DE69605813T2

DE69605813T2 - Brennstoff-einspritzeinrichtung für verbrennungsgerät

Info

Publication number: DE69605813T2
Application number: DE69605813T
Authority: DE
Inventors: Peter Senior
Original assignee: Alstom Power UK Holdings Ltd
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1996-09-04
Publication date: 2000-06-29
Anticipated expiration: 2016-09-05
Also published as: DE69605813D1; EP0852687A1; JPH11515089A; WO1997012178A1; GB2305498A; JP3878980B2; EP0852687B1; GB2305498B; GB9519547D0; US6050096A; GB2305498A9

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennstoff- Einspritzeinrichturig für ein Verbrennungsgerät, bei der Flüssigbrennstoff benutzt wird. Es betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Einspritzeinrichtung für eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, ist aber auch geeignet zur Verwendung mit flüssigen Brennstoffen und in Verbrennungsgeräten, außer in Turbinen.
Verschiedene Brennstoff-Einspritzeinrichtungen sind auf dem Gebiet beschrieben worden. Zum Beispiel ist in der EP 0 660 038 ein Brennstoffeinspritzgerät beschrieben, in welchem Brennstoff einer Ringlippe auf einem Ringglied zugeführt wird und der Brennstoff dann zerstäubt wird, wenn er von der Lippe fließt, durch erste und zweite koaxiale Luftströme, die durch erste und zweite Anordnungen von Wirbelschaufeln hervorgerufen werden.
Verschiedene Einrichtungen zum Einleiten von Brennstoff in einen Luftstrom sind beschrieben worden, z. B. sind in WO 95/02789 Gaseinspritzgeräte gezeigt, die in Wirbelschaufeln vorgesehen sind. Ferner sind gekrümmte Wirbelschaufeln beschrieben worden (z. B. in der EP 03 93 484)
Umweltbetrachtungen per se wie auch Gesetzgebung im Umweltbereich unterstreichen, daß es unerläßlich geworden ist, sicherzustellen, daß die Pegel von Schadstoffausstoß von allen Verbrennungseinrichtungen und insbesondere der Ausstoß von Stickstoffoxiden (NOx) so niedrig wie möglich reduziert wird. Eine Möglichkeit zum Reduzieren einer derartigen Emission besteht darin, ein wirksames Vermischen der Luft/Brennstoffmischung sicherzustellen und dadurch eine wirksame Verbrennung zu erreichen. Verschiedene Einspritz- und Mischeinrichtungen sind beschrieben worden, die ein wirksames Vermischen vorgeben.
Zum Beispiel ist aus der veröffentlichten Patentanmeldung EP 0 660 038 A2 eine Mischeinrichtung bekannt, mit der ein wirksames Vermischen über einen großen Bereich von Leistungsbedingungen erreicht werden soll. In Fig. 1 dieser Veröffentlichung weist eine Brennstoff- Einspritzeinrichtung für ein Verbrennungsgerät eine Ringmischrinne auf, die radial durch Innen- und Außlaßwände abgegrenzt ist und Einlaß- und Auslaßbereiche aufweist. Der Einlaßbereich kombiniert zwei Ringanordnungen von Wirbelschaufeln, welche Wirbelströmungsmuster der durch sie passierende Flüssigkeit auferlegen, und zwar derartig, daß Flüssigkeit, welche vom Einlaßbereich zum Auslaßbereich der Mischrinne strömt, Strömungsmuster entwickeln kann und dabei sowohl Axial- als auch Rotationskomponenten aufweist.
Trotzdem hat es sich in der Praxis als schwierig erwiesen, um ein derartiges Vermischen über den großen Bereich von Brennstoff-Luft- Verhältnissen, wie sie in der Praxis vorkommen, insbesondere bei Verhältnissen zu garantieren, wie sie unter niedrigen Leistungsbedingungen anzutreffen sind, d. h. in der Nähe der Flammenlöschung.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung vorzuschlagen, z. B. für eine Turbine, die ein wirksames Mischen und Verbrennen über einen großen Bereich von Brennstoff-Luft-Verhältnissen liefert und dabei niedrige NOx-Emissionen über einen Bereich von Betriebsbedingungen garantiert.
