DE2201033A1 - Verfahren zur Einspritzung fluessigen Brennstoffs und Luftgeblaesezerstaeuber zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Einspritzung fluessigen Brennstoffs und Luftgeblaesezerstaeuber zur Durchfuehrung des VerfahrensInfo
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-
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Description
ΡΑΊ EN FANWÄLTE ^ ^ ' V V V
10. Januar 1972 Cz. /WX. Anmelder:
1. Arthur Henry Lefebvre, Bedford, Ravensden, Clete Hill, England
2. Eric Roy Norster, Bedford, Portland Close I, England
Verfahren zur Einspritzung flüssigen Brennstoffs und Luftgebläsezerstäuber
zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Einspritzen bzw. Einleiten flüssigen Brennstoffe für mit flüssigem Brennstoff
betriebene Verbrennungssysteme, durch welche der Brennstoff mit Luft vorgemischt werden kann, bevor dieser in die Verbrennungszone
eintrott, und welche insbesondere bei Luftgebläsezerstäubern, die in Gasturbinenmotoren benutzt werden, anwendbar sind.
Bei den meisten Gasturbinenmotoren wird der Brennstoff durch Druckzerstäuber in die Verbrennungskammer eingespritzt, wobei
der Brennstoff in dem Druckzerstäuber beim Durchtritt dur eine kleine öffnung unter Druckanwendung beschleunigt wird, wobei der
Brennstoff mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit aus der öffnung austritt, und zwar in Form von zerstäubten Brennstofftröpfchen.
Ein anderes Verfahren der Brennstoffeinspritzung besteht in der Anwendung eines Luftgebläsezerstäubers, der eine
Einrichtung darstellt, in der der Brennstoff durch die Einwirkung von Luft mit hoher Geschwindigkeit in Tröpfchen zerrissen bzw.
209 832/0638
* LObadc (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wilden, Curau (04505) 210 · Dlpl.-Ing. Th. Wllcken, Lübeck (0451) 2 51 59
Banki Comm.nbank A. G., FiI. Lübtck, Klo.-Nr. 39 0187 Postichedci Hamburg 1381 19
vernebelt wird. Die Luft tritt dann in die Verbrennungszone ein, '
wobei sie den zerstäubten Brennstoff mit sich trägt. !
Luftgebläsezerstäuber haben gegenüber den Druckzerstäubern Vorteil
Ie, die darin bestehen, daß die Brennstofftropfchenverteilung i
über die gesamte Verbrennungszone durch das Luftströmungsbild bestimmt ist, das unter allen Betriebszuständen ziemlich konstant ;
ist, und dieses ist darauf zurückzuführen, daß die Brennstoff trf$>fr
chen vollständig von der strömenden Luft getragen werden. Konse- ]
, quenterweise neigt die Temperaturverteilung in der Abgaskammer j
; dazu, konstant zu bleiben, wodurch die Lebensdauer der Turbinen-■
schaufeln verlängert wird. Andere Vorteile schließen die Vermei- j
\ i
dung von hohen Brennstoffpumpendrücken ein, und , da der mit Luft!
j vorgemischte Brennstoff in die Verbrennungszone eintritt, ist die
j sich ergebende Verbrennung durch eine blaue Flamme von geringer Helligkeit gekennzeichnet, was ziemlich kühle Flammrohrwandungen
und Minimumwerte abgehenden Rauches zur Folge hat.
Viele Konstruktionen von Gasturbinenverbrennungskammern enthalten eine Einrichtung, die als Luftverwirbler bekannt ist und die am
Zuströmende des Flammrohres angeordnet ist. Die primäre Funktion dieses Verwirblers, der nachstehend als der äußere Verwirbler gekennzeichnet
ist, besteht darin, dem Flammrohr Luft in einer Weisfe und Richtung zuzuführen, die beide; so berechnet sind, um eine '
stabile Ströraungsumwälzung in der primären Verbrennungszone zu
fordern.
