EP2257741A1 - Drallzerstäubungsdüse zur zerstäubung von flüssigbrennstoff und herstellungsverfahren derselben, düsenstock für einen brenner mit der drallzerstäubungsdüse - Google Patents

Drallzerstäubungsdüse zur zerstäubung von flüssigbrennstoff und herstellungsverfahren derselben, düsenstock für einen brenner mit der drallzerstäubungsdüse

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Publication number
EP2257741A1
EP2257741A1 EP09726964A EP09726964A EP2257741A1 EP 2257741 A1 EP2257741 A1 EP 2257741A1 EP 09726964 A EP09726964 A EP 09726964A EP 09726964 A EP09726964 A EP 09726964A EP 2257741 A1 EP2257741 A1 EP 2257741A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow cylinder
nozzle
swirl
chamber
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09726964A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Heilos
Oliver Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP09726964A priority Critical patent/EP2257741A1/de
Publication of EP2257741A1 publication Critical patent/EP2257741A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber
    • F23D11/103Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber with means creating a swirl inside the mixing chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K21/00Making hollow articles not covered by a single preceding sub-group
    • B21K21/12Shaping end portions of hollow articles
    • B21K21/14Shaping end portions of hollow articles closed or substantially-closed ends, e.g. cartridge bottoms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F23D11/383Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means

Definitions

  • the invention relates to a swirl atomizing nozzle for atomizing liquid fuel, a method for producing the swirl atomizing nozzle and a nozzle for a
  • Combustion chamber in particular for a gas turbine, with the swirl atomizing nozzle.
  • a gas turbine has a compressor, a combustion chamber and a turbine.
  • a combustion air-fuel mixture is brought to the ignition, whereby a Schugastrom arises.
  • the heating gas stream is expanded in the turbine, which drives the compressor and provides a net output.
  • the net power can, for example, be a shaft power for driving a generator in a power plant.
  • the atomizing nozzle is housed directly in the combustion chamber or in a premixing chamber. Due to the cramped conditions in the combustion chamber or the premixing chamber, it is necessary that the atomizing nozzle should have only a predetermined limited depth.
  • a sputtering nozzle designed taking into account the limited depth has a limited sputtering effect, so that the sputtering nozzle with an additional swirling Supply device for generating a twist in the liquid fuel combustion air mixture is equipped.
  • a conventional spinneret atomizing nozzle is turned, milled and / or drilled from a solid material, or alternatively made in micro-laminate construction, which is costly.
  • the object of the present invention is to provide a swirl atomizing nozzle for atomizing liquid fuel, a method for producing the swirl atomizing nozzle, and a nozzle for a gas turbine burner having the swirl atomizing nozzle, wherein the swirl atomizing nozzle and the nozzle are inexpensive to produce and effective in atomizing the liquid fuel.
  • the atomizing nozzle according to the invention for atomizing liquid fuel has a nozzle body which has a hollow cylinder with a bottom closing the wood cylinder on one side and a final head of the hollow cylinder on the other side, so that in the nozzle body, a swirl chamber is formed, wherein in the Near the bottom in the hollow cylinder, at least one inlet hole which is arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the hollow cylinder and at an angle in the circumferential direction of the hollow cylinder, and provided in the head a lying on the longitudinal axis of the hollow cylinder outlet hole, so that a Liquid can be flowed in tangentially through the inlet hole while swirling into the swirl chamber and can be flowed out of the swirl chamber through the outlet opening.
  • the method according to the invention for producing the swirl atomizing nozzle comprises the steps of providing a blank comprising a hollow cylinder with a bottom closing off the hollow cylinder on one side and on the other
  • the nozzle assembly for a gas turbine burner has a conical section in which a nozzle chamber is formed, wherein in the cone section a nozzle chamber outlet hole is provided into which a swirl atomizing nozzle is inserted with its bottom into the nozzle chamber, so that a liquid fuel Air mixture from the nozzle chamber through the inlet hole under a swirl application in the swirl chamber can be flowed in and out of the swirl chamber through the outlet opening of the nozzle chamber can be flowed out.
  • the swirl atomizing nozzle can be produced cost-effectively with the method according to the invention and has a high atomization efficiency. Further, the liquid fuel-air mixture flows from the nozzle chamber through the swirl atomizing nozzle into the gas turbine combustor with the swirl atomizing nozzle housed in the cone portion of the nozzle body. As a result, the atomization of the liquid fuel caused by swirling takes place in the combustion air the cone section of the nozzle block by means of the swirl atomizing nozzle, whereby a high homogeneity of the droplet size distribution of the liquid fuel in the combustion air can be achieved. Thus, the atomization of the liquid fuel in the combustion air with the nozzle is effective.
  • the diameter-to-height ratio of the nozzle body is less than one.
