DE2126849B2 - Brennstoffzerstaeubungsvorrichtung fuer gasturbinen - Google Patents
Brennstoffzerstaeubungsvorrichtung fuer gasturbinenInfo
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Description
55
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffzerstäubungsvorrichtung
für Gasturbinen mit einem Brennstoffdüsenkopf, der eine mittig angeordnete sich nach außen kegelförmig erweiternde, mit einer scharfen
Austrittskante endende Düsenöffnung aufweist und dessen äußere Umfangsfläche sich zunächst in Strömungsrichtung
konisch verengt und sich zum Austritt hin wieder erweitert, und mit einem den Brennstoffdüsenkopf
umgebenden und mit diesem einen ringförmigen Luftdurchgang bildenden Mantel, dessen innere
Umfangsfläche flammenseitig sich zunächst in Strömungsrichtung ebenfalls verengt und sich zum Luftaustritt
hin konisch erweitert und der stromab über die Austrittskante des Brennstoffdüsenkopfes vorsteht.
Eine derartige Zerstäubungsvorrichtung ist aus der US-PS 34 74 970 bekannt Bei solchen Zerstäubungsvor
richtungen für Gasturbinen wird schon seit langer Zeit ein vom Verdichter kommender Luftstrom über die zu
Koksansatz neigenden äußeren Flächen des Brennstoffdüsenkopfes geleitet, um unter anderem eine Verschmutzung
dieser Flächen zu vermeiden, wie es in der GB-PS 6 94 483 beschrieben ist.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß infolge der hohen Brennkammertemperaturen und der in der Brennkammer
auftretenden Rauchgasrückströmung auch die in die Brennkammer ragenden Teile des Luftführungsmantels
einer Verkokung ausgesetzt sind. Weiterhin besteht infolge der hohen Temperatur am Brennstoffdüsenkopf
die Gefahr des Crackens des Öles in den Brennstoffzufuhrkanälen und somit die Gefahr der Verschmutzung
dieser Kanäle. Auch der vom Verdichter kommende Luftstrom ist bereits so hoch erhitzt, daß er diese Gefahr
nicht abwenden kann. Bei einer auftretenden Verkokung ist aber mit einer ungleichmäßigen Zerstäubung
und ungleichmäßigen Brennstoff-Luft-Vermischung /u rechnen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, bei einer Zerstäubungsvorrichtung der eingangs genannten
Art eine gleichmäßige Brennstoff-Zerstäubung und Brennstoff-Luft-Vermischung durch Vermeidung von
Kohlenstoff- bzw. Koksansätzen zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst. daß zwischen dem Mantel und dem Brennstoffdüsenkopf
eine Abschirmung angeordnet ist, deren stromauf liegendes Ende fest mit der äußeren Umfangsfläche des
Brennstoffdüsenkopfes verbunden ist und deren stromab liegendes Ende eng an einer an der äußeren
Umfangsfläche des Brennstoffdüsenkopfes angeordneten ringförmigen, axial verlaufenden Trägerfläche
anliegt und die einen ringförmigen Luftraum mit dem Brennstoffdüsenkopf sowie einen sich im wesentlichen
axial erstreckenden Luftdurchgang mit dem Mantel bildet, und daß der stromauf mit der Abschirmung
verbundene Mantel sich an seiner äußeren Umfangsfläche gegen sein flammenseitiges EnGe verjüngt, das in
einer einen geringen Abstand von der Austrittskante aufweisenden Ebene liegt, und mehrere im Abstand
voneinander angeordnete radiale Rippen aufweist, die gleitbar in der Öffnung einer Aufnahmevorrichtung
angeordnet sind und einen schmalen Luftdurchgarig zwischen dem Mantel und der Aufnahmevorrichtung
freilassen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der divergierende Auslaß für den umhüllenden Luftstrom läßt die Umhüllungsluft als einen Hohlkegel
um den Brennstoffsprühnebel und in enger paralleler Nähe dazu austreten. Die auf der Außenfläche des
Mantels angeordneten Rippen halten diesen in einem Abstand von der Aufnahmevorrichtung und ermöglichen
