DE3034555C2 - Flüssigbrennstoff-Brenner für ein Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

a) daß der Strömungskanal außen von einem Ringkörper (48) begrenzt ist,

b) daß der ringförmige, konvergierende Abschnitt (52) des Strömungskanals zwischen dem Ringkörper (48) und einem topfförmigen, zum stromaufwärtigen Ende der Brennkammer hin offenen Innenkörper (50) gebildet ist,

c) daß die Einschnürung (56) des Strömungskanals in Höhe des geschlossenen, dem stromabwärtigen Ende der Brennkammer zugewandten Endes des Innenkörpers (50) liegt,

d) daß erste Drallerzeuger (62) für die dem konvergierenden Abschnitt (52) des Strömungskanals zugeführte Luft in der Umfangswand des Innenkörpers (50) angeordnet sind,

e) daß zweite Drallerzeuger (60) für die dem divergierenden Abschnitt (54) des Strömungskanals zugeführte Luft am Umfang des Ringkörpers (48) stromab der Einschnürung

• (56) angeordnet sind, und

f) daß die Drallerzeuger (58) für den Brennstoff am Umfang des Ringkörpers (48) stromauf der Einschnürung (56) angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallerzeuger (58) für den Brennstoff, und die ersten Drallerzeuger (62) für die Luft für gleiche Drallrichtung ausgelegt sind.

3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallerzeuger (58) für den Brennstoff und die ersten Drallerzeuger (62) für die Luft für entgegengesetzte Drallrichtung ausgelegt sind.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drallerzeuger (62) für Luft und die zweiten Drallerzeuger (60) für Luft für gleiche Drallrichtung ausgelegt sind.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Drallerzeuger (62) für Luft und die zweiten Drallerzeuger (60) für Luft für entgegengesetzte Drallrichtung ausgelegt sind.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennstoffablenklippe (64) vom Innenkörper (50) in den ringförmigen, konvergierenden Abschnitt (52) des Strömungskanals axial gegenüber den Drallerzeugern (58) für den Brennstoff einsteht.

7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (48) von einem Ring (42) mit einer die Brennstoffringleitung (44) bildenden Nut in seiner an den Ringkörper anliegenden Mantelfläche umschlossen ist, der in einer öffnung (40) am Ende des Brennstoffzuführungsarms (38) angeordnet ist und einen tangential angestellten, mit der Brennstoffzuführung in Verbindung stehenden Brennsioffeinlaß (46) aufweist

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigbrennstoff-Brenner für ein Gasturbinentriebwerk mit einer

ίο durch einen Brennstoffzuführungsarm versorgten Brennstoffringleitung und einem Strömungskanal, der einen ringförmigen konvergierenden Abschnitt dem Luft und von der Brennstoffringleitung her durch Drallerzeuger Brennstoff zugeführt werden, einen divergierenden Abschnitt dem weitere Luft zugeführt wird, und dazwischen eine Einschnürung aufweist

Ein solcher Brenner ist durch die DE-AS 18 06 142 bekannt Hierbei wird dem Strömungskanal der Brennstoff über eine tangential verlaufende Einlaßöffnung zugeführt Die komprimierte Luft wird über eine stromaufwärtige Ringeinlaßöffnung dem Strömungskanal zugeführt und fließt in diesem innerhalb eines an der inneren Oberfläche der Kanalwandung haftenden Brennstoffilms ab. Eine Vermischung innerhalb des Strömungskanals zwischen Luft und Brennstoff findet praktisch nicht statt, sondern erst nach Durchlaufen der Einschnürung, wo die Druckluft innerhalb des Strömungskanals den Brennstoffilm von der inneren Kanalwandoberfläche ablöst, worauf der Brennstoff einem weiteren Druckluftstrom ausgesetzt wird, der über einen den Strömungskanal umgebenden Ringkanal zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die innige Vermischung von Brennstoff und Luft am Austritt des Brenners unter allen Lastbedingungen dadurch zu verbessern, daß eine Vorvermischung von Luft und Brennstoff bereits innerhalb des Strömungskanals stattfindet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Erfindung wird demgemäß erreicht, daß die Luft von radial innen her in den Strömungskanal in verwirbelter Form eintritt, während der Brennstoff von radial außen her so in den Strömungskanal eingespritzt wird, daß er nicht auf der Wand abfließen kann, sondern sich mil der verwirbelten Luft mischt. Eine weitere Verbesserung der Durchmischung wird durch die zweiten Wirbelerzeuger erreicht, die die über den äußeren Ring zugeführte Luft verwirbeln, bevor diese auf das an der Einschnürung austretende Brennstoff-Luftgemisch auftrifft.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Flüssigbrennstoff-Brenner;

