CH270346A - Einrichtung für die Verbrennung von Brennstoff in einem rasch strömenden Luftstrom. - Google Patents

Description

      Einrichtung    für die Verbrennung von     Brennstoff    in einem rasch strömenden Luftstrom.    Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein  richtung für die Verbrennung von Brenn  stoff in einem rasch durch eine Leitung strö  menden Luftstrom. Die Erfindung bezweckt  die Beschaffung einer Einrichtung, welche  eine wirksame Verbrennung gewährleistet,  selbst wenn die Betriebsbedingungen sich in  einem weiten Bereich     ändern.     



  Bedeutung hat die Erfindung vor allem  bei Einrichtungen für Strahltriebwerke mit  oder ohne Gasturbinen oder für Gasturbinen  für andere Antriebszwecke. Die Bezeichnung   rasch strömend  soll hier bedeuten, dass die  mittlere Geschwindigkeit der die Verbren  nung unterhaltenden Luft, in ihrer     Haupt-          strömungsriehtung    durch eine Verbrennungs  zone (berechnet als pro Zeiteinheit     durchge-          hendes     des Strö  mungsweges), bedeutend höher ist als die       Flammenausbreitungsgeschwindigkeit    in dem  betreffenden Brennstoff     -Luftgemisch.    Für  Kohlenwasserstoffbrennstoffe, die in Luft ver  brennen,

   nimmt man die Geschwindigkeit der  Flammenausbreitung bei atmosphärischer  Temperatur zu etwa 30     em/see    an; die Erfin  dung eignet sieh speziell für Einrichtungen,  bei denen je nach ihrer Konstruktion die Ge  schwindigkeit des Luftstromes in seiner     Haupt-          strömungsriehtung    durch eine Verbrennungs  zone auf die angegebene Weise berechnet, z. B.  nur 3 m oder bis zu 150 m oder mehr pro  Sekunde, betragen kann.    Ein befriedigender Betrieb einer Einrich  tung der beschriebenen Art innerhalb eines  weiten Bereiches der Strömungsgeschwindig  keit und Dichte der Luft erfordert, dass die  Flamme unter keiner der im Betrieb auf  tretenden Bedingungen auslöscht.

   Ausser der  Notwendigkeit zur Vorkehrung von Mitteln  zur Verhinderung des     Ausblasens    der Flamme  durch den Luftstrom, bedingen diese Anfor  derungen unter anderem auch eine sehr gute  Mischung zwischen Brennluft und Brennstoff  sowie eine gute     Zerstäubung    und     Verteilung     im Falle von flüssigen oder festen, pulveri  sierten Brennstoffen.

   Üblicherweise geht man  so vor, dass man flüssigen Brennstoff in eine  Zone spritzt, die durch eine Abschirmung  vor der vollen     Blaswirkung    des Luftstromes  geschützt ist, wobei der     Brennstoff    in dieser  Zone entzündet wird, wodurch eine Zünd  flamme entsteht, welcher der Hauptluftstrom  weiter hinten zugeführt wird, und dass man  spezielle Düsen oder Aufprallflächen in den  Weg des Brennstoffstrahls einschaltet, um  eine befriedigende     Zerstäubung    des Brenn  stoffes zu erreichen.  



  Die Einrichtung gemäss der vorliegenden  Erfindung ist gekennzeichnet durch ein in der  genannten Leitung angeordnetes Gebilde zum  Abzweigen eines Teils des Hauptluftstromes,  wobei der     stromaufwärtsliegende    Endteil des  Gebildes eine     Diffusorleitung    bildet, um den  abgezweigten Teil des Hauptluftstromes mit      zur Erreichung einer stabilen     Verbrennung     herabgesetzter Geschwindigkeit in eine Zone  zu leiten, in welcher eine annähernd stabile  Verbrennung trotz der flammenauslöschenden  Geschwindigkeit des ausserhalb dieser Zone  strömenden Luftstromes erfolgt, und ferner  durch     Brennstoffzufuhrmittel,

      um Brennstoff  in veränderbarer Menge dem durch die     Diffit-          sorleitung    strömenden Luftstrom zuzuführen,       lind    zwar an einer Stelle stromaufwärts der  genannten Zone, um eine Mischung dieses  Brennstoffes mit der abgezweigten Luft vor  dem Erreichen der genannten Zone zu ermög  lichen und dadurch ein brennbares Gemisch  für eine Zündflamme in der genannten Zone  zu erzeugen.    Das Gebilde kann ein beiderseits offenes,  konisches Rohr sein, dessen engeres Ende  stromaufwärts und dessen     weiteres    Ende  stromabwärts liegt.