Erfindungsgemäß wird eine Brennstoff- Einspritzeinrichtung für ein Verbrennungsgerät vorgeschlagen, die mindestens einen Durchgang für den Durchfluß von Flüssigkeit aufweist, wobei der Durchgang im wesentlichen einen Ringquerschnitt hat und radial durch eine Innenwand und eine Außenwand abgegrenzt ist sowie einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich hat, worin der Einlaßbereich mehrere Schaufeln aufweist, die so angepaßt sind, um ein Strömungsbild einer Flüssigkeit, die in den Einlaßbereich eintritt, zu modifizieren, so daß Flüssigkeit, die vom Einlaßbereich in den Auslaßbereich strömt, ein zusammengesetztes Strömungsbild hat, wobei das Strömungsbild sowohl eine Axialkomponente und eine Komponente aufweist, die um die Längsachse des Durchgangs rotiert und dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Schaufel versehen ist mit einer Wurzel, einem Mittelbereich und einer Spitze, und die Schaufel so profiliert ist, daß ein bestehender Axialflüssigstrom beim Einfließen in den Einlaßbereich im wesentlichen wiederholt unbeeinflußt an der Wurzel und an der Spitze bleibt, aber teilweise in einen Rotationsstrom umgewandelt wird, wenn er am Mittelbereich vorbeifließt.
In einer bevorzugten Anordnung haben die Wurzel und/oder die Spitze eine reduzierte Breite relativ zum Mittelbereich.
Es wird ferner bevorzugt, daß die Schaufeln so angepaßt sind, um eine kontinuierliche radiale Änderung in den Axial- und Rotationskomponenten vorzusehen.
Insbesondere ist vorgesehen, daß progressiv zwischen der Wurzel und dem Mittelbereich sowie zwischen der Spitze und dem Mittelbereich der Flüssigkeit eine Rotationskomponente gegeben wird, wobei die Flüssigkeit veranlaßt wird, spiralförmig durch den Durchgang zu fließen.
Jede Schaufel kann unter einem Winkel zu einer Längsachse der Brennstoff-Einspritzeinrichtung eingestellt werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei Gebrauch Luft in den Einlaßbereich und Brennstoff in den Ringdurchgang bei zumindest einer Position zwischen dem Einlaß- und Auslaßbereich eintritt. Brennstoff kann in den Ringdurchgang durch mindestens eine Öffnung in einer Wand des Ringdurchganges eintreten und/oder Brennstoff kann in den Ringdurchgang durch mindestens eine Öffnung in einer Schaufel einfließen.
Jede Schaufel kann eine gerade Vorderkante und eine gekrümmte Hinterkante haben, wobei die Hinterkante eine konvexe oder konkave Form haben kann, wenn man in die Richtung einer axialen Flüssigkeitsströmungs-Komponente sieht.
Alternativ kann die Vorderkante gekrümmt sein.
Die Hinterkante und/oder die Vorderkante jeder Schaufel kann eine gerillte Oberflächenform haben.
Es ist vorgesehen, daß jede Schaufel einen sichelförmig gebildeten Querschnitt aufweist, und daß die Seiten jeder Schaufel längs des Ringdurchganges axial gekrümmt sein können.
Der Einlaßbereich des Ringdurchganges kann durch eine Scheibe mit Schlitzen vorgesehen sein, und in dieser Anordnung kann jede Schaufel mit einer Wand zwischen den angrenzenden Schlitzen versehen sein.
Insbesondere kann sich jede Wand im wesentlichen radial erstrecken, und die radialen Innen- und Außenwände jedes Schlitzes können gerade oder gekrümmt sein.
Der Ringdurchgang kann eine zentrale Axialbohrung für den Strom von Brennstoff und/oder Luft umgeben, und bei Einsatz kann die Zentralbohrung mindestens eine Schaufel aufweisen, um eine Rotationskomponente dem Strom von flüssigem Brennstoff und/oder Luft dadurch zu geben. Einrichtungen können zum Einspritzen von Brennstoff im wesentlichen tangential in die Zentralbohrung vorgesehen sein. Die Rotationsströmungs-Komponente durch die Zentralbohrung kann gegen oder in die gleiche Rotationsrichtung gerichtet sein, wie die Rotationsströmungs-Komponente des Flüssigkeitsstromes im Ringdurchgang.
