-
Brennkammer für flüssigen Brennstoff Gegenstand der Erfindung ist
eine Brennkammer für flüssigen Brennstoff für eine Brennkraftturbinenanlage, bei
welcher ein Teil der vorn Kompressor verdichteten Luft mit Brennstoff gemischt wird
und als Verbrennungsluft dient, während der Rest der verdichteten Luft als Mischluft
mit den Brenngasen gemischt wird, nachdem die Verbrennung im wesentlichen beendet
ist, um die Temperatur auf einen gewünschten Wert herabzusetzen.
-
Es ist eine solche Brennkammer bekannt, bei welcher zunächst der Primärluftanteil
der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff in einer Brennerkammer gemischt wird, die
so angeordnet ist, daß sie durch die austretenden Brenngase selbst erhitzt und der
Brennstoff in der Brennerkammer infolge der Berührung des brennenden Brennstoffes
mit der Außenwandung der Brennerkammer verdampft wird und der Rest der Verbrennungsluft
als @ektindärluft zugegeben wird.
-
Eine im -,wesentlichen gleichwertige Anordnung ist ebenfalls bekannt,
in der die Brennerkainmer durch eine Anzahl von Rohren gebildet ist, deren Eintrittsöffnungen
für den Brennstoff der zuströmenden Luft entgegengerichtet sind, während die rückwärtigen
Enden dieser Rohre um Winkel von mehr als 9o° gekrümmt sind und für die Luftbrennstoftmischung
als Auslässe dienen, die seitlich gegenüber den Einlaßöffnungen versetzt liegen;
Stoßwände
sind in dem direkten Weg der zuströmenden Luft zu diesenAustrittsenden zwischengeschaltet.
-
Bei der Konstruktion einer Brennkammer für flüssigen Brennstoff nach
einem dieser älteren Vorschläge muß dafür Sorge getragen werden, daß über einen
ziemlich weiten Bereich von Luft-Brennstoff-Gesamtverhältnissen, d. h. von Verhältnissen
der gesamten Fördermenge des Verdichters zur gesamten Brennstoffzufuhr, eine wirksame
Verbrennung sichergestellt ist. Diese Verhältnisse liegen gewöhnlich zwischen 5o
und 20. Außerdem darf die Verbrennung bei Gesamtverhältnissen, die noch viel größer
als diese sind, in Betriebsperioden, wo keine Leistung abgenommen oder die Geschwindigkeit
herabgesetzt wird, nicht aussetzen. Das ärmste Luft-Brennstoff-Verhältnis liegt
unter solchen Bedingungen im Bereich von 3oo bis 35o. Für Luft-Brennstoff-Verhältnisse
von 12o bis 350 ist der Wirkungsgrad der Verbrennung nicht so wichtig wie
im Arbeitsbereich von 5o bis i 2o, doch sollte der Wirkungsgrad in keinem Fall auf
Werte fallen, bei denen eine Unstabilität der Turbinenarbeit eintreten könnte.
-
Es wurde gefunden, daß Brennkammern mit der beschriebenen Brennerkammer
die schnellste und vollständigste Verbrennung bei Verhältnissen von Primärluft zu
Brennstoff zwischen 15 und 12 ergeben, während die Umsatzzeit für praktische Zwecke
bei Verhältnissen von Primärluft zu Brennstoff im Bereich von 2o bereits zu groß
wird. Das Verhältnis von Primärluft zu Brennstoff ändert sich jedoch im gleichen
Verhältnis wie das Gesamtverhältnis von Luft zu Brennstoff, mit anderen Worten:
die Beziehung des Verhältnisses von Primärluft zu Brennstoff zum Gesamtverhältnis
von Luft zu Brennstoff ist durch Erwägungen hinsichtlich des Ausblasens bestimmt.
