DE892096C - Brennkammer für flüssigen Kraftstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für flüssigen Kraftstoff, in der eine dauernd schnell strömende Luftmenge durch die Verbrennung flüssigen Treibstoffes in der Kammer erhitzt werden kann, wie dies für die Brennkammer einer Gasturbine zutrifft.

Die Erfindung hat die Hauptaufgabe, eine vollkommene Verbrennung des zugeführten Kraftstoffes in einer Brennkammer von kurzer Länge zu gewährleisten.

Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Zuführung des Kraftstoffes zur Brennkammer zu erleichtern.

Schließlich soll durch die Erfindung die befriedigende Verwendung billigen schweren Brennstoffes ermöglicht werden.

Eine erfindungsgemäße Brennkammer enthält .ein Luftleitrohr mit einem Verbrennungsraumgehäuse darin und im Abstand von den Wänden des Leitrohrs ein scheibenförmiges Glied, das am vorderen, d. h. dem Luftstrom zugewandten Ende des Verbrennungsraumes um eine allgemein zur Strömungsrichtung der Luft durch die Kammer parallele Achse drehbar gelagert ist. Diese drehbare Scheibe hat eine konkave, allgemein kegelstumpfförmige Stirnfläche, die von einer der Drehachse möglichst nahen Zone aus zum äußeren Umfang hin abgetreppt ist. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um flüssigen Brennstoff auf die abgetreppte Scheibenfläche möglichst nahe der Drehachse aufzugeben (wobei man zweckmäßig in

der drehbaren Scheibe, wenn deren Stufenfläche dem Luftstrom zugewandt ist, Löcher für den Durchgang des verdampften Treibstoffes vorsieht), eine Einrichtung, um die Scheibe um ihre Achse in Rotation zu versetzen, damit der Brennstoff durch die Fliehkraft über ihre abgetreppte Fläche zum äußeren Scheibenumfang hingetrieben werden kann, und schließlich eine Einrichtung, um einen angemessenen Teil der durch das Leitrohr strömenden Luft in die eigentliche Verbrennungskammer abzulenken, besonders wenn die abgetreppte Fläche der Scheibe auf ihrer hinteren, d. h. der Strömung abgewandten Seite liegt, um hier als Verbrennungsluft zu dienen. *5 Man benutzt gegenwärtig bei Gasturbinen zwei Hauptformen der Brennkammer: der Dosentyp enthält eine Anzahl im Kreise angeordneter und untereinander verbundener längerer Einheiten, deren jede ein Luftleitrohr mit einem darin angeordneten Verbrennungsraum enthält, der Ringtyp dagegen hat ein Luftleitrohr, das ringförmig um die Achse der Turbine angeordnet ist, und einen ebenfalls ringförmigen zentralen Verbrennungsraum. Die Erfindung läßt sich an beiden as Brennkammertypen verwenden.

In Brennkammern des Dosentyps befindet sich eine drehbare Scheibe in der eigentlichen Verbrennungskammer jeder einzelnen längeren Einheit; sie können dort auf irgendwelche an sich bekannte Weise mechanisch angetrieben werden; die Drehung kann aber auch durch 'den Luftstrom im Leitrohr bewirkt werden, der geeignet angebrachte Laufschaufeln beaufschlagt. Brennkammern nach dem Ringtyp können eine einzelne drehbare Scheibe enthalten, die als ein um die Turbinenachse drehbarer Ring gelagert ist; dieser kann ebenfalls entweder mechanisch ader mittels Laufschaufeln durch den Luftstrom angetrieben werden.

Die Zeichnungen veranschaulichen beispielsmäßig einige Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. ι und 2 sind Seitenansichten von Gasturbinen nach dem Dosen- und Ringtyp;

Fig. 3 bis 5 sind Schnitteeichnungen dreier erfindungsgemäßer Anordnungen von Brennkammern des Dosentyps;

Fig. 6 ist eine verkleinerte Ansicht in Ac'hsenrichtung von der Konstruktion nach Fig. 5;

Fig. 7 und 8 sind Schnitte durch zwei weitere Anordnungen von Brennkammern nach dem Dosentyp;

Fig. 9 ist ein Radialschnitt durch eine drehbare Scheibe anderer Form für die Konstruktion nach Fig. 8;

Fig. ro ist ein Schnitt durdh eine erfmdüngsgemäße Brennkammer nach dem Ringtyp.

Nach den Fig. 1 und 2 besteht die Gasturbine aus einem Verdichter 11, einer Turbine 12 und einer Schubdüse 13; dabei sind der Verdichter und die Turbine bei der Anordnung nach Fig. 1 durch einen Kranz gesonderter Brennkammern 14 vom Dosentyp und bei der Anordnung nach Fig. 2 durch eine Brennkammer 14" vom Ringtyp miteinander verbunden.

Fig. 3 zeigt das Einlaßende einer Brennkammer des Dosentyps. Sie hat gleichachsig mit ihrer Außenwand 14⁶ eine feststehende ringförmige Wand 15, rund um das 'glockenförmige vordere JEnde 16 der eigentlichen Verbrennungskammer angeordnet, so daß der Ringraum zwischen den Wänden 14⁶ und 15.einen Burchgangsweg für die Luft bildet. Eine Abtriebswellei7 erstreckt sich mit radialem Spielraum axial durch die eigentliche Verbrennungskammer; auf ihr sitzt eine allgemein kegelstumpfförmig gestaltete Scheibe 18, die ihre konzentrisch abgetreppte konkave Seite der Strömung abkehrt. Ein Rohr 19 fördert aus einem nicht dargestellten 'Behälter flüssigen Brennstoff zu einem axialen Sammelraum 20 der Scheibe 18, der einen ringförmigen Rand 21 ausweist, über den der ■ flüssige Brennstoff durch die Fliehkraft als dünner Film auf die Stufenflächte getrieben wird, so daß er dort infolge der Hitze im Verbrennungsraum verdampft wind. Irgendwelcher unverdampfter Brennstoff sammelt sich an der nächsten (gegebenenfalls unterschnittenen) Stufe 22 der Scheibe an, wird wieder durch die Fliehkraft über diese hinweggetrieben, damit er auf der folgenden kegeligen Ringfläche verdampfen kann, und so weiter.

Die vom Verdichter 11 gelieferte Luftmenge teilt sich in zwei ringförmige Strömungen, die eine geht zwischen der Wand 15 und dem Verbrennungsraum 16 hindurch und tritt durch Löcher 23 als Verbrennungsluft für den verdampften Brennstoff in den Verbrennungsraum ein, während die andere Strömung vom Verdichter her zwischen den Wänden 14⁶ und 15 als Sekundär- und bzw. oder Verdünnungsluft durchfließt. Ein Teil des zweiten Ringstromes tritt durch einen Rimgspalt zwischen dem hinteren Ende der Wand 15 und einem Teil 24 des Verbrennungsraumes in bekannter Weise als Kühlluft in den Raum ein.

Die Anordnung nach Fig. 4 zweigt als Unterschied gegen Fig. 3 eine ringförmige Prall- und Umlenkwand 25 innerhalb des Verbrennungsraumes mit der Aufgabe, die durch die Löcher 23 streichende Verbrennungsluft auf die abgetreppte Seite der Scheibe 18 zu leiten.

In der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 ist das vordere Ende i6^a des Verbrennungsraumes no nicht mit Löchern 23, sondern mit radial einwärts und nach vorn (von der Maschine aus gesehen) gerichteten fingerartigen Taschen 26 versehen, deren vordere Flächen Löcher 23" aufweisen, durch die die Verbrennungsluft auf die Stufenfläche der Scheibe 18 geleitet wird.

Wenn ein geringwertiger schwerer Brennstoff verarbeitet wird, was bei Maschinen für die Marine oder Industrie, bisweilen erwünscht ist, so bilden sich leicht Ablagerungen auf der Stufenfläche der Scheibe. Diese Ablagerungen können indessen ganz leicht davon entfernt werden, ohne daß man die Maschine stillsetzen muß. Zu diesem Zweck ist nach Fig. 7, die bis auf das der Klarheit wegen weggelassene Brennstoffrohr der Fig. 3 ähnlich ist, ein Schaber 27 vorgesehen, der jeden Rückstand

von der Scheibe 18 während ihres Laufes zu entfernen hat. Der Schaber 27 tritt durch einen Schlitz 28 im vorderen Teil i6^& des Vferbrennungsraumes hindurch und ist bei 50 oben in einer Verschlußkappe 51 über dem Schlitz schwenkbar abgestützt, so daß man ihn mit seiner Stufenkante 29 'gegen die Stufenfläche der Scheibe 18 schwenken kann; wenn er nicht gebraucht wird, so zieht man ihn durch den Schlitz 28 hoch, so daß er in die strichpunktiert gezeichnete Stellung kommt. Der Verbrennungsraum i6^b ist mit einer ringiförmigen inneren Mulde versehen, in der sich die vom Schaber abgelösten Rückstände sammeln; die Mulde wird unter dem in dem Verbrennungsraum herrschenden Druck durch einen mit einem Hahn 31« verschließbaren Alblaßstutzen 31 entleert. Man kann auch den Schaber erforderlichenfalls durch geeignete Vorrichtungen kühlen.

