NO132165B - - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører et forbrenningsapparat, særlig for gassturbin, med et hus omfattende to endevegger som er forbundet med hverandre ved hjelp av en omkretsvegg som har et tangentialt rettet innløp for tangential innføring av brennstoff og luft under trykk inn i huset, skovler anordnet i huset for å bibringe blandingsstrøm-men en hvirvlende bevegelse, og et sentralt utløp for blandingsstrøm-men i den ene av endeveggene.

Det er tidligere kjent at en gassturbin kan være utstyrt med et forbrenningskammer utformet slik at forbrenningsluften som strømmer inn i kammeret, bringes i hvirvlende bevegelse for å oppnå best mulig sammenblanding med brennstoffet. En slik hvirvlende bevegelse kan foregå radialt eller i omkretsretningen avhengig av luft-innløpets plassering, kammerets utforming og eventuell styring av luften ved hjelp sv skjpyler. Som eksempel på en slik utførelse kan nevnes forbrenningskajnmaEet beskrevet i: U.S. pa,tent 2 651 913. En gassturbins forbrenningskammer som tilføres brennstoff og luft for sammenblanding og forbrenning, kan for økning av virkningsgraden væ-re anordnet innenfor et rom som omgir forbrenningskammeret og hvor kammeret på sin ene side har en åpning som er rettet mot rommets luk-kede ende, slik. at den brennende blanding strømmer fra forbrenningskammeret inn i rommet og føres tilbake rundt og på yttersiden av kammeret for opphetning av samme. Kammeret har da mer eller mindre sy-lindrisk form og luften tilføres kammeret tangentialt. En slik utfø-relse er omtalt i tysk patent 805 208.

I britisk patent 817 936 er det beskrevet et forbrenningsapparat med et hus av den innledningsvis omtalte art, med to endevegger, en omkretsvegg som forbinder endeveggene og et tangentialt inn-løp og med skovler for å holde blandingen i en hvirvlende, bevegelse. Videre har huset et sentralt utløp for blandingsstrømmen i den ene av endeveggene. Den andre endevegg av huset bærer et åpent rør som er anordnet koaksialt med det sentrale utløp i den nevnte ene endevegg og som strekker seg fra den nevnte andre endevegg fremover omtrent til utløpet. Dette hus er omgitt av et ytterhus som består av to endevegger som er forbundet med hverandre ved hjelp av en omkretsvegg som har et tangentialt innløp for luft og i den ene av endeveggene finnes det et utløp som er begrenset av en krave. Innerhuset er anbragt i ytterhuset på en slik måte at endeveggene av de to hus er i avstand fra hverandre og det samme gjelder omkretsveggene, mens ytterhusets krava omgir med avstand innerhusets sentrale utløp. Innerhusets innløp tilføres luft og brennstoff som føres inn i forforbren-ningskammeret som er anbragt i innerhusets utløp, og luft tilføres mellomrommet mellom innerhusets innløp og ytterhusets innløp. Luften som ledes til det nevnte mellomrom, strømmer mellom ytterhusets vegger og innerhusets vegger delvis til mellomrommet mellom innerhusets og ytterhusets kraver og delvis inn i det åpne rør som strekker seg ira innerhusets ene endevegg. Brennstoffet forbrennes i innerhuset og forbrenningsgassene som strømmer ut gjennom innerhusets utløp, blandes med den luft som strømmer ut gjennom mellomrommet mellom kra-vene samt med den luft som strømmer ut fra det nevnte rør, og blandingen føres deretter til en turbin. Luften som strømmer ut fra rø-ret, tjener til å motvirke enhver tendens til tilbakestrømning gjennom innerhusets innløp, hvilket ellers kunne gi anledning til sekun-dærstrømmer inne i innerhuset.