eine filmartige Strömung entlang dieser Außenfläche. Durch die stromlinienförmige Verjüngung des
Mantels kann dieser mit seiner sich nach außen erweiternden inneren Umfangsfläche eine stromab
liegende Kante geringer radialer Ausdehnung bilden, zu der die filmartige Strömung ohne Ablösung geleitet
wird, und außerdem werden dadurch die der Verkokung ausgesetzten Teile der äußeren Umfangsfläche des
Mantels möglichst klein gemacht. Das stromab liegende
Ende des Brennstoffdüsenkopfes wird dadurch geichützt,
daß der Mantel in axialer Richtung zwar im wesentlichen in der Ebene der Austrittskante des
irennstoffdüsenkopfes endet, aber doch ein kleines Stück über diese hinausragt
Die radiale Ausdehnung der Rippen ist gering im Verhältnis zur radialen Ausdehnung des Luftdurchganges
für die Umhüllungsluft, so daß die aus dem letzteren ausströmende Luft die filmartige Luftströmung an eier
Itromab liegenden Kante des Mantels ablenkt und verhindert, daii diese filmartige Luftströmung den
Brennstoffsprühnebelwinkel verengt Die zwischen dem ringförmigen Mantel und dem Brennstoffdüsenkopf
angeordnete Abschirmung dient als Luftführung und vor allem als Hitzeschild gegen die heiße Verdichterluft
end die Rückstrahlung aus der Brennkammer und verhindert ein Cracken des Brennstoffes in den Kanälen
der Ztrstäubervorrichtung.
Nachfolgend wird auf die Abbildung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemä-Ben
Brennstoffzerstäubungsvorrichtung dargestellt ist
Die Abbildung zeigt im Schnitt den auslaßseitigen Teil 46 der Brennstoffzerstäubungsvorrichtung mit
einem Hauptkörper 56, einem Brennstoffdüsenkopf 58, einer Abschirmung 60, einem Mantel 62 und primären
und sekundären Einsatzteilen 64 und 67.
Der Hauptkörper 56 mit seiner Mittellinie 51 weist einen primären Durchgang 57 für die Zuleitung des
unter Druck stehenden Brennstoffes von einem Einlaß zum Einsatzteil 64 auf, welcher eine Vielzahl peripher im
Abstand voneinander angeordneter axialer Wirbelschlitze 66 enthält, die dem Brennstoff eine Wirbelbewegung
erteilen, bevor dieser durch eine erste öffnung 68 tritt, welche den Brennstoffsprühkegel 49 erzeugt In
gleicher Weise hat der Hauptkörper 56 einen sekundären Durchgang 70, durch den der unter Druck
stehende Brennstoff zu einer Vielzahl im Abstand voneinander angeordneter radialer Wirbelschlitze 72
geleitet wird, welche durch den sekundären Einsatzteil 67 und den Brennstoffdüsenkopf 58 gebildet werden.
Der wirbelnde Brennstoff aus den Schlitzen 72 wird zu einer sekundären öffnung 74 geleitet, welche in dem
Brennstoffdüsenkopf 58 vorgesehen ist und von der eine sich stromabwärts erweiternde, kegelstumpfförmige
Führungsoberfläche 76 ausgeht, welche sich zur stromab liegenden Austrittskante 78 des Brennstoffdüsenkopfes
58 erstreckt. Hierdurch wird der aus der öffnung 74 ausströmende Brennstoffwirbel als ein
anliegender konischer Brennstoffilm zu der Austrittskante 78 geleitet, mit einem öffnungswinkel, der im
wesentlichen gleich dem gewünschten öffnungswinkel des Sprühnebels 48 ist.
Der Brennstoffdüsenkopf 58 umfaßt ein sich stromauf erstreckendes rohrförmiges Teil 80, welches über den
Hauptkörper 56 geschoben und mit diesem verbunden ist, vorzugsweise außerhalb der Brennkammer und
stromauf von einer Aufnahmevorrichtung 52, z. B. durch Schweißen oder Schrauben.
Die äußere Umfangsfläche des Brennstoffdüsenkopfes 58 verläuft über eine Erweiterung 82 zur ^0
stromabliegenden Austrittskante 78, so daß diese scharfkantig ausgebildet ist Hierdurch ist die Möglichkeit
der Ansammlung von Kohlenstoff oder Koks auf dieser Austrittskante verringert.