Fig. 8 zeigt ein vorderes Venbrennungsraumende i6⁶ mit Löchern 23* für den Einlaß von Verbrennungsluft, und in diesem Fall ist die Stufenfläche der Scheibe i8^a nach vorn, der Strömung entgegengerichtet, während das Zuführungsrohr 19" für den Brennstoff wieder in einen axialen Sammelraum 20, aber auf der vorderen Seite der Scheibe i8^a ausmündet. Die Scheibe i8^a hat mehrere Kränze von durchgehenden Löchern 32 in den Ringflächen, die sich'an die Stufen anschließen; der durch d'ie Hitze verdampfte Brennstoff wird also durch die Scheibe 18" hindurchgeführt, und die Verbrennungsluft kann in die Hauptverbrennungszone durchtreten. Radial auswärts von jedem Lochkranz 32 aus befindet sich auf der Rückseite der Scheibe i8^fl ein kegeliger Ring 33, in den aller noch unverdampft gebliebener flüssiger Brennstoff, der durch die Löcher 32 hindurchtritt, durch Fliehkraft hineingetrieben wird, um durch die Erhitzung des Ringes 33, die durch den Gemischstrom aus 'bereits verdampftem Brennstoff und Luft (begünstigt wird, ebenfalls verdampft zu werden.

Fig. 9 zeigt in Abänderung der Konstruktion nach Fig. 8 eine Scheibe i8^c, die keine ringförmigen Stufen aufweist, sondern mit konzentrischen Kränzen von Löchern versehen ist, in denen kurze Rohre 34 stecken, die über die glatte Vorderseite der Scheibe etwas vorstehen und dieselbe Funktion wie die Stufen 22 ausüben. Offensichtlich könnte man die Scheibe nach Fig.. 9 erforderlichenfalls auf ihrer Rückseite ebenfalls mit Ringen 33 wie in Fig. 8 ausstatten.

Die in Fig. 10 dargestellte Brennkammer nach dem Ringtyp hat eine ringförmige abgetreppte Scheibe 18⁶ in Kegelstumpfgestalt; diese ist an ihrem vorderen Ende durch einen Kranz radialer Schaufeln 35 fest mit einem nabenartigen Laufring 36 verbunden, der in einem Kugellager 52 drehbar auf einer Spindel 17^s gelagert ist. Ein Teil der Verbrennungsluft strömt zwischen den Schaufeln durch, treibt damit die Scheibe i8⁶ an und strömt dann durch Kränze von Löchern 37 in einer Innenwand 38 in den vorderen Teil des Verbrennungsraumes. Weitere Verbrennungsluft strömt durch Löcher 23 in einer Außenwand i6^rf des Verbrennungsraumes ; diese Außenwand ist mit einem radialen Flansch an der inneren Gehäusewand 15° befestigt. Ein äußerer Ringstrom von Verdünnungsluft geht zwischen der inneren Gehäusewand 15" und der Brennkammeraußenwand 14°, ein innerer Ringstrom von Verdünnungsluft zwischen den ringförmigen inneren und äußeren Wänden 39 und 40 hindurch, indessen kann 'offensichtlich ein Teil dieser Luft in bekannter Weise auch der Brennkammer als Sekundärluft zugeführt werden. Das Brennstoffspeiserohr 19* fördert in einen ringförmigen Sammelraum 20", der, wie beim Dosentyp, mit einem Innenrand 2i^a versehen ist.

Die Wand 40 und eine sich nach vorn anschließende Wand 41 können an den beiden einander zugekehrten Enden mit Dichtungsflanschen 42 und 43 gegenüber der Scheibennabe 36 versehen sein.

