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Einrichtung, insbesondere für Gasturbinenanlagen zum Verbrennen von
gasförmigem oder verdampftem Brennstoff Die Erfindung bezieht sich auf Anlagen oder
Einrichtungen zum Verbrennen von Brennstoff in einem gerichteten Gasstrom aus die
Verbrennung unterstützendem Gas - kurz Brenngasstrom genannt -und ist insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, bei Verbrennungseinrichtungen für Gasturbinen-Strahltriebwerken
oder bei anderen Gasturbinenanlagen anwendbar.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Verbrennungseinrichtungen, in
welchen Flammen stabilisierende Prall- bzw. Staukörper in einem gerichteten Brenngasstrom,
der mit flammenlöschender Geschwindigkeit fließt, angeordnet sind, vorzusehen; aber
viele dieser Vorschläge sind mit den Nachteilen behaftet, daß die Flamme nicht ausreichend
stabilisiert oder durch den Gasstrom ausgelöscht wird oder daß die Verbrennung eine
unvollständige ist.
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Die Erfindung betrifft eine Brenneinrichtung zum Verbrennen von gasförmigem
oder verdampftem Brennstoff in einem Brenngasstrom, welche aus einem Durchlaß besteht,
der einen Weg für den Gasstrom bildet und in seiner Länge mit einem Teilstück versehen
ist, das im Vergleich zu einem unmittelbar stromaufwärts gelegenen Teil eine größere
Querschnittsfläche und Abzweigung nach einer Seite des Durchlasses aufweist, aus
einem Flammen stabilisierenden Prall- bzw. Staukörper am Eingang des erweiterten
Teilstücks, aus Mitteln zur Brennstoffzufuhr in den Durchlaß hinein, derart, daß
der Brennstoff in der unmittelbar stromabwärts des Prall- bzw. Staukörpers gelegenen
Erweiterung vorhanden ist, sowie aus einer Zündvorrichtung. Die Erfindung besteht
in erster Linie darin, daß der Prall- bzw. Staukörper aus einer Kaskaden- oder Stufenanordnung
von Schaufeln mit strömungsgünstigem oder tragflächen- bzw. flügelförmigem Querschnitt
gebildet wird, die so am Eingang des erweiterten Teilstücks liegt, daß wenigstens
mehrere der Schaufeln mit Hinsicht auf die Gasströmung überzogene Profilanstellung
haben, während dann die übrigen Schaufeln, wie an sich bekannt, eine Stellung aufweisen,
bei welcher die Gasströmung nur umgelenkt wird, und daß das erweiterte Teilstück
eine wirbelerzeugende Erweiterung bildet, die zusammen mit den überzogen angestellten
Schaufeln einen Rücklauf des Gases von Stromabwärts- zu Stromaufwärtsrichtung in
dem erweiterten Teilstück veranlaßt.
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Durch das Vorhandensein überzogener Schaufeln am Eingang zu einer
wirbelerzeugenden Erweiterung in einem Durchlaß veranlaßt die kombinierte Wirkung
der Strömungsablösung von den überzogenen Schaufeln und der Wirbel in der Erweiterung
einen Gasrücklauf von der Stromabwärtsrichtung nach der Stromaufwärtsrichtung und
dadurch die Schaffung eines abgeschirmten Bereichs, in dem Verbrennung vor sich
gehen kann. Die vorliegende Anordnung soll einen Fortschritt gegenüber bekanntenAnordnungen
schaffen, die eine Stufenanordnung von Schaufeln zeigen, die in einem Durchlaß angeordnet
sind. Jede der Schaufeln verursacht als Folge einer Zirkulationsströmung einen Potentialwirbel,
und alle zusammen erzeugen eine Potentialwirbelschicht, die sich quer bzw. schräg
zum Durchlaß erstreckt. Die Potentialwirbelschicht verursacht eine geordnete Ablenkung
der Gesamtströmung um weniger als 90°, welche eine Verminderung der axialen Geschwindigkeitskomponente
der Gasströmung zur Folge hat. Die Verminderung der Geschwindigkeit soll ermöglichen,
daß eine Verbrennung stromabwärts der Potentialwirbelschicht stattfinden kann. Die
Veröffentlichung offenbart jedoch nicht die Erzeugung von Strudeln infolge einer
wirbelerzeugenden Erweiterung noch von Ablösungswirbeln infolge überzogener Schaufelanstellung,
was zusammen einen möglichst ungeordneten, turbulenten Rücklauf der in möglichst
viele Einzelfäden aufgespaltenen Gesamtströmung von der Stromabwärtsnach der Stromaufwärtsrichtung
bewirkt und somit eine gute Stabilisierung der Flamme gewährleistet.