Hensikten ,med oppfinnelsen ex å forbedre det sist omtalte apparat med tanke på å oppnå best mulig forstøvning og deretter forbrenning av brennstoffluftblandingen og samtidig å forenkle apparatets konstruksjon. Dette er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at forbrenningsapparatet, hva dettes funksjon angår, er delt opp i et blandekammer og et forbrenningskammer, hvor blandingskammeret 'itgjøres, av det nevnte hus og forbrenningskammeret står i direkte strømnings-forbindelse med huset gjennom det nevnte utløp, og at den andre av endeveggene har en innerflate som ligger rett overfor utløpet.

Ved å utforme den andre av endeveggene med en innerflate som ligger rett overfor utløpet, oppnås den fordelaktige virkning at brennstoffet som ikke umiddelbart medtas av luften vil samle seg i en ring på den nevnte innerflate, nemlig der hvor brennstoffhastig-hetskreftene utbalanseres av sentrifugalkréftene, og ut fra rlenne brennstoffring avrives så under hvirvling ytterst små dråper som for-støves ytterligere cog som føres til forbrenningskammeret i form av en kjegleformet tåkedusj. I midten av denne hvirvlende tåkedusj dan-nes det undertrykk som bevirker en resirkulasjon ut fra foibrennings-kammeret og inn i huset gjennom dettes utløp, slik at det innstiller seg en høy temperatur innenfor tåkedusjen som bidrar til ytterligere fordampning av brennstoffet med den følge at man oppnår en meget effektiv blanding av brennstoff og luft og tilsvarende effektiv forbrenning av samme.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av et eksempel under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 viser aksialsnitt av en del av en gassturbin med apparatet ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er tildels et frontriss og tildels tverrsnitt av apparatet ifølge fig. 1, fig. 3 er et sideriss til fig. 2, og fig. 4 viser et snitt langs linjen 4-4 på fig. 2.

På tegningen og særlig på fig. 1 er vist et apparat for kon-tinuerlig forbrenning av den type som brukes i gassturbiner. Apparatet er betegnet med 10 og omfatter et hullegeme 12 med et forbrenningskammer 14 og et domformet endeparti 16 på oppstrømssiden med en åpning 18 deri for innføring av en luftbrennstoffblanding. Forbrenningskammeret 14 kan være av den ringformede type eller boksformede type og apparatet IQ kan ha flere langs periferien anordnede adskil-te åpninger 18.

En yttermantel 20 er anordnet for å omgi hullegemet 12 og danne passasjer 22,24 sammen med hullegemet og dettes snuteformede frontparti 26. Passasjene 22 og 24 er innrettet til å levere en strøm med trykkluft fra en passende kilde, såsom en kompressor 28, til forbrenningskammeret 14 gjennom passende åpninger eller sjalusier 30 for kjøling av hullegemet 12 og uttynning av de gassformede for-brenningsprodukter.

Frontpartiet 26 er hensiktsmessig festet til hullegemets 12 oppstrømsende og innrettet til å virke som en strømkile for å dele trykkluftstrømmen fra kompressoren 28 mellom passasjene 22,24 samt en passasje 32 som går gjennom selve frontpartiet.

Brennstoffinnsprøytnings- og blandingsapparatet ifølge oppfinnelsen er vist under ett ved 34 og omfatter et hus med en innløps-kanal 36 for å motta trykkluft fra frontpassasjen 32, et sentralt ut-løp 38 i forbindelse med hullegemets åpning 18 for levering av en luftbrennstoffblanding til forbrennningskammeret 14 i form av en hvirvelstrøm 40, og innretninger 42 for.å motta brennstoff fra en ledning 44 som strekker seg gjennom frontpartiet 26.og yttermantelen 2 0 og er i forbindelse med et brennstofforråd under trykk. Selv om brennstoffinnsprøytningsapparatet 34 er særlig egnet til bruk med flytende brennstoff, og heretter skal beskrives i forbindelse med flytende brennstoff, skal det dog nevnes at apparatet også kan benyttes med brennstoff i gassformig tilstand, fast tilstand eller en kom-binasjon av samme.

Forbrenningskammeret 14 er utstyrt med passende tenninnret-ninger, som ikke er vist på tegningen, for å tilveiebringe antennel-se av den brennbare luftbrennstoffblanding som sendes ut fra utløpet 38.

