DE829968C - Brennkammer fuer fluessigen Brennstoff mit Verdampferrohren, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

• Brennkammer für flüssigen Brennstoff mit Verdampferrohren, insbesondere für Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf Brennkammern für flüssige Brennstoffe, insbesondere für Gasturbinen. In erster Linie bezieht sich die Erfindung auf solche Anordnungen, bei denen eine Anzahl von Mörmigen Rohren vorgesehen ist, die ein Gemisch aus Brennstoff und Primärluft in den Innenraum einer Brennkammer leiten, in der die Rohre angeordnet sind und der so viel Sekundärluft zugesetzt wird, wie im wesentlichen erforderlich ist, um die Verbrennung in dieser Kammer zu beenden. Dabei werden die Rohre gleichzeitig vorerhitzt und dadurch die Verdampfung des Brennstoffes in dem Gemisch von Brennstoff und Primärluft untexstützt.
• In der Praxis hat sich gezeigt, daß in der Wandung dieser Rohre leicht heiße Stellen auftreten infolge der Tatsache, daß eine vollständig gleichmäßige Bespülung der gesamten Innenwandung dieser Rohre durch das Gemisch aus Brennstoff und Primärluft nicht immer stattfindet. Besonders stark macht sich dieser Effekt an der Innenwandung der Biegestellen von Rohren mit halbkreisförmigen Umbiegungen bemerkbar, möglicherweise unter der Einwirkung von Zentrifugalkräften, die in den Biegestellen auf das Gemisch einwirken, derart, daß die außenliegenden Wandungen der Biegestellen sehr gründlich mit dem Gemisch bespült werden, während dies an der Innenseite der Biegungen ungenügend der Fall ist. Daraus resultiert eine Verkürzung der Lebensdauer der Rohre und außerdem eine ungenügende Verdampfung des Brennstoffes, da in dem fraglichen Bereich die Wärme von den Wandungen auf die Brennstoffteilchen ungenügend übertragen wird.
• Die Erfindung hat es sich hauptsächlich zur Aufgabe gemacht, das Auftreten solcher heißen Stellen zu vermeiden, dadurch die Verdampfung in den Rohren zu erhöhen und die Lebensdauer der Rohre zu verlängern.
• Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die Schaffung von Einrichtungen erreicht, die lokale Turbulenzen in den strömenden Gemischen an solchen Punkten des Rohres hervorrufen, an denen das Auftreten heißer Stellen erwartet wird. Infolgedessen werden die Brennstoffteilchen an diesen Stellen in innigeren Kontakt mit der Innenwandung des Rohres gebracht. Auf solche Weise wird eine bessere Wärmeübertragung im Zuge der Bespülung der Rohrwandung durch die Brennstoffteilchen erreicht.
• Die erfindungsgemäßen Einrichtungen können aus massiven oder hohlen Vorsprüngen bestehen, die auf der Wandung der Rohre befestigt sind und in den Strömungsweg hineinragen. In ihrer einfachen Ausführungsform können die Vorsprünge zylindrisch sein; sie können aber auch andere Gestalten und Formen haben, um in höherem oder geringerem Grade die Entstehung örtlicher Turbulenzen in dem gewünschten Sinn zu fördern. Sie können rechtwinklig oder in anderer Weise zur Strömung angeordnet sein. Finden hohle Vorsprünge Verwendung, so können sie so ausgebildet sein, daß ein Teil der brennenden Mischung der Brennkammer durch sie hindurchströmt und dadurch die Verdampfung weiter unterstützt.
• Nach einem weiteren :Merkmal der Erfindung können die Umbiegungen der Rohre, statt halbkreisförmig zu sein, aus zwei rechtwinklig gebogenen Stücken bestehen, die durch einen geraden Teil miteinander verbunden sind. Durch die Einführung rechtwinkliger Knicke wird genügend Turbulenz in dem Verbrennungsgemisch innerhalb der Rohrumbiegung erzeugt, um eine gründliche Bespülung der gesamten Innenwandung des Rohres an den Knickstellen zu gewährleisten.
• Bei J-förmigen Rohren mit einem bogenförmig umgebogenen Ende ist der kleinste Abstand der Austrittsöffnung vom Hauptteil des Rohres durch den zulässigen kleinsten Biegungsradius bestimmt. Wird jedoch bei einem derartigen J-förmigen Rohr die Umbiegung durch zwei rechtwinklige Knicke ersetzt, so kann der dazwischenliegende gerade Teil im allgemeinen in seiner Länge verringert und dadurch das Austrittsende .des Rohres näher an den Hauptteil des Rohres herangebracht werden, wenn dies gewünscht ist, als es bei einem Rohr mit bogenförmig umgebogenem Ende der Fall wäre.
• In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
• Fig. i veranschaulicht in geschnittener Teildarstellung eine Ausführungsform einer Brennkammer für flüssigen Brennstoff nach der Erfindung, wobei der Schnitt im wesentlichen nach der Linie i-i in Fig.2 geführt ist;

