DE805463C - Combustion chamber for liquid fuel - Google Patents

Description

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.Combustion chamber for liquid fuel is the subject of the invention a combustion chamber for liquid fuel for an internal combustion turbine system which part of the air compressed by the compressor is mixed with fuel and serves as combustion air, while the rest of the compressed air serves as mixed air is mixed with the fuel gases after the combustion has essentially ceased is to lower the temperature to a desired value.

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.Such a combustion chamber is known in which the primary air component is initially used the combustion air is mixed with the fuel in a burner chamber, the is arranged so that it is heated by the exiting fuel gases itself and the Fuel in the burner chamber as a result of touching the burning fuel with the outer wall of the burner chamber is evaporated and the rest of the combustion air as @ ektindärluft is added.

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.An essentially equivalent arrangement is also known, in which the burner chamber is formed by a number of tubes, their inlet openings for the fuel of the incoming air are opposite, while the rear Ends of these tubes are bent at angles greater than 90 ° and are used for air fuel mixing serve as outlets which are laterally offset from the inlet openings; Bumpers are interposed in the direct path of the incoming air to these outlet ends.

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.In designing a liquid fuel combustor according to one of these earlier proposals, care must be taken to ensure efficient combustion over a fairly wide range of total air-fuel ratios, that is, ratios of total compressor delivery to total fuel supply. These ratios are usually between 50 and 20. In addition, at overall ratios much greater than these, combustion must not stop during periods of operation when no power is taken or the speed is reduced. The poorest air-fuel ratio under such conditions is in the 3oo to 35o range. For air-fuel ratios from 12o to 350 the efficiency of the combustion is not as important as in the working range from 5o to i 2o, but the efficiency should in no case fall to values at which an instability of the turbine work could occur.

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.It has been found that combustion chambers with the combustion chamber described the fastest and most complete combustion at ratios of primary air to Fuel yield between 15 and 12 while the turnover time is for practical purposes with ratios of primary air to fuel in the range of 2o already too large will. However, the ratio of primary air to fuel changes in the same way Ratio like the total ratio of air to fuel, in other words: the relationship of the ratio of primary air to fuel to the total ratio air to fuel is determined by purge considerations.

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.As a result, if the primary air to fuel ratio is 2o for an overall air to fuel ratio of 300 , it will drop to approximately 3.3 for an overall air to fuel ratio of 50. This means that the remaining proportion of air required for complete combustion must be added as secondary air in such a way that the ratio of air to fuel in the combustion chamber rises gradually from the original ratio of primary air to fuel to a ratio which is only slightly below that chemically correct mixing ratio. This can only be achieved with difficulty without slowing down the combustion by admitting too much secondary air at certain points. In any case, the combustion does not proceed as quickly as if all of the combustion air had been added as primary air.

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.The invention has mainly set itself the goal of this To avoid disadvantage in a very simple way, d. H. the need for an overfat Shut down the primary mixture by taking suitable precautions.

Mit anderen Worten ausgedrückt, erstrebt die Erfindung ein konstantes Verhältnis Verbrennungsluft zu Brennstoff, welches von dem Gesamtverhältnis Luft zu Brennstoff unabhängig ist.In other words, the invention aims for a constant one Ratio of combustion air to fuel, which depends on the total ratio of air is independent of fuel.

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.According to the invention has a combustion chamber for liquid fuel for an internal combustion turbine, a combustion chamber with a mixture of combustion air is fed with fuel and heated by the exiting fuel gas mixture is taken, with precautionary measures being taken to reduce the proportion of To change air that is used as combustion air, and any desired The ratio of combustion air to fuel can be adjusted without having to Completion of the combustion uncontrollably secondary air to be introduced needs; the remaining main part of the air volume compressed by the compressor is used as mixed air to reduce the temperature of the fuel gas mixture to one for the turbine sustainable value after the combustion has essentially been stopped is.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.The invention is illustrated in the drawing, for example.

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.FIG. I shows a possible embodiment in section along line i-i in FIG a combustion chamber according to the invention for an internal combustion turbine system; Fig. 2 Fig. 2 is a cross-section along the line 2-2 in Fig. i, while Figs. 3 and 4 in corresponding Representation illustrate a modified embodiment. Same reference numbers Designate the same parts as far as possible in the various figures. In the The embodiment according to FIGS. I and 2 is essentially all of the combustion air added as primary air.

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.The combustion chamber has an elongated tubular shape. An inner casing 12 in which the combustion takes place and essentially is terminated is from the outer housing 13 through an annular gap 14 separated, through which the mixed air flows from left to right, then around itself with to mix the products of combustion. This shows on the air inlet side Inner housing 12 inside a transverse wall 16 with a hole circle 17, which the Inlet ports 18 of J-shaped tubes i9 which form the burner chamber. the The outlet ends 20 of these tubes are bent by more than 90 ° and expediently by 180 °; the outlet openings face the intermediate wall 16, which in this way prevents that the compressed air flowing through the chamber flows into the outlet openings 2o. The J-shaped tubes have a sufficient cross-sectional area so that even at the smallest air-fuel ratio still enough air for a complete Can flow through combustion. Fuel lines 21 lead to the inlet openings of each J-shaped tube 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.A space 23 is located in front of the inlet openings of these tubes having an inlet opening having an adjustable closure device; with Their help can be the admission of primary air in a Crowd that sufficient to ensure complete combustion, in a more satisfactory manner Way to be controlled.