- 3 209832/0688
Es ist allgemeine Praxis, daß sehr hohe Verbrennungswerte erreicht
werden, wenn der Brennstoff in Bereiche hoher Turbulenz und hoher Querkraft eingespritzt bzw. eingeleitet wird. Die Aufgabe der
Erfindung besteht darin, einen solchen Bereich hoher Turbulenz und hoher Querkraft durch das Vorsehen eines zusätzlichen Luftverwirblers
zu erzeugen. Der Zweck dieses Verwirblers besteht darin, einen wirbelnden Luftstrom zu erzeugen, welcher innerhalb und
konzentrisch zu dem-jenigen Luftstrom liegt, der vom äußeren Verwirbler
erzeugt wird, dessen Wirbelkomponente jedoch in entgegen- ; gesetzter Richtung zu derjenigen des äußeren Verwirblers ausge-■
richtet ist. Es sind Einrichtungen zum überführen des Brennstoffs ..
in eine dünne kontinuierliche Schicht vorgesehen, welche dann durch die Einwirkung von Luft hoher Geschwindigkeit zerstäubt und
j in die Berührungsfläche der zwei entgegengesetzt rotierenden
Luftwirbelströme eingespritzt bzw. eingeleitet wird.
Die Erfindung ist durch Versuche erhärtet, und diese Versuche haben gezeigt:
' a) daß die Zerstäubung am besten ist, wenn der Brennstoff in eine
dünne kontinuierliche Schicht gestreut bzw. Übergeleitet und auf beiden Seiten Luft mit hoher Geschwindigkeit ausgesetzt
wird,
b) daß das Vormischen von Brennstoff und Luft vor der Verbrennung
eine saubere, rußfreie Flamme von niedriger Helligkeit erzeugt,
c) daß hohe Verbrennungswerte erreicht werden, wenn der Brennstoff
in den Bereich hoher Turbulenz und'hoher Querkraft eingespritzt
- 1» 209832/0688
bzw. eingeleitet wird, der an der Berührungsfläche der beiden entgegengesetzt rotierenden Luftwirbelströme gebildet ist.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Einspritzen flüssigen Brennstoffs vorgesehen, welches darin besteht, daß Brennstoff in
eine dünne kontinuierliche Schicht übergeleitet und daß dann beide
Seiten der Schicht der zerstäubenden Einwirkung von wirbelnder Luft hoher Geschwindigkeit ausgesetzt werden, und zwar dadurch,
daß die dünne Brennstoffschicht in den Bereich hoher Turbulenz und hoher Querkraft eingeleitet wird, der an der Berührungsfläche
der beiden einander entgegengesetzt rotierenden Luftwirbelströme ■
gebildet ist.
Die Erfindung besteht auch in einem Luftgebläsezerstäuber zur Durchführung des Verfahrens.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei
die Zeichnungen die Anwendung der Erfindung bei Gasturbinenmotoren zeigen. Es zeigen:
Figur 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines BrennstoffInjektors,
Figur 2 einen Querschnitt durch den Injektor nach Figur 1 nach der Linie II - II,
Figur 3 einen Axialsohnltt durch eine zweite Ausführungsform
eines BrennstoffInjektors.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen umfaßt die in Figur 1 dargestellte !
erste Ausführungsform lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung i
Gesamt . · l
eine bauliche/anordnung, die sowohl einen zentralen Luftverwirbler
und konzentrisch zu diesem eine Luftgebläsezerstäubereinheit als auch einen äußeren Luftverwirbler einschließt. Die Hauptan- i
Ordnung wird durch einen Brennstoffzuleitungsarm 1 mit einer Boh-!
rung 2 zur Zuführung von Brennstoff zum Luftgebläsezerstäuber getragen.