Die Abschirmung 60 ist über den Brennstoffdüsenkopf 58 geschoben und bildet einen ringförmigen im
wesentlichen abgeschlossenen Luftraum 84, der sich axial über den größten Teil der Umfangsfläche des
Brennstoffdüsenkopfes 53 erstreckt und so diesen gegen die heiße Verdichterluft, die entlang der Innenseite des
Mantels 62 strömt, isoliert. Die Abschirmung 60 ist mit dem Brennstoffdüsenkopf 58 an seinem stromauf
liegenden Endstück durch eine Schweißnaht «6 verbunden.
Das stromab liegende Endstück der Abschirmung 60 liegt eng an einer sich axial erstreckenden, ringförmigen
Trägerfläche 88 an, weiche auf der äußeren Umfangsfläche des Brennstoffdüsenkopfes 58 benachbart zu seiner
stromab liegenden Austrittskante 78 gebildet ist. Auf diese Weise ist ein Verschluß für das stromab liegende
Ende des isolierenden Luftraumes 84 geschaffen und ein relatives thermisches Ausdehnen und Zusammenziehen
zwischen dem Brenr.stoffdüsenkopf 58 und der Abschirmung
60 ermöglicht.
Der Mantel 62 ist mit radialem Abstand über den Brennstoffdüsenkopf 58 und die Abschirmung 60
geschoben und umschließt so einen im wesentlichen axial verlaufenden, ringförmigen Luftdurchgang 90,
durch den Verdichterluft strömt. Der Mantel 62 ist mit der Abschirmung 60, benachbart seinem stromauf
liegenden Endstück, durch eine Vielzahl auf dem Umfang mit Abstand voneinander angeordneten Rippen
92 verbunden, welche entweder von der Abschirmung 60 oder dem Mantel 62 getragen sind.
Die innere Umfangsfläche des Mantels 62 weist vor seinem flammenseitigen Ende (Umfangskante) % eine
Erweiterung 94 auf und bildet, zusammen mit der Erweiterung 82 des Brennstoffdüsenkopfes 58, einen
divergierenden Auslaß 98 für die Verdichterluft. Diese strömt dadurch in Form eines Hohlkegels über und
entlang dem Brennstoffsprühnebel 48. Der öffnungswinkel des konischen Auslaufes des Mantels 62 ist
ungefähr gleich dem gewünschten Sprühwinkel des Brennstoffsprühkegels 48 und stabilisiert so den
Brennstoffkegel in der Nähe der Brennstoffdüse und schützt diesen wirksam gegen Druckveränderungen und
Umkehrströmungen in der Brennkammer.
Der Mantel 62 umfaßt eine Vielzahl peripher in einem Abstand voneinander angeordneter, sich axial erstrekkender
Rippen 100 mit relativ geringer radialer Ausdehnung im Vergleich zur radialen Höhe des
Luftdurchganges 90 des Mantels 62, welche die äußere Oberfläche 102 des Mantels 62 zentrisch in einem
radialen Abstand vom Umfang einer öffnung 54 in der Aufnahmevorrichtung 52 halten und eine Strömung in
Form eines dünnen Luftfilmes von einer Einlaßkammer entlang der freiliegenden äußeren Umfangsfläche 102
des Mantels 62 gestatten. Die äußere Umfangsfläche 102 des Mantels 62 weist einen sich stromab zur
Umfangskante % hin verjüngenden Abschnitt 104 auf, der vorzugsweise stromlinienförmig gewölbt ausgebildet
ist, um die filmförmige Strömung wirksam zu dem stromab liegenden Endstück des Mantels 62 zu leiten.
Durch Ausbildung der Rippen 100 mit einer relativ geringen radialen Ausdehnung im Vergleich zur
radialen Höhe des Luftdurchganges 90 des Mantels 62 reicht die filmartige Strömung aus, die Oberfläche 102
zu säubern und jegliche Kohlenstoff- und Koksansammlung darauf zu verhindern; sie ist jedoch schwach genug,
um durch die relativ stärkere Mantelluftströmung am stromab liegenden Endstück des Mantels 62 abgelenkt
zu werden, ohne den Sprühnebelwinkel des Brennstoffkegels 48 zu beeinflussen. So wurde beispielsweise eine
radiale Höhe der Rippen 100 von etwa 0,38 mm bei einem Durchmesser der äußeren Umfangsfläche 102 deir
Mantelfäche 62 von etwa 19 mm und einer radialen
Höhe des Luftdurchganges 90 im Innern des Mantels 62 von etwa 1,14 mm als geeignet befunden, um eine
zufriedenstellende Reinigung zu bewirken, ohne nachteilig den Brennstoffsprühnebelwinkel zu beeinflussen.