Schaufeln,
die den erfindungsgemäßen Prall- bzw. Staukörper bilden, können zwischen überzogener
und nicht überzogener Stellung beweglich sein, um bei Außerbetriebsetzung im Gasstrom
möglichst wenig Widerstand und Druckverlust zu verursachen.
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Brennstoff kann auf verschiedene Weise zugeführt werden. Beispielsweise
kann er als Gemisch mit dem Gasstrom zugeführt werden. Er kann als Flüssigkeit in
den Gastrom strömungsaufwärts des Prall- bzw. Staukörpers eingesprüht oder als Film
über den Prall-bzw. Staukörper verteilt und von bzw. auf diesem fortlaufend verdampft
werden. Brennstoff kann auch unmittelbar in die Rücklaufzone eingeführt werden und
zwar beispielsweise als Sprühnebel aus flüssigem Brennstoff. Flammen weiterleitende
Einrichtungen können vorgesehen werden.
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Zahlreiche erfindungsgemäße Ausführungsformen sind möglich; beispielsweise
kann eine Verbrennungseinrichtung der vorbeschriebenen Art bei Staustrahltriebwerken,
bei Gasturbinen für Haupt-, Zwischen-oder Nacherhitzung bei Druckaustauschern und
anderen Anlagen verwendet werden, bei welchen Wärmeenergie durch Verbrennung frei
wird.
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Die Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf gewisse Ausführungsformen
an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt Fig.1 einen Schnitt
durch einen Durchlaß, in welchem eine erfindungsgemäße Verbrennungseinrichtung angeordnet
ist, Fig.2 eine schaubildliche Darstellung einer Verbrennungseinrichtung, mit Kaskadenanordnung,
Fig.3 in schaubildlicher Darstellung einen Teil einer Gasturbine, welche ein ringförmiges
Verbrennungssystem, das auf dem in Fig. 2 gezeigten Prinzip aufgebaut ist, vorsieht,
Fig. 4 das Verbrennungsteilstück der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung in vergrößertem
Maßstab mit gewissen Änderungen, Fig.5 ein 'Nachbrenn- oder Zwischenerhitzungsgerät
für eine Gasturbine.
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Fig. 6 und 7 Einzelheiten jeweils in bezug auf die Prall- bzw. Stauanordnungen
und die Brennstoffzuführung.
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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig.l schaubildlich dargestellt.
Diese weist einen Durchlaß 19 auf, durch welchen Brenngas in Richtung des Pfeiles
11 fließt. In dem Weg des Gasstroms 11 ist eine Prall- bzw. Stauplatte 17 angeordnet,
welche den Gasstrom in zwei Teilströme unterteilt, von denen einer durch einen als
Diffusor wirksamen Durchlaß 18 hindurchfährt und den Sekundärluftstrom bildet, während
dessen anderer Teil in einen vergrößerten Teil des Durchlasses bei 19 abgelenkt
wird. In diesem vergrößerten Teil des Durchlasses tritt infolge der Anwesenheit
der Platte 17, welche als Prall- bzw. Staukörper wirkt, ein Rückwirbel des Brenngases
ein, wobei die zweckmäßige Richtung der Profilkrümmung der Platte 17 durch Versuche
zu ermitteln ist. Über die Düse 20 wird Brennstoff in diese Rückwirbelungszone eingeführt.