  • the height of the nozzle body is small, so that the swirl atomizing nozzle has a low overall height. This is advantageous because only limited space is available in the nozzle floor chamber outlet hole, so that the swirl atomizing nozzle according to the invention can be installed in the nozzle assembly according to the invention.
  • the swirl atomizing nozzle in a plane has two point-symmetrically arranged around the center of the hollow cylinder inlet holes, in particular holes and / or slots, having their longitudinal axes parallel to each other.
  • the plane is located closer to the ground than to the head.
  • position of the inlet holes in the swirl chamber effectively a swirl flow in the swirl chamber can be generated, so that the atomization effect of the swirl atomizing nozzle is high.
  • an annular step encircling the longitudinal axis of the hollow cylinder is formed on the outer circumference of the hollow cylinder, so that the outer diameter of the hollow cylinder is smaller at the inlet hole than at the head.
  • the blank can be supported on the holding sleeve in the manufacture of the swirl atomizing nozzle.
  • the bottom and the area of the blank between the annular step and the bottom are held by the holding sleeve, so that this area of the forming is not affected. Rather, the area of the blank is affected from the annular step to the open longitudinal end of the blank, so that an undesired bending of the blank in the region of the blank between the ring stage and the ground in the preparation of the swirl atomizing nozzle can not occur.
  • the blank is a rotary part.
  • the blank is inexpensive to produce in large quantities.
  • the forming die is freely rotatably mounted about the axis of symmetry of its cone, so that the blank is roll-formed.
  • the blank can be processed with a large wall thickness.
  • the method of manufacturing the swirl atomizing nozzle includes the step of drilling the exit opening to a predetermined diameter.
  • the diameter of the outlet opening can advantageously be determined after the rolling deformation process.
  • the open longitudinal end is deformed inwards in such a way that the outlet opening is completely closed.
  • the method for producing the swirl-producing nozzle comprises the step of fabricating the inlet hole as a tangentially engaged slot and / or a tangentially set bore.
  • nozzle block a plurality of nozzle nozzle chamber outlet holes and the respective atomizing nozzles arranged therein are arranged distributed over the circumference of the cone section. As a result, a homogeneous flow of the liquid fuel-air mixture is advantageously achieved around the nozzle stick.
  • the swirl atomizing nozzle is caulked and / or soldered in the nozzle cavity exit hole.
  • the swirl atomizing nozzle is fixed stably and inexpensively in the nozzle floor chamber outlet hole.
  • FIG. 1 shows a longitudinal cross section through an atomizing nozzle according to the invention
  • FIG. 2 shows a longitudinal cross section through a blank of the swirl atomizing nozzle from FIG. 1, FIG.
  • FIG. 3 shows a cross section of the blank of FIG. 2
  • FIG. 4 shows a longitudinal cross section through a press for producing the swirl atomizing nozzle from FIG. 1 with a blank from FIGS. 2 and 3, FIG.
  • Fig. 5 is a longitudinal cross-section through a nozzle assembly according to the invention.
  • a swirl atomizing nozzle 1 has a nozzle body 2 which comprises a hollow cylinder 5 and a head 4 terminating the hollow cylinder 5 at the one end and a head closing off the hollow cylinder 5 at the other end 6 is formed.
  • a swirl chamber 3 is formed by the hollow cylinder 5, the bottom 4 and the head 6.
  • a first inlet opening into the swirl chamber 3 in the region of the bottom 4 hole 7 and a second inlet hole 8 are formed.
  • the inlet holes 7, 8 lie in a plane which is perpendicular to the longitudinal axis of the hollow cylinder 5 and in which the inlet holes 7, 8 are employed in the same direction by an angle of attack 10 in the circumferential direction of the hollow cylinder 5. Further, the inlet holes 7, 8 are arranged point-symmetrically about the longitudinal axis of the hollow cylinder 5, wherein the longitudinal axes of the inlet holes 7, 8 are parallel to each other. As a result, the inlet holes 7, 8 open tangentially into the swirl chamber 3 and are arranged opposite to each other, so that, when through the inlet holes 7, 8 a liquid fuel-air mixture is flowed into the swirl chamber 3, in the swirl chamber 3 is acted upon by a twist Flow trains.
  • an outlet hole 9 is provided, wherein the longitudinal axis of the outlet hole 6 coincides with that of the hollow cylinder 5.
  • the atomization is selectively adjustable.
  • the head 6 adjoins the hollow cylinder 5 with a rounding 13, and the outer peripheral edge of the outlet hole 9 seen from the swirl chamber 3 is provided with a bevel 14.
  • the nozzle body 2 is equipped with round contours on the head side.
  • this is provided with a circumferential annular step 11, wherein the region of the hollow cylinder 5 from the annular step 11 to the bottom 4 has a smaller outer diameter than the region of the hollow cylinder 5 from the annular step 11 to the head 6 back.