-
Wenn infolgedessen bei einem Gesamtverhältnis 300 von Luft
zu Brennstoff das Verhältnis von Primärluft zu Brennstoff 2o beträgt, wird es für
ein Gesamtverhältnis 5o von Luft zu Brennstoff auf ungefähr 3,3 absinken. Dies bedeutet,
daß der restliche, für eine vollständige Verbrennung erforderr liehe Luftanteil
als Sekundärluft in solcher Weise zugegeben werden muß, daß das Verhältnis Luft
zu Brennstoff in der Brennkammer allmählich von dem ursprünglichen Verhältnis Primärluft
zu Brennstoff auf ein Verhältnis ansteigt, das nur wenig unter dem chemisch richtigen
Mischungsverhältnis liegt. Das läßt sich nur schwierig erreichen, ohne die Verbrennung
durch den Zutritt von zuviel Sekundärluft an bestimmten Stellen zu verlangsamen.
In jedem Fall verläuft die Verbrennung nicht so schnell, als wenn die gesamte Verbrennungsluft
gleich als Primärluft zugesetzt worden wäre.
-
Die Erfindung hat sich in der Hauptsache das Ziel gesetzt, diesen
Nachteil in sehr einfacher Weise zu vermeiden, d. h. die Notwendigkeit eines überfetten
Primärgemisches durch geeignete Vorkehrungen abzustellen.
-
Mit anderen Worten ausgedrückt, erstrebt die Erfindung ein konstantes
Verhältnis Verbrennungsluft zu Brennstoff, welches von dem Gesamtverhältnis Luft
zu Brennstoff unabhängig ist.
-
Erfindungsgemäß besitzt eine Brennkammer für flüssigen Brennstoff
für eine Brennkraftturbine eine Brennerkammer, der Verbrennungsluft in Mischung
mit Brennstoff zugeleitet wird und die durch die austretende Brenngasmischung erhitzt
wird, wobei Vorkehrung getroffen ist, um den Anteil an vom Kompressor verdichteter
Luft zu verändern, der als Verbrennungsluft Verwendung findet, und jedes gewünschte
Verhältnis Verbrennungsluft zu Brennstoff eingestellt werden kann, ohne daß zur
Vervollständigung der Verbrennung unkontrollierbar Sekundärluft eingeführt zu werden
braucht; der restliche Hauptteil der vom Verdichter verdichteten Luftmenge dient
als Mischluft zur Herabsetzung der Temperatur des Brenngasgemisches auf einen für
die Turbine tragbaren Wert, nachdem die Verbrennung im wesentlichen beendet worden
ist.
-
Die Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
-
Fig. i zeigt im Schnitt nach Linie i-i in Fig. 2 eine Ausführungsmöglichkeit
einer Brennkammer nach der Erfindung für eine Brennkraftturbinenanlage ; Fig. 2
ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i, während Fig. 3 und 4 in entsprechender
Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform veranschaulichen. Gleiche Bezugsziffern
bezeichnen in den verschiedenen Figuren soweit wie möglich gleiche Teile. Bei der
Ausführungsform nach Fig. i und 2 wird im wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft
als Primärluft zugesetzt.
-
Die Verbrennungskammer besitzt eine langgestreckte rohrartige Form.
Ein Innengehäuse 12, in welchem die Verbrennung vor sich geht und im wesentlichen
beendet wird, ist von dem Außengehäuse 13 durch einen ringförmigen Zwischenraum
14 getrennt, den die Mischluft von links nach rechts durchströmt, um sich dann mit
den Verbrennungsprodukten zu mischen. An der Eintrittsseite für die Luft weist das
Innengehäuse 12 im Inneren eine Querwand 16 mit einem Lochkreis 17 auf, der die
Einlaßöffnungen 18 J-förmiger Rohre i9 aufnimmt, die die Brennerkammer bilden. Die
Austrittsenden 2o dieser Rohre sind um mehr als 9o° und zweckmäßig um i8o° gebogen;
die Auslaßöffnungen sind der Zwischenwand 16 zugewendet, die auf diese Weise verhindert,
daß die durch die Kammer strömende verdichtete Luft in die Auslaßöffnungen 2o hineinströmt.
Die J-förmigen Rohre haben eine ausreichende Querschnittfläche, so daß auch bei
dem kleinsten Luft-Brennstoff-Verhältnis noch genügend Luft für eine vollständige
Verbrennung durchströmen kann. Brennstoffleitungen 21 führen zu den Eintrittsöffnungen
jedes J-förmigen Rohres i9.
