CH269303A - Verfahren zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff mittels Luft in Brennkammern, insbesondere solchen von Gasturbinenanlagen. - Google Patents

Description

  Verfahren zur     Zeratäubung    von flüssigem Brennstoff mittels Luft in Brennkammern,  insbesondere solchen von     Gasturbinenanlagen.       Die     Zer:Stäubung    von flüssigem Brennstoff  mittels Luft, ist. bekannt. Lässt man die Luft.  in Form eines Kegelmantels auf den Brenn  stoffstrahl, der in dessen Achse liegt, zuflie  ssen, so wird der Strahl lang und dünn wer  den, was zu einer unerwünscht. langen Flamme  führt. Zudem ergibt sich auf diese Weise ein  nur grob aufgelöster     Brennstoffkernstrahl.     Diese Nachteile bleiben bestehen, wie gross       aueh    der Winkel an der Kegelspitze gemacht  wird.

   Bekannt ist die Verwendung von  Schneeken und ähnlichen     Einrieht.ungen    zur  Erzeugung einer um den     Brennstoffstrahl     rotierenden Luftströmung, welche diesen um  hüllt und vom Rand her auflösen soll. Für  grössere Belastungen ist. es jedoch bei Verwen  dung solcher Einrichtungen     meistens        nötig,     den Brennstoff schon vor dessen Berührung  mit der     Zerstäubungshtft    mittels Kanälen mit  kleinem Querschnitt in einzelne Teile aufzu  lösen, um die Bildung eines mangelhaft zer  stäubten Kernstrahls zu verhindern.

   Eine  derartige Auflösung des Brennstoffzufuhr  kanals in einzelne Teilkanäle ist jedoch mit  dem Nachteil verbunden, dass die Querschnitte  dieser Teilkanäle klein sind und durch Ver  unreinigungen leicht verstopft werden.  



  Diese Nachteile der bekannten Ausführun  gen will die vorliegende Erfindung beheben.  Die Erfindung besteht darin, dass der     Zer-          stäubungsluftstrom    mindestens zum Teil in  gerichtete Teilströme zerlegt wird, welche den  Brennstoffstrahl ausserhalb dessen Zentrum    treffen und sowohl vor als auch nach der Be  rührung mit dem Brennstoffstrahl mindestens  einen Teil eines benachbarten Teilluftstromes  kreuzen.  



  Die beiliegende Zeichnung zeigt     sehema-          tiseh    zwei     beispielsweise    Ausführungsformen  von Vorrichtungen für die Durchführung von  Ausführungsbeispielen des erfindungsgemä  ssen Verfahrens und ein Schema für die Wir  kungsweise.  



       Fig.1    und \? zeigen einen Längsschnitt  bzw. einen Querschnitt. durch die erste     Aus-          führungsform;        Fig.    3 und 1 zeigen einen  Längsschnitt. und einen     Querschnitt    durch  die zweite Ausführungsform;     Fig.5    ist. das  Schema für die     Wirkungsweise    und     Fig.    6 ein  Schnitt zu Fit. 5 (längs Strahl 13).  



  In     Fig.    1     und        \'    stellt das Gehäuse 1 die  Luftdüse dar und trägt Segmente 2, die Ka  näle 3 bilden. Die Kanäle 3 weisen bezüglich  der     Brennstoffstrahlachse    exzentrisch liegende       Querschnittsmittellinien    auf. Die Achsen der       Luftzufuhrkanäle    3 können entweder parallel  zur     Brennstoffstrahlaehse    verlaufen oder in  einem     bestimmten    Winkel dazu.

   Sie brauchen  nicht, wie im Ausführungsbeispiel, auf einem       Zvlindermantel        ztt    liegen, sondern können  auch auf irgendeiner andern zur     Strahlaehse          svmmetrisehen    Fläche liegen, z. B. auf einer  Ebene senkrecht zur     Strahlachse.     



  Die Brennstoffdüse 5 bildet einerseits die  innere Begrenzung der Luftkanäle 3, ander  seits zusammen mit dem Gehäuse 1 einen           kegelmantelförmigen    Ringraum 4. In ihrem  Zentrum liegt der     Brennstoffzufuhrkanal    6  mit dessen Mündung 7. In     Fig.    2 ist die Brenn  stoffdüse 5 weggelassen.  



  Die Luftströmung folgt dem eingezeichne  ten Pfeil und     führt    zuerst längs der Achse  der     Liftzufiihrkanäle    3; sie biegt dann um  und     führt    in     Richtung    der exzentrisch liegen  den     Querschnittsmittellinie    durch den kegel  förmigen     Ringraum        -1    gegen die     Brennstoff-          inündung    7. Wesentlich ist, dass die     Strömung     nicht auf die Achse des     Brennstoffstrahls    ge  richtet ist, sondern in einem gewissen Abstand  an dieser vorbeiführt.  



  Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt  also die Aufspaltung der Luft in einzelne  Teilströme durch die Kanäle 3, bevor sie in  den Ringraum 4 übertritt..  



  Im Gegensatz hierzu     wird    die Luft. im  zweiten     Ausführungsbeispiel    gemäss     Fig.    3  und 4     innerhalb    desjenigen Abschnittes des  Strömungsweges aufgespalten, der auf dem  Kegelmantel liegt. Ein Gehäuse 8 weist die  äussere Begrenzung des Kegelmantels auf.  Luftkanäle     J    sind in die Kegelfläche des Ge  häuses 8 eingearbeitet. Die Kanäle könnten  aber auch in der die andere Begrenzung bil  denden Kegelfläche der Brennstoffdüse 1.0  oder in beiden zugleich eingearbeitet sein.

    Wesentlich ist, dass die Kanäle so gerichtet  sind,     da.ss    deren Achsen an der Brennstoff  strahlaehse vorbeiführen gemäss     Fig.4.    Im  Zentrum der Brennstoffdüse 10 liegt der       Brennstoffzufuhrkanal    11 mit dessen Mün  dung 12. In     Fig.4    ist. die Brennstoffdüse 10  nicht eingezeichnet.  



  Für beide gezeigten Ausführungsbeispiele  gilt, dass die Zahl der Kanäle beliebig ist     -Lind     der Grösse der Düse angepasst wird.  



  Das Prinzip des Verfahrens und die Wir  kungsweise der     Vorrichtung    nach     Fig.    3 und 4  können aus der schematischen Darstellung in       F!-.    5 und 6 ersehen werden.     Fig.    5 zeigt. eine  Ansicht gegen die     Brennstoffstrahlachse    und       Fig.    6     eilten    Schnitt. durch die Achse des Luft  strahls 13.  



  Es werde der in     Fig.    5 senkrecht von oben  nach unten gerichtete Teilstrahl 13 betrachtet.    Dieser verläuft parallel zur Richtung der       Kegelmantellinie,    also in einem gewissen Ab  stand von der zur Papierebene     senkrechten     Achse des Brennstoffstrahls. Bei der Kreu  zung     mit    dem Strahl 16 trifft er nicht dessen  Achse, sondern er kommt, wie in     Fig.    5 ange  deutet ist (gegen die Zeichnungsebene ge  sehen) unter den Strahl 16 zu liegen. (In       Fig.    6     bedeutet    dies, dass Strahl 13     links    am       Querschnitt    des Strahls 16 vorbeiführt).

   Da  durch, dass die Strahlen nicht direkt     aufeinan-          dertreffen,    vermag also der Strahl 13 ohne  wesentliche Behinderung den Brennstoff  strahl 17 auf dessen einen Hälfte zu durch  dringen und einen Teil davon mitzureissen.  Bei einem direkten Auftreffen der Strahlen<B>13</B>       und    16     würden    sieh die beiden gegeneinander       ablenken    und als vereinigter     Strahl    mit einer  mittleren Richtung weiterführen, wodurch der  Brennstoffkern nicht mehr getroffen und da  durch auch nicht mehr aufgelöst werden  könnte.

   Bei der nachfolgenden Kreuzung der  Strahlen 13 und 14 wird der von Strahl 13  mitgerissene Brennstoff an der Berührungs  stelle der beiden Strahlen fein zerrissen und  verteilt.  



  Der Brennstoff kann in einem Kanal mit  genügend grossen Querschnitten zugeführt  werden, so dass     Verunreinigungen    im Brenn  stoff keinen Einfluss auf die Funktionsfähig  keit, auszuüben     vermögen.     



  Es kann     mit    diesem Verfahren ein kurzer,  breiter Strahl erreicht werden.  



  Durch ein gegenseitiges axiales Verschie  ben der beiden Düsenteile 8 und 10 im Aus  führungsbeispiel nach     Fig.    3 und 4 lässt sich  eine Regulierung der     Strahlform    bewirken,  indem durch diese Massnahme zusätzlich zu  den exzentrisch gerichteten Kanälen auch der  übrige Teil des Kegelmantels freigelegt     wird.     Durch diesen     kegelmantelförmigen        Ringraum     erfolgt     n-Lui    eine     mit    der     Verschiebung    ver  änderlich starke     Luftströmung,    die auf die       Kegelspitze    zufliesst.