  • a blank 12 of the swirl atomizing nozzle 1 is shown.
  • the blank 12 differs from the nozzle body 2 of the swirl atomizing nozzle 1 in that the Head 6 is not yet formed. Rather, the blank 6 with the bottom 4 has the shape of a semi-closed hollow cylinder, which has an open longitudinal end 16 with an opening 15.
  • a press 15 with a holding sleeve 18 and a forming die 19 is shown.
  • the sleeve 18 has a recess which is modeled on the shape of the blank in the region of the annular step 11 to the bottom 4 out. In the recess of the blank 12 is used, wherein the blank 12 is supported on the annular step 11 on the holding sleeve 18 and the inlet holes 7, 8 are covered by the holding sleeve 18.
  • the open longitudinal end 16 of the blank 12 protrudes from the holding sleeve 18 and is arranged facing the forming die 19.
  • the peripheral punch 19 has, on its side facing the longitudinal end 16, a cone 20 whose longitudinal axis coincides with the longitudinal axis of the holding sleeve 18, wherein the cone
  • the cone 20 and the base 21 are designed such that when the holding sleeve 18 is moved in the direction of the forming die 19 parallel to its longitudinal axis, the longitudinal end 16 abuts the cone 20 and slides inwardly toward the longitudinal axis of the holding sleeve 19 , Finally, the open longitudinal end 16 passes under rolling deformation on the base 21, whereby the head 6 is formed with its rounding 13, wherein the outlet hole 9 in the region of the longitudinal axis of the holding sleeve 18 remains.
  • a nozzle assembly 22 is shown in the interior of which a nozzle chamber 23 is formed.
  • the liquid fuel flows through a nozzle chamber inlet opening 24 into the nozzle chamber 23.
  • the nozzle assembly 22 has a cylinder portion 25 and a cone portion 26, wherein the nozzle chamber 23 is formed both in the cylinder portion 25 and in the cone portion 26 and the cone portion 26 forms a conclusion of the nozzle chamber 23.
  • the conical section 26 are arranged uniformly distributed over the circumference Düsenstock pretaustrittslöcher 27, in each of which a swirl atomizing nozzle 1 is housed.
  • the swirl atomizing nozzle 1 is accommodated in the nozzle chamber outlet hole 27 such that the head 6 is flush with the outer surface of the cone portion 26 and the area of the nozzle body 2 protrudes into the nozzle chamber 23 in which the inlet holes 7, 8 and the bottom 4 are provided. hen are.
  • the liquid contained in the nozzle chamber 23 enters the swirl chamber 3 through the inlet holes 7, 8 to form a swirling flow and re-flows out of the outlet hole 9 with a predetermined atomization of the liquid fuel and is supplied to a combustion chamber arranged downstream.
  • the air is mixed by cross-flow to the outlet of the atomized liquid with this prior to combustion.
  • the swirl atomizing nozzles 1 are pierced into the Düsenstockammeraustrittslöcher 27 and / or soldered.

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Abstract

Eine Drallzerstäubungsdüse (1) zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff weist einen Düsenkörper (2) auf, der einen Hohlzylinder (5) mit einem den Holzylinder an der einen Seite abschließenden Boden (4) und einem den Hohlzylinder an der anderen Seite abschließenden Kopf (6) aufweist, so dass in dem Düsenkörper eine Drallkammer (3) gebildet ist, wobei in der Nähe des Bodens in dem Hohlzylinder mindestens ein Einlassloch (7,8), das in einer zur Längsachse des Hohlzylinders senkrechten Ebene und um einen Winkel in Umfangsrichtung des Hohlzylinders angestellt angeordnet ist, und im Kopf ein auf der Längsachse des Hohlzylinder liegendes Austrittsloch vorgesehen ist, so dass eine Flüssigkeit durch das Einlassloch unter einer Drallbeaufschlagung in die Drallkammer tangential einströmbar und aus der Drallkammer durch die Austrittsöffnung axial ausströmbar ist.

Description

Beschreibung
Drallzerstäubungsdüse zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff und Herstellungsverfahren derselben, Düsenstock für einen Brenner mit der Drallzerstäubungsdüse
Die Erfindung betrifft eine Drallzerstäubungsdüse zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff, ein Verfahren zur Herstellung der Drallzerstäubungsdüse und einen Düsenstock für eine
Brennkammer insbesondere für eine Gasturbine, mit der Drallzerstäubungsdüse .
Eine Gasturbine weist einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine auf. In der Brennkammer wird ein Brennluft- Brennstoff-Gemisch zur Zündung gebracht, wodurch ein Heizgastrom entsteht. Der Heizgasstrom wird in der Turbine entspannt, die den Verdichter antreibt und eine Nutzleistung bereitstellt. Die Nutzleistung kann beispielsweise eine Wellen- leistung zum Antreiben eines Generators in einem Kraftwerk sein .