Die Zentralbohrung wird bevorzugt bei Einsatz angeordnet, um die Brennstoff/Luftmischung für eine Versuchsflamme vorzusehen, wobei der Ringdurchgang die Brennstoff/Luftmischung für eine Hauptflamme liefert; bei Einsatz können die Hauptflamme und die Versuchsflamme zusammenwachsen, um der Flamme eine Kronenform zu verleihen.
Der Auslaßbereich des Ringdurchganges kann durch eine Komponente vorgesehen sein, welche aktiv wird, um einen Coanda-Düsenstrom zur Verbesserung der Flammenstabilität zu liefern.
Der Ringströmungsdurchgang kann durch beabstandete Flächen von zwei Komponenten gebildet sein, wobei die radial geformte Innenkomponente mit der Zentralbohrung gebildet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzeinrichtung;
Fig. 2a bzw. 2b eine Seitenansicht und eine Stirnansicht einer Schaufel für den Einsatz in der Brennstoff- Einspritzeinrichtung von Fig. 1;
Fig. 3a einen Teil einer stromaufwärts gerichteten Fläche einer Scheibe der erfindungsgemäßen Brennstoff- Einspritzeinrichtung und
Fig. 3b einen Schnitt längs der Linia A-A von Fig. 3a;
Fig. 4a einen Teil der stromaufwärts gerichteten Fläche einer alternativen Scheibe und
Fig. 4b einen Schnitt längs der Linie B-B von Fig. 4a;
Fig. 5 eine Fläche einer alternativen Scheibe;
Fig. 6 eine Flammenbildung, die in der erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzeinrichtung erzeugt wird und
Fig. 7 eine Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Brennstoff-Einspritzeinrichtung.
Die Ausführungsform von Fig. 1 zeigt eine Brennstoff-Einspritzeinrichtung 10, der Brennstoff und Luft zum Mischen zugeführt wird, um eine brennbare Mischung zur Verbrennung in einer Verbrennungskammer 30 zu liefern, an der die Brennstoff-Einspritzeinrichtung angebracht ist; es ist auch vorgesehen, daß die Verbrennungskammer 30 eine Vorverbrennungskammer darstellt, bei der die Verbrennung weiter stromabwärts erfolgt. Die Einrichtung 10 hat im allgemeinen ein zylindrisches Bauteil 11 mit seiner durch die gebrochene Linie 40 dargestellten Längsachse und ein erstes Bauteil 13 und ein zweites Bauteil 14 aufweist, wobei das erste Bauteil 13 mit einer zentralen, zylindrischen Axialbohrung 12 gebildet ist. Das erste Bauteil 13 hat eine im allgemeinen kegelförmige Außenform, die in Richtung der Verbrennungskammer 30 konisch ausgebildet ist, wobei seine Außenfläche 15 auch gekrümmt ist, um eine konkave Fläche, wie gezeigt, vorzusehen. Das Bauteil 14 hat insgesamt gesehen eine zylindrische Außenform, aber weist eine Außenfläche 16 auf, die in konvexer Art gekrümmt ist, so daß die Stärke der Wand 17 von Bauteil 14 von einem Bereich 18 mit Minimalstärke in Richtung auf einen Bereich 19 mit Maximalstärke zunimmt und dann gegen einen Bereich 20 mit mittlerer Stärke abnimmt, wobei am Bereich 20 das Bauteil 14 am "Stromaufwärts Ende der Verbrennungskammer 30 befestigt ist.
Die Flächen 15 und 16 haben ähnliche Krümmungen, wobei die Konkavfläche 15 des Bauteils 13 der Konvexfläche 16 des Bauteils 14 zwischen den Bereichen 18 und 19 davon gegenübersteht, wobei ein Durchgang 23 dazwischen gebildet ist und der Durchgang 23 einen im wesentlichen ringförmigen Querschnitt hat, wobei aber seine begrenzenden Längswände durch die gekrümmten Flächen 15 und 16 gebildet sind, so daß der Durchmesser des Ringdurchganges in einer axialen Stromabwärts-Richtung abnimmt, d. h. daß sein Abstand von der Achse 40 in Stromabwärts- Richtung abnimmt,
In der bisher beschriebenen Ausführungsform sind die Bauteile 13 und 14 als getrennte Komponenten ausgebildet, die in geeigneter Weise an Nachbarelementen befestigt sind, um den Durchgang 23 dazwischen, wie gezeigt, zu bilden. In anderen Ausführungsformen kann es möglich sein, daß die Bauteile 13 und 14 integral gebildet sind, z. B. durch Gießen mit geeigneten Träger-/ Zwischenschaltungsmitteln zwischen den Teilen 13 und 14. Weiterhin ist vorgesehen, daß die Bauteile 13 und 14 gebildet und/oder positioniert und/oder miteinander verbunden sind, so daß anstelle eines einzelnen Ringdurchganges mehrere getrennte Ringdurchgänge rund um die Zentralbohrung 12 gebildet sind.
