DE852790C - Zuender fuer Brennkammerbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brenner und insbesondere auf solche Brenner, wie sie bei Gasturbinentriebwerken verwendet werden. In solchen Triebwerken ist es sehr wichtig, ein Zündsystem vorzusehen, das sowohl schnell als auch zwangsläufig arbeitet, um sicherzustellen, daß die Brennkammer während des Startens nicht mit unverbranntem Brennstoff versäuft.

Man teilt die Brennkammern für Gasturbinentriebwerke danach, wie der Brennstoff in die Flammzone eingeführt wird, in zwei Arten ein. Bei der Brennkammer mit Zerstäubung wird der Brennstoff mittels einer Einspritzdüse unter hohem Druck in die Flammzone eingespritzt. Das Starten des Verbrennungsvorganges ist hierbei verhältnismäßig leicht, weil die feinverteil ten Brennstoffteildhen, selbst wenn sie kalt sind, durch elektrische Zündkerzen oder andere dem Fachmann bekannte Mittel leicht entzündet werden können. Bei der Brennkammer mit Verdampfer wird ein Gemisch aus ao Brennstoff und einer geringen Menge Luft, die für die Verbrennung nicht ausreicht und üblicherweise als Primärluft bezeichnet wird, so weit erhitzt, daß der Brennstoff verdampft, und das so entstehende Gemisch aus Brennstoffdampf en und Luft wird dann in die Flammzone eingeführt, wo es mit weiterer Luft, die üblicherweise als Sekundärluft bezeichnet wird und die zur vollständigen Verbrennung ausreicht, verbrannt wird. Die Wärme, die man zur Verdampfung des Brennstoffs benötigt, wird dem Gemisch aus Brennstoff und Primärluft beim Durchleiten durch Verdampferrohre od. dgl. zugeführt, die ihrerseits durch die Flammzone erhitzt werden. Dieser Verbrennungsvorgang ist von

sich allein nicht selbstzündend, da das Verdampfen des Brennstoff-Luft-Gemisches bereits eine Flamme voraussetzt. Bei diesen Brennkammern hat man daher üblicherweise eine oder mehrere Hilfseinspritzdüsen vorgesehen, deren Einspritzstrahlen leicht entzündet werden können und die ihrerseits genügend Wärme für den Verdampfungsvorgang sowie für das Zünden von Brennstoff erzeugen, der während des Startens in unverdampftem Zustand aus den Verdampferröhren in die Brennkammer austritt.

Die Erfindung besteht darin, in einer Brennkammer mit Verdampfer eine Zündeinrichtung mit offener Flamme vorzusehen, die aus einer Hilfseinspritzdüse und Zündmitteln besteht, die ein zuverlässiges und schnelles Zünden der Brennkammer gewährleisten.

Die Zündeinrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich außerdem dadurch vorteilhaft aus, daß sie leicht überprüft und gewartet werden kann. Weiterhin sieht die Zündeinrichtung Mittel vor, durch die die Flamme von den Zündmitteln bis in die Mitte der Brennkammer vorgetragen wird, so daß die zwangsläufige und unmittelbare Einleitung der Verbrennung in dieser Kammer über einen großen Leisturogs- oder Drehzahlbereich des Triebwerks sichergestellt ist.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Hilf skammer, bei der es sich um ein Verbindungsrohr handeln kann, mit einer in die Brennkammer mündenden öffnung vorgesehen, in der eine einzige Einspritzdüse angeordnet ist, deren Brennstoffstrahl auf diese öffnung gerichtet ist, so daß ein Strom zerstäubten Brennstoffs in die Brennkammer gelangt. Auf dem Wege dieses Stromes sind Zündmittel, beispielsweise eine Zündkerze, vorgesehen. Die Hilfskammer weist außerdem noch eine weitere öffnung auf, mit der sie mit einer Luftmasse in Verbindung steht, die unter einem Druck steht, der etwa gleich dem Druck an der Stelle der Brennkammer ist, an der die Hilfskammer in diese einmündet. Bei dieser Luft handelt es sich in der Praxis um die in einer anderen Brennkammer befindliche Luft. Mit Ausnahme der genannten öffnungen ist die Hilfskammer vollständig geschlossen, so daß die Luftmenge, die für die Aufrechterhaltung der Verbrennung des eingespritzten Brennstoffs benötigt wird, durch die zweite öffnung in einer Menge und Geschwindigkeit entnommen wird, die von Veränderungen der Luftströmung in der Brennkammer im wesentlichen unbeeinflußt ist. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgeschnitten, des vorderen Teils einer Brennkammer, aus der die räumliche Anordnung der Zündeinrichtung, der Zündmittel für diese Einrichtung, der Einspritzdüse und des Verdampfers zu erkennen ist und

Fig. 2 einen Querschnitt durch Teile zweier benachbarter Brennkammern, die durch ein Rohr, in dem die Zündeinrichtung angeordnet ist, miteinander verbunden sind.

Wie aus den Zeichnungen zu erkennen ist, sind die Brennkammern, die ganz allgemein mit 10 und und io^a bezeichnet sind, mit einem äußeren Gehäuse 11 bzw. ii" versehen, in denen mit Abstand Flammrohre 12 und 12" angeordnet sind. Die Strömungsrichtung der Gase durch die Brennkammer 10 ist in Fig. 1 durch den Pfeil A angegeben.

Nebeneinanderliegende Brennkammern 10 und io" sind durch ein Verbindungsrohr α 3 miteinander verbunden, das aus einem äußeren Mantel 14 und einem inneren Rohreinsatz 15 besteht. Der Luftraum zwischen dem Mantel und dem Einsatz dient der Isolierung des Rohres, das während des Zündvorganges sehr hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt ist. Eine Einspritzdüse 16 ist in eine Seitenöffnung des Verbindungsrohres 13 eingepaßt und ragt in das innere Rohr hinein. Die Mündung i6° der Düse ist in Längsrichtung des Verbindungsrohres gerichtet und spritzt etwa in Achsrichtung nach der öffnung hin, mit der das Rohr in eine der Brennkammern, im dargestellten Fall in die Brennkammer 10, einmündet. Der Strahl aus zerstäubtem Brennstoff ist in <Fig. 2 durch den Pfeil B angedeutet. Der Kegelwinkel des Einspritzstrahles ist so klein gewählt, daß der Brennstoff nicht an die Wände des Verbindungsrohres gelangt, sondern unmittelbar in die Brennkammer eintritt. Zu diesem Zweck strömt von der anderen Brennkammer io^a her ein kräftiger Luftstrom in der Richtung des Brennstoffstrahles durch das Verbindungsrohr. Dadurch tritt in die Brennkammer 10 ein starker Gasstrom aus dem Verbindungsröhr 13 aus, der bis zur Mitte dieser Brennkammer vordringt.

In dem Verbindungsrohr 13 ist innerhalb des Spritzwinkels der Einspritzdüse 16 eine Zündkerze 17 angeordnet, die in üblicher Weise mit loo Strom versorgt wird, wenn Brennstoff eingespritzt wird.

Von dem vorderen Ende der Brennkammer 10 spritzt eine Einspritzdüse 18 einen Strahl aus zerstäubtem Brennstoff in Richtung nach hinten auf die Austrittsöffnung 19 des Verdampfers 20. Dieser Verdampfer besteht, wie man erkennt, aus Rohren, die wie ein Spazierstock umgebogen sind, doch können auch andere Ausbildungen des Verdampfers vorgesehen werden.

Im Betrieb wird der durch die Einspritzdüse 16 eingespritzte Brennstoff durch die Zündkerze 117 gezündet, so daß eine kräftige Flamme aus dem Verbindungsrohr 13 in die Brennkammer 10 eintritt und dabei durch den Luftstrom unterstützt wird, der gleichzeitig aus der benachbarten Brennkammer io° durch das Rohr strömt. Diese Flamme zündet den zerstäubten Brennstoff, der aus der Einspritzdüse 18 kommt, und die dadurch entstehende Flamme zündet zwangsläufig die Brennstofftröpfchen, die aus der Austrittsöffnung 19 des Verdampfers 20