In der Gasturbine können sowohl gasförmige Brennstoffe als auch Flüssigbrennstoffe in der Brennkammer verbrannt werden. Wird ein Flüssigbrennstoff verwendet, ist dieser vor der
Verbrennung auf eine vorherbestimmte Tröpfchengrößenverteilung und Konzentration in der Brennluft zu zerstäuben. Herkömmlich wird die Zerstäubung von Flüssigbrennstoff mit einer Zerstäubungsdüse bewerkstelligt.
Die Zerstäubungsdüse ist direkt in der Brennkammer oder in einer Vormischkammer untergebracht. Aufgrund der beengten Bauverhältnisse in der Brennkammer bzw. der Vormischkammer ist es erforderlich, dass die Zerstäubungsdüse nur eine vor- herbestimmte beschränkte Bautiefe haben soll. Eine unter Berücksichtigung der beschränkten Bautiefe konstruierte Zerstäubungsdüse hat eine eingeschränkte Zerstäubungswirkung, so dass die Zerstäubungsdüse mit einer zusätzlichen Drallerzeu- gungseinrichtung zur Erzeugung eines Dralls in dem Flüssigkeitsbrennstoff-Brennluft-Gemisch ausgestattet ist. Eine herkömmliche Zerstäubungsdüse mit Drallerzeugung ist aus einem Vollmaterial gedreht, gefräst und/oder gebohrt, oder alterna- tiv in Mikro-Laminat-Bauweise gefertigt, was kostenintensiv ist .
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drallzerstäubungsdüse zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff, ein Verfahren zur Herstel- lung der Drallzerstäubungsdüse und einen Düsenstock für einen Gasturbinenbrenner mit der Drallzerstäubungsdüse zu schaffen, wobei die Drallzerstäubungsdüse und der Düsenstock kostengünstig herzustellen und effektiv hinsichtlich der Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs sind.
Die erfindungsgemäße Drallzerstäubungsdüse zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff weist einen Düsenkörper auf, der einen Hohlzylinder mit einem den Holzylinder an der einen Seite abschließenden Boden und einem den Hohlzylinder an der anderen Seite abschließenden Kopf aufweist, so dass in dem Düsenkörper eine Drallkammer gebildet ist, wobei in der Nähe des Bodens in dem Hohlzylinder mindestens ein Einlassloch, das in einer zur Längsachse des Hohlzylinders senkrechten Ebene und um einen Winkel in Umfangsrichtung des Hohlzylinders ange- stellt angeordnet ist, und im Kopf ein auf der Längsachse des Hohlzylinder liegendes Austrittsloch vorgesehen ist, so dass eine Flüssigkeit durch das Einlassloch unter einer Drallbeaufschlagung in die Drallkammer tangential einströmbar und aus der Drallkammer durch die Austrittsöffnung axial aus- strömbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Drallzerstäubungsdüse weist die Schritte auf: Bereitstellen eines Rohlings, der einen Hohlzylinder mit einem den Hohlzylinder an der einen Seite abschließenden Boden und an der anderen
Seite einem offenen Längsende aufweist, wobei in der Nähe des Bodens in dem Hohlzylinder mindestens ein Einlassloch, das in einer zur Längsachse des Hohlzylinders senkrechten Ebene und um einen Winkel tangential zum Umfang des Hohlzylinders angestellt angeordnet ist, und in Längsrichtung des Hohlzylinders gesehen zwischen dem Einlassloch und dem offenen Längsende optional eine um die Längsachse des Hohlzylinders umlaufende Ringstufe am Außenumfang des Hohlzylinders ausgebildet ist, so dass der Außendurchmesser des Hohlzylinders bezogen auf die Ringstufe auf der Seite des Einlasslochs kleiner ist als auf der Seite des offenen Längsendes; Bereitstellen einer Presse mit einer Haltehülse und einem von einem Konus und einem Grund gebildeten Umformstempel, der in der Flucht der Haltehülse liegt; Einstecken des Rohlings mit dem Boden voraus in die Haltehülse, bis die Haltehülse anliegt, wobei das offene Längsende des Rohlings dem Konus zugewandt ist; Verschieben der Haltehülse in Richtung zum Umformstempel, so dass dabei von dem Konus und dem Grund das offene Längsende nach innen umgeformt wird und das offene Längsende eine Austrittsöffnung bildend senkrecht zur Längsachse des Rohlings zum Liegen kommt.
