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Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern Die Erfindung bezieht
sich auf Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern.
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Es sind Brennstoffverdampfer für derartige Brennkammern bekannt, welche
in T-Form aus Rohren derart zusammengesetzt sind, daß am stromabwärtigen Ende eines
rohrförmigen Schaftes ein damit in Verbindung stehender Kopf befestigt ist, der
aus einem Querrohr besteht, an dessen beiden gleichweit von der Schaftmitte entfernten
Enden parallel zum Schaft verlaufende Rohrstutzen mit der Richtung des Schaftes
entgegengerichteten Austrittsöffnungen vorgesehen sind.
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Für diese Form von Brennstoffverdampfern schlägt die Erfindung vor,
daß sich eine Scheidewand in Längsrichtung durch die Mitte des Schaftrohres bis
zu dem vom Schaftrohr abliegenden Umfangsteil des Querrohres erstreckt.
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Mit der Anbringung einer solchen Scheidewand gewinnt die viel beachtete,
weil in vieler Hinsicht besonders vorteilhafte T-Rohr-Bauform für Brennstoffverdampfer
eine weiter zunehmende Bedeutung insofern, als damit auch das bisher noch offen
gebliebene Problem einer völlig gleichen Aufteilung des Brennstoff-Luft-Gemisches
auf die beiden nach entgegengesetzten Seiten sich abstreckenden Querrohre gelöst
ist. Dadurch, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch schon mit beginnendem Eintritt in
den rohrförmigen Schaft, man könnte sagen genau hälftig, durch 2 dividiert wird,
wird der Idealfall einer im Betriebe vollkommen thermischen Symmetrie an den Auslässen
der hier vorliegenden ZweiveYdampferbaueinheit praktisch bestens erreicht.
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Eine turbulente FÖYtbewegung des Gemisches in dem rohrförmigen Schäft,
wie sie bisher möglich war und wie sie eine genau hälftige Aufteilung des Gemisches
auf die beidem Querrohre stört, ]<arm infolge der jetzt den Schaftquerschnitt
in zwei Hälften teilenden Scheidewand überhaupt nicht mehr aufkommen.
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Schließlich wurde festgestellt, daß die Querschnittshalbierung des
Rohrschaftes durch die Scheidewand auch dem Vorgang des-Vermischens der Brennstoffpartikelchen
mit der Läff durchaus förderlich ist.
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Soweit überhaupt -'Einbauten in Brennstoffverdampferrohren vorbekannt
sind, handelt es sich hierbei nur entweder um ein kegelförmig gestaltetes Strömungsumlenkelement
am Ende eines Brennstoffverdampfungsrohresöder um ein Einbauelement in Form eines
Leitschaufelsternes, das im Gegensatz zu dem oben angegebenen Erfordernis gerade
darauf hinzielt, in dem Verdampferrohr eine turbulente Strömung zu erzeugen.
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Im Zusammenhang mit den Figuren wird die Erfindung weiter erläutert.
Es ist Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Darstellung der hinteren Hälfte einer Gasturbine,
in welcher Teile weggebrochen sind, um den Aufbau der Brennkammer zeigen zu können,
Fig.2 eine Darstellung des Brennstoffverdampferrohres für die Gasturbinenbrennkammer
der Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 2, desgleichen eine
Draufsicht des anderen Teils des Brennstoffverdampferrohres der Fig. 2.
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Die an sich bekannte ringförmige Brennkammer 8 ruft zwei Strömungsumkehrungen
hervor. Aus dem Kompressorteil der Gasturbine gelangt die Luft durch den Diffusor
9 in die ringförmige Brennkammer B. Die. heißen Verbrennungsprodukte verlassen die
Brennkammer bei 10. Die Brennkammer 8 weist die toroidale Abschlußwand 17 auf. Der
Verdampfer 22 ist an der toroidalen Wand 23 des ringförmigen Gehäuses 18 befestigt.
Durch die toroidale Abschlußwand 17 ragen mehrere Brennstoffverdampfer 22 nach vorn.
Der Verdampfer weist einen seitlichen Lufteinlaß 35 im Fuß 25 zur Luftaufnahme aus
dem Raum zwischen dem Gehäuse 18 und dem Flammrohr auf. Durch den Luftströmungskanal
19 wird die Luft zu den Primärlufteinlaßöffnungen 20 geführt. Sekundärluft und verdünnte
Luft werden der Brennkammer 8 durch die kurvenförmigen Schaufeln 21 zugeführt: Die
toroidale Abschlußwand 23, an welcher die T-förmigen Verdampfer 22 befestigt sind,
ist am Gehäuse 18 bei 18a befestigt. In gleichen Abständen rund um die Wand 23 sind
Fassungen 24 angeschweißt, welche zur Lagerung der T-Verdampferrohre 22 dienen,
welche durch die Muttern 24a festgehalten werden.
Gemäß den Fig.