Die Brennstoff-Einspritzeinrichtung 10 empfängt Luft und Brennstoff und mischt diese in einer Art und Weise, um eine Magermischung durch eine wirksame Verbrennung mit einer niedrigen NOx-Produktion zu erzeugen.
Zum Zwecke einer solchen Vermischung sind in dem oder jedem Ringdurchgang 23 mehrere Schaufeln gebildet, die so angepaßt und angeordnet sind, um der durch den Ringdurchgang 23 passierenden Flüssigkeit ein Verbundströmungsmuster zu geben, das sowohl eine Axialkomponente als auch eine Komponente aufweist, die um die Längsachse des Ringdurchganges 23 rotiert, wobei beide Komponenten in einer kontrollierten Art in der Axialrichtung variieren; die Anordnung von Durchgang 23 bedeutet effektiv, daß jede Schaufel 25 bei einem Winkel zur Längsachse 40 der Einspritzeinrichtung eingestellt ist.
Fig. 2a und 2b zeigen Ansichten einer möglichen Schaufelform 25. In Fig. 2a, die eine Gesamtansicht einer Schaufel 25 von einer Seite darstellt, wobei die Vorderkante 51 der Schaufel als gerade und die Hinterkante 52 als gekrümmt ausgebildet ist. Fig. 2b zeigt eine Stirnansicht, bei der man in die Vorderkante 51 der Schaufel 25 hineinschaut, und es kann dabei festgestellt werden, daß im Querschnitt die Schaufel im wesentlichen eine Sichelform mit einer Konkavseite 53 und einer Konvexseite 54 hat, wobei beide Seiten 53 und 54 sich zwischen der Wurzel 55 und der Spitze 56 der Schaufel erstrecken. Wie gezeigt, haben die Wurzel und die Spitze eine Breite, die nur ausreicht, um eine verläßliche Befestigung an der Fläche 16 bzw. 15 zu gewährleisten, aber wo Brennstoffdurchgänge in der Spitze/Wurzel der Schaufeln (siehe unten) vorgesehen sind, bei der die Wurzel/Spitze natürlich breiter ist. Die Seiten 53 und 54 sind auch in Axialrichtung gekrümmt, so daß die Schaufel 25 eine Form aufweist, die in zwei Richtungen gekrümmt ist. Wie gezeigt, ist die Anbringung der Schaufel 25 im Durchgang 23 derartig ausgeführt, daß die Konkavfläche 53 in Richtung auf das Einlaßende 71 des Durchganges 23 gewinkelt ist, aber die Schaufel mit der Konkavfläche 54 in Richtung auf das Einlaßende des Durchganges positioniert ist.
Wie zuvor angegeben, liefern die Schaufeln 25 ein Verbundströmungsbild für die Luft-/Brennstoffmischung, die den Durchgang 23 verläßt. Es. gibt eine Anzahl von Möglichkeiten zum Einführen von Luft und/oder Brennstoff in den Durchgang 23, wobei dieses Strömungsbild erhalten wird.
In einer Ausführungsform wird der Bereich 60 stromaufwärts vom Bauteil 11 mit Preßluft von einem Kompressor, der von einer Turbine angetrieben wird, beschickt. Brennstoff in Gasform und für den Hauptbetrieb, z. B. wenn die Maschine unter Belastung steht, kann in den Durchgang 23 durch Bohrungen in den Schaufeln eingeleitet werden, wobei deren Ausgänge in den Konkav- und/oder Konvexseiten der Schaufeln 25 und/oder in Durchgangslöchern (z. B. in Brennstoffpfosten) in den Flächen 15 und 16 gebildet sind, die den Durchgang 23 begrenzen und/oder durch einen Brennstoffpfosten neben dem Einlaß 71 innerhalb oder fast außerhalb des Durchganges 23 gebildet sind. Für Brennstoff in flüssiger Form erfolgt die Einleitung normalerweise durch Zerstäuberlöcher nur in den Flächen 15 und 16. Typisch für Versuchsbetrieb (d. h. bei Maschinenstart oder niedrigem Leistungsbetrieb) und für den Fall, daß entweder Gas oder Flüssigbrennstoff verwendet wird, wird der Brennstoff in die Zentralbohrung 12, wie noch zu beschreiben ist, eingeleitet.