Der erfindungsgemäße Düsenstock für einen Gasturbinenbrenner weist einen Konusabschnitt auf, in dem eine Düsenstockkammer ausgebildet ist, wobei in dem Konusabschnitt ein Düsenstock- kammeraustrittsloch vorgesehen ist, in das eine Drallzerstäubungsdüse mit ihrem Boden in die Düsenstockkammer hineinra- gend eingesetzt ist, so dass ein Flüssigbrennstoff-Luft-Gemisch von der Düsenstockkammer durch das Einlassloch unter einer Drallbeaufschlagung in die Drallkammer einströmbar und aus der Drallkammer durch die Austrittsöffnung aus der Düsenstockkammer herausströmbar ist.
Die Drallzerstäubungsdüse ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstig herstellbar und weist eine hohe Zerstäubungseffektivität auf. Ferner strömt das Flüssigbrennstoff- Luft-Gemisch von der Düsenstockkammer durch die Drallzerstäu- bungsdüse in die Gasturbinenbrennkammer, wobei die Drallzerstäubungsdüse in dem Konusabschnitt des Düsenstocks untergebracht ist. Dadurch findet die mit Drallbeaufschlagung bewirkte Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs in der Brennluft in dem Konusabschnitt des Düsenstocks mittels der Drallzerstäubungsdüse statt, wodurch eine hohe Homogenität der Tröpfchengrößenverteilung des Flüssigbrennstoffs in der Brennluft erzielbar ist. Somit ist die Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs in der Brennluft mit dem Düsenstock effektiv.
Bevorzugt ist es, dass das Durchmesser-zu-Höhe-Verhältnis des Düsenkörpers kleiner Eins ist. Dadurch ist die Höhe des Düsenkörpers klein, so dass die Drallzerstäubungsdüse eine geringe Bauhöhe hat. Dies ist vorteilhaft, da in dem Düsenstockkammer- austrittsloch nur beschränkt Bauraum zur Verfügung steht, so dass die erfindungsgemäße Drallzerstäubungsdüse in den erfindungsgemäßen Düsenstock einbaubar ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Drallzerstäubungsdüse in einer Ebene zwei punktsymmetrisch um den Mittelpunkt des Hohlzylinders angeordnete Einlasslöcher, insbesondere Bohrungen und/oder Schlitze, aufweist, deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Ebene näher am Boden als am Kopf angesiedelt ist.
Durch die somit erfindungsgemäß definierte Position der Einlasslöcher in der Drallkammer ist effektiv eine Drallströmung in der Drallkammer erzeugbar, so dass die Zerstäubungswirkung der Drallzerstäubungsdüse hoch ist.
Bevorzugt ist es, dass in Längsrichtung des Hohlzylinders gesehen zwischen dem Einlassloch und dem Kopf eine um die Längsachse des Hohlzylinders umlaufende Ringstufe am Außenum- fang des Hohlzylinders ausgebildet ist, so dass der Außendurchmesser des Hohlzylinders am Einlassloch kleiner ist als am Kopf.
Dadurch ist erfindungsgemäß der Rohling bei der Herstellung der Drallzerstäubungsdüse an der Haltehülse abstützbar. Somit ist bei der Herstellung der Drallzerstäubungsdüse der Boden und der Bereich des Rohlings zwischen der Ringstufe und dem Boden von der Haltehülse gehalten, so dass dieser Bereich von der Umformung nicht betroffen ist. Vielmehr ist der Bereich des Rohlings von der Ringstufe bis zu dem offenen Längsende hin des Rohlings betroffen, so dass ein unerwünschtes Verbiegen des Rohlings im Bereich des Rohlings zwischen der Ring- stufe und dem Boden bei der Herstellung der Drallzerstäubungsdüse nicht auftreten kann.
Bevorzugt ist der Rohling ein Drehteil. Dadurch ist der Rohling kostengünstig in hohen Stückzahlen herstellbar.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Umformstempel um die Symmetrieachse seines Konus frei drehbar gelagert ist, so dass der Rohling walzverformt wird. Dadurch kann vorteilhaft der Rohling mit einer großen Wandstärke verarbeitet werden.
Außerdem ist es bevorzugt, dass das Verfahren zur Herstellung der Drallzerstäubungsdüse den Schritt aufweist: Aufbohren der Austrittsöffnung zu einem vorherbestimmten Durchmesser. Dadurch kann vorteilhaft der Durchmesser der Austrittsöffnung nach dem Walzverformungsvorgang festgelegt werden. Im Grenzfall ist das offene Längsende nach innen derart umgeformt, dass die Austrittsöffnung ganz verschlossen ist.
Bevorzugt ist es, dass das Verfahren zur Herstellung der Drallerzeugungsdüse den Schritt aufweist: Fertigen des Einlasslochs als ein tangential angestellter Schlitz und/oder einer tangential angestellten Bohrung.
Dadurch kann vorteilhaft in dem Düsenkörper der Drallzerstäu- bungsdüse nach Abschluss der Walzverformung des Düsenkörpers ein Einlassloch gefertigt werden.
