DE3233832A1 - Oelbefeuerte gasturbine mit oel-luftgemisch-einblasung - Google Patents

Oelbefeuerte gasturbine mit oel-luftgemisch-einblasung

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DE3233832A1
DE3233832A1 DE19823233832 DE3233832A DE3233832A1 DE 3233832 A1 DE3233832 A1 DE 3233832A1 DE 19823233832 DE19823233832 DE 19823233832 DE 3233832 A DE3233832 A DE 3233832A DE 3233832 A1 DE3233832 A1 DE 3233832A1
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Germany
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mixture
compressor
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gas turbine
turbine according
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DE19823233832
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Hans Georg Ing(grad.) 7100 Heilbronn Zimmermann
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • F02C7/236Fuel delivery systems comprising two or more pumps
    • F02C7/2365Fuel delivery systems comprising two or more pumps comprising an air supply system for the atomisation of fuel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Anlage zur Patentanmeldung
  • Ölbefeuerte Gasturbine mit O uftgemisch-Einblasung Durch die Patentanmeldungen P 2950 114.8 und P 2943 957.4 ist, für Ölbrenner zu Heizzwecken'eine Aufbereitung des Brenngemisches bekanntgeworden,welches eine wesentliche Verbesserung der Brennstoffausnutzung erbringt.
  • Bei diesem bekannten Verfahren wird das Brenngemisch dadurch gebildet,daß das Brennöl in den Ansaugstrom eines Kolbenverdichters eingesprüht wird;im Kolbenverdichter wird die angesaugte Luft so hoch verdichtet,daß das eingesprühte Brennöl weitgehend vergast. Dabei ist -die vom Kolbenverdichter angesaugte Luft nur ein-kleiner Teil der Gesamtbrennluft.
  • Durch die Vermischung des eingesprühten Brennöles im Ansaugkanal des Kolbenverdichters,die Strömungen und Turbulenzen im Ansaug-und Verdichtungstakt und die Wärmeaufnahme des Brennöles beim Verdichtungstakt,wird ein sehr feines Aerosol gebildet,welches über eine Einblaseleitung und eine Hinblasedüse,in die,in der Regel von einem Radialgebläse geförderte Brennluft,eingeblasen wird.
  • Aufgrund dieser Gemischaufbereitung entsteht eine Verbrennung mit Blauflamme welche das Brennöl nahezu 100% ausnutzt und weniger schädliche Abgasemission und praktisch keine Ölrußniederschläge erzeugt,also umweltfreundlicher ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,dieses vorstehend beschriebene bekannte Verfahren für die Anwendung bei ölbefeuerten Gasturbinen auszugestalten.
  • Als Beispiel wird ein Turbinen-Strahltriebwerk für Flugzeuge gewählt.
  • In Figur 1 ist schematisch ein Turbinen-Strahltriebwerk mit der Anordnung der Öl-Luftgemisch-Einblasung dargestellt.
  • Es bedeuten: 1 Lufteintritt in den Verdichter 2 Verdichter 3 Sammelrohr 4 Saugleitung des Gemischverdichter3 5 Druckleitung des Gemischverdichters 6 Einblasedüse mit Leitung 7 Brennkammer 8 Turbine In Figur 2 ist schematisch der Gemischverdichter mit vorgeschalteter Brennstoffdosierpumpe dargestellt.
  • Es bedeuten: 9 Gemischverdichter 10 Brennstoffansaugleitung 11 Regelhebel für Brennstoffmenge 12 Brennstoffdosierpumpe 13 Brennstoffdruckleitung 14 Antriebswelle des GemiSchverdichters 4 Saugleitung.des Gemischverdichters 5 Druckleitung des Gemischverdichters Beschreibung der Anordnung und Wirkungsweise: In dem-Turbinentriebwerk sind am Umfang, gleichmäßig verteilt,mehrere Brennkammern 7 angeordnet.
  • Im Innern jeder Brennkammer,am Ende des Brennkammerhalses (Xufteintritt),befindet-si¢h je eine Einblasedüse 6 Die Einblasedüse steht über eine Rohrleitung mit dem am melrohr 3 in Verbindung.
  • Das Sammelrohr wird über die Druckleitung des Gemischverdichters 5 , von dem Gemischverdichter 9 , mit Öl-Luftgemisch (Aerosol) beschickt.
  • Die Saugleitung des Gemischverdichters 4 mündet in die Eingangszone des Brennkammerhalses, Dem Gemischverdichter 9 ist eine Brennstoffdosierpumpe 12 vorgeschaltet,welehe direkt oder über eine Untersetzung, von der Antriebswelle 14 angetrieben wird.