Preßluft oder möglicherweise eine vorbereitete Luft/Brennstoffmischung tritt in das Einlaßende 71 des Durchganges 23 mit einem im wesentlichen axialen Strömungsbild ein. Die Wurzel 55 und die Spitzenposition 56 von jeder Schaufel 25 haben, wie bereits vorher erklärt, eine reduzierte oder Sehnendimension relativ zum Mittelbereich der Schaufel, wobei die Form der Schaufeln an der Wurzel und Spitze es ermöglichen, daß ein bestehender axialer Luftstrom sich im wesentlichen unbeeinflußt fortsetzt. Jedoch ist die Luft progressiv zwischen der Wurzel 55 und der Spitze 56 der Schaufel und dem Mittelbereich der Schaufel 25 betroffen, wenn sie am Mittelbereich vorbeifließt. Insbesondere wird dem von den Zentralbereichen der Schaufel dirigierte Strom eine Rotationsströmungskomponente gegeben, wobei sich Luft längs des Durchganges 23 spiralförmig bewegt. Der Verbundstrom empfängt Brennstoff aus den Löchern in den Schaufeln 25 und/oder Flächen 15 und 16, wenn der Verbundstrom fortschreitet und eine gründliche Mischung erzeugt, um eine Brennstoff-Luft-Mischung ohne isolierte brennstoffreiche Taschen oder wesentliche Zonen von verzögertem Strom vorzusehen, wodurch eine effiziente Verbrennung ohne Flammenrückschlag erhalten werden kann.
Durch sorgfältige Betrachtung der Aerodynamik der Schaufeln und die damit verbundenen Komponenten wird vorzeitige Zündung, welche ein übliches Merkmal der bekannten Vormischbrenner ist, vermieden.
In der Ausführungsform nach den Fig. 1, 2a und 2b schafft das. Volumen 60 effektiv eine einfache Verbrennungskammer, aus der Luft bei niedriger Geschwindigkeit ausfließt; aber es würde auch vorteilhaft sein, um Einrichtungen neben dem Einlaß 71 des Durchganges 23 zu haben, um eine erzwungene Axialluftströmung darin sicherzustellen. Solche Einrichtungen könnten inter alia einen geeignet dimensionierten Ringraum oder ein Rohr aufweisen, das eine axiale Verlängerung des Durchganges 23 an seinem stromaufwärts gelegenen Ende darstellt, welches Luft direkt zum Durchgangseinlaß leitet.
In weiteren, durch die Fig. 3a, 3b und 4a, 4b gezeigten Ausführungsformen, wird ein Verbund-Wirbelstrom in dem Durchgang 23 mit Hilfe einer Scheibe 71 erreicht, die mit einer Ringanordnung von Schlitzen 72 dadurch gebildet ist, wobei die Schlitze 72 eine radiale Dimension haben, welche derjenigen des Durchganges 23 entspricht und zusammenwirken wie der Einlaßbereich des Durchganges 23. In diesen Ausführungsformen kann man sich jeden Schlitz als abgeschrägt vorstellen, wenn er sich durch die Scheibe erstreckt; jede Schaufel kann dann angegeben werden als die ähnlich abgeschrägte, radial sich erstreckende Wand zwischen einem Paar von benachbarten Schlitzen. Durch angemessenes Profilieren der Schlitze wird das gewünschte Profilieren der Schaufeln erreicht, um das Verbundströmungsbild zu garantieren.
In der Ausführungsform von Fig. 3a, 3b zeigen die gestrichelten Linien 73, 74 die Form von solchen zueinander passenden profilierten Flächen eines Schlitzes am stromabwärts gelegenen Auslaß; sie liefern eine gekrümmte Fläche, die in Bezug auf die stromabwärts gelegene Fläche der Scheibe 51 gewinkelt ist und eine konkave Fläche 75 hat, die der stromaufwärts gelegenen Seite gegenüberliegt. Die jeweiligen axial geneigten Durchgänge 76, 77 an der Wurzel und an der Spitze liefern die axiale Strömungskomponente mit dem gewinkelten gekrümmten Teil der Schaufel im Mittelbereich davon und dadurch die Rotations-Strömungs- Komponente bildet.
In dieser Ausführungsform von Fig. 3a, 3b zeigen die gestrichelten Linien 73, 74 die Form von solchen profilierten Flächen eines Schlitzes am stromabwärts gelegenen Auslaß. Sie liefern eine gekrümmte Fläche, die in Bezug auf die stromabwärts gelegene Fläche der Scheibe 71 gewinkelt ist und eine Konvexfläche 75 hat, die der stromabwärts gelegenen Seite gegenübersteht. Die jeweiligen axial geneigten Durchgänge 76, 77 an der Wurzel und an der Spitze liefern die axiale Strömungskomponente mit gewinkeltem Kurventeil der Schaufel im Mittelbereich davon und so für die Bildung der Rotations-Strömungs-Komponente sorgen.