Die Prall- bzw. Stauplatte 17 erzeugt einen geschützten Raum, in dem der Brennstoff
verbrannt wird, wobei der Flammenbereich durch die gestrichelte bzw. gewellte Linie
21 annähernd dargestellt ist. Der Sekundärluftstrom. welcher den Durchlaß 18 passiert.
und die heißen, verbrannten, aus dem vergrößerten Teil des Durchlasses 19 kommenden
Gase vermischen sich miteinander in einem gemeinsamen Durchlaß 22 strömungsabwärts
der Brennzone. Es ist ersichtlich, daß durch Einfügen des als Diffusor wirksamen
Teilstücks 18 in diese Anordnung eine wesentliche Erhöhung des statischen Druckes
erreicht und damit der Verlust in der gesamten Verbrennungszone sehr verringert
wird. Eine andere Wirkung besteht darin, däß die Geschwindigkeit des bei 19 in den
Verbrennungsdurchlaß eintretenden Brennases unter diejenige des strömungsaufwärts
von der' Brennzone gelegenen Gases herabgesetzt wird, so daß die Neigung zum Auslöschen
der Flamme durch den Gasstrom hoher Geschwindigkeit vermindert wird. Die Anordnung
kann so getroffen werden, daß der Anteil von Brenngas, der in den größeren Teil
des Durchlasses bei 19 eintritt, nicht wesentlich größer ist als die zur Verbrennung
des zugeführten gesamten Brennstoffes erforderliche Menge. Damit kann selbst die
mittels des Durchlasses 10 hervorgerufene starke Wirbelung die Wirksamkeit der Verbrennung
nicht ernsthaft verringern, da keine Möglichkeit besteht, daß Ballungen bzw. Ansammlungen
von brennendem Brennstoff aus der Brennzone heraus in den Sekundärluftstrom gedrückt
und dort ausgelöscht werden. Es können so viele geteilte Verbrennungsdurchlässe
parallel zueinander angeordnet werden, wie dies mit der Konstruktion und der Stetigkeit
der Verbrennung vereinbar ist.
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, sind mit den Bezugszeichen 10, 13 und
16 Teilstücke eines Durchlasses bezeichnet, durch welchen Brenngas, beispielsweise
Luft, in Richtung des Pfeiles 11 hindurchströmt. Der Durchlaß kann einen beliebigen,
beispielsweise kreisförmigen oder ringförmigen Querschnitt aufweisen. Der Gasstrom
ist auf seinem Wege vom Teilstück 10 zum Teilstück 16 einer zweifachen rechtwinkligen
Richtungsänderung unterworfen. Der Abstand der Durchlaßwände voneinander im Zwischenteilstück
13 ist viel größer als derjenige der Teilstücke 10 und 16. Das Verhältnis dieser
Vergrößerung kann beispielsweise bis 4 : 1 betragen. An der ersten rechtwinkligen
Abbiegung zwischen den Teilstücken 10 und 13 ist eine Stufenanordnung 12 aus Schaufeln
mit strömungsgünstigen bzw. tragflächenförmigen Querschnitt angeordnet. Diese Schaufeln
sind teilweise in überzogener Profilanstellung angeordnet, damit in deren Strömungsschatten
geschützte Bereiche hergestellt werden, in denen Verbrennung stattfinden kann. An
der zweiten rechtwinkligen Abbiegung zwischen dem Teilstück 13 und dem Teilstück
11 ist eine zweite Stufenanordnung 15 aus Schaufeln mit flügel- bzw, tragflächenförmigem
Querschnitt angeordnet. Die Schaufeln der Stufenanordnung 12 und die unmittelbare
bzw. plötzliche Vergrößerung des Durchlasses zwischen Teilstück 10 und Teilstück
13 bewirken zusammen einen Geschwindigkeitsabfall und damit eine Verdichtung des
Gases. Auf ähnliche Weise bewirken die Schaufeln der Stufenanordnung 15 und die
unmittelbare bzw. plötzliche Verengung zwischen Teilstück 13 und Teilstück 16 des
Durchlasses eine Beschleunigung bzw. Expansion. Deshalb wird die Stufenanordnung
12 nachfolgend als Verdichterstufenanordnung, die Stufenanordnung 15 als Entspannungsstufenanordnung
bezeichnet. Das Teilstück 13 bildet eine Verbrennungszone, wobei der Brennstoff
im Strömungsschatten der überzogen angestellten Schaufeln der Verdichterstufenanordnung
12, wie in punktierten Linien bei 14 dargestellt, verbrannt wird. Der Brennstoff
wird dem Gasstrom über eine strömungsaufwärts gerichtete Brennstoffleitung 34 zugeführt,
wobei der Brennstoff durch das Brenngas in die Brennzone 13 gefördert wird. Die
aus dem Teilstück 13 in das Teilstück 16 geführten Verbrennungsprodukte werden dann
zum Leisten von Nutzarbeit, beispielsweise
zum Treiben einer Turbine
oder als Wärmequelle, abgeleitet.