F i g. 2 in größerem Maßstab Einzelheiten des in F i g. 1 dargestellten Brenners;

Fig.3 eine abgewandelte Ausführungsform des Brenners gemäß der Erfindung;
F i g. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 gemäß

« Fig.3;

Fig. 5 einen Teilschnitt nach der Linie 5-5 gemäß Fig.3;
Fig.6 einen Teilschnitt nach der Linie 6-6 gemäß

Fig. 3;

Fig.7 einen Teiischnitt nach der Linie 7-7 gemäß Fig.3;

Fig.8 eine abgewandelte Ausführungsform eines Brennstoff-Brenners gemäß der ErFndung;

Fig.9 einen Teilschnitt nach der Linie 9-9 gemäß Fig. 8;

Fi g. 10 einen Teiischnitt nach der Linie 10-IC gemäß Fig. 9;

Fig. 1 i einen Teilschnitt längs der Linie 11 -11 gemäß Fig. 9;

F i g. 12 einen Teilschnitt nach der Linie 12-12 gemäß Fig.8.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk 20 mit hohem Nebenstromverhältnis. Das Triebwerk 20 besitzt einen Frontfan 22 und eine Antriebsturbine 24 für diesen Frontfan. Ein Zwischendruckkompressor 26 wird von einer zugeordneten Zwischendruckturbine 28 angetrieben und ein Hochdruckkompressor 30 von einer zugeordneten Hochdruckturbine 32.

Außerdem ist eine ringförmige Brennkammer 34 mit mehreren in gleichem Abstand angeordneten Flüssigbrennstoff-Brennern 36 vorhanden, von denen einer in F i g. 2 im einzelnen dargestellt ist.

Jeder Brenner 36 weist einen Brennstoffzuführuncrsarm 38 auf, der in einer öffnung 40 endet, in der ein Ring 42 angeordnet und festgelegt ist, wobei dieser Ring 42 teilweise eine Brennstoffzuführungsringleitung 44 bildet, die einen tangentialen Brennstoffeinlaß 46 besitzt.

Ein Aufbau, bestehend aus einem Ringkörper 4a und einem zum stromaufwärtigen Ende der Brennkammer hin offenen topfförmigen Innenkörper 50 ist innerhalb des Rings 42 festgelegt und der Ringkörper 48 bildet in Kombination mit dem Ring 42 die Brennstoffzuführungsleitung.

Der Ringkörper 48 und der Innenkörper 50 begrenzen zwischen sich den konvergierenden Abschnitt 52 eines Strömungskanals, der in einer Einschnürung 56 endet. Daran schließt sich ein divergierender Abschnitt 54 des Strömungskanals an. Der Ringkörper 48 besitzt mehrere, im gleichen Abstand zueinander angeordnete Brennstoffeinlässe 58 stromauf des konvergierenden Abschnitts und in dem divergierenden Abschnitt 54 sind Luftwirbelschaufeln 60 angeordnet, die einen (zweiten) Drallerzeuger bilden.

Der Innenkörper 50 besitzt erste Drallerzeuger, die aus mehreren im gleichen Abstand zueinander angeordneten tangentialen Schlitzen 62 bestehen, die in dem Strömungskanal von der inneren Oberfläche des Kanals vorsteht.