Bevorzugt ist es außerdem, dass hinsichtlich des Düsenstocks eine Mehrzahl von den Düsenstockkammeraustrittslöchern und die jeweils darin angeordneten Drallzerstäubungsdüsen über den Umfang des Konusabschnitts verteilt angeordnet sind. Dadurch ist vorteilhaft eine homogene Strömung des Flüssigbrennstoff-Luft-Gemischs um den Düsensstock erreicht.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Drallzerstäubungsdüse in dem Düsenstockkammeraustrittsloch verstemmt und/oder verlötet ist .
Dadurch ist die Drallzerstäubungsdüse in dem Düsenstockkammeraustrittsloch stabil und kostengünstig befestigt.
In Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drallzerstäubungsdüse und eines erfindungsgemäßen Düsenstocks anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsquerschnitt durch eine erfindungsgemäße Drallzerstäubungsdüse,
Fig. 2 einen Längsquerschnitt durch einen Rohling der Drallzerstäubungsdüse aus Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt des Rohlings aus Fig. 2,
Fig. 4 einen Längsquerschnitt durch eine Presse zur Herstellung der Drallzerstäubungsdüse aus Fig. 1 mit einem Rohling aus Fig. 2 und 3,
Fig. 5 einen Längsquerschnitt durch einen erfindungsgemäßen Düsenstock.
Wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine Drallzerstäubungsdüse 1 einen Düsenkörper 2 auf, der von einem Hohlzylin- der 5 und einem den Hohlzylinder 5 an dem einen Ende abschließenden Boden 4 und einem den Hohlzylinder 5 an dem an- deren Ende abschließenden Kopf 6 gebildet ist. Dadurch ist von dem Hohlzylinder 5, dem Boden 4 und dem Kopf 6 eine Drallkammer 3 gebildet. In dem Hohlzylinder 5 sind im Bereich des Bodens 4 in die Drallkammer 3 mündend ein erstes Einlass- loch 7 und ein zweites Einlassloch 8 (siehe Fig. 3) ausgebildet. Die Einlasslöcher 7, 8 liegen in einer Ebene, die senkrecht zu der Längsachse des Hohlzylinders 5 verläuft und in der die Einlasslöcher 7, 8 um einen Anstellwinkel 10 in Um- fangsrichtung des Hohlzylinders 5 gleichsinnig angestellt sind. Ferner sind die Einlasslöcher 7, 8 punktsymmetrisch um die Längsachse des Hohlzylinders 5 angeordnet, wobei die Längsachsen der Einlasslöcher 7, 8 zueinander parallel sind. Dadurch münden die Einlasslöcher 7, 8 tangential in die Drallkammer 3 und sind einander gegenüberliegend angeordnet, so dass, wenn durch die Einlasslöcher 7, 8 ein Flüssigbrennstoff-Luft-Gemisch in die Drallkammer 3 eingeströmt wird, in der Drallkammer 3 sich eine mit Drall beaufschlagte Strömung ausbildet .
In dem Kopf 6 ist ein Austrittsloch 9 vorgesehen, wobei die Längsachse des Austrittslochs 6 mit der des Hohlzylinders 5 zusammenfällt .
Durch die Festlegung der Durchmesser und der Anstellung der Einlasslöcher 7, 8 und des Durchmesserverhältnisses zum Austrittsloch 9 ist die Zerstäubung gezielt einstellbar.
Der Kopf 6 schließt mit einer Abrundung 13 an den Hohlzylin- der 5 an und die von der Drallkammer 3 aus gesehene außen liegende Umfangskante des Austrittslochs 9 ist mit einer An- schrägung 14 versehen. Dadurch ist kopfseitig der Düsenkörper 2 mit runden Konturen ausgestattet.
Am Außenumfang des Hohlzylinders 5 ist dieser mit einer umlaufenden Ringstufe 11 versehen, wobei der Bereich des Hohlzylinders 5 von der Ringstufe 11 zu dem Boden 4 hin einen kleineren Außendurchmesser aufweist, als der Bereich des Hohlzylinders 5 von der Ringstufe 11 zu dem Kopf 6 hin.
In Fig. 2 und 3 ist ein Rohling 12 der Drallzerstäubungsdüse 1 gezeigt. Der Rohling 12 unterscheidet sich von dem Düsenkörper 2 der Drallzerstäubungsdüse 1 dahingehend, dass der Kopf 6 noch nicht ausgebildet ist. Vielmehr hat der Rohling 6 mit dem Boden 4 die Form eines halbverschlossenen Hohlzylin- ders, der ein offenes Längsende 16 mit einer Öffnung 15 aufweist.