  • In die Saugleitung des Gemischverdichters 4 mündet die Brennstoffdruckleitung 13 Uber die Brennstoffsaugleitung 10 wird die Brennstoffdosierpumpe mit Brennöl beschickt.
  • Der Regelhebel für Brennstoffdosierpumpe 11 betätigt die Brennst offMengenregelung.
  • Je nach Anzahl der Brennkamern des Triebwerkes sind mehrere Gemischverdichter am Umfang des Triebwerkes verteilt, sodaß je 2 bis 3 Brennkammern je ein Gemischverdichter zugeordnet ist.
  • Damit wird bezweckt,daß die Gemischverdichter möglichst klein bauen und sich so im Profil des Triebwerkes einordnen lassen.
  • Außerdem können kleinere Verdichter, aufgrund der kleineren Gleitgeschwindigkeiten der Dichtteil und der geringeren Massen, mit höheren Drehzahlen gefahren werden.
  • er Antreib der Gemischverdichter erfolgt nach bekannter Weise, von der Hauptwelle des Triebwerkes aus, über radiale Wellen mit Kegel-oder Schraubenradgetrieben.
  • Die Ansaugluft für den Gemischverdichter 9 wird am Eingang der Brennlcanuner 7 entnommen. Diese Luft wird von dem Verdichter 2 des Triebwerkes gefördert und hat in der Entnahmezone annahernd den Druck P2 und die Temperatur T2. Im Gemischverdichter wird die eingeströmte Luft auf den Druck P3 und die Temperatur T3 gesteigert.
  • Die für den jeweiligen Leistungszustand erforderliche Brennstoffmenge fördert die Brennstoffdosierpumpe 12 in die Saugleitung des Gemischverdichters 4 . Dabei ist die Mündung der Brennstoffdruckleitung 13 so in der Saugleitung 4 angeordnet,daf3 der Brennstoff,von der durchströmenden Luft, vorzerstäubt und im Luftstrom verteilt wird, Zur Intensivierung dieses Vorganges kann auch zusatzlich, an der Breenstoffeintrittsstelle,im.Saugrohr,ein Venturieinsatz angeordnet sein.
  • Das in den Gemischverdichter eintretende Brennstoff-Luftgemisch hat,wie schon erwahnt, den Zustand P2 und T2 Im Gemischverdichter wird die anteilige Luft weiterverdichtet auf den Druck P3 Das im Gemisch enthaltene Brennöl wird dabei, infolge der sich einstellenden Temperatur T3, schon weitgehend vergast und mit Unterstiitzung der Strömungsvorgänge im Gemischverdichter, ein feines Aerosol gebildet.
  • Dieses Aerosol mit dem Zustand P3 und T3 strömt nun über die .Druckleitung 5 in das,hinter dem Verdichter 2 angeordnete, ringförmige Sammelrohr 3 . Das Sainmelrohr wirkt gleichzeitig als Druckkessel zur Beruhigung der Gemischverdichterpulsation.
  • Von dem Sammelrohr 3 kann das Aerosol, über die angeschlossenen Rohrleitungen, zu den jeweiligen Einblasedüsen 6 strömen.
  • Die Einblasedüse 6 ist etwa so und dort in der Brennkammer 7 angeordnet, wie die Brennerdüsen bei bekannten Gasturbinen.
  • Zur Bildung des Einblase-Brenngcmisches (Aerosol) wird nur ein kleiner Teil der vom Verdichter 2 geförderten Gesamtluft benötigt. Diese Luftmenge kann beispielsweise um 5yo von der Luftmenge betragen'welche'für ein stöchiometrisches Mischungsverhältnis des Gesamtbrenngemisches bei Vollast, erforderlich ist. Aus dieser Luftmenge bestimmt sich auch die Förderleistung des bzw. der Gemischverdichter.
  • Das Druckverhältnis des Gemischverdichters wird von dem Zustand P2 und rf2 der aus dem Verdichter 2 ausströmenden Luft bestimmt.
  • Das Druckverhältnis des Gemischverdichters wird dabei so niedrig wie möglich gewählt,nur so hoch,daß infolge der Temperatur T3 der Brennstoff schon weitgehend vergast. und P3 hoch genug ist um das Aerosol,über die Einblasedüsen in die Haupt luft der Brennkammer einzublasen.