In dieser Ausführungsform sind die radial angeordneten Innen- und Außenwände des Schlitzes als gerade gezeigt, während in der Ausführungsform von Fig. 4a, 4b diese Wände eine Kurve entsprechend der Flächen 15 und 16 des Durchganges 23 haben.
Fig. 5 zeigt eine weitere Anordnung mit sichelförmig geformten Schlitzen, wobei die Schaufeln/Wände in ähnlicher Weise dazwischen geformt sind.
Wie zuvor beschrieben, liefert der Ringdurchgang 23 eine Brennstoff/Luftmischung mit einem Verbundströmungsbild. Die Zentralbohrung 12 kann in einer Anzahl von Fällen in Abhängigkeit von der genauen Anwendung benutzt werden, aber es ist insbesondere vorgesehen, daß eine innige Vermischung von Luft und Brennstoff darin gebildet werden kann für eine niedrige Emission der Versuchsflammen-Produktion oder zur Stabilisierung der Verbrennung während niedrigem Leistungsbetrieb. Weiterhin kann eine bessere Mischung erhalten werden, wenn dem Flüssigkeitsstrom in der Zentralbohrung 12 eine Rotationskomponente gegeben wird, z. B. beim Gebrauch von Schaufeln 86 in der Bohrung 12(siehe Fig. 1) oder bei Einsatz einer Anordnung, wobei der Brennstoff tangential in die Bohrung eingespritzt wird, d. h. von einem Brennstoffbedienungsgang oder Gängen. In beiden Fällen ist im allgemeinen eine optimale Mischung gewährleistet, wenn die Rotationsströmungsrichtung die Flüssigkeit in der erregenden Zentralbohrung 12 dem erregenden Durchgang 23 entgegensteht.
Fig. 6 veranschaulicht das stromabwärts gelegene Ende der Einspritzeinrichtung 10, wo die Brennstoffluftmischung, welche die Zentralbohrung 12 erregt und eine Versuchsflamme 90 bildet und die Brennstoff-Luftmischung, welche den Ringdurchgang beaufschlagt, eine Hauptflamme 91 von Ringform bildet und welche die Versuchsflamme 90 umgibt, um eine kronenförmige Gesamtflamme zu liefern, die besonders stabil ist. Die Ströme der Luft- bzw. Brennstoffmischung, die in den Durchgängen 12, 23 fließen, können so angeordnet sein; daß sie die gleichen oder verschiedene Brennstoff-Luft-Verhältnisse haben. Insbesondere wird die NOx-Produktion verringert, wenn die Brennstoff-Luft-Verhältnisse bei hohen Feuerungstemperaturen gleich sind, während unterschiedliche Brennstoff-Luft- Verhältnisse bei niedrigen Feuerungstemperaturen dafür sorgen, daß die Verbrennungsstabilität aufrechterhalten bleibt.
In der Ausgestaltung von Fig. 7 hat der Auslaßbereich der Einspritzeinrichtung 10 eine zusätzlich damit verbundene Komponente 101, die integral mit dem Bauteil 14 ausgebildet ist, aber im allgemeinen, wie gezeigt, eine getrennte Komponente ist. Die Montage von Komponente 101 erfolgt so, daß es mindestens eine axiale Öffnung 102 gibt, die einen radial sich erstreckenden Kanal zwischen der Komponente 101 und dem stromabwärts gelegenen Ende des Bauteils 14 bildet. Das Bauteil 14 ist mit einer Lippe 103 versehen, wobei ein Luftstrom auf den Ausgang vom Radial- zum Axialstrom gerichtet ist, um einen Koandaeffekt-Düsenstrom zu geben.
Dieser Strom dient dazu, um ein Flammenkriechen zu vermeiden. Jede Öffnung kann mit Hilfe einer Radialnut in Komponente 14 und/oder in der Komponente 191 realisiert werden.
Weitere Ausgestaltungen der Brennstoff- Einspritzeinrichtung sind vorgesehen, welche insbesondere zur Verbesserung der Luft-/Brennstoffmischung dienen sollen. So kann der Einlaß 71 des Durchganges 23 sichel- oder teilweise kreisförmige Schaufeln aufweisen, um den in den Durchgang 23 einfließenden Luftstrom zu kontrollieren. Die Schaufeln 25 können ferner mit gewellter Hinterkante und/oder Vorderkante versehen sein, um Wirbel zur Unterstützung des Mischprozesses zu schaffen.