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.The X.7 locking device has in the illustrated embodiment the shape of a rotatable disc 25 with openings 26 which are in a certain angular position of the disc 25 are aligned with corresponding openings 27 to the space 23 and the inflowing air access to this space 23 in front of the inlet openings of the J-shaped tubes release; in all other positions of the disc 25 coincide the openings 26, 27 more or less, d. H. the openings 27 are more or less closed.

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.If the overall ratio of air to fuel increases during operation, then should the regulating device 25 are more or less closed (as indicated in Figure 2), in order to reduce the inflowing amount of primary air and, if desired, the ratio Keep primary air and fuel constant.

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.The actuation arrangement for the control device, for example a lever 29, there may be connected to the throttle device for the engine the overall air to fuel ratio is primarily just a function the throttle position is, the relationship with the height above sea level something sinks. In order to obtain an even more precise adjustment of the combustion air, a pressure capsule can be used to automatically perform such a height correction obtained, as is readily apparent.

Die Regelvorrichtung für die Primärluft kann auch automatisch von einer Druckkapsel, einem Temperaturregler oder dem Druckunterschied der Brennstoffausströmung aus einer Öffnung gesteuert werden.The control device for the primary air can also be automatic from a pressure capsule, a temperature controller or the pressure difference of the fuel outflow can be controlled from an opening.

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.In the exemplary embodiment shown, the inner housing 12 is made of three overlapping tubular parts 31, 32 and 33 of different diameters built up. The arrangement is such that through the annular openings 34, 35 small amounts of air can pass through to the inner walls of the two outer Parts 32 and 33 to cool. This additional amount of air acts mainly as mixed air. but a part of it can also be used as secondary air for a completion serve for incineration. The combustion is essentially complete, when the gases emerge from the outlet end 37 of the inner housing, urn unite ztt with the mixed air that flows in through the annular space 14.

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.The design according to FIGS. 3 and 4 differs from that according to FIG. i and 2 mainly by the fact that a certain amount of secondary air enters the interior the inner chamber 12 is supplied through Fischsch, # Vanz-shaped burners or nozzles 39. These are carried by the partition 16 and are at openings in the partition connected, which at equal distances from and between the outlet ends 20 of the J-shaped tubes i9 are arranged. The nozzle openings 4o are, as shown in Fig. 4 it can be seen, approximately tangential to the inlet openings 18 of the adjacent J-shaped Pipes arranged. Both the inlet openings 18 and the fishtail nozzles 39 are supplied from the air space 23 with compressed air, access to the Space 23 is controlled by the shutter device 25; in the working position 3 are the openings 26 of the closure disc with the openings 27 in the fixed end wall of the space 23 precisely aligned.

Claims (1)

PATENTANSPROCHE: i. Brennkammer für flüssigen Brennstoff für Brennkraftturbinenanlagen mit einer Brennerkammer, die mit einem Gemisch von Verbrennungsluft und Brennstoff versorgt wird und so ausgebildet ist, daß sie durch das austretende Brenngasgemisch erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung, z. B. ein Ventil (25, 26), vorgesehen ist, um den Anteil an vom Kompressor gelieferter verdichteter Luft zu regeln, der als Verbrennungsluft dient. z. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Regelventileinrichtung (25,:26) an der Vorderwand eines Raumes (23) vorgesehen ist, der innerhalb des von der verdichteten Luft durchströmten Kammerquerschnittes und vor den Eintrittsöffnungen (18) der Brennerkammer (i9) liegt. 3. Brennkammer für flüssigen Brennstoff nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerkammer aus einer Anzahl J-förmiger Rohre (i9) besteht, deren Hauptteile im wesentlichen parallel zueinander liegen und in deren Eintrittsöffnungen (18) Brennstoff eingespritzt wird. Brennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen (i8) der rohrförmigen Brennerkammern (i9) gleichzeitig für den Zutritt der gesamten Verbrennungsluft als Primärluft dienen. 5. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zutritt eines Teiles der Verbrennungsluft als Sekundärluft besondere Düsen (Fischschwanzdüsen 39) dienen, die vorzugsweise zwischen den Austrittsenden der J-förmigen Rohre angeordnet sind.PATENT CLAIM: i. Combustion chamber for liquid fuel for internal combustion turbine systems with a burner chamber that is filled with a mixture of combustion air and fuel is supplied and is designed so that it is through the exiting fuel gas mixture is heated, characterized in that a control device, e.g. B. a valve (25, 26), is provided to determine the proportion of compressed air supplied by the compressor To regulate air that serves as combustion air. z. Combustion chamber according to claim i, characterized in that the controllable regulating valve device (25,: 26) on the Front wall of a space (23) is provided, which is within the compacted by the Air flowed through the cross-section of the chamber and in front of the inlet openings (18) of the burner chamber (i9) lies. 3. Combustion chamber for liquid fuel according to claim i or 2, characterized characterized in that the burner chamber consists of a number of J-shaped tubes (i9), the main parts of which are essentially parallel to one another and in their inlet openings (18) Fuel is injected. Combustion chamber according to Claim 3, characterized in that that the inlet openings (i8) of the tubular burner chambers (i9) simultaneously serve as primary air for the admission of all combustion air. 5. Combustion chamber according to claim 1, 2 or 3, characterized in that for the access of a part Special nozzles (fishtail nozzles 39) serve as secondary air for the combustion air, which are preferably arranged between the exit ends of the J-shaped tubes.