Eine Anzahl axialer Zuleitungswege 3 fördern den Brennstoff von der Bohrung 2 zu einem Ringtunnel 4, der zwischen einem
Ansatzstück 5 eines Hauptkörpers 6 und einem konzentrischen Plüssigkeitsvorfilmbildners (prefilmer) 7 gebildet ist, wobei der
Bildner in einem Zentrierbund 8 gelagert ist und durch eine Mutter 9 gehalten wird. Luft wird zu einer Zerstäubungslippe 10 über einen
äußeren Verwirbler 11 und durch einen schmalen Ringdurchgang 12 gefördert, welch letzterer zwischen dem Bildner 7 und dem
äußeren Verwirbler 11 gebildet ist. Die Mutter 9 hält ebenfalls eine Flüssigkeitsdichtungsscheibe 13 zwischen dem Hauptkörper 6
und der Zentrierbundfläche Ik des Bildners 7. Am Entladungsende
des Ringförmigen Brennstoff tunnels 4 berühren Einlaßdrallkanäle
15, die maschinell in das Ansatzstück 5 eingearbeitet sind, eine Schulter 16, des Plüssigkeitsvorfilmbildners 7, wodurch
Entladungswege für den Brennstoff gebildet sind. Eine innere divergente Wandung 17 des Vorfilmbildners 7 fördert den entladenen
wirbelnden Brennstoff in Form einer gleichmäßigen dünnen kontinuierlichen Schicht zu der Luftzerstäubungslippe 10, Die innere
Wandung 18 des Hauptkörpers des Zerstäubers und ein Zentrumsgllec
- 6 209832/068 8
19 sind an drei Rippen 20 mit gleichem Abstand voneinander be- j festigt, um einen inneren Luftdurchgangsweg 21 zu bilden, der Luft
zum inneren Verwirbler 22 und zur Luftzerstäubungslippe 10 fördert.
Der Körper 23 des inneren Luftverwirblers 22 ist auf einer koni- }
sehen zentralen Narbe 21I durch die Wirkung einer Halteschraube 25
gelagert. Das ümmantelungsteil 26 des inneren Verwirblers trennt die Luft, die durch den inneren Luftverwirbler strömt, von der
Luft, die zu der Luftzerstäubungslippe 10 strömt.
In der Anordnung nach Figur 1 sind keine Metallteile da* Flamme
ausgesetzt und es gibt auch keine nlchtventillerte Bleiche, in
denen Rußformationen und Kohlenstoffanhäufung auftreten können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Verwendung von Luftverwirblerflügein,
die; eine entgegengesetzte Rotation der Luft des inneren Luftverwirblers zu der Luft des äußeren Luftverwirblers
erzeugen. Es ist wohlbekannt, daß maximale Vejrbrennungswerte
in Bereichen hoher Turbulenz und hoher Querkraft erreicht werden. In dem Zerstäuber nach Figur 1 werden solche Bereiche an der Berührungsfläche zwischen den inneren und äußeren wirbelnden Luftströmen erzeugt. Da dieser Bereich auch eine hohe Konzentration
von zerstäubtem Brennstoff enthält, werden sehr hohe Verbrennungs}
werte erreicht«
- 7 - I 209832/0688
\ Verbindung mit einem Pilotbrennstoffinjektor verwendet wird, z.B.j
von der Art, wie er in dem britischen Patent 1 031 18M beschrieben
und in Figur 3 dargestellt ist. Auf gleiche Teile der Figuren 1 ! und 3 wird mit den gleichen Bezugsziffern Bezug genommen. Der
kombinierte Brennstoffinjektor wird von einem Zuleitungsarm 1 mit
Bohrungen 2 und 27 zur Zuführung von Brennstoff zum Luftgebläse- j
Zerstäuber bzw. zur Pilotsprühdüse getragen. Eine Verlängerung der Bohrung 27 verläuft durch den Hauptkörper .6 und durch die
Stützrippen 20 , derart, daß Brennstoff axial durch den Zentrumskörper 19 zu einer Pilotsprühdüse 28 geleitet werden kann. Die
Sprühdüse schließt Einzelteile 28,29 und 30 ein9 die durch eine
Haltemutter 31 für den inneren Luftverwirbler 22 in Stellung gehalten werden, und ein kleiner Betrag an Luft, die durch den innef
ren Luftdurchgangsweg 21 strömt, gelangt durch einen tetikohlenstofflufttunnel
32 zu der Stirnfläche der Sprühdüse 28.