Wie in der Abbildung gezeigt, liegt die stromab liegende Umfangskante % des Mantels 62 in einer
Ebene, die parallel und in geringem Abstand von der Ebene der stromab liegenden Austrittskante 78 liegt
(z.B. 0,13 bis 0,38mm). Auf diese Weise wird die
Oberfläche des Mantels 62, welche dem Verbrennungsprozeß ausgesetzt ist, verringert und ein Schutz für die
Austrittskante 78 während des Betriebes geschaffen.
Durch Verbinden des Brennstoffdüsenkopfes 58, dei Abschirmung 60 und des Mantels 62 nur an derer
stromauf liegenden Endstücken und an einer Stelle, die sich in einem Abstand von den hohen Temperaturen der
Verbrennungskammer befindet, wird eine relative thermische Ausdehnung oder Kontraktion zwischen
diesen Teilen ermöglicht und eine hohe Belastung der
ίο Verbindungsstellen vermieden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Brennstoffzerstäubungsvorrichtung für Gasturbinen
mit einem Brennstoffdüsenkopf, der eine mittig angeordnete sich nach außen kegelförmig
erweiternde, mit einer scharfen Austrittskante endende Düsenöffnung aufweist und dessen äußere
Umfangsfläche sich zunächst in Strömungsrichtung konisch verengt und sich zum Austritt hin wieder
erweitert, und mit einem den Brennstoffdüsenkopf umgebenden und mit diesem einen ringförmigen
Luftdurchgang bildenden Mantel, dessen innere Umfangsfläche flammenseitig sich zunächst in
Strömungsrichtung ebenfalls verengt und sich zum Luftaustritt hin konisch erweitert und der stromab
über die Austrittskante des Brennstoffdüsenkopfes vorsteht, dadurch gekennzeichnet, daß
!zwischen dem Mantel (62) und dem Brennstoffdüsenkopf (58) eine Abschirmung (60) angeordnet ist,
deren stromauf liegendes Ende fest mit der äußeren Umfangsfläche des Brennstoffdüsenkopfes (58)
verbunden ist und deren stromab liegendes Ende eng an einer an der äußeren Umfangsfläche des
Brennstoffdüsenkopfes (58) angeordneten ringförmigen, axial verlaufenden Trägerfläche (88) anliegt
und die einen ringförmigen Luftraum (84) mit dem Brennstoffdüsenkopf (58) sowie einen sich im
wesentlichen axial erstreckenden Luftdurchgang (90) mit dem Mantel (62) bildet, und daß der stromauf
mit der Abschirmung (60) verbundene Mantel (62) sich an seiner äußeren Umfangsfläche (102) gegen
sein flammenseitiges Ende (96) verjüngt, das in einer einen geringen Abstand von der Austrittskante (78)
aufweisenden Ebene liegt, und mehrere im Abstand voneinander angeordnete radiale Rippen (100)
aufweist, die gleitbar in der öffnung einer Aufnahmevorrichtung (52) angeordnet sind und einen
schmalen Luftdurchgang zwischen dem Mantel (62) und der Aufnahmevorrichtung (52) freilassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (62) sich an seinem
flammenzugewandten Abschnitt (104) der äußeren Umfangsfläche (102) verjüngt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel (62) sich an seinem Abschnitt (104) konisch verjüngt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (62) sich stromlinienförmig
verjüngt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem flammenseitigen
Ende (96) des Mantels (62) und der Austrittskante (78) 0,13 bis 0,38 mm beträgt.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US6819470A | 1970-08-31 | 1970-08-31 | |
US6819470 | 1970-08-31 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2126849A1 DE2126849A1 (de) | 1972-03-09 |
DE2126849B2 true DE2126849B2 (de) | 1976-05-13 |
DE2126849C3 DE2126849C3 (de) | 1977-01-13 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3638865A (en) | 1972-02-01 |
FR2103621A1 (de) | 1972-04-14 |
DE2126849A1 (de) | 1972-03-09 |
CA939420A (en) | 1974-01-01 |
FR2103621B1 (de) | 1974-10-11 |
GB1350454A (en) | 1974-04-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |