DEP0006510MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 13. November 1951 Bekanntgemacht am 10. November 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungs-Einrichtungien mit einer Zyklon-Brennkammer — el. h. auf Einrichtungen an einer Brennkammer, worin Brennistoffteilchen in Luft verbrannt werde«, welche in die Kammer tangential oder nahezu tangential eintritt und sich vom Umfang her mit einer Drall- oder Wirbel-Bewegung in Richtung auf die Achse der Kammer zu und auf diese Weise nach einem axialen Mittelauslaß für die Verbrennungsgase bewegt —, die bei Gasturbinen Verwendung finden, und wird vor allem darin gesehen, daß die Luft in einem Hauptstrom zugeführt wird, der über die Außenwandung oder -wandungen der Brennkammer als Kühlung hinwegströmt, und daß ein Zweigstrom, welcher vom Hauptstrom abgezweigt wird und in welchem ein Steuerventil vorgesehen ist, dem Brennerluft-Einlaß in die Brennkammer zugeführt wird, wobei die Menge der Luft, welche durch den Hauptstrom als Kühlung hindurchströmt, beträchtlich größer als die Menge der Luft ist, welche den Zweigstrom als Brennerluft durchströmt.

In Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens wird eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der eine Mehrzahl von Zweig- oder Teilströmen vom Hauptstrom abgezweigt wird, um dadurch Brennerluft-Öffnungen, welche rund um die Kammer vorgesehen sind, voneinander getrennt zu versorgen, und bei

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welcher ferner jo eine besondere Brennstoffeinspritzdüse in jedem der Brenner vorgesehen ist, die sich besonders auszeichnet durch eine Mehrzahl von unabhängig bedienbaren Steuerventilen, von denen Je(U¹S in einem (Kr Zweigströme angeordnet ist, und dal.l jede der Brennstoffeinspritzdüsen mit einer Brennstoffleitung in Verbindung ist und durch eine Mehrzahl von unablässig voneinander bedienbaren Brennstoff-Steuerventilen mit Brennstoff versorgt

ίο wird.

ICiii<* Besonderheit der erfmdimgsgemäßen Einrichtung, die in einem Außengehäuse, umgeben von einem Kühlluftraum, einen axialen Kühllufteinlaß und einen axialen (las- und Kühlluftauslaß aufweist, wird noch darin gesehen, daß eine Mehrzahl von Abzweig- oder Gabclrohivn außerhalb des Außengehäuses angeordnet sind, welche das Außengehäuse mit den Einlassen zur Brennkammer verbindet, wobei Steuerventile in den Abzweig- oder

so Gabclrohren vorgesehen sind.

(iemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal kann eine Einrichtung, bei der in einem Außengehäuse, umgeben von einem .Kühlluftraum, ein Lufteinlaß und ein Auslaß vorgesehen sind, welch letzterer Kühlluft vom Außengehäuse her zusammen mit Verbrennungsgasen von der Brennkammer her weiterfönlert, auch so ausgebildet sein, daß die Einlasse zur Brennkammer dunfalls innerhalb des Atißengcliäuses vorgesehen sind und durch Ventile gesteuert worden, welche in der Olfenstellung von der Außenkammer her Ströme von Brennerluft einlassen, welch«' vom Külilstrom in die Brennkammer abgezweigt sind.

Schließlich wird erfmduugsgomäß noch vorgeschlagen, daß die Kammer und das Außengehäuso so ausgebildet bzw. unterteilt sind, daß zwischen ihnen ein Kühlweg vorhanden ist, über welchen ein I lauptteil der Gesamtluftzufuhr strömt.

Kin Ausführungsbeispiel der Erfindung und Abändcniugon desselben sollen nunmehr an Hand der Zeichnung ausführlicher beschrieben werden, und zwar zeigt

Eig. 1 eine räumliche Gesamtdarstellung,

lüg. 2 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Kig. ι,

Eig. 3 in räumlicher Darstellung eine besondere A11 s füll ru ngs form .(los Ή am in roh res,

Fig. -I einen Längsschnitt durch einen abgeänderten Kiiilaßkopf, während

Fig. 5 einen Teilschiiitt gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. .| wiedergibt.

Wie sich aus (1<·η Fig. 1 und 2 ergibt, besteht das Außcndniekgehäuse aus einem mit Flanschen versehenen zylindrischen Körper 1 (der in der nachfolgend bcsehriVbenen Weise mit Aussparungen verseilen ist) und aus in Umfangsrichtung mit !''lauschen versehenen, eine Mittelaussparung aufweisenden domförinigen Enddeckel 2, welche an den Enden dos Körpers 1 mittels Bolzen 3, die durch

Co die aufeinandersitzendci! Elansche hindurchgehen, gehalten werden. I )ie Brennkammer innerhalb des I )ruekgehäiises hat im wesentlichen drei taugentiale EintrittsölTnungen, die gleichwinklig um den Umfang herum verteilt angeordnet sind, w^rie dies aus Eig. 2 ersichtlich ist.

Diese Brennkammer ist eine hohlwandigc Kammer, welche aus einer Innenhüllt; und einer Außenhülle besteht; die letztere weist einen Hauptkörper auf, der aus zwei mit Mittelaussparung versehenen äußeren Endplatten 4„ besteht, welche durch sechs Iloh!rippen 4_d an jedem Ende versteift sind, sowie aus einer Hüllplatte 4_K, welche durch Längs-Hohlrippen 4,. verstärkt ist, welche die Enden der Rippen 4_(/ miteinander verbinden.

Die Platten 4,, und 4_g weisen Schlitze 4/, auf, welche zwischen den rohrförmigen Rippen vorgesehen sind und Einlasse für die Zufuhr von Kühlluft zum Innern der Hohlwandungen bilden, welches Innere mit dem Innern aller Hohlrippcn in Verbindung steht; die letzteren stehen mit ringförmigen Sammelräumen in Verbindung, welche Kühlluft in den Auslaß für Verbrennungsgase fördern, welche die Brennkammer verlassen.

Die letztere Brennkammer sitzt im Außengehäuse, umgeben von einem allseitigen freien Raum für die Kühlluft, und wird mittels Paare von zusammenwirkenden Halteclementen 15-16 und 17-18 gehalten, welche thermische Ausdehnung zulassen, während sie die Brennkammer daran hindern, körperliche Bewegung in radialer und Um- go fangs richtung auszuführen.

Das Elansch-Einlaßrolir 2,, fördert in die Mittelaussparung in einem der Enddeckel·2 ('Eig. 1) ein und ist am Deckel 2 angeschweißt oder sonstwie befestigt. J-Ciii Flansch-Auslaßrohr 2_h sitzt in ahnlieber Weise an dem anderen der Enddcckel 2.

Die Umfangsform der Brennkammer kanu am besten aus Fig. 2 ersehen werden und setzt sich zusammen aus drei spiralförmigen Kurventcilcn, welche miteinander über radiale oder nahezu radiale Stufenteile in Verbindung stehen. Gegenüber der drei Stufenteile, wo die Eintrittsöffnungen für die Brennerluft und den Brennstoff' angeformt sind, ist eine Aussparung im Zylinderteil 1 des Außengehäuses vorgesehen, von welcher in im wcscntliehen tangentialer Richtung zum Gehäuse sich ein Flansch-Rohrkörper i„ erstreckt. An diesem Körper i_a sitzt über Bolzen 20, welche durch die Flansche hindurchführen, ein Flansch-Einlaßkopf 19, welcher ein rechtwinkliges Rohr bzw. einen Rohrkrümmer darstellt, an welchem die Brennstoffzuführleitung 25 über Bolzen 26, die sich durch die Elansche erstrecken, angeschlossen ist. Quer durch den Kopf 19 sich erstreckend und durch die Bolzen 20 zwischen den Flanschen des Kopfes 19 und dem Rohrkörper i„ des äußeren Gehäuses gehalten, ist die mit Aussparung versehene Einlaßdeckplattc 21 vorgesehen. Der Körper i_u und das benachbarte Ende des Kopfes 19 sind in ovaler Form ausgebildet, um sie einer Reihe von Brennern anzupassen. Jeder dieser Brenner sitzt in einem besonderen Rohr 22, dessen zylindrischer Oberteil an der Deckplatte 21 sitzt und in eine der Aussparungen darin hineinpaßt. Auf diese Weise kann Kühlluft vom äußeren Gehäuse nicht in das Rohr 22 gelangen, und die Deckelplatte 21 bewirkt darüber hinaus eine

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Trennung zwischen der Kühlluft im äußeren Gehäuse und der Luft im Einlaßkopf 19. Die unteren Enden der Rohre 22 sind von rechteckiger Querschnittsform; sie gleiten in dem tangentialen Einlaß der Brennkammer und füllen ihn aus, so daß keine nennenswerte Menge von Kühlluft in den Brennerluft-Einlaß und die Brennkammer eindringen kann.

