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Brenner zum Einspritzen flüssigen Brennstoffes in ein Verdampfungssystem
Die Erfindung betrifft Verbrennungssysteme, in denen flüssiger Brennstoff verdampft
wird, bevor er in die Verbrennungszone eingeführt wird, und insbesondere Brenner,
die bei solchen Systemen verwendet werden.
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Bei den normalerweise verwendeten Verbrennungssystemen dieser Art
ist ein Verdampfer vorgesehen, der aus einer Gruppe in eine Brennkammer hineinragende
Rohre besteht, durch die flüssiger Brennstoff oder ein Gemisch aus flüssigem Brennstoff
und Luft in die Brennkammer eingeführt wird. Die Außenwände der Rohre sind dabei
den in der Brennkammer verbrennenden Gasen ausgesetzt. Dadurch wird der durch die
heißen Rohre fließende flüssize Brennstoff verdampft, ehe er in die Verbrennungszone
gelangt. Die Verdampfung des Brennstoffes ruft eine kräftige Kühlwirkung auf die
Rohre hervor, die dadurch vor dem Verbrennen geschützt werden.
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Um eine gleichmäßige Verteilung des brennbaren Dampfes in der Verbrennungszone
und zugleich eine ausreichende Verdampfungsfläche zu erhalten, ist es üblich, mehrere
Verdampferrohre zu verwenden, die in besonderer Weise in der Brennkammer angeordnet
sind. Dabei ist es wünschenswert, daß die in jedes Rohr eingeführte Brennstoffmenge
genau bemessen wird, damit der Brennstoff möglichst gleichmäßig auf die Rohre verteilt
wird. Zu diesem Zweck wird der Brennstoff in die Rohrgruppe aus einem zentralen
Brenner eingeführt, in
dem mehrere genau kalibrierte Düsen oder
Mundstücke vorgesehen sind, die sämtlich den Brennstoff unter einem einheitlichen
Druck in je ein Verdampferrohr einspritzen.
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Bei den bisher verwendeten Brennern sind die Düsen oder Mundstücke
an einem einheitlichen Bauteil vorgesehen, der wegen der Genauigkeit, mit der die
Düsen zur Gewährleistung der Einheitlichkeit hergestellt werden müssen, schwierig
und kostspielig herzustellen ist. Außerdem werden die Düsen bei der bekannten Bauart
wegen der üblichen Anordnung außen am Brennerkörper leicht beschädigt; auch kann
durch rauhe Behandlung beim Zusammenbau das Zusammenstimmen in bezug auf die Maße
beeinträchtigt werden.
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Durch die Erfindung soll ermöglicht werden, daß die Düsen in großen
?Mengen bei Einhaltung sehr geringer Spiele leicht hergestellt und ohne Gefahr einer
Beschädigung in den Brenner eingesetzt werden können.
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Außerdem sollen die Düsen in eingebautem Zustand einen genügenden
Schutz gegen gelegentliche Beschädigungen erhalten, die das Zusammenstimmen in bezug
auf die Maße beeinträchtigen können.
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Erfindungsgemäß besteht der Brenner zum Einspritzen flüssigen Brennstoffes
in ein Verdampfungssystem aus einem Zuführungskörper mit einem oder mehreren Zuführungskanälen,
einem Mundstückbauteil mit einer Zahl Mundstückkanälen und Mundstücken sowie einen
Düsenteil, der zwischen dem Zuführungskörper und dem Mundstückbauteil befestigt
ist und eine Zahl durchgehender Düsenbohrungen aufweist, die kleiner als die Zuflußkanäle
und als die Mundstückkanäle sind, mit denen sie in Verbindung stehen.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung dar, und zwar zeigt Fig. i eine Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen
typischen Gasturbinentriebwerkes mit einem Verbrennungssystem, in dem der Brennstoff
verdampft wird, wobei der Brenner und die in diesem Zusammenhang wesentlicheren
Teile des Triebwerkes in starken Linien dargestellt sind, Fig.2 eine Ansicht, teilweise
im Schnitt, des Brenners mit den zugehörigen Verdampferrohren, in etwas größerem
Maßstab, Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Brenner mit den benachbarten Teilen
der Verdampferrohre in noch größerem Maßstab und Fig.4 eine raumbildliche Ansicht
der Düsenplatte und der Düsen des Brenners, teils auseinandergenommen.
