegeliger Ring 33, in den aller noch unverdampft gebliebener flüssiger Brennstoff, der durch die Löcher 32 hindurchtritt, durch Fliehkraft hineingetrieben wird, um durch die Erhitzung des Ringes 33, die durch den Gemischstrom aus 'bereits verdampftem Brennstoff und Luft (begünstigt wird, ebenfalls verdampft zu werden.Fig. 8 shows a front end of the combustion chamber 16 6 with holes 23 * for the inlet of combustion air, and in this case the step surface of the disc 18 a is directed forward, counter to the flow, while the feed pipe 19 ″ for the fuel again into an axial collecting chamber . 20, but opens i8 a on the front side of the disc the disc i8 a has a plurality of rings of through holes 32 in the annular surfaces, the sich'an connect the stages, the vaporized by heat d'ie fuel is therefore through the disk 18 "passed through, and the combustion air can pass into the main combustion zone. Radially outward from each perforated ring 32 there is a conical ring 33 on the rear side of the disk i8 fl , into which all the liquid fuel that has not yet evaporated and which passes through the holes 32 is driven by centrifugal force in order to prevent the ring 33, which is favored by the mixed flow of already evaporated fuel and air (to also be evaporated.
Fig. 9 zeigt in Abänderung der Konstruktion nach Fig. 8 eine Scheibe i8c, die keine ringförmigen Stufen aufweist, sondern mit konzentrischen Kränzen von Löchern versehen ist, in denen kurze Rohre 34 stecken, die über die glatte Vorderseite der Scheibe etwas vorstehen und dieselbe Funktion wie die Stufen 22 ausüben. Offensichtlich könnte man die Scheibe nach Fig.. 9 erforderlichenfalls auf ihrer Rückseite ebenfalls mit Ringen 33 wie in Fig. 8 ausstatten.Fig. 9 shows in modification of the structure of FIG. 8, a disc i8 c, which has no annular step, but is provided with concentric rings of holes to plug in which short tubes 34 which protrude over the smooth face of the wafer slightly and the same Exercise the same function as levels 22. Obviously, the disk according to FIG. 9 could also be equipped with rings 33 on its rear side, as in FIG. 8, if necessary.
Die in Fig. 10 dargestellte Brennkammer nach dem Ringtyp hat eine ringförmige abgetreppte Scheibe 186 in Kegelstumpfgestalt; diese ist an ihrem vorderen Ende durch einen Kranz radialer Schaufeln 35 fest mit einem nabenartigen Laufring 36 verbunden, der in einem Kugellager 52 drehbar auf einer Spindel 17s gelagert ist. Ein Teil der Verbrennungsluft strömt zwischen den Schaufeln durch, treibt damit die Scheibe i86 an und strömt dann durch Kränze von Löchern 37 in einer Innenwand 38 in den vorderen Teil des Verbrennungsraumes. Weitere Verbrennungsluft strömt durch Löcher 23 in einer Außenwand i6rf des Verbrennungsraumes ; diese Außenwand ist mit einem radialen Flansch an der inneren Gehäusewand 15° befestigt. Ein äußerer Ringstrom von Verdünnungsluft geht zwischen der inneren Gehäusewand 15" und der Brennkammeraußenwand 14°, ein innerer Ringstrom von Verdünnungsluft zwischen den ringförmigen inneren und äußeren Wänden 39 und 40 hindurch, indessen kann 'offensichtlich ein Teil dieser Luft in bekannter Weise auch der Brennkammer als Sekundärluft zugeführt werden. Das Brennstoffspeiserohr 19* fördert in einen ringförmigen Sammelraum 20", der, wie beim Dosentyp, mit einem Innenrand 2ia versehen ist.The ring-type combustion chamber shown in Fig. 10 has an annular stepped disc 18 6 in the shape of a truncated cone; this is firmly connected at its front end by a ring of radial blades 35 to a hub-like race 36 which is rotatably mounted in a ball bearing 52 on a spindle 17 s . Part of the combustion air flows through between the blades, thereby driving the disk 18 6 and then flows through rings of holes 37 in an inner wall 38 into the front part of the combustion chamber. Further combustion air flows through holes 23 in an outer wall i6 rf of the combustion chamber; this outer wall is attached to the inner housing wall 15 ° with a radial flange. An outer ring flow of dilution air passes between the inner housing wall 15 "and the combustion chamber outer wall 14 °, an inner ring flow of dilution air between the ring-shaped inner and outer walls 39 and 40, meanwhile, a part of this air can obviously also be used as the combustion chamber in a known manner The fuel feed pipe 19 * conveys into an annular collecting space 20 ″ which, as in the case of the can type, is provided with an inner edge 2i a .