Claims

1. Brennstoff-Einspritzeinrichtung (10) für ein Verbrennungsgerät (30), die mindestens einen Durchgang (23) für einen Flüssigkeitsstrom aufweist, wobei der Durchgang im wesentlichen einen Ringquerschnitt hat, der durch eine radiale Innenwand (15) und eine radiale Außenwand (16) definiert ist, und einen Einlaßbereich und einen Auslaßbereich hat, worin der Einlaßbereich eine Mehrzahl von Schaufeln (25) aufweist, die so ausgebildet sind, um ein Strömungsbild einer in den Eingangsbereich strömenden Flüssigkeit zu bilden, so daß eine vom Einlaßbereich in den Auslaßbereich strömende Flüssigkeit ein Verbundströmungsbild sowohl mit einer axialen Komponente als auch mit einer Komponente hat, die um die Längsachse des Durchganges 23 rotiert, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) mit einer Wurzel (55), einem Mittelbereich und einer Spitze (56) versehen ist, wobei die Schaufel (25) derartig profiliert ist, daß ein bestehender axialer Flüssigkeitsstrom, welcher in den Einlaßbereich eintritt, im wesentlichen unbeeinflußt an der Wurzel (55) und an der Spitze (56) bleibt, aber teilweise in einen Rotationsstrom umgewandelt ist, wenn er am Mittelbereich vorbeiströmt.

2. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wurzel (55) und/oder die Spitze (56) eine reduzierte Breite relativ zum Mittelbereich haben.

3. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (25) so angepaßt sind, daß sie eine kontinuierliche radiale Variation in den axialen und Rotationskomponenten liefern.

4. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) unter einem Winkel zur Längsachse der Brennstoff-Einspritzeinrichtung eingestellt ist.

5. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wurzel (55) und dem Mittelbereich sowie zwischen der Spitze (56) und dem Mittelbereich der Flüssigkeit fortschreitend eine Rotationskomponente gegeben ist, wobei die Flüssigkeit erregt wird, längs des Durchganges (23) spiralförmig zu fließen.

6. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz Luft in den Einlaßbereich und Brennstoff in den Ringdurchgang (23) bei mindestens einer Stellung zwischen dem Einlaßbereich und dem Auslaßbereich einströmt.

7. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff in den Ringdurchgang (23) durch mindestens eine Öffnung in der Wand des Ringdurchganges (23) einströmt.

8. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Brennstoff in den Ringdurchgang (23) durch mindestens eine Öffnung in der Schaufel (25) einströmt.

9. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) eine gerade Vorderkante (51) und eine gekrümmte Hinterkante (52) hat.

10. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante (52) eine konvexe Form hat, wenn man in die Richtung eines axialen Flüssigkeitsstromes schaut.

11. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (52) eine konkave Form hat, wenn man in die Richtung einer axialen Flüssigkeitskomponente schaut.

12. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) eine gekrümmte Vorderkante aufweist.

13. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante und/oder die Vorderkante eine gewellte Oberflächenform hat.

14. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) einen sichelförmigen Querschnitt (12) aufweist.

15. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten jeder Schaufel (25) längs des Ringdurchganges (23) axial gekrümmt sind.

16. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßbereich des Ringdurchganges (23) durch eine mit Schlitzen (72) versehene Scheibe (71) ausgestattet ist.

17. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel (25) mit einer Wand zwischen den benachbarten Schlitzen (72) versehen ist.

18. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wand sich im wesentlichen radial erstreckt.

19. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Innen- und Außenwände jedes Schlitzes gerade sind.

20. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Innen- und Außenwände jedes Schlitzes gekrümmt sind.

21. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dar Ringdurchgang (23) eine zentrale Axialbohrung (12) für den Strom von Brennstoff und/oder Luft bei Einsatz umgibt.

22. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Bohrung (12) mindestens eine Schaufel (86) aufweist, um eine Rotationskomponente für den Strom von Flüssigbrennstoff und/oder Luft dadurch zu bilden.

23. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Einspritzen von Brennstoff im wesentlichen tangential in die Zentralbohrung erfolgt.

24. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsströmungskomponente durch die Zentralbohrung (12) gegen die Rotationsströmungskomponente im Ringdurchgang gerichtet ist.

25. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsströmungskomponente durch die zentrale Bohrung (12) in der gleichen Rotationsrichtung wie die Rotationsströmungskomponente der Flüssigkeitsströmung im Ringdurchgang (23) liegt.

26. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralbohrung (12) bei Einsatz so angeordnet ist, um die Brennstoff/Luftmischung für eine Versuchsflamme (90) zu liefern, wobei der Ringdurchgang (23) die Brennstoff-/Luftmischung für eine Hauptflamme (91) liefert.

27. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptflamme (91) und die Versuchsflamme (90) zusammenwächst, um eine kronenförmige Flamme zu ergeben.

28. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßbereich des Ringdurchganges (23) durch eine Komponente (101) vorgesehen ist, die für einen Koander-Düsenstrom von Luft sorgt, um die Flammenstabilität zu verbessern.

29. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringströmungsdurchgang (23) durch beabstandete Flächen von zwei Komponenten gebildet ist.

30. Brennstoff-Einspritzeinrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufende Innenkomponente mit der Zentralbohrung (12) gebildet ist.

31. Gasturbineneinrichtung mit Brennstoff-Einspritzeinrichtung (10), wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht wird.