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Die in Fig.2 dargestellte allgemeine Anordnung kann durch Anbringen
einer oder mehrerer wirksamer und nicht in überzogener Profilanstellung befindlicher
Stufenanordnungen strömungsaufwärts von der Stufenanordnung 12 mit überzogener Profilanstellung
so abgeändert werden, daß ein Druckanstieg und Geschwindigkeitsabfall schon in dem
der Brennzone sich nähernden Brenngas erzeugt wird. In diesen Fällen sind die überzogen
angestellten Schaufeln der Verdichterstufenanordnung 12 so angeordnet, daß sie nicht
in den Strömungsschatten der strömungsaufwarts befindlichen Verdichterschaufeln
fallen. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, die überzogen angestellten
Verdichterschaufeln der Stufenanordnung 12 jeweils mit den Entspannungsschaufeln
der Stufenanordnung 15 als fortlaufende bzw. zusammenhängende Bauteile zu verbinden.
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Nicht alle Schaufeln der Stufenanordnung 12 brauchen überzogen zu
sein, einige können in nicht überzogener Stellung angeordnet sein und die Gasströmung
einfach in den erweiterten Abschnitt 13 ablenken.
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Eine Ausführungsform entsprechend dem aus Fig. 1 ersichtlichen allgemeinen
Prinzip ist in den Fig.3 und 4 näher erläutert. Diese Figuren zeigen eine Brennanlage
bzw. ein Brennsystem zur Verwendung in Gasturbinen-Strahltriebwerken. Fig.3 zeigt
einen strömungsabwärts von einem Axialverdichter 23 angeordneten ringförmigen Durchlaß
10, der nach einem vergrößerten ringförmigen Durchlaß führt, in welchem die Verbrennung
stattfindet. Am strömungsabwärts gelegenen Ende des ringförmigen Durchlasses ist
eine Turbine 26 angeordnet, die mit dem Verdichter 23 auf einer gemeinsamen Welle
befestigt ist. Es ist nur die letzte Stufe des Verdichters 23 dargestellt. Die innere
Wand des vergrößerten ringförmigen Durchlasses oder der Ringbrennkammer, wie dieser
auch bezeichnet werden kann, ist, wie bei 24 dargestellt, sanft gebogen bzw. gekrümmt,
und Profilkörperpaare 40, 41 sind quer über das strömungsaufwärts gelegene Ende
25 der Brennzone verlaufend angeordnet. Diese Profilkörper (die aus Fig. 4, welche
eine Vergrößerung von Fig. 3 ist, deutlicher zu ersehen sind) teilen den auftreffenden
Brennluftstrom in Primär- und Sekundärluft auf. Die zu einem Körperpaar gehörigen
Strömungswege sind jeweils mit 18 und 19 bezeichnet, so daß Übereinstimmung mit
Fig.2 hergestellt ist. Eine ausreichende Anzahl von Profilkörperpaaren 40, 41 ist
quer über den gesamten Halsteil der Brennkammer angeordnet, um eine genügende bzw.
ausreichende Wärmeentwicklung aus dem verbrannten Brennstoff zum Betrieb der Turbine
26 zu gewährleisten. Gleichrichterleitflächen 28 sind strömungsabwärts von der Brennzone
angeordnet, welche die Wirbelung der in Richtung der Turbine 26 strömenden heißen
Gase dämpfen bzw. glätten. Wie aus Fig. 4 zu ersehen, ist das strömungsaufwärts
gelegene Ende des in Fig. 3 mit 19 bezeichneten Verbrennungsweges bei 29 dargestellt,
und es besteht aus einem parallelseitigen Durchlaß ausreichender Länge, um Wirbelengen
größeren Ausmaßes, die in dem ankommenden Strom vorhanden sein können, zu dämpfen
bzw. zu glätten. Brennstoff wird in der Rückwirbelzone, welche durch eine in gestrichelten
Linien bei 30 angedeutete Flamme dargestellt ist, verbrannt. Das Größenverhältnis
zwischen dem parallelseitigen Durchlaß und dem durch die Flamme eingenommenen Bereich
beträgt etwa 1:4. Der vorbeschriebene Sekundärluftdurchlaß 18 ist als wirksamer
Diffusor bzw. Zerstäuber ausgebildet, wobei das Verhältnis der Vergrößerung bzw.
Ausweitung des Diffusors etwa 1 : 11/z beträgt. Die Platten 40, 41 können mit Durchbrüchen
bzw. Löchern versehen sein, damit ein Teil der Sekundärluft zum Zweck des Kühlens
hindurchfließen kann.
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Das strömungsaufwärts gelegene Ende des Verbrennungsweges 19 dämpft
bzw. glättet, wie bereits erwähnt, Wirbelungen größeren Ausmaßes. Dies ist zum Vermeiden
des Löschens der Flamme notwendig. Es ist jedoch wünschenswert, eine geringe Wirbelung
zum Kurzhalten der Flamme aufrechtzuerhalten, natürlich unter der Voraussetzung,
daß diese Wirbelung nicht so stark ist, daß diese die Flamme unter den ungünstigsten
Bedingungen (d. h. bei größter Schwingungshöhe) auslöschen kann. Diese geringe Wirbelung
kann durch Anordnen von Wandunebenheiten im Weg 19 erzeugt werden. Im Durchlaß 10
ist eine strömungsaufwärts gerichtete Brennstoffeinspritzdüse 34 angeordnet. Der
Brennstoff wird durch den Luftstrom gegen die Profilkörper in der Brennkammer gefördert.
Einer der Profilkörper 40 trägt eine Zündvorrichtung 42, welche das Luft-Brennstoff-Gemisch
in dem nebengeordneten Brennstoffweg entzündet. Die Flamme kann mittels eines U-förmigen
Zündflammenrohres 43 auf andere Verbrennungswege übertragen werden: Diese Zündanordnung
ist besonders bei Leerlauf- oder Teillastbetrieb geeignet. Beim Leerlauf kann es
wünschenswert sein, daß die Verbrennung nur in einem der Verbrennungswege 19 stattfindet,
und dadurch kann der Weg, welcher die Zündvorrichtung aufweist, als Leerlaufweg
oder Zündbrenner für die anderen Verbrennungswege verwendet werden. Wenn die Betriebsbelastung
wiederhergestellt ist, kann sich die Flamme über ein oder mehrere Zündflammenrohre
43 auf andere Verbrennungswege 19 fortpflanzen. Die Verbrennung in anderen Wegen
als im L eerlaufweg kann durch die Brennstoffzufuhr zu den betreffenden Wegen gesteuert
werden, wobei der Brennstoff beispielsweise als Flüssigkeit, welcher sich als Film
über die Oberfläche der Platten verteilt, zugeführt wird (wie nachfolgend beschrieben
wird). Wenn der Leerlaufweg nur allein erforderlich ist, wird die Zufuhr zu den
anderen Verbrennungswegen unterbrochen. Der Leerlaufweg kann so ausgebildet sein,
daß dieser besonders stabil bzw. gleichförmig ist, d. h. niedrige Geschwindigkeit
und geringe Wirbelung aufweist, um eine leichte Zündung zu ermöglichen. Die Unebenheiten
der Wände sollten nicht so stark bzw. ausgeprägt sein wie in anderen Wegen.
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Die Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, die in einem
Nachbrenn- oder Zwischenerhitzungsgerät für ein Gasturbinen-Strahltriebwerk angeordnet
ist. Die Bezugszeichen 10, 13 und 16 zeigen Teilstücke eines gekröpften bzw. gebogenen
Durchlasses ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten. Die Gasturbine 44 ist strömungsaufwärts
von dem Durchlaßteilstück dargestellt. Brennstoff für das Nachbrenngerät kann über
eine strömungsaufwärts gerichtete Brennstoffleitung 34 eingespritzt werden, wobei
der Brennstoff durch die die Turbine 44 verlassenden Auspuffgase strömungsabwärts
gefördert wird. Der Durchlaß 10, 13,16 ist ringförmig ausgebildet. Die innere
Wand der Teilstücke 10, 13, 16 und die äußere Wand des Teilstücks 10 sind ortsfest
bzw. unbeweglich ausgeführt und bilden einen Teil des normalen Gasturbinengehäuses.
Die äußere Wand der Teilstücke 13 und 16 wird jedoch durch einen Muffenteil 45,
welcher die fest angeordneten Wände des Durchlasses umgibt,
gebildet,
der so angeordnet ist, daß er eine Gleitbewegung in axialer Richtung ausführen kann;
nicht dargestellte Dichtungsmittel sind vorgesehen, die ein Entweichen der Gase
aus dem Durchlaß zwischen den beweglichen und festen Wänden hindurch verhindern
oder begrenzen. Das Muffenstück 45 ist zwischen zwei Grenzstellungen verschiebbar,
von denen eine in Fig. 5 durch eine voll ausgezogene Linie dargestellt ist und in
welcher die Abstände zwischen unmittelbar gegenüberliegenden Teilen der Durchlaßwände
bei allen Teilstücken 10, 13 und 16 im wesentlichen die gleichen sind und die andere
durch eine gebrochene Linie in Fig.5 dargestellt ist, in welcher die Abstände zwischen
unmittelbar gegenüberliegenden Teilen der `Fände im Teilstück 13 wesentlich größer
als in den Teilstücken 10 oder 16 sind. An der ersten rechtwinkligen Abbiegung zwischen
den Teilstücken 10 und 13 ist eine Verdichterstufenanordnung aus Schaufeln mit tragflächen-
bzw. flügelförmigem Querschnitt angeordnet, und an der zweiten rechtwinkligen Abbiegung
zwischen den Teilstücken 13 und 16 ist eine Entspannungsstufenanordnung aus Schaufeln
mit tragflächen- bzw. flügelförmigem Querschnitt angeordnet. Die Schaufeln sind
zwischen den festen Wänden des Durchlasses und der beweglichen Wand vermittels einer
Scherengitteranordnung46, einer sogenannten »Hexenschere«, angebracht. Wenn sich
das Muffenteil in der durch voll ausgezogene Linien in Fig. 5 dargestellten Stellung
befindet, ist die Scherengitteranordnung 46 zusammengeschoben, und wenn sich das
Muffenstück 45 in der durch gestrichelte Linien dargestellten Stellung befindet,
ist die Scherengitteranordnung 46 auseinandergezogen, um den Schaufeln der Stufenanordnung
47 und 48 das Einnehmen ihrer neuen Stellungen zu ermöglichen. Die Schaufeln der
Verdichterstufenanordnung 47 sind so an der Scherengitteranordnung 46 befestigt,
daß die Schaufeln, wenn sich das Muffenstück 45 in der durch voll ausgezogene Linien
dargestellten Stellung befindet, in nicht überzogener Profilanstellung stehen und
daß die Schaufeln der Verdichterstufenanordnung 47, wenn sich das Muffenstück 45
in der durch gestrichelte Linien dargestellten Stellung befindet, ganz oder teilweise
in überzogener Profilanstellung stehen. :Nicht dargestellte Mittel ermöglichen die
Unterbrechung der Zufuhr zu der Leitung 34, wenn sich das Muffenstück 45 in der
durch voll ausgezogene Linien dargestellten Stellung befindet und die Schaufeln
der Verdichterstufenanordnung 47 in nicht überzogener Anstellung stehen. Das Muffenstück
45 wird mittels eines hydraulisch betätigten Kolbens 50 zwischen den beiden Stellungen
bewegt, welcher mit einem an das Muffenstück 45 angearbeiteten Ansatz 51 verbunden
ist.
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Die Wirkungsweise der in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsform
ist wie folgt: Wenn eine Zwischenerhitzung oder ein Nachbrennen nicht erforderlich
ist, befindet sich das Muffenstück 45 in der durch voll ausgezogene Linien dargestellten
Stellung, die Verdichterstufenanordnung 47 ist in nicht überzogener Anstellung,
und es wird kein Brennstoff über die Leitung 34 zugeführt. Die Abgase der Turbine
44 strömen deshalb durch die Durchlaßteilstücke 10, 13 und 16 frei hindurch und
weiter zu dem Düsenrohr hin. Wenn ?\Tachbrennen oder Aufheizen erforderlich ist,
wird das Muffenstück 45 in die in der Fig. 5 durch gebrochene Linien dargestellte
Stellung bewegt. die Schaufeln der Verdichterstufenanordnung 47 werden in die überzogene
Anstellung gebracht, und Brennstoff wird über die Leitung 34 eingespritzt. Der Brennstoff
wird in Tropfenform von dem Auspuffgasstrom bzw. Abgasstrom zu der Verdichterstufenanordnung
47 gefördert. Die überzogenen Schaufeln weisen in ihrem Strömungsschatten geschützte
Bereiche auf, in welchen die Verbrennung stattfindet, wobei das Teilstück 13 die
Brennzone bildet. Die Gase fließen dann durch die Entspannungsstufenanordnung 48
zu dem Teilstück 16 und dann zu dem Schubrohr.
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Es ist ersichtlich, daß diese Anordnung eine zufriedenstellende Einrichtung
zum Durchführen des Aufheizens in einer Gasturbine oder Gasturbinenanlage darstellt,
ohne den üblichen Nachteil beträchtlicher Verluste in der Aufheizeinrichtung, die
sonst sogar dann auftreten, wenn diese außer Betrieb ist. Diese Anordnung ist bei
ortsfesten Anlagen oder Gasturbinen-Strahltriebwerken gleichermaßen anwendbar. Eine
ähnliche Anordnung kann in den Nebenschluß eines Zweikreis-Strahltriebwerkes eingebaut
werden. Verbrennungseinrichtungen gemäß den anderen Ausführungsformen der Erfindung
können gleichfalls in verschiedene Ausführungen von Gasturbinenanlagen. wie beispielsweise
bei Zweikreis-Strahltriebwerken eingebaut werden.
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In sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen kann der Rückwirbelzone
Brennstoff auf mehrere verschiedene Arten im Strömungsschatten des Prall- bzw. Staukörpers
zugeführt werden, gleichgültig wie der Prall- bzw. Staukörper ausgebildet ist, z.
B. als Verdichterstufenanordnungsschaufel, als Platte 17 oder als Platten 40, 41.
Dieser kann beispielsweise in den Verbrennungsraum in Form eines gasförmigen Gemisches
mit Brenngas gelangen. Er kann auch gleichmäßig in das Brenngas strömungsaufwärts
von der Brennzone eingesprüht und von dem Gas in Tropfenform mitgenommen werden.
Eine derartige Anordnung ist in den Fig. 2, 3 und in Fig. 5 bei 34 dargestellt.
Andererseits kann der Brennstoff der Oberfläche des Prall- bzw. Staukörpers unmittelbar
zugeführt werden, und falls dieser, wie in Fig. 2 dargestellt. in Form einer Schaufel
ausgebildet ist, sollte der Film vorzugsweise auf der Rückseite der Schaufel eingeführt
werden, um die Gefahr des Wegblasens des Brennstoffes zu verringern. Der Brennstoff
verdampft auf bzw. von der Oberfläche, auf welche er als Film aufgebracht wird.
Hilfsverdampfungsflächen können innerhalb der Rückwirbelzone angeordnet werden,
die, falls erforderlich, gleichfalls mit Brennstoff befeuchtet werden können. Diese
Anordnung ist beispielsweise in Fig. 6 dargestellt, wobei eine Leitfläche 35 so
an der Rückseite der Schaufel angebracht ist, daß diese in den Verbrennungsbereich
hineinragt. Es kann zweckmäßig sein, Brennstoff als Gas oder Dampf unmittelbar in
den Rückwirbelbereich einzuführen (wie bei 20 in Fig. 1), und falls dieser Brennstoff
ursprünglich flüssig ist, kann dieser während des Vorbeifließens an jeder beliebigen,
von den heißen Gasen bestrichenen Flächen verdampft werden. Diese heißen Gase können
der Flamme, welcher der Brennstoff zugeführt wird, entnommen oder von einer anderen
Wärmequelle abgeleitet werden. Die Verdampfung geschieht vorzugsweise innerhalb
eines Durchlasses, in welchen auch Luft eingeführt wurde. Die unmittelbare Zufuhr
von zerstäubtem flüssigem Brennstoff in Form von Tropfen in den Rückwirbelbereich
von einem strömungsabwärts davon befindlichen Punkt aus bildet eine weitere Möglichkeit.
Die Zufuhr von Brennstoff unmittelbar in den Rückwirbelbereich ist in Fig.7 dargestellt,
wobei das Zuführrohr 36 zur Zufuhr von verdampftem oder flüssigem Brennstoff in
den Rückwirbelbereich vorgesehen werden kann.
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Wenn der verdampfte
Brennstoff von einem benachbarten Verbrennungsbereich oder Verbrennungsweg bezogen
wird, so würde das Rohr 36 dem in Fig. 4 dargestellten Zündflammenrohr 34 entsprechen.
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Wenn die Prallkörper bzw. -staukörper gegenüber dem Brenngas konvex
ausgebildet sind, wie dies beispielsweise im Verbrennungsweg 19 in Fig. 4 der Fall
ist, können diese von solcher Stärke sein, daß diese hohl ausgebildet und zur Zufuhr
des Brennstoffes in den Verbrennungsbereich benutzt werden. Flüssiger Brennstoff
kann in diesen Bereich entweder in flüssiger oder dampfförmiger Form eingespritzt
werden. In der in Fig.4 dargestellten Anordnung kann der Brennstoff als flüssiger
Film den beiden Seiten des Verbrennungsdurchlasses zugeführt und auf bzw. von diesen
verdampft werden.
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Vorzugsweise sollten die Vorderkanten der Prall-bzw. Staukörper, gleichgültig
ob diese als Schaufeln, Ablenkplatten oder Durchlaßwände ausgebildet sind, abgerundet
sein, um ein Abreißen der Strömung bei Betriebsbedingungen, die außerhalb der konstruktiven
Auslegung liegen, zu verhindern.
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Im vorstehenden wurde die Anwendung der Erfindung in bezug auf Ausführungsformen
bei Gasturbinen erwähnt, d. h. aber nicht, daß diese Verbrennungseinrichtung ausschließlich
bei derartigen Anlagen anwendbar ist. Die Erfindung kann beispielsweise bei Staustrahltriebwerken,
beim Antrieb von Hubschrauber-Luftschrauben mittels Düsen an deren Enden, bei Druckaustauschern
und anderen Geräten, die die Erzeugung von heißen Gasen erfordern, angewendet werden,
so beispielsweise bei Geräten zur Erzeugung von Azetylen aus Methan und Sauerstoff
oder bei der Herstellung von Stickstoff aus Brennstoff, welcher in Luft mit oder
ohne Sauerstoffanreicherung verbrannt wird. Die Anordnung nach Fig.3 ist besonders
bei Axialströmungs-Gasturbinen mit ringförmiger Brennkammer anwendbar; die Erfindung
ermöglicht jedoch gleichfalls eine zweckmäßige Anordnung bei einer Zentrifugalverdichter-Gasturbine.
Die erfindungsgemäße Verbrennungseinrichtung kann dann an derjenigen Stelle eingefügt
werden, die normalerweise durch die Bogen bzw. Knie des Diffusors am Läuferaustritt
eingenommen wird. Auf diese Weise kann eine äußerst kurze Maschine erreicht werden,
welche beispielsweise mit senkrechter statt mit waagerechter Achse in ein Flugzeug
eingebaut werden kann. Beispielsweise kann ein Zentrifugalverdichter mit senkrechter
Achse innerhalb der Profildichte eines Flügels eingebaut werden.