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Das dargestellte Verdampfersystem besteht aus einem Brenner 5 gemäß
der Erfindung und einer Gruppe Verdampferrohren 6. In jedes der in dem Triebwerk
vorgesehenen Flammrohre 7 ist ein solches Verdampfersy stem eingebaut. Wie bei solchen
Triebwerken üblich, sind die Flammrohre, von denen gewöhnlich sechs vorhanden sind,
je innerhalb eines äußeren Gehäuses oder einer Brennkammer 8 angeordnet, der Luft
mittels eines in gestrichelten Linien dargestellten Verdichters zugeführt wird.
Die Verdampferrohre 6 sind, ebenfalls entsprechend der üblichen Praxis, in Gruppen
von je sechs Rohren in Rohrplatten io befestigt. Ein solches aus den Rohren und
der Platte bestehendes Aggregat wird in jedem Flammrohr 7 mittels eines quer liegenden
Leitbleches ii gehalten. Die Verdampferrohre erstrecken sich von dem Leitblech in
Strömungsrichtung in die Flammenzone, in der die Verbrennung stattfindet. Von dem
Leitblech gerechnet, entgegengesetzt zur Strömung, bildet das Flammrohr 7 eine Aufnehmerkammer
12, die an ihrem vorderen Ende offen ist. Hier tritt die von dem Verdichter kommende
Luft in Richtung des Pfeiles A in das Verbrennungssystem ein. Sie gelangt dann in
die vorderen Enden der Verdampferrohre 6, die etwas über die Platte io in den Raum
12 vorstehen, und durch die Rohre in die Flammenzone. Ein anderer Teil der Luft
strömt in den Ringraum zwischen dem Flammrohr 7 und dem Gehäuse der Brennkammer
8 und von hier durch Löcher 14 in der Flammrohrwand in die Verbrennungszone.
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Der Brenner 5 ist erfindungsgemäß vorzugsweise in der Mitte der Rohrplatte
io neben den vorderen Enden der Verdampferrohre 6 angeordnet und besteht aus einem
Zuführungskörper 15 für den Brennstoff, einem Düsenteil in Gestalt einer Platte
16 mit mehreren Düsenelementen 17, deren Zahl der Zahl der Verdampferrohre 6 entspricht,
und einem Mun:dstückbauteil i8 mit einer entsprechenden Zahl Mundstücke. Der Brenner
5 wird voll einer außenliegenden Quelle durch ein Rohr ig mit Brennstoff versorgt.
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Das Brennstoffzuleitungsrohr ig ist an eine hohle Nabe 2o des Zuführungskörpers
15 angeschlossen und durch diese mit einer zylindrischen Kammer 21 verbunden. Von
dieser Kammer gehen mehrere in Längsrichtung verlaufende Kanäle 27 aus, deren Zahl
der Zahl der benötigten Düsen entspricht und die gleichmäßig um die Längsachse des
Brenners herum angeordnet sind. Diese Kanäle haben vorzugsweise kreisrunden Querschnitt
und münden in der den Verdampferrohren zugekehrten Stirnfläche des Zuführungskörpers
aus.
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Jedes Düsenelement 17 besteht aus einem kleinen zylindrischen Stöpsel
mit einer axialen Bohrung, der mit leichtem Schiebesitz in eine Bohrung 16a der
Düsenplatteii!6 eingesetzt isst. Der Zusammenbau der mit den Düsen ist am besten
aus Fig.4 zu ersehen. Die mift mehreren. Düsenelementen: 17 versehene Düsenplatte
16 ist zwischen den Zuführungskörper 15 und den Mundstüc'kbautoiil i8 mittels eines
Schraubenbolzens 2,3 eingespannt, der einen Te-ill -des Aggregates bilidet und in
den Kernteil i5a des Zuführungskörpers 15 eingeschraubt ist. Dünne elastische Dichtungsscheiben
2d. sind, zwischen dem Körper 15 und der Düsenplatte 16 sowie zwischen dieser Platte
und dem Mundsbückbautefil, 18 vorgesehen.
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Der den Verdampferrohren zugekehrte Teil des Bauteiles 18 weist mehrere
etwas nach außen gerichtete Mundstücke a5 auf, in denen die Mund1-stückkanäje 26
ausmünden, die von der der Düsenplatte zugekehrten Fläche schräg nach außen durch
den
Bauteil verlaufen. Jedes Mundstlück ent.sprii.cht einem der Düsenelemente 17 und
ragt in: eühes der Verdampferrohre 6.