Die Wand 40 und eine sich nach vorn anschließende Wand 41 können an den beiden einander zugekehrten Enden mit Dichtungsflanschen 42 und 43 gegenüber der Scheibennabe 36 versehen sein.The wall 40 and a wall 41 adjoining it to the front can be attached to the two facing ends are provided with sealing flanges 42 and 43 opposite the disk hub 36 be.
In allen beschriebenen Ausführungsformen zwingt die Rotation der Scheibe den Brennstoff, über den Rand des zentralen Sammelraumes hinweg in verhältnismäßig gleichförmiger Art radial nach außen zu fließen. Die Hitze im Verbrennungsraum läßt den über die Scheibenfläche fließenden Brennstoff verdampfen; dann kann sich irgendwelcher unverdampft gebliebener Brennstoff wieder an der nächsten Stufe sammeln und im weiteren Verlauf in etwa gleichförmiger Weise über die zweite Stufe übertreten. So geht das weiter, und bis der Brennstoff die äußere Peripherie der Scheibe erreicht hat, ist er restlos verdampft.In all the embodiments described, the rotation of the disc forces the fuel, radially in a relatively uniform manner across the edge of the central plenum to flow outwards. The heat in the combustion chamber lets the flow over the pane surface Vaporize fuel; then any unevaporated fuel can be recovered at the next stage and collect in the further course in an approximately uniform manner over the step over the second step. So it goes on and on until the fuel reaches the outer periphery of the disc reached, it has completely evaporated.
Wenn man den Sammelraum auf der Stufenseite der Scheibe, in den der flüssige Brennstoff gefördert wird, verhältnismäßig groß nimmt, so ist es unnötig, die Brennstoffmenge abzumessen; denn die Fliehkraftwirkung der Scheibe sichert eine im wesentlichen gleichförmige Förderung über den Rand der ersten Stufe, sobald der mittlere Sammelraum beschickt ist. D'ie Anordnung eines Innenrandes an dem Sammelraum vengrößert dessen Fassungsvermögen und sorgt für größere Gleichförmigkeit. If one sees the collecting space on the step side of the disc into which the liquid fuel is conveyed becomes relatively large, it is unnecessary to measure the amount of fuel; because the Centrifugal action of the disc ensures a substantially uniform conveyance over the Edge of the first step as soon as the middle collecting space is loaded. The arrangement of an inner edge at the plenum increases its capacity and provides greater uniformity.
Dadurch kann selbst für große Turbinen mit einer Brennkammer vom Ringtyp eine einzige Brennstoffzuführung ausreichen, während man sonst vielleicht 36 abgemessene Zuführungen vorsehen müßte. .This allows a single ring-type combustion chamber even for large turbines Sufficient fuel feed, while otherwise one might have 36 metered feeds would have to. .
Die Hitze der Brennkammer, die sich der Zuführung oder den Zuführungen des Brennstoffes mitteilt, unterstützt die Verdampfung des Brennstoffes. The heat of the combustion chamber, which is communicated to the supply or supply of fuel, supports the evaporation of the fuel.
Claims (6)
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DE1131947B (en) * | 1959-03-28 | 1962-06-20 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Combustion process for gas turbine combustion chambers and equipment for carrying out the process |
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1951
- 1951-11-15 FR FR1050439D patent/FR1050439A/en not_active Expired
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