Die Brenner 24 brauchen nicht im einzelnen erläutert zu werden, da ihre Ausbildung für die Erfindung nicht wesentlich ist und jeder von der üblichen Form sein kann. Er kann beispielsweise aus einem Flammrohr innerhalb des Brennergehäuses, aus einem Staukörper zum Aufrechterhalten einer stabilen Verbrennungszone und aus einer Einspritzdüse für flüssigen Brennstoff, möglicherweise mit Lufteinblasung, innerhalb des Flammrohres sich zusammensetzen und mit dem Brennstoff und der Brennerluft über einen Rohrstutzen versorgt werden, der durch die Wandung des Einlaßkopfes 19 hindurchführt. Die Zubringerleitung 27 für den flüssigen Brennstoff steht mit dem äußeren Ende dieses Rohrstutzens in Verbindung.

Die Ventile 28 in der Brennstoffleitung 27 zu jeder Düse werden aus der Brennstoffsammelleitung 29 gespeist und können gleichzeitig zum Verändern der gesamten Brennstofförderung oder auch unabhängig so geregelt werden, daß die Brennstoffzufuhr in jedem Düsenkopf unabhängig von den anderen gedrosselt oder abgeschaltet werden kann. Die Ventile 28 sind nicht im einzelnen dargestellt, da sie eine übliche Ausiführungsform beliebiger Art haben können.

Die drei Brennerluft-Förderleitungen 25, welche zu den drei Einlaßköpfen 19 führen, weisen rechtwinklige Biegungen bzw. Bogenknie auf. Die Luftverbindungen zu diesen Rohren sind vom Flansch-Kühlluft-Einlaßrohr 33 abgezweigt, welches über Bolzen mit dem Flansch-Einlaß am Enddeckel 2 (der Übersicht halber ist ein Teil dieses Rohres 33 weggebrochen dargestellt) in Verbindung steht. Um dieses Abzweigen der Luft zu bewirken, ist ein Gabelstück 34 vorgesehen, dessen Hauptteil mit einem Flansch versehen ist und über Bolzen 35 mit dem Flanschende der Kühlluftleitung 33 in Verbindung steht. Jeder der drei Abzweigungen 34_a des Gabelstückes 34 steht mit einem der Brennerluftrohre 25 über eine besondere Ventileinrichtung in Verbindung. Diese Einrichtung besteht aus einem Flansch-Ventilgehäuse 36, das über Bolzen 37 an jedem Ende mittels Flansche an einem Abzweig 34_a des Gabelstücks 34 und an einer der Leitungen 25 angeschlossen ist, und aus einem Ventil innerhalb des Gehäuses, das beispielsweise als Klappventil 38 ausgebildet ist und auf einer Spindel 39 sitzt, die von außen her bedient werden kann, und zwar über den Ventilhebel 40, der mit dem Gabelende der Kolbenstange 41 einer üblichen Steuervorrichtung 42 in Verbindung steht. Jede dieser Steuereinrich-

tungen kann in bekannter Weise mittels eines besonderen Steuergeräts 43 gesteuert werden, welches ein elektrischer Schalter ist, wenn die Steuereinrichtung 42 elektrisch betrieben wird und an die Netzleitungen 45 angeschlossen ist, das aber auch als Ventil ausgebildet sein kann, wenn die Steuereinrichtung 42 als Druck-Steuergerät ausgebildet ist. Wenn die drei Ventile 38 zusammen betätigt werden, so regeln sie die Zufuhr von Brennerluft zu den drei Einlassen in die Brennkammer gemeinsam, jedoch unabhängig von der 'Förderung der Kühlluft durch das Rohr 33 zum äußeren Gehäuse. Wenn die Ventile 38 unabhängig voneinander betätigt werden, können sie die Luftzufuhr zu einem Einlaß der Brennkammer unabhängig von den anderen drosseln oder abschalten. Die Steuergeräte 42 können in allgemein bekannter Weise so eingerichtet sein, daß die Ventile zusammen in progressiver Weise betätigt oder daß sie vollständig und unabhängig in einer gewissen Zeitfolge geschlossen werden. Ähnliche Steuergeräte können für die Brennstoffventile 28 vorgesehen werden.