  Fig. 2 ist . eine .-\tialuisi#_ht d" u Anordnung im

  wesentlichen von der Linie 2-2 der Fig. i aus be-

  trachtet;

  Fig. 3 veranschaulic fit in grölierein Maßstab eines

  der J-förmigen Rohre der Fig. i und 2;

  Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines

  derartigen J-Rohres, n\ ic es in Verbindung mit der

  Erfindung Anwendung findet;

  Fig.5 ist ein Teils,-lmitt durAi cüicil Teil eines

  Rohres der Fig. i und 2 und

  Fig.6 ein entsprc@_liciider rc:littcinklig dazu ge-

  legter Schnitt.

  Die Teilschnittdarstel ltiiigcii der Fig. ; , 9 und i t

  entsprechen denen der Fig. 5. zeig<#n aber abge-

  änderte Ausführungsformen, und die

  Fig. 8, io und 12 zcigeH hierzu wieder reclit-

  winklig gelegte Schnitte.

  Die veranschauliAitt Brcniikammer besteht aus

  einem Außeligehätise 20, C1,tS ü1 hi,@llttlllg von links

  iiacli rechts von Luft dtlrclisti-:Snit «-ird, die durch

  den Verdichter einer iii"htczeichncten Gasturbine

  verdichtet ist. Die Brcnlikammcr 2 i wird durch

  drei Rohrstücke 22, -; und 24 gebildet, die sich

  mit einem gewissen radialen Abstand mit ihren

  Enden teleskopartig üliergrcifeli. Die Brennkammer

  21 wird in einem bestimmten radialen Abstand von

  dem Außengehäuse 20 dur_-h Zwischenstücke 25, 26

  gehalten. Auf dicsc Weise \\-ird ein ringförmiger

  Kanal 27 geschalten, dtir#-li den Verdünnungsluft

  hindurchströmt, die d@tzu dient, die Brennkammer

  von außen zu kühlen, und die si@c-li dann mit den

  Verbrennungsprodukten mischt, die aus der Brenn-

  kamincr austreten, um ihre Tcinpcratur auf einen

  passenden Wert herabzusetzcii. l:in Teil dieser Ver-

  dünnungsluft tritt dtir:h die rings:hlitzartigen öff-

  nullgell 28, 28 ill die 13rcniikanimcr ein, um die

  Rohrteile 2- , und 24 will inncii zti kühlen.

  In dem gewählten Ausfiihrungsbeispiel sind vier

  J-förinige Rohre 3o vorgrselicii. Die, Hauptteile

  dieser Rohre sind an ihren Eintrittsenden 31 in einer

  Prallwand 32 gelagert, die die Brennkammer 2 i an

  ihrer Eintrittsseite absclilicl,#t. Ein Teil der Luft,

  die durch das Atil,#eiigehlitisc 2o strömt, tritt in die

  Eillla(5enden 31 dieser Rohre ein und dient so als

  Primärluft. Die Breinistofizuführungsvorrichtung ist

  mit 33 bezeichnet. Durch sie wird flüssiger Brciin-

  stoff in die Eintrittsenden ; i der Rohre eingespritzt,

  so daß er sich in ihnen mit der Primärluft mischt.