-
Vor den Eintrittsöffnungen dieser Rohre befindet sich ein Raum 23
mit einer Einlaßöffnung, die eine verstellbare Verschlußvorrichtung aufweist; mit
ihrer Hilfe kann der Zutritt von Primärluft in einer
Menge, die
für die Sicherstellung einer vollständigen Verbrennung ausreicht, in befriedigender
Weise gesteuert werden.
-
Die X.7erschlußvorrichtung besitzt in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
die Form einer drehbaren Scheibe 25 mit Öffnungen 26, die in einer bestimmten Winkelstellung
der Scheibe 25 mit entsprechenden Öffnungen 27 zum Raum 23 ausgerichtet sind und
der zuströmenden Luft den Zutritt zu diesem Raum 23 vor den Einlaßöffnungen der
J-förmigen Rohre freigeben; in allen anderen Stellungen der Scheibe 25 decken sich
die Öffnungen 26, 27 mehr oder minder ab, d. h. die Öffnungen 27 sind mehr oder
weniger geschlossen.
-
Steigt im Betrieb das Gesamtverhältnis Luft zu Brennstoff, so sollte
die Reguliervorrichtung 25 mehr oder weniger geschlossen werden (wie in Fig.2 angedeutet),
um die zuströmende Primärluftmenge herabzusetzen und, falls erwünscht, das Verhältnis
Primärluft zti Brennstoff konstant ztr halten.
-
Die Betätigungsanordnung für die Regelvorrichtung, beispielsweise
ein Hebel 29, kann mit der Drosselvorrichtung für die Maschine verbunden sein, da
das Gesamtverhältnis Luft zu Brennstoff in erster Linie lediglich eine Funktion
der Drosselstellung ist, wobei das Verhältnis mit der Höhe über Meeresspiegel etwas
absinkt. Um eine noch genauere Anpassung der Verbrennungsluft zu erhalten, kann
eine Druckkapsel benutzt werden, um eine derartige Höhenkorrektur automatisch zu
erhalten, wie ohne weiteres klar ist.
-
Die Regelvorrichtung für die Primärluft kann auch automatisch von
einer Druckkapsel, einem Temperaturregler oder dem Druckunterschied der Brennstoffausströmung
aus einer Öffnung gesteuert werden.
-
In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist das Innengehäuse 12 aus
drei sich überlappenden rohrförmigen Teilen 31, 32 und 33 von verschiedenen Durchmessern
aufgebaut. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß durch die ringförmigen Öffnungen
34, 35 kleine Luftmengen durchtreten können, um die Innenwandungen der beiden äußeren
Teile 32 und 33 zu kühlen. Diese zusätzliche Luftmenge wirkt hauptsächlich als Mischluft.
doch kann ein Teil von ihr auch noch als Sekundärluft für eine Vervollständigung
der Verbrennung dienen. Die Verbrennung ist im wesentlichen vollständig beendet,
wenn die Gase aus dem Austrittsende 37 des Innengehäuses heraustreten, urn sich
mit der Mischluft ztt vereinigen, die durch den Ringraum 14 zuströmt.
-
Die Bauart nach Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von der nach Fig.
i und 2 in der Hauptsache dadurch, daß eine bestimmte Menge Sekundärluft dem Innenraum
der Innenkammer 12 durch fischsch,#vanzförmige Brenner oder Düsen 39 zugeführt wird.
Diese werden von der Zwischenwand 16 getragen und sind an Öffnungen in der Zwischenwand
angeschlossen, die in gleichen Abständen von und zwischen den Austrittsenden 20
der J-förmigen Rohre i9 angeordnet sind. Die Düsenöffnungen 4o sind, wie aus Fig.
4 hervorgeht, etwa tangential zu den Eintrittsöffnungen 18 der benachbarten J-förmigen
Rohre angeordnet. Sowohl die Eintrittsöffnungen 18 als auch die Fischschwanzdüsen
39 werden von dem Luftraum 23 mit verdichteter Luft versorgt, deren Zutritt zu dem
Raum 23 durch die Verschlußvorrichtung 25 gesteuert wird; in der Arbeitsstellung
der Fig. 3 sind die Öffnungen 26 der Verschlußscheibe mit den Öffnungen 27 in der
feststehenden Endwand des Raumes 23 genau ausgerichtet.