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Anlage zur Patentanmeldung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,dieses vorstehend beschriebene
bekannte Verfahren für die Anwendung bei ölbefeuerten Gasturbinen auszugestalten.
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Als Beispiel wird ein Turbinen-Strahltriebwerk für Flugzeuge gewählt.
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In Figur 1 ist schematisch ein Turbinen-Strahltriebwerk mit der Anordnung
der Öl-Luftgemisch-Einblasung dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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Das Sammelrohr wird über die Druckleitung des Gemischverdichters 5
, von dem Gemischverdichter 9 , mit Öl-Luftgemisch (Aerosol) beschickt.
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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.
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In die Saugleitung des Gemischverdichters 4 mündet die Brennstoffdruckleitung
13
Uber die Brennstoffsaugleitung 10 wird die Brennstoffdosierpumpe
mit Brennöl beschickt.
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Der Regelhebel für Brennstoffdosierpumpe 11 betätigt die Brennst offMengenregelung.
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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.
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Damit wird bezweckt,daß die Gemischverdichter möglichst klein bauen
und sich so im Profil des Triebwerkes einordnen lassen.
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Außerdem können kleinere Verdichter, aufgrund der kleineren Gleitgeschwindigkeiten
der Dichtteil und der geringeren Massen, mit höheren Drehzahlen gefahren werden.
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er Antreib der Gemischverdichter erfolgt nach bekannter Weise, von
der Hauptwelle des Triebwerkes aus, über radiale Wellen mit Kegel-oder Schraubenradgetrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Von dem Sammelrohr 3 kann das Aerosol, über die angeschlossenen Rohrleitungen,
zu den jeweiligen Einblasedüsen 6 strömen.
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Die Einblasedüse 6 ist etwa so und dort in der Brennkammer 7 angeordnet,
wie die Brennerdüsen bei bekannten Gasturbinen.
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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.
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Das Druckverhältnis des Gemischverdichters wird von dem Zustand P2
und rf2 der aus dem Verdichter 2 ausströmenden Luft bestimmt.
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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.
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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.
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Lauftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchte, Brennkammertemperatur, gewählte
Leistung, usw. verarbeitet, betätigt.
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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.
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Dadurch kann, z.B. bei Flugzeugen, die Reichweite verlangert, bzw.
die Nutzlast erhöht werden Außerdem wird,durch Verbesserung der Abgas-Emissionswerte,
die Umweltbelastung verringert.
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Schließlich wird die Betriebssicherheit erhöht, besonders deshalb,weil
die Einblasedüse weniger empfindlich gegen Verkoken und-Verstopfen ist als die bisher
verwendete Einspritzdüse.
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Außerdem sind die Betriebsdrücke in Brennstoffpumpen und Brennstoffleitungen
niedriger als bei Brennst off-Einsprit zanlagen.
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Das Kaltstartverhalten wird verbessert weil das warme Aerosol zündwilliger
ist als nur fein zerstaubter,flüssiger Brennstoff.