DE913221C - Brenner zum Einspritzen fluessigen Brennstoffes in ein Verdampfungssystem - Google Patents

Brenner zum Einspritzen fluessigen Brennstoffes in ein Verdampfungssystem

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DE913221C
DE913221C DEC4069A DEC0004069A DE913221C DE 913221 C DE913221 C DE 913221C DE C4069 A DEC4069 A DE C4069A DE C0004069 A DEC0004069 A DE C0004069A DE 913221 C DE913221 C DE 913221C
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DE
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DEC4069A
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English (en)
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Kenneth William Jay
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Canadian Patents and Development Ltd
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Canadian Patents and Development Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2700/00Special arrangements for combustion apparatus using fluent fuel
    • F23C2700/02Combustion apparatus using liquid fuel
    • F23C2700/026Combustion apparatus using liquid fuel with pre-vaporising means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Außerdem sollen die Düsen in eingebautem Zustand einen genügenden Schutz gegen gelegentliche Beschädigungen erhalten, die das Zusammenstimmen in bezug auf die Maße beeinträchtigen können.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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..
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brenner zum Einspritzen flüssigen Brennstoffes in ein Verdamp@fungssys.tem, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennen (5) aus einem Zuführungskörper (15) mit einem oder mehreren Zuführungskanäaen (2'2), einem Mund.§tückbaute.il (18) mit einer entsprechenden Zahl. Mundstüeldkaniäle (26) und Mundstücke (2:5) sowie einem Düsenteil' (16) besteht, der zwischen dem Zuführungskörper und dem Mundstückbauteii befestigt isti und eine en'tspirwchende Zahl durchgehender Düsenbohrungen aufweist., die kleiner als die Zuführungskanäle und als die Mundstüdkkanäle sind, mit denen sie in Verbindung .stehen. z. Brenner nach Anspruch i, dadurch gekennzeic'h'net, daß der Mundstückteirl (i8) so mit dem Zufüllhrungskörper(i5) verbunden ist, daß der Düsenteil (i6) hierdurch auswechselbar zwiischen ihnen gehalten ist. 3. Brenner nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Düsenbohrung in einem besonderen Düsenelement (17) vorgesehen ist, das in dem Düselvtleil (16) gelagert ist. 4.. Brenner nach Anspruch 3., dadur'c'h gddkenn, zeichnet, daß der Düsenteils (16) aus einer P'la'tte @besteht, die mit einer oder mehreren durch die Platte hindurchgehenden Bohrungen (16a) od. dgl. versehen ist, in die das bzw. die Düsenelemente (117) auswechselbar eitgesetlzt sind. 5. Brenner nach Anspruch 3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungskörper (15) eine ebene Rückwvand aufweist, i!!n der die Zuflußkanäle(22) ausmünden, und der Mundstürakbauteil (18) eine ebene Vorderwand aufweist, von der die Mundstückkanä'le (212) ausgehen, und daß der Düsenteil (16) einandrer gegenüberliegende ebene Flächen. aufweist, mit denen er sich gegen die genannten ebenen Mächen der beiden anderen Bauteile anlegt. 6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement bzw. die Düsenelemente (17) zyli.ndrÜch sind und je eine axiale Bohrung aufweisen, wobei der Durchmesser der Elemente größer als der Durchmesser der Zuführungskanäle (22') und, der Mund'stückkanäde (26) ist;, so daß die unTnit'telbar neben den Kanälen liegenden Teile der ebenen Flächen des Zuführungskörpers (15) und des Mundstückbauteiles (1ä) als Anlageflächen für die Düsenelemente wirken. 7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ZuführungskGrper (15), der Düsenbeil (16) und der -'L\-Tunds.tückbaute@i#l (18) durch einen Bolzen (23) zusammengehalten werden, der sich durch Bohrungen zweier Bauteile (15, @16 bz.w. 18, 16) erstreckt und in den dritten Bauteil (1S bzw. 15) eingeschraubt ist. B. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Düsen,, dadurch gelcenn!zeichnet, daß der Brenner (5) in der Mitte zwischen den Eintrittsenden der im Kreis angeordneten Verdampferrohre (6) angeordnet ist und im wesentlichen nur mit den schräg nach außen gerichteten: Mundstücken (25) vor die Eintrittsflächen der Verdampferrohre ragt. g. Brenner nach einem der Ansprüche i bis 7 mit mehreren Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenelemente (17) üm Kreis um die Längsachse des Brenners (5) angeordnet sind und der die Teile zusammenhaltende Schraubenbolzen (23) in der Mitte zwischen den Düsenelementen angeordnet ist. io. Brenner nach Anspruch g, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenbolzen (23) in den in, der Mitte zwischen @ den Zuführungskanälen, (22) hiegend-en Kern (15d) des Zuführungslro.rpers (i5) eingeschraubt ist.
DEC4069A 1950-04-12 1951-04-13 Brenner zum Einspritzen fluessigen Brennstoffes in ein Verdampfungssystem Expired DE913221C (de)

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