  • Die Leistungsregelung des Turbinen-Triebwerkes mit Aerosol-Einblasung, wie vorstehend beschrieben, erfolgt über die Mengenregelung der Brennstoffdosierpumpe 12 Der Regelhebel 11, mit einem Verstellbereich von Leerlaufbis Vollastmenge,wird über ein Gestinge manuell und überlagert durch einen Rechner,welcher bestimmte Daten wie z.B.
  • Lauftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Brennkammertemperatur, gewählte Leistung, usw. verarbeitet, betätigt.
  • Zum Kaltstart des Turbinen-Triebwerkes kann das Einblasegemisch, über die Regelung der Öldosiepumpe, zusatzlich angereichert werden, Durch das vorstehend beschriebene Verfahren soll,durch die Erzielung einer Verbrennung mit Blauflamme,weitgehend über den gesamten Leistungsbereich,eine nahezu 100%-ige Brennst offausnut zung erreicht werden.
  • Dadurch kann, z.B. bei Flugzeugen, die Reichweite verlangert, bzw. die Nutzlast erhöht werden Außerdem wird,durch Verbesserung der Abgas-Emissionswerte, die Umweltbelastung verringert.
  • Schließlich wird die Betriebssicherheit erhöht, besonders deshalb,weil die Einblasedüse weniger empfindlich gegen Verkoken und-Verstopfen ist als die bisher verwendete Einspritzdüse.
  • Außerdem sind die Betriebsdrücke in Brennstoffpumpen und Brennstoffleitungen niedriger als bei Brennst off-Einsprit zanlagen.
  • Das Kaltstartverhalten wird verbessert weil das warme Aerosol zündwilliger ist als nur fein zerstaubter,flüssiger Brennstoff.

Claims (8)

  1. Patent ansprüche 1. Ölbefeuerte Gasturbine mit Öl-Lauftgemisch-Einblasung, dadurch gekennzeichnet,daß die von einem Gemischverdichter 9 angesaugte Luftmenge, aus der von dem Verdichter 2 geförderten Hauptluft mit dem Zustand P2 und T2, entnommen wird.
  2. 2. Gasturbine nach Anspruch 1.,dadurch gekennzeichnet, daß bei Gasturbinen mit mehreren, an einem Kreisumfang gleichmaßig verteilt angeoraneten Brenrikanunern,das von einem oder mehreren Gemischverdichtern gebildete Einblasegemisch zunächst in ein ringförmige3 Sammelrohr 3 gefördert wird.
  3. 3. Gasturbine nach den Ansprüchen 1.u.2., dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr 3 hinter dem Verdichter 2 und unterhalb der Brennkammer-LuTt e inlä.ufe angeordnet ist;jedoch so,daß das Sammelrohr nicht von dem Austrittstrahl des Verdichters 2 beaufschlagt wird.
  4. 4. Gasturbine nach den Ansprüchen 1.bis 3.,dadurch gekennzeichnet, daß von dem Sammelrohr 3 einzelne Rohrleitungen zu den jeweils in den Brennkammern 7 angeordneten Einblasedüsen 6 führen.
  5. 5. Gasturbine nach den Ansprüchen 1.bis 4.,dadurch gekennzeichnet, daß bei Gasturbinen mit mehreren Brennkammern, zu jeweils zwei bis drei Brennkammern, ein Gemischverdichter zugeordnet ist.
  6. 6. Gasturbine nach den Ansprüchen 1.bis 5.,dadurch gekennzeichnet, daß daß die Leistungsregelung über die Mengenregelung einer oder mehrerer Brennstoffdosierpumpen 12 erfolgt.
  7. 7. Gasturbine nach den Ansprüchen 1.bis 6., dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdosierpumpe 12 mit den Gemischverdichter 9 zu einem Aggregat vereinigt ist,wobei die Brennstoffdosierpumpe von der Antriebswelle des Gemischverdichters direkt oder über eine Untersetzung angetrieben wird.
  8. 8. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 bis 7.,dadurch gekennzeichnet,daß die Brennstoffdruckleitung 13 in die Saugleitung 4 des Gemischverdichters 9 mündet.
DE19823233832 1982-09-11 1982-09-11 Oelbefeuerte gasturbine mit oel-luftgemisch-einblasung Withdrawn DE3233832A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216876A (en) * 1990-11-05 1993-06-08 Consolidated Natural Gas Service Company, Inc. Method for reducing nitrogen oxide emissions from gas turbines
EP0718483A3 (de) * 1994-12-24 1997-08-13 Abb Management Ag Dampfeinspritzgasturbine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216876A (en) * 1990-11-05 1993-06-08 Consolidated Natural Gas Service Company, Inc. Method for reducing nitrogen oxide emissions from gas turbines
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