  Das Gemisch aus flüssigcinn Brennstoff und Primär-

  luft tritt aus den Atislal_,ciidcn 3.1 der Rohre als

  brennbare Mischung aus. Uni eine vollständige

  Verbrennung dieses Genfisches im @i esentlichen

  innerhalb der Brennkammer 21 sicherzustellen, wird

  eine ausreichende Menge Sclktiiidärltift der Brenn-

  kammer 2 i durch Schlitze -; 5 in rolirf<ii-niigenDüsen

  36 zugeführt, die ebenfalls in der Prallwand angt:-

  ordnet sind. Wie insbesondere aus Fig.2 hervor-

  geht, sind die Düsen 36 gegenüber den Achsen der

  Austrittsendc-i 34. der Rohre versetzt. Das bren-

  nende Gemisch in der Brennkammer erhitzt die

  Rohre von außen und sorgt dadurch für die Ver-

  dampfung des in den 1-,>oliren finit der Primär-

  luft gemischten Brennstoffes, so daß auf diese

  Weise eine sehr befriedigende Verbrennung sichergestellt ist.
• In den Fig. 1, 2 und 3 ist die Umbiegung jedes )-förlnigen Rohres 3o nicht halbkreisförmig ge-3taltct, sondern aus zwei im we=sentlichen recht eckigen Knickcri 37 und 38 zusammengesetzt, die durch ein gerades Rohrstück 39 verbunden sind. Durch diese re.ht@%-itlkligeit Knicke wird genügend Turbulenz in dem Brennstotf-Luft-Gemisch inner-;ialb der Rohre im Bereich dieser Knicke erzeugt, uni eine gründliche Bespülung der gesamten Innenwandung an der I"mbicgungsstelle der Rohre sicherzustellen.
• Außerdem sind in den Zeichnungen Vorsprücigc i angedeutet, die an den Wandungen der Hauptteile der Rohre befestigt sind und quer in diese hineinrage». Dio,sc Vorsprünge dienen zur Hervorrufung einer Turbulenz, um die gleichmäßige Berührung der Innenwandung an diesen Stellen der Rohre mit dein Brennstotl-Luft-Gemisch sicherzustellen. Dadurch werden gleichzeitig diese Rohrteile gekühlt und die Verdampfung des Brennstoffes in dem BrennStoff-Luft-Gem1SCh vergrößert Wie insbesondere aus den Fig. 5 und 6 deutlich erkannt werden kann, können diese Einbauten oder Vorsprünge 4 1 zylindrische Form besitzen. Sie können aber auch, wie die Fig.7 bis 12 zeigen, andere Formen haben. So zeigen die Fig.7 und 8 einen Vorsprung tta von dreieckigem Querschnitt, die Fig. 9 und i o einen geneigt angeordneten VorsPrung 411 vom elliptischem Profil, der hohl und all beiden Enden offen ist, so daß die brennende Mischung durch ihn hindurchstreichen kann. Die Fig. i i und 12 ,endlich zeigen einen Vorsprung in Form eines plattciiartigen Gliedes 41c.
• Wie schon angedeutet, zeigt Fig.4 eine andere und an sich bekannte Ausführungsform eines Pörmigen Rohres 3oa, welches die erfindungsgemäßen Stege oder Vorsprüngc41, 41a, 4tb oder 41c nicht nur im Bereich seines geraden Hauptteiles aufweist, sondern vor allem auch im Bereich seiner Krümmung, um dadurch an jedem Punkt des Rohres, an welchem heiße Stellen auftreten könnten, Turbulenz hervorzurufen, durch die die Brennstoffteilchen in dem Gemisch in innigere Berührung mit der Innenwandung des Rohres gebracht werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Brennkammer für flüssigen Brennstoff, bei der eine Anzahl von l-förmigen Rohren vorgesehen ist, die ein Gemisch aus Brennstoff und Primärluft in den Innenraum der Brennkammer leiten, in der die Rohre angeordnet sind und der so viel Sekundärluft zugeführt wird, wie im wesentlichen erforderlich ist, um die Verbrennung in dieser Kammer zu beenden, insbesondere für Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß Vorkehrung getroffen ist, um in den J-förmigen Rohren (30, 3oa) an solchen Punkten, an denen heiße Stellen auftreten könnten, örtliche Turbulenzen in der Strömung hervorzurufen, wodurch die Brennstoffteilchen der Mischung in innigere Berührung mit der Innenwandung der Rohre gebracht werden. z. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz hervorgerufen wird durch massive oder hohle Vorsprünge, Einbauten oder Stege (41, 41a, 4Ib, 41c), die auf der Rohrwandung befestigt sind und in den Weg der. Strömung hineinragen. Brennkammer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbulenz an der Umbiegungsstelle der Rohre (3o) dadurch hervorgerufen wird, daß diese Umbiegungsstelle durch zwei im wesentlichen rechtwinklige Knicke (38, 37) gebildet ist, die durch einen geraden Rohrteil (39) verbunden sind.