In Fig. 4 ist eine Presse 15 mit einer Haltehülse 18 und einem Umformstempel 19 gezeigt. Die Hülse 18 weist eine Aussparung auf, die der Form des Rohlings im Bereich von der Ringstufe 11 zu dem Boden 4 hin nachgebildet ist. In die Aus- sparung ist der Rohling 12 eingesetzt, wobei der Rohling 12 an der Ringstufe 11 an der Haltehülse 18 abgestützt ist und die Einlasslöcher 7, 8 von der Halthülse 18 abgedeckt sind.
Außerdem ragt das offene Längsende 16 des Rohlings 12 von der Haltehülse 18 vor und ist dem Umformstempel 19 zugewandt angeordnet .
Der Umfangstempel 19 weist an seiner dem Längsende 16 zugewandten Seite einen Konus 20 auf, dessen Längsachse mit der Längsachse der Haltehülse 18 zusammenfällt, wobei der Konus
20 in seinem Mittelbereich von einem Grund 21 überbrückt ist, der senkrecht zu der Längsachse des Konus 20 verläuft.
Der Konus 20 und der Grund 21 sind derart gestaltet, dass, wenn die Haltehülse 18 in Richtung zu dem Umformstempel 19 parallel zu deren Längsachse verfahren wird, das Längsende 16 an den Konus 20 anstößt und nach innen in Richtung zu der Längsachse der Haltehülse 19 gleitet. Schließlich gelangt das offene Längsende 16 unter Walzverformung auf den Grund 21, wodurch der Kopf 6 mit seiner Abrundung 13 gebildet wird, wobei das Austrittsloch 9 im Bereich der Längsachse der Haltehülse 18 verbleibt.
In Fig. 5 ist ein Düsenstock 22 gezeigt, in dessen Innerem eine Düsenstockkammer 23 ausgebildet ist. Der flüssige Brennstoff strömt durch eine Düsenstockkammereintrittsöffnung 24 in die Düsenstockkammer 23. Der Düsenstock 22 weist einen Zylinderabschnitt 25 und einen Konusabschnitt 26, wobei die Düsenstockkammer 23 sowohl in dem Zylinderabschnitt 25 als auch in dem Konusabschnitt 26 ausgebildet ist und der Konusabschnitt 26 einen Abschluss der Düsenstockkammer 23 bildet.
In dem Konusabschnitt 26 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt Düsenstockkammeraustrittslöcher 27 angeordnet, in denen jeweils eine Drallzerstäubungsdüse 1 untergebracht ist. Die Drallzerstäubungsdüse 1 ist in dem Düsenstockkammeraus- trittsloch 27 derart untergebracht, dass der Kopf 6 mit der Außenoberfläche des Konusabschnitts 26 bündig abschließt und der Bereich des Düsenkörpers 2 in die Düsenstockkammer 23 ragt, in dem die Einlasslöcher 7, 8 und der Boden 4 vorgese- hen sind.
Die in der Düsenstockkammer 23 sich befindliche Flüssigkeit tritt durch die Einlasslöcher 7, 8 in die Drallkammer 3 unter Ausbildung einer Drallströmung ein und strömt aus dem Aus- trittsloch 9 mit einer vorherbestimmten Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs wieder aus und wird einer stromab angeordneten Brennkammer zugeführt. Die Luft wird durch Queranströmung zum Austritt der zerstäubten Flüssigkeit mit dieser vor der Verbrennung gemischt. Die Drallzerstäubungsdüsen 1 sind in die Düsenstockammeraustrittslöcher 27 eingestemmt und/oder eingelötet .

Claims

Patentansprüche
1. Drallzerstäubungsdüse (1) zur Zerstäubung von Flüssig- brennstoff für eine Gasturbine, mit einem Düsenkörper (2), der einen Hohlzylinder (5) mit einem den Hohlzylinder (5) an der einen Seite abschließenden Boden (4) und einem den Hohlzylinder (5) an der anderen Seite abschließenden Kopf (6) aufweist, so dass in dem Düsenkörper (2) eine Drallkammer (3) gebildet ist, wobei in der Nähe des Bodens (4) in dem Hohlzylinder (5) mindestens ein Einlassloch (7, 8), das in einer zur Längsachse des Hohlzylinders (5) senkrechten Ebene und um einen Winkel (10) in Umfangsrichtung des Hohlzylinders (5) angestellt angeordnet ist, und im Kopf (6) ein auf der Längsachse des Hohlzylinders (5) liegendes Austrittsloch (9) vorgesehen ist, so dass eine Flüssigkeit durch das Einlassloch (7, 8) unter einer Drallbeaufschlagung in die Drallkammer (3) tangential einströmbar und aus der Drallkammer (3) durch die Austrittsöffnung (15) axial ausströmbar ist.
2. Drallzerstäubungsdüse (1) gemäß Anspruch 1, wobei das Durchmesser-zu-Höhe-Verhältnis des Düsenkörpers (2) kleiner Eins ist.
3. Drallzerstäubungsdüse (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Drallzerstäubungsdüse (1) in der Ebene zwei punktsymmetrisch um den Mittelpunkt des Hohlzylinders (5) angeordnete Einlasslöcher (7, 8), insbesondere Bohrungen und/oder Schlitze, aufweist, deren Längsachsen parallel zueinander verlaufen.
4. Drallzerstäubungsdüse (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ebene näher am Boden (4) als am Kopf (6) angesiedelt ist.
5. Drallzerstäubungsdüse (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Längsrichtung des Hohlzylinders (5) gesehen zwischen dem Einlassloch (7, 8) und dem Kopf (6) eine um die Längsachse des Hohlzylinders (5) umlaufende Ringstufe (11) am Außenumfang des Hohlzylinders (5) ausgebildet ist, so dass der Außendurchmesser des Hohlzylinders (5) am Einlassloch (7, 8) kleiner ist als am Kopf (6) .
6. Düsenstock (22) für einen Gasturbinenbrenner, mit einem Konusabschnitt (20), in dem eine Düsenstockkammer (23) ausgebildet ist, wobei in dem Konusabschnitt (20) ein Düsenstockkammeraus- trittsloch (9) vorgesehen ist, in das eine Drallzerstäu- bungsdüse (1) mit ihrem Boden (4) in die Düsenstockkammer (23) hineinragend eingesetzt ist, so dass eine Flüssigkeit von der Düsenstockkammer (23) durch das Einlassloch (7, 8) unter einer Drallbeaufschlagung in die Drallkammer (3) einströmbar und aus der Drall- kammer (3) durch die Austrittsöffnung (15) aus der Düsenstockkammer (23) herausströmbar ist.
7. Düsenstock (22) gemäß Anspruch 6, wobei eine Mehrzahl von den Düsenstockkammeraustrittslö- ehern (27) und die jeweils darin angeordneten Drallzerstäubungsdüsen (1) über den Umfang des Konusabschnitts (20) verteilt angeordnet sind.
8. Düsenstock (22) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Drallzerstäubungsdüse (1) in dem Düsenstockkam- meraustrittsloch (9) verstemmt und/oder verlötet ist.
9. Verfahren zur Herstellung einer Drallzerstäubungsdüse (1) nach einem der Ansprüche 1-5, aufweisend die Schritte:
- Bereitstellen eines Rohlings (12), der einen Hohlzylinder (5) mit einem den Hohlzylinder (5) an der einen Seite abschließenden Boden (4) und an der anderen Seite einem offenen Längsende (16) aufweist, wobei in der Nähe des Bodens (4) in dem Hohlzylinder (5) mindestens ein Einlassloch (7, 8), das in einer zur Längs- achse des Hohlzylinders (5) senkrechten Ebene und um einen Winkel (10) tangential zum Umfang des Hohlzylinders (5) angestellt angeordnet ist, und in Längsrichtung des Hohlzylinders (5) gesehen zwischen dem Einlassloch (7, 8) und dem offenen Längsende (16) optional eine um die Längsachse des Hohlzylinders (5) umlaufende Ringstufe (11) am Außenumfang des Hohlzylinders (5) ausgebildet ist, so dass der Außendurchmesser des Hohlzylinders (5) bezogen auf die Ringstufe (11) auf der Seite des Einlasslochs (7, 8) kleiner ist als auf der Seite des offenen Längsendes (16);
- Bereitstellen einer Presse (17) mit einer Haltehülse (18) und einem von einem Konus (20) und einem Grund (21) gebildeten Umformstempel (19), der in der Flucht der Haltehülse
(18) liegt; - Einstecken des Rohlings (12) mit dem Boden (4) voraus in die Haltehülse (18), bis die Haltehülse (18) anliegt, wobei das offene Längsende (16) des Rohlings (12) dem Konus
(20) zugewandt ist;
- Verschieben der Haltehülse (18) in Richtung zum Umform- Stempel (19), so dass dabei von dem Konus (20) und dem
Grund (21) das offene Längsende (16) nach innen umgeformt wird und das offene Längsende (16) eine Austrittsöffnung (15) bildend senkrecht zur Längsachse des Rohlings (12) zum Liegen kommt.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Rohling (12) ein Drehteil ist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Umformstempel (19) um die Symmetrieachse des Konus (20) frei drehbar gelagert ist, so dass der Rohling (12) walzverformt wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, aufweisend den Schritt:
- Aufbohren der Austrittsöffnung (15) zu einem vorherbestimmten Durchmesser.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, aufweisend den Schritt:
- Fertigen des Einlasslochs (7, 8) als ein tangential angestellter Schlitz und/oder eine tangential angestellte Boh- rung.
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