Bei einer Abänderung des bisher beschriebenen Ausführungsbeispiels werden die drei getrennten Rohre 22 durch ein einziges Flammrohr 23 ersetzt, welches zylindrisch an seinem oberen Ende ist, jedoch den Querschnitt allmählich verändert, und zwar zunächst in eine langrunde Form, welche sich der Gestalt des rohrförmigen Durchlasses i_a anpaßt, und an seinem unteren Ende in eine rechteckige Form, welche sich dem Einlaß in die Brennkammer anpaßt, wobei dieses Rohr 23 in räumlicher Darstellung durch Fig. 3 veranschaulicht ist.

Bei einer weiteren Abwandlung des gezeigten Ausführungsbeispiels kann die gesamte Luft für die Kühlung und die Verbrennung das Außendruckgehäuse über das Rohr 33 in Fig. 1 erreichen. Die Rohre 25, das Gabelstück 34 und die äußeren Luftventile kommen in Wegfall, und statt dessen sind die Einlaßköpfe in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise abgeändert bzw. ausgebildet. Der Einlaßkopf 36 ist nun am oberen Ende, abgesehen von den Durchlässen für die Brennstoffdüsenzuleitungen, verschlossen. Die drei Rohre 22_(J werden von einem Halteteil 2i₍₍, im Gegensatz zur vorbeschriebenen Deckplatte 21, gehalten, welche den Zutritt von Luft vom Außengehäuse her frei zuläßt. Am oberen Ende eines jeden Rohres 22_a ist das flache Scheibenventil 48 drehbar um seine Mittelachse vorgesehen, derart, daß die sektorförmigen öffnungen darin mehr oder weniger in Übereinstimmung mit ähnlichen öffnungen in der Deckelscheibe des Rohres 22 zu bringen sind. Diese Ventile 48 sind mittels eines Außenhandgriffes 49 zu bedienen. An jedem Ende im Kopf 36 ist eine Schneckenspindel 50 gelagert, deren Schraubengänge mit einem Zahnsektor 51 im Eingriff sind, welcher an jedem Ventil 48 vorgesehen ist. Der Handgriff 49, der an dem einen Ende der Schneckenspindel 50 vorgesehen ist, sowie ein Ring 42 auf dem anderen Ende sichern die Spindel gegen Axialbewegung; die Drehung der Spindel 50 mittels des Handgriffs 49 bewirkt die gleichzeitige Drehung der drei Scheibenventile 48. Die Ventile und der Handgriff sind aus Fig. 4 ersichtlich; darüber hinaus zeigt Fig. 5 eine Draufsicht auf eins der Ventile 48, einen Teil der Schneckenspindel 50 und den Handgriff 49, und zwar ohne die übrigen Teile

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Claims (6)

P 6510 IaI'46 f dor Anordnung nach Fig. 4. Auf diese Weise kann Luft vom Außongehäuso in die Rohre 22,, eindringen, wenn clic Ventile 48 geöffnet werden. Die Ventile .|S in den drei Einlaßköpfen können, gemeinsam oder unabhängig voneinander, in der gleichen VVciso betätigt werden, wie dies bereits für die Klappenventile 38 vorbeschrieben ist. Während des Betriebs der Anlage gelangt Luft, welche vom Kompressor einer Gasturbinenanlage herrühren kann, über das Kühlluft-Einlaßrohr 33 in das Aufkndruckgehäuse und streicht über das ΛuIkro der hohlwandigen Brennkammer hinweg. Kin Teil der Luft tritt durch die Schlitze in die I lohlwandiuigcn zwecks weiterer Kühlung der Kammer ein, \volx.'i diese Luft sich insgesamt später mit den Yerbrennuiigsgasen vereinigt, weiche die Kammer verlassen. Sind die Luftventile 38 und 48 und die Brennstoll'ventile _'8 sämtlich offen, so gelangt Luft, welche vom Strom der Kühlluft abgezweigt wird, zu den drei Einlassen zur Brennkammer und von dort über die Brenner — denen Brennstoff zugeführt wird und bei denen dann die Verbrennung einsetzt — in die Brennkammer, und zwar tangential an den drei Einlassen. Wenn es erwünscht ist, die Ausgangsleistung der Brennkammer zu drosseln, so wird die Brennstoffzufuhr durch Schließen der Ventile 28 verringert. Zur gleichen Zeit werden, um das richtige Brennstoff-Luft-Yerhältnis aufrechtzuerhalten, die Ventile 38 oder 48 geschlossen, mit der Folge, daß weniger Luft für die Verbrennung vom Kühlluftstrom abgezweigt wird. Im allgemeinen geht der Ilauptteil der Luft in jedem Falle allein als Kühlluft durch das Gerät. Falls erwünscht, kann bei geringer Ausgangsleistung eines der Ventile 38 oder 48 vollständig geschlossen worden, wobei das entsprechende Brennstoffventil 28, welches an den gleichen Einlaßkopf angeschlossen ist, ebenfalls geschlossen wird; die Luft, welche sonst durch dieses Ventil hindurchströmen würde, geht jet/.l nicht auf die beiden anderen Lufteinlässe über und stört daher nicht das Brennstoff-Luft-Verhältnis; der größte Teil wird vielmehr dem Luftstrom zugeführt, welcher nur zur Kühlung dient. Auf diese Weise ermöglicht die erfmdungsgemälk Steuer- und Regelanordnung einen weiten Arbeitsbereich, über welchen ein richtiges Brennstoff-Luft-Verhältnis in jedem Brenner aufrechterhalten werden kann. Path νια ns ph ür.ii E:

1. Einrichtung an Zyklon-Brennkammern für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß Luft in einem llauptstrom zugeführt wird, der über die Aulknwandung oder -wandungen der Brennkammer als Kühlluft hinwegströmt, und daß ein Zweigstrom, welcher vom llauptstrom abgezweigt wird und in welchem ein Steuerventil vorgesehen ist, dem Brennerluft-Einlaß in die Brennkammer zugeführt wird, wol>ei die Menge der Luft, welche durch den Hauptstrom als Kühlluft hindurchströmt, beträchtlich größer als die Menge der Luft ist, welche den Zweigstrom als Brennerluft durchströmt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Mehrzahl von Zweig- bzw. Teilströmcn vom Hauptstrom abgezweigt wird, um dadurch Brennerluft-Üffnungen, welche rund um die Kammer vorgesehen sind, voneinander getrennt zu versorgen, und bei welcher ferner je eine besondere Brennstoffeinspritzdüse in jedem der Brenner vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von unabhängig bedienbaren Steuerventilen, von denen jedes in einem der Zweigströme angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher für die Brennstoffzuführung eine besondere Brennstoffdüse vorgesehen ist, die in jedem der Brenner angeordnet und in Verbindung mit einer Brennstoffleitung zu jeder J)üse hin steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von unablässig voneinander bedienbaren Brennstoff-Steuerventilen vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei welcher in einem Außengehäuse, umgeben von einem Kühlluftraum, ein axialer Kühllufteinlaß und ein axialer Gas- und Kühlluftauslaß vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Abzweig- oder Gabelrohren außerhalb des Außengehäuses, welche das Außengehäuse mit den Einlassen zur Brennkammer verbindet, wobei Steuerventile in den Abzweig- oder Gabelrohrcn vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei welcher in einem Außengehäuse, umgeben von einem Kühlluftraum, ein Lufteinlaß und ein Auslaß vorgesehen sind, welch letzterer Kühlluft vom Außengehäuse her zusammen mit Verbrennungsgasen von der Brennkammer her weiterfördert, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlasse zum Brenner ebenfalls innerhalb des Außengehäuses vorgesehen sind und durch Ventile gesteuert werden, welche in der Offenstellung von der Außenkammer her Ströme von Brennerluft einlassen, welche vom Kühlstrom in die Brennkammer abgezweigt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer und das Außengehäuse so ausgebildet bzw. unterteilt sind, daß zwischen ihnen ein Kühlweg vorhanden ist, über welchen ein Hauptteil der Gesamtluftzufuhr strömt.

Hierzu 'i Blatt Zeichnungen

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