   Das Gebilde kann aber  auch aus mehreren getrennten, beiderseits of  fenen, konischen Rohren bestehen, die hinter  einander in einer Reihe angeordnet sind, wo  bei das engere Ende jedes Rohres stromauf  wärts und das weitere Ende stromabwärts  liegt. Zur Begrenzung der Zone kann ein ko  nisches Rohrstück vorgesehen sein, dessen wei  teres Ende stromabwärts gerichtet ist und des  sen engeres Ende an das     stromabwärtslie-          gende    Ende der     Diffusorleitung    anschliesst.  Das Ende der     Diffusorleitung    kann auch an  ein nicht konisches Rohrstück anschliessen, das  eine Begrenzung für die Zone bildet und an  seinem Eintritt mit einem Drahtnetz versehen  sein kann.

      Nachstehend werden drei Ausführungsfor  men der Erfindung unter Bezugnahme auf die       Zeiehnung    beispielsweise     beschrieben.            Fig.    1 ist eine schematische Ansicht einer  Einrichtung mit einem Gebilde für die Bil  dung einer     Zündflamme.     



       Fig.    2 ist eine schematische Ansicht einer  Einrichtung mit einer andern Ausführungs  form des Gebildes, und       Fig.    3 ist eine schematische Ansicht einer  weiteren Ausführungsform des Gebildes.    In     Fig    1 ist eine     Verbrennungskammer    1  mit einem     Llüteinlass    2 von     Kegelstumpfform     versehen, um die Luft aufzufangen und ihre       Geschwindigkeit        herabzusetzen.    Ein Gebilde  3, 5 ist in die Kammer eingebaut, um einen  Teil der     vorbeistreichenden    Luft     aufzuneh-          inen,

      wobei das den grösseren Durchmesser  aufweisende Ende stromabwärts und vor der       Hauptbrennzone        la    liegt. Der stromaufwärts  liegende Endteil ist ein schwach konisches  Rohr 3, in das ein     Brennstoffzuführungsrohr     4 einmündet, durch das flüssiger,     dampfför-          miger    oder gasförmiger Brennstoff in solchen  Mengen zugeführt wird, dass er mit der Luft.  im Rohr 3 ein praktisch konstantes, leicht  brennbares     Luft-Brennstoffgemisch    bildet. An  das Rohr 3 schliesst an seinem weiteren Ende  ein stark konisches, offenes Endstück 5 an,  das eine     Zündkammer    bildet und die Zone  für die Zündflamme begrenzt.

   In diesem  Endstück 5 ändert sich der Querschnitt be  deutend, so dass die Geschwindigkeit des       Brennstoff-Luftgemisches    auf einen Bruchteil.  der     Luftgeschwindigkeit    in der     Hauptbrenn-          zone        lca    herabgesetzt wird. Wenn das     Luft-          Brennstoffgemisch    in der Zündkammer durch  irgendein geeignetes Mittel, z. B. eine Zünd  kerze, entzündet wird, dringt die Flamme im  konischen Endstück 5 so lange vor, bis die  mittlere örtliche axiale Gasgeschwindigkeit  gleich gross ist wie die Fortpflanzungs  geschwindigkeit der Flamme; in diesem Mo  ment ist die Flamme stabilisiert.

   Wenn nun  die Luftströmung durch den     Haupteinlass    2  und durch irgendwelche Umstände verändert  wird, ändert sich auch die Strömung im Ge  bilde 3, 5, und die Flammenfront im ko  nischen Endstück wird sich je nachdem     vor-          oder        rückwärts    bewegen, bis das Gleichgewicht  zwischen der örtlichen Gasgeschwindigkeit und  der Flammengeschwindigkeit wieder erreicht  ist. Infolge der konischen Form des End  stückes 5 muss sich die Flammenfront nicht  sehr stark verschieben. Es wird deshalb bei  allen Strömungsbedingungen eine stabile  Zündflamme für die     Hauptbrennstoffmischung     unterhalten.

   Der Hauptbrennstoff wird der       Hauptbrennzone        1a    über die     Zlifübrleitung    6      durch den Ringverteiler 7 mit den Brennstoff  düsen 8 zugeführt. Die Zündflamme ist auch  unabhängig von der     Zusammensetzung    des  Gemisches in der     Hauptbrennrone    la und  wird deshalb von der     Massenströmung    der  Luft und den Strömungsgeschwindigkeiten in  der     Hauptbrennzone    nicht. merklich beein  flusst.