In allen beschriebenen Ausführungsformen zwingt die Rotation der Scheibe den Brennstoff, über den Rand des zentralen Sammelraumes hinweg in verhältnismäßig gleichförmiger Art radial nach außen zu fließen. Die Hitze im Verbrennungsraum läßt den über die Scheibenfläche fließenden Brennstoff verdampfen; dann kann sich irgendwelcher unverdampft gebliebener Brennstoff wieder an der nächsten Stufe sammeln und im weiteren Verlauf in etwa gleichförmiger Weise über die zweite Stufe übertreten. So geht das weiter, und bis der Brennstoff die äußere Peripherie der Scheibe erreicht hat, ist er restlos verdampft.

Wenn man den Sammelraum auf der Stufenseite der Scheibe, in den der flüssige Brennstoff gefördert wird, verhältnismäßig groß nimmt, so ist es unnötig, die Brennstoffmenge abzumessen; denn die Fliehkraftwirkung der Scheibe sichert eine im wesentlichen gleichförmige Förderung über den Rand der ersten Stufe, sobald der mittlere Sammelraum beschickt ist. D'ie Anordnung eines Innenrandes an dem Sammelraum vengrößert dessen Fassungsvermögen und sorgt für größere Gleichförmigkeit.

Dadurch kann selbst für große Turbinen mit einer Brennkammer vom Ringtyp eine einzige Brennstoffzuführung ausreichen, während man sonst vielleicht 36 abgemessene Zuführungen vorsehen müßte. .

Die Hitze der Brennkammer, die sich der Zuführung oder den Zuführungen des Brennstoffes mitteilt, unterstützt die Verdampfung des Brennstoffes.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Brennkammer für flüssige Brennstoffe, worin eine ständig schnell strömende Luftmenge durch die Verbrennung flüssigen Treibstoffes erhitzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitkanal für die Luft in seinem Innern ein Verbrennungsraumgehäuse (16, i6^a, i6^&, i6^c oder i6^d) enthält, das in einem Abstand von der Außenwand (15) des Leitkanals befestigt

   ist, daß ferner ein scheibenförmiges Glied (i8, i8^ß, i8* oder i8^c) am -vorderen (der Strömung zugewandten) Ende des Verbrennungsraum.es drehbar um eine zur Luftströmungsrichtung durch den Leitkanal allgemein parallele Achse angeordnet ist und eine konkave, allgemein kegelstumpfförmige Fläche hat, die von einer der Drehachse möglichst nahen Zone aus bis zum äußeren Umfang abgetreppt ist (22 oder 34), 'daß eine Leitung (19, io^a oder 19*) zur Zuführung des Brennstoffes auf die Stufenfläche der Scheibe möglichst nahe der Drehachse vorgesehen ist, daß weiter eine Einrichtung (35) zum Antrieb der Scheibe für ihre Rotation um die erwähnte Achse vorhanden ist, damit der Brennstoff über die Stufenfläche zur Peripherie hin fließen kann, und daß schließlich Vorkehrungen (23, 23° ader 23^s) getroffen sind, um ein Teil der durch den Leitkanal strömenden Luft als Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum zu leiten.
2. 2. Brennkammer für flüssige Brennstoffe nach Anspruch 1, nach dem Dosentyp ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine abgetreppte Scheibe (18, 18^s oder i8^c) in dem Verbrennungsraum einer jeden längeren Einzelbrennkammer befindet.
3. 3. Brennkammer für flüssige Brennstoffe nach Anspruch 1, nach dem Ringtyp ausgebildet, dadurch ' gekennzeichnet, daß die abgetreppte Scheibe (i8⁶) als Ring gestaltet ist, der um die Achse der Turbine drehbar gelagert ist.
4. 4. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in einen Sammelraum (20 oder 20^a) gefördert wird, der in der Mitte der konkaven Fläche der (oder jeder) Scheibe (18, i8^fl, i8^& oder i8^c) ausgebildet ist.
5. 5. Brennkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die konkave Seite der (oder jeder) Scheibe auf der der Strömung zugewandten Vorderseite der Scheibe liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (i8°) durchgehende Löcher (32) aufweist, durch die die (beispielsweise durch Löcher 2ß⁶) dem damit zusammenwirkenden Verbrennungsraum auf der Vorderseite der Scheibe zugeführte Luft und der verdampfte Brennstoff nach hinten in den Verbrennungsraum einströmen kann.
6. 6. Brennkammer nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Röhre (34) in den durchgehenden Löchern (32), die aus der konkaven Fläche der Scheibe (i8^c) hervorstehen und dadurch die Stufen bilden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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