Im Betrieb strömt Brennstoff vom Brennstoffzuführungsarm 48 in die Brennstoffringlcitung 44 über den Einlaß 46 und dann in den Strömungskanal Stromauf des konvergierenden Abschnitts 52 durch die einen dritten Drallerzeuger bildenden Brennstoff-Verwirbelungseinlässe 58. Komprimierte Luft vom Hochdruckkompressor 30 strömt über einen Ringeinlaß der Brennkammer 34 nach den Drallerzeugern 60 und 62 eines jeden Brenners 36. Der verwirbelte Brennstoff im Strömungskanal wird durch eine Lippe 64 nach der äußeren Oberfläche gerichtet und mit der Luft gemischt die durch die Schlitze 62 abströmt Die Drallmischung wird durch die Einschnürung gesteuert, und wenn sie die scharfe öffnung durchläuft, wird eine gute Zerstäubung in feine Tröpfchen gewährleistet Der verstäubte Brennstoff vermischt mit Luft wird dann von der Wirbelluft aufgenommen, die aus den Schaufeln 60 Ii austritt und nach außen in die Brennkammer verwirbelt, wobei sich eine weitere Zerstäubung ergibt

Ein Anteil der Mischung von verwirbeltem Brennstoff und Luft strömt über das gewölbte stromabwärtige Ende des Innenkörpers 50 ab, wäscht diesen und verhindert eine Kohlenstoffablagerung auf diesem Innenkörper, oder es wird diese Ablagerung wenigstens reduziert

Das Ausführungsbeh piel gemäß Fig.3 bis 7 weist zahlreiche Ähnlichkeiten mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 auf, und der Hauptunterschied besteht in der Ausbildung des zweiten Drallerzeugers 60, der in diesem Fall Schlitze aufweist, die im stromabwärtigen Ende des Ringkörpers 48 eingearbeitet sind, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist.

F i g. 5 zeigt die drallerzeugenden Einlasse 58 für den Brennstoff in dem Ringkörper 48, und F i g. 6 zeigt die drallerzeugenden Einlasse 62 und die Lippe 64 des Innenkörpers 50, und Fig.7 zeigt den tangentialen Brennstoffeinlaß 46 im Ring 42, der nach der jo Brennstoffleitung 44 führt.

Die Arbeitsweise dieses Brenners entspricht jener, die unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben wurde.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.8 bis 12 weist

viele Ähnlichkeiten mit den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen auf, mit dem Unterschied, daß die Lippe 64 an der inneren Oberfläche des Strömungskanals wegfällt und eine Lippe 64' an der äußeren Oberfläche des Kanals stromab der drallerzeugenden Einlasse 62 vorgesehen ist. Die drallerzeugenden Einlasse 60 haben die Gestalt »angentialer Schlitze, von denen in F i g. 9

nur einer dargestellt ist. Es sind jedoch mehrere derartige Schlitze in gleichem Abstand angeordnet.

Die F i g. 10,11 und 12 entsprechen den F i g. 5, 6 und

7, wobei festzustellen ist, daß mehrere drallerzeugende Einlasse 62 vorgesehen sind, wie aus F i g. 11 ersichtlich.

Dieses Ausführungsbeispiel arbeitet in gleicher Weise

wie die vorbeschriebenen beiden Ausführungsbeispiele mit dem Unterschied, daß die Verwirbelungsluft aus den Einlassen 62 den von der nunmehr in den Strömungskanal von der äußeren Oberfläche her einstehenden Lippe 64' ankommenden Brennstoff aufnimmt.

Die Brennstoff- und Lufteinlässe 58,6U und 62 können so angeordnet sein, daß Brennstoff bzw. Luft jeweils in der gleichen Richtung verwirbelt werden, oder einer oder zwei Einlasse 58,60 und 62 können so angeordnet werden, daß die jeweiligen Strömungsmittel in einer Richtung entgegengesetzt zur Abströmrichtung durch den verbleibenden Einlaß verwirbelt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Flüssigbrennstoff-Brenner für ein Gasturbinentriebwerk mit einer durch einen Brennstoffzuführungsarm versorgten Brennstoffringleitung und einem Strömungskanal, der einen ringförmigen, konvergierenden Abschnitt, dem Luft und von der Brennstoffringleitung her durch Drallerzeuger Brennstoff zugeführt werden, einen divergierenden Abschnitt, dem weitere Luft zugeführt wird, und dazwischen eine Einschnürung aufweist, dadurch gekennzeichnet,