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In zusammengebautem Zustand sind die in, Längsridh'turng in denn Zuführungskörper
vorgesehenen Kanäle 22, mit den Düsenelementen 17 und ebenso mit den Mundstückkanällen
26 in einer Flucht hintereinander angeordnet) und binden auf diese Weise von der
Kammer 2 i zu den offenen Enden der Verdampfierrohre 6 führende Zumeßleitungen.
Die Didke! der Düsenplatte entspricht etwa der Länge der Düsenelemente, so daß diie
Stirnflächen der Düsenelemente in eingebanntem Zustand mir den Flächen der Düsenplatte
bündig stiind. Der Außendurchmesser jedes Düslenelenentes ist etwas größer als die
Durchmesser der zugehör&gen Zuführungskan-ä.le 22 und Mundstückkanüle 26. Infolgedessen
werden die Düsenelemente zwischen dien Dichtungsscheibeni 24 gegen Längsblewegung
oder Und:ichtigke(iten entlang ihrier Außenfläche. sicher gehalten.. Um den Eintrtitt
der Luft aus der Aufnehnnerkammer 12 in die Verdampferrohre möglichst wenig zu behindern,
ist der Brenner in der Mitte zwischen den Rohren angeord'ne't und spritizt. den
Brennstoff schräg in die Rohre hinein..
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Danvh die- enforderlliche Ge'nauli'gkeit bei der Herstellung der D,üsen.elemeilite
17 eingehalten. wewden kann, ist es -notnNendiig, daß ihre Hers'tell'ung in, sehr
engen Grenzen kontrolliert wird und daß nieht nur die Oberflächen der Bohrungen,
sondern, auch die Flächen auf 'der Ein, und Auslaßsei'te sehr fefih he-, arbe''tet
werden. Auch ist es notwendig, daß die Düsenelemente beim Zusammenbau keinen Verformungen
un.tenworfen werden. Es sei noch erwähntb daß die einsfache Bauart der Düsenelemiente
es ohne Schwierigkeiten ermöglicht` di@ Stirnflüchen delr Düsenelemente zu glätten.
Der leichte Schiebesitz, mit dem die Düsenelemente in die Düsenplatte eingesetzt
werden, zusammen mit der zwangsläufigen Festlegung der Elemente in Längsrichtung
durch das einfache Einklemmen. ergibt eine Montage, die koir& Gefahren für eine
Verfowmung der Elemente bietet, wie dies .bei dem heute üblichen Einschrauben unvermeidbar
ist. Außeridern ist die Bauart des Brenners so, daß die Düsenelennente infolge ihrer
Anordnung iim Inneun des Brenners gegen zufällige Beschädigungen bestens geschützt
sind, obwohl der Brenner andererseits zum Reinigen oder zum Austauschen der D'üsenelennente
durch Läsen des einen 'zentralen Schraubbolzens 23 leicht auseinandergenommen werden
kann.
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Im Betrieb wird der Brennstoff dem Brenner durch die Rohrleitung ig
zugeführt. Er fließt darin in die Kammer 21 und in, die Längsbohrungen 22 und. weiter
durch die kalibrierten Düsenelenienie 17 zu den Mundstüdken 25, von, wo er in die
Verdampferrohre eingespritzt wird. Die durch die Rohre strömende Luft nimmt den
flüssigen Brennstoff mit sich in die heiße Zone der Rohre, in der er durch die Verbrennun.gswürme
verdampft wird. Das, Gemiisch aus Luft und Brennstoff tritt anschlileßend in diie
Flammenzone als brennbares Gas aus. Es ist ohne weitleres verständlich, daß zur
Erzielung einer einheitlichen Verteilung der Flamme in der Venbren, nungszonie der
Austritt der Gase aus den einzelnen Verdampferrohren gleichartig setih muß. Aus
diesem Grunde sind die Düsenbohrungen vor dem Einbau dler Düsenelemente sorgfältig
ausgewählt, damit i'n einer bestimm'tlen Zeit und bei; einem bestimmten antrittsdruck
eine bestimmte Bmennstoffmenge durch jedre Düse fließt. Diese Auswahl kann erfindungsgemäß
in sehr engen Grenzen erfolgen, so daß bei jedem Elinspir,i,tizdruck stets durch
jede Düse die gleiche Brennstoffmenge in jedes Verdampferrohr gelangt.