      In     Fig    2 ist als Gebilde ein beidseitig of  fenes, konisches Rohr 45 vorgesehen, dessen       stromaufwärtsliegendes    Ende die     Diffusorlei-          tung    bildet und dessen     Konizität    im Gegensatz  zur ersten Ausführung auf der ganzen Länge  konstant ist. Die kleinere     Offnung    liegt strom  aufwärts, um einen Teil der durchstreichen  den Luft abzuzweigen und die Geschwindig  keit herabzusetzen. Dem Rohr 45 wird durch  die Leitung     4a    Brennstoff in solcher     ?Menge     zugeführt, dass mit der Luft ein praktisch  konstantes, leicht brennbares Gemisch ent  steht.

   Die Leitung 4a verläuft am weiteren  Ende des Rohres 45 radial und     biegt    in dessen  Mitte in axialer Richtung ab, worauf sie sich  bis zu einem     Punkt    in der Nähe des engeren  Rohrendes erstreckt.    In     Fig.    3 sind als Gebilde zwei offene, ko  nische Rohre     3u    und 3b in der Kammer 1       hintereinandergeschaltet;    das enge Ende des  Rohres 3b befindet sich beim weiten Ende des  die     Diffusorleitung    bildenden Rohres     3a.    Die  Brennstoffzufuhr erfolgt durch die Leitung 4  in solcher Menge, dass sieh mit der abgezweig  ten Luft im Rohr 3a, ein praktisch konstantes,  leicht brennbares Gemisch ergibt.

   Das Rohr  3b besitzt. ein offenes, rohrförmiges, nicht ko  nisches Endstück     5ca,    das die stabilisierte  Flammenzone begrenzt. Am Übergang des  Rohres 3b in das Endstück     5a    ist ein Draht  netz 5b eingebaut, um Störungen in der Strö  mung auszugleichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung für die Verbrennung von Brennstoff in einem rasch durch eine Leitung strömenden Luftstrom, gekennzeichnet durch ein in der genannten Leitung angeordnetes Gebilde zum Abzweigen eines Teils des Haupt- luftstromes, wobei der stromaufwärtsliegende Endteil des genannten Gebildes eine Diffusor- leitung bildet, um den abgezweigten Teil des Hauptluftstromes mit zur Erreichung einer stabilen Verbrennung herabgesetzter Ge schwindigkeit in eine Zone zu leiten, in wel cher eine annähernd stabile Verbrennung trotz der flammenauslöschenden Geschwindigkeit des ausserhalb dieser Zone strömenden Luft stromes erfolgt;

   ferner gekennzeichnet durch Brennstoffzufuhrmittel, um Brennstoff in veränderbarer Menge dem durch die Diffusor- leitung strömenden Luftstrom zuzuführen, und zwar an einer Stelle stromaufwärts der genannten Zone, um eine Mischung dieses Brennstoffes mit der abgezweigten Luft vor dem Erreichen der genannten Zone zu ermög lichen und dadurch ein brennbares Gemisch für eine Zündflamme in der tenannten Zone zu erzeugen. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Gebilde wenig stens ein konisches, beidseitig offenes Rohr aufweist, dessen engeres Ende stromaufwärts und dessen weitere Ende stromabwärts liegt.

   ?. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Gebilde meh rere getrennte, beidseitig offene konische Rohre aufweist, die alle so hintereinander angeordnet sind, dass ihr engeres Ende strom aufwärts und ihr weiteres Ende stromabwärts liegt. 3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass am stromabwärts liegenden Ende der Diffusorleitung ein die Zone begrenzendes konisches Rohrstück vor gesehen ist, dessen weiteres Ende stromab wärts gerichtet ist und dessen engeres Ende an das stromabwärtsliegende Ende der Diffu- sorleitung anschliesst. 4.

   Einrichtung nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet, dass das Ende des Ge bildes ein am letzten konischen Rohr anschlie ssendes, nicht konisches Endstück aufweist, das eine Begrenzung für die genannte Zone bildet. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, da durch gekennzeichnet, dass zwischen dem ge nannten Endstück und dem stromabwärtslie- genden Ende des letzten konischen Rohres ein Drahtnetz vorgesehen ist.