På fig. 2 er vist at huset omfatter en evolventformet ytter-vegg 48 og plane endevegger 50 og 52 og som sammen danner et hvirvel-kammer 46 i huset og utenfor midtåpningen 38. Som vist på fig. 2 har ytterveggen 48 form av en evolvent eller spiral hvis radius avtar suksessivt fra innløpskanalen 36 til en endekant 54 som delvis danner innløpsåpningen fra kanalen 36 til hvirvelkammeret 46. Innløpskana-len 36 er utformet med en stort sett aksialt vendende endeåpning i oppstrømsretningen for å motta trykkluftstrømmen fra passasjen 32 og har en vegg utført som en strømlinjet fortsettelse av ytterveggen 48 for levering av innløpsluften på en stort sett strømlinjeformet måte inn i hvirvelkammeret 46. På denne måte ledes trykkluften til kammeret 46 langs sirkulære baner med avtagende radius, slik at det til-veiebringes en hvirvelaktig tømning (ved 40) med en hul kjerne 56. For å øke hvirvelbe<y>egelsen i luften og oppnå en nøyaktig plassering av hviryelstrømmen 40 i forhold til åpningen 38, er et antall hvirvel-skoyler 58 anordnet i et periferisk mønster rundt utløpet 38, og hver skovl strekker seg mellom apparatets endevegger 50 og 52. Skovlene kan være anordnet slik at de struper luftstrømmen som passerer mellom dem for derved å øke rotasjonshastigheten i hvirvelstrømmen 40.

Mens ytterveggen 48 av hvirvelkammeret 46 og kanalen 36 er vist og forklart som evolventformet, hvilken form er å foretrekke, er det å forstå at andre kammer- og kanalformer kan brukes. Hvirvelkammeret kan f.eks. være sirkulært- og kanalen kan være utført slik at den leverer luften tangentialt til kammeret.

For å tilveiebringe jevn rotasjonshastighet for innløpsluf-ten i kammeret 46, på yttersiden av skovlene 58, er utløpet 38 og skovlene 58 fortrinnsvis anordnet slik i forhold til ytterveggen 4 8 at tverrsnittsstrømningsarealet mellom ytterveggen 48 og skovlene 58 eller åpningen 38 avtar progressivt fra innløpet 36 til kanten 54.

Apparatet 34 kan være festet i den på fig. 1 viste stilling ved hjelp av hvilke som helst passende elementer eller innretninger, såsom ved sveising på frontpartiet 26 og/eller hullegemet 12 eller ved hjelp av passende knekter e.l.

Når apparatet er i drift, leveres væskeformig brennstoff

60 gjennom innretningene 42 til innløpspassasjen 36. Noe av brennstoffet fordampes med en gang og/eller forstøves og tas opp eller rives med av innløpsstrømmen og bæres inn i forbrenningskammeret 14. Resten av brennstoffet havner på innersiden av innløpspassasjen 36

og drives eller skyves av innløpsluften med stor hastighet inn i kammeret 46 og sentrifugalt langs ytterveggen 48. Under en slik strøm-ningsbevegelse vil en del av brennstoffet kunne fordampe og rives med innløpsluftstrømmen. En del av brennstoffet strømmer eller ren-ner langs ytterveggen 48 og skjæres av ved kanten 54, såsom brennstoffet 62, som igjen passerer på tvers av innløpsluftstrømmen som har stor hastighet og høy temperatur med den følge at mer brennstoff fordampes og/eller forstøves og rives med innløpsluften. Da innløps-luften fra kompressoren 28 kan ha høy temperatur, f.eks. 370 C eller mer, vil man forstå at betydelig fordampning kan finne sted under en slik strømning gjennom hvirvelkammeret 46. I tillegg til dette har man funnet at brennstoffet som sirkulerer i kammeret 46, bæres i en hvirvlende strøm langs innersiden av endeveggen 50 ved hjelp av den hvirvlende luftstrøm. Denne hvirvlende strøm med flytende brennstoff

bæres gjennom skovlene 58 ag danner en ring av brennstoff 64 hvor hastighetskxaftene i brennstoffet utbalanseres av sentrifugalkrefte-ne. Under en slik bevegelse langs innersiden av endeveggen 5Q mot ringen 64 vil noe av brennstoffet fordampes fra overflaten som følge av den varme innløpsluft eller strålevarme fra flammene i forbrenningskammeret 14. Man har funnet at det flytende brennstoff i ringen av brennstoff 64 avrives hvirvelaktig og fordampes til ytterst små brennstoffpartikler ved hjelp av den hurtigstrømmende lufthvirvel-strøm 40 og ledes mot forbrenningskammeret 14 som en stort sett kjegleformet tåkedusj 66. Da disse forstøvede brennstoffpartikler er ytterst små, vil de fordampe raskt og blande seg med lufthvirvelen 40.

Da hvirvelkjernen 56 har lavere trykk, vil en omvendt eller resirkulasjonsstrøm opprettes fra forbrenningskammeret 14 innover i apparatet 34, som vist med pilene 68 på fig. 2 og 4. Denne resir-kulas jon av høy temperaturgass fra kammeret 14 inn i kammerets 46 kjerneparti øker fordampningen av flytende brennstoff fra kammerets overflater ytterligere, samtidig som fordampede eller forstøvede dråper som bæres av inntaksluften eller de meget små dråper som slynges ut fra brennstoffringen 64 tvinges til rask fordampning.

Da utløpet 38 er forholdsvis stort sammenlignet med f.eks.

utløpsdysen for tidligere kjente brennstofforstøvningsdyser, er apparatet ifølge oppfinnelsen forholdsvis ufølsomt overfor toleransevari-asjoner i konstruksjonen samt problemer som måtte skyldes tilstopping av karbon eller andre skadelige materialer. Da apparatet ifølge oppfinnelsen utnytter energien fra innløpsluften og ikke er avhengig av brennstofftrykket for å frembringe forstøvningsdyser, slik tilfelle er ved tidligere kjente forstøvningsdyser, kan det benyttes lavere tilførselstrykk for brennstoffet og dermed enklere og mer økonomiske anordninger for tilførsel og fordeling av brennstoff. Da apparatet ifølge oppfinnelsen er anordnet utenfor forbrenningskammeret 14 og ikke rager inn i dette, utsettes ikke apparatet for de harde påkjen-ninger som kammeret 14 og kan derfor ha meget lang brukstid med på-litelig drift.

Selv om det i eksemplet er heskrevet en evolventformet ytre vegg 48,

evolventformede passasjer 3 6 for innføring av luft og brennstoff til hvirvelkammeret 46 og et sirkulært mønster med hyirvelskovler 58, er det å forstå at hviryelskoylene 58 kan sløyfes og annen hensiktsmessig geometrisk konstruksjon av huset og innløpspassasjen kan benyttes for å frembringe sirkulasjon av brennstoff og luft rundt utløpet 38 og hvirvelstrømdusjen 66. Selv om passasjen 36 ifølge eksemplet er benyttet til levering av både brennstoff og luft til hvirvelkammeret 46, hvilket er en foretrukket konstruksjon, kan separate passasjer benyttes.

Claims (1)

1. Forbrenningsapparat, særlig for gassturbin, med et hus omfattende to endevegger (50,52) som er forbundet med hverandre ved hjelp av en omkretsvegg (48) som har et tangentialt rettet innløp (36) for tangential innføring av brennstoff og luft under trykk inn i huset, skovler (58) anordnet i huset for å bibringe blandingsstrøm-men en hvirvlende bevegelse, og et sentralt utløp (38) for blandings-strømmen i den ene (52) av endeveggene, karakterisert ved at forbrenningsapparatet, hva dettes funksjon angår, er delt opp i et blandekammer og et forbrenningskammer (14), hvor blandingskammeret utgjøres av det nevnte hus og forbrenningskammeret (14) står i direkte strømningsforbindelse med huset gjennom det nevnte utløp (38), og at den andre (50) av endeveggene har en innerflate som ligger rett overfor utløpet (38).