2, 3 ist der Brennstoffverdampfer 22 in T-Form aus Rohren zusammengesetzt. Am stromabwärtigen
Ende eines rohrförmigen Schafts 26 ist ein damit in Verbindung stehender Kopf befestigt,
der aus einem Querrohr 28 besteht. An den beiden gleichweh von der Schaftmitte entfernten
Enden sind die Rohrstutzen 29 vorgesehen, welche parallel zum Schaftrohr 26 verlaufen,
Die Austrittsöffnungen 36 der Rohrstutzen 29 sind der Richtung des Schaftrohrs entgegengerichtet.
Die Austrittsenden 36 sind diisenartig verengt. Eine Scheidewand 37 erstreckt sich
in Längsrichtung durch die Mitte des Schaftrohrs 26 bis zu dem vom Schaftrohr abliegenden
Umfangsteil des Querrohrs 28. An dem vom Kopf 27 abliegenden Ende der Scheidewand
37 ist eine Scheibe 38 befestigt. Sie befindet sich in der Nähe der Brennstoffeinspritzdüse
32, welche in Richtung zur Scheibe vorragt, um sie mit dem Brennstoff zu bespritzen.
Die Brennstoffeinspritzdüse 32 ist am Fuß 25 befestigt. Desgleichen ist der Schaft
26 auf dem Fuß 25 befestigt. Der Fuß weist einen Vorsprung 25a auf, welcher als
Keil in eine Ausnehmung der Fassung 24 greift, wodurch das T-Rohr in der Brennkammer
8 gemäß der Fig. 1 eingestellt wird.
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An dem mit einem Gewinde versehenen Ende 30 des Fußes 25, welches
aus der Brennkammer ragt, ist die Mutter 31 zum Festhalten der Brennstoffeinspritzdüse
32 in Ausrichtung mit der Scheibe 38 aufgeschraubt. Der Schaft 26 ist mit der Mittelbohrung
des Fußes 25 ausgerichtet. Der Brennstoff gelangt aus der Leitung 34 über die Brennstoffeinspritzdüse
32 in das T-Rohr, in welchem er durch die Verbrennungswärme in der Brennkammer 8
verdampft. Der Brennstoff wird nicht nur verdampft, sondern innig mit der für die
Verbrennung notwendigen Luft gemischt, so daß das Gemisch, welches aus dem T-Rohr
gelangt, in einem solchen Zustand ist, daß der Verbrennungsprozeß sofort stattfinden
kann.
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Der Lufteinlaß 35 in der einen Seitenwand des Fußes 25 führt die aus
dem Luftströmungskanal 19 strömende Luft in das T-Rohr dicht an der Abgabeöffnung
der Brennstoffeinspritzdüse 32.
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Die gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes wird durch die Scheidewand
37 sichergestellt. Der Brennstoff trifft von der Einspritzdüse 32 auf die Scheibe
38 und wird zu einem ziemlich feinen Nebel zerstäubt, welcher sich leicht mit der
ankommenden Primärluft mischt, welche durch den seitlichen Lufteinlaß 35 gelangt.
Das Gemisch aus Luft und Brennstoff verteilt sich leicht und gleichmäßig auf jede
Seite der Scheidewand 37 und strömt in gleichen Konzentrationen durch die symmetrischen
Hälften des T-förmigen Brennstoffverdampfers. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung
des Brennstoffes sichergestellt. Außerdem erhält man eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in der Brennkammer und eine minimale Ablenkung, Verzerrung und Kohlenstoffbildung.
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Durch die düsenartige Verengung der Rohrstutzen 29 an ihren Austrittsenden
36 wird die Geschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches erhöht, wenn es den T-förmigen
Brennstoffverdampfer verläßt. Die Strömung des Gemisches ist durch die Pfeile 40
angedeutet. Man erhält eine bestmögliche Wirbelung in der Primärverbrennungszone.
Die Folge ist eine innige Vermischung, welche für eine sehr gute Verbrennung und
eine minimale Kohlenstoffbildung notwendig ist. Zwei Ablehkörgane 42 sind an der
Wand 17 gegenüber den Austrittsenden 36 der Rohrstutzen 29 befestigt. Eine Anzahl
von Öffnungen 43 für die Primärluft sind in den Ablenkorganen und daneben vorhanden.
Es entstehen Luftströme gemäß den Pfeilen 44, welche sich mit dem Brennstoff-Luft-Gernisch
aus dem T-förmigen Brennstoffverdampfer vereinigen. Sie tragen dazu bei, die Verbrennung
des Gemisches aufrechtzuerhalten. Da die Strömung der Luft gemäß den Pfeilen 44
entgegengesetzt ist der Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches. gemäß den Pfeilen
40, erfolgt eine gründliche Vermischung. Da die Rohrstutzen 29 an ihren Austrittsenden
36 düsenartig verengt sind, strömt das Brennstoffgemisch nicht zurück in Richtung
des Querrohrs 28 des Brennstoffverdampfers.