Bei niedrigen Brennstoffströmen fließt aller Brennstoff durch die Pilotsprühdüse 28, und Luft zur Verbrennung wird durch den innere^
Luftverwirbler zugeführt, dessen geometrie primär für eine optima le Verbrennung des Pilotbrennstoffs ausgelegt ist. Bei hohen
Brennstoffströmen fließt aller oder der meiste Brennstoff durch .
das Luftgebläsezerstäubungssystem, wie es weiter vorstehend beschrieben ist, und mischt sich hauptsächlich mit der Luft, die
vom äußeren Luftverwirbler geliefert wird, der speziell für die optimale Verbrennung des vom Luftgebläsezerstäuber gelieferten.
Brennstoffs ausgelegt ist.
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Claims (8)
1. Arthur Henry Lefebvre, Bedford, Ravensden, CIete Hill, England
2. Eric Roy Norster, Bedford, Portland Close I, England
Patentansprüche
il.^Verfahren zum Einspritzen bzw. Einleiten von flüssigem Brennstoff,
gekennzeichnet durch Zerstreuen bzw. überleiten von Brennstoff in eine kontinuierliche dünne Schicht und anschließendes
Aussetzen bei-der Schichtseiten der Zerstäubungseinwirkung von Wirbelnder Luft mit hoher Geschwindigkeit und durch Einleiten
der dünnen Brennstoffschicht in den Bereich hoher Turbulenz und hoherQuerkraft, der an der Berührungsfläche zweier einander entgegengesetzt
rotierender Wirbelluftströme gebildet wird.
2. Luftgebläsezerstäuber zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zentralen Luftverwirbler, ein zu diesem konzentrisch liegendes Zerstäubungsglied
und einen äußeren Luftverwirbler umfaßt, der sowohl zum zentralen Luftverwirbler als auch zum Zerstäubungsglied konzentrisch angeordnet
ist.
3. Zerstäuber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftverwirbler und das Luftzerstäubungsglied zu einer baulichen
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Gesamtanordnung zusammengefaßt sind, die durch einen Brennstoffzuleitungsarm
mit einer Bohrung zur Zuführung des Brennstoffs zum Zerstäuber getragen ist.
4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von axialen Durchgangswegen den Brennstoff von der Bohrung
zu einem Ringtunnel fördert, der zwischen einem Ansatzstück eines Hauptkö&pers und einem zu diesem konzentrisch liegenden
Vorfilmbildner gebildet ist, und daß Luft zu einer Lippe des Zerstäubungsgliedes mittels des äußeren Luftverwirblersund durch einen
Ringkanal förderbar ist, welch letzterer zwischen dem Vorfilmbildner
und dem äußeren Verwirbler gebildet ist.
5. Zerstäuber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Mutter den Vorfilmbildner in einem Zentrierbund und ebenfalls eim Brennstoffdichtungsscheibe zwischen dem Hauptkörper und der Zentrierbundfläche
festhält.
6. Zerstäuber mch Anspruch M oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß
der Hauptkörper und ein Zentrumsglied durch drei gleichen Abstand voneinander aufweisenden Rippen miteinander verbunden sind, um
durch
einen Inneren Luftgangsweg zu bilden, um Luft zum Inneren Verwirbler
und zu der Zerstäubungslippe zu fördern.
7. Zerstäuber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hauptlcörper eine zusätzliche Bohrung aufweist, die durch sein
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Zentrum verläuft und zu einer Pilotsprühdüse führt, wodurch Brennstoff axial durch den Hauptkörper zur Pilotsprühdüse geleitet
werden kann.
8. Zerstäuber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüse eine Anzahl Einzelteile umfaßt, die durch eine Mutter
in Stellung gehalten werden, die den inneren Luftverwirbler auf
dem Hauptkörper hält, und daß ein kleiner Anteil der Luft, die durch den inneren Luftdurchgangsweg strömt, durch einen Antikohlenstofflufttunnel
zur Stirnfläche der Sprühdüse gelangt.
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Priority Applications (1)
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ID=9719860
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Country Status (4)
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Also Published As
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