   Durch diesen zusätz  lichen Strömungsteil erhält die Gesamtströ  mung eine grössere axiale Komponente, und es  resultiert daraus ein längerer Strahl.      Die     gleielie    Wirkung einer     Strahlregulie-          rung    erhält man     aueh    beim Ausführungsbei  spiel nach     Fig.l    und     \'        dureh    eine gegensei  tige axiale Verschiebung der beiden Düsen  teile 1 und 5, womit. der     Strömungsquerschnitt     des     kegelniantelförmigen    Ringraumes 4 verän  dert wird.

   Je grösser dieser im Verhältnis zum  festbleibenden     Mündungsquersehnitt    der Luft  düse 1 wird, um so weniger wird sieh die  durch die Kanäle vorgegebene, exzentrisch ge  richtete Strömung ausbilden können, d. h. um  so mehr wird sich eine     achsenparallele    Strö  mung und damit ein längerer Strahl ergeben.  



  Durch das gegenseitige axiale Verschieben  der beiden Düsenteile 1 und 5 bzw. 8 und 10  lässt sich auch eine Regulierung der Brenn  stoffzufuhr erreichen. Durch die Veränderung  des     Strömungsquerschnittes    des Ringraumes       -1    gegenüber dem     Mündungsquerschnitt    der  Luftdüse wird sieh an der Brennstoffmün  dung     infolge    Stauwirkung ein variabler Druck  einstellen.

   Wenn der Brennstoff ohne grosse       Mündungsgesehwindigkeit    zugeführt wird,       (l.    h., wenn die Druckdifferenz über die Brenn  stoffzuleitung nur die auftretenden     Strö-          niungsverlust.e    decken muss, so kann diese  Druckvariation an der     Brennstoffmündung     zur     Regulierung    der Brennstoffzufuhr ver  wendet.     werden.     



  Die für die     Zerstäubung    des Brennstoffes  nötige Luft. kann bei Verwendung des Ver  fahrens in einer<B>('</B>     asturbinenanlage    direkt dem       Gasturbinenkreislauf        entnommen    werden. Es  ist dabei möglich, zur Erzeugung der erforder  lichen Mündungsgeschwindigkeit die Druck  differenz zu verwenden, die sich aus den       Druekverlusten    der Arbeitsluft auf ihrem  Weg zwischen Entnahmestelle der     Zerstäu-          bungsluft    und     Brennkammer    ohnehin ergibt.

    Es     ])raucht    also keine     zusätzliche    Drosselung  im     Kreislauf-,i#eg    der Arbeitsluft. in Kauf ge  nommen zu werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff mittels Luft in Brennkammern, insbesondere solchen von Gast.urbinenanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zerstäu- bungsluftstrom mindestens zum Teil in ge richtete Teilströme zerlegt wird, welche den Brennstoffstrahl ausserhalb dessen Zentrum treffen und sowohl vor als auch nach der Be- rührun- mit dem Brennstoffstrahl mindestens einen Teil eines benachbarten Teilluftstromes kreuzen. U N TER@@XI SPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Strömungsweges der Zerstäubungsluft mindestens angenähert auf einem Kegelmantel geführt. wird, in dessen Achse der Brennstoff zufliesst. \'. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufspaltung des Zerstä.ubungsluft- stromes in exzentrisch gerichtete Teilströme ausserhalb desjenigen Abschnittes des St.rö- inungsweges erfol;-t, welcher auf dem Kegel mantel liegt. 3.

   Verfahren nach Patentansprueh und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufspaltung des Zerstäubungsluft- stromes in exzentrisch gerichtete Teilströme innerhalb desjenigen Abschnittes des Strö mungsweges erfolgt, welcher auf dem Kegel mantel liegt.

   J. Verfahren nach Patentansprueh, da durch gekennzeichnet, dass die aus den exzen- triseh gerichteten Teilströmen bestehende Strömung kombiniert wird mit- einer St.rö- n iung, die in einen ke-elmantelförmigen Ring raum auf die Kegelspitze zufliesst, damit der Gesamtströmung eine grössere axiale Kompo nente gegeben werden kann. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und C nteransprueh 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine axiale Verschiebung der Brennstoffdüse im Gehäuse der Anteil minde stens einer der beiden Strömungsarten an der gesamten Strömung verändert wird und dass diese Veränderung zur Regulierung der Strahlforin und der Brennstoffzufuhr benutzt wird. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass bei Anwendung desselben in Gasturbinenanlagen die Zerstäu- bungsluft dem Gasturbinenkreislauf entnom men wird. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet., dass die aus den Strömungsverlusten ohne zu sätzliche Drosselung sich ergebende Druck- differenz der Arbeitsluft des Gasturbinen kreislaufes zwischen Entnahmestelle der Zer- stäubungsluft und Brennkammer als nützliche Druckdifferenz für die Erzeugung der Strö mungsgeschwindigkeit der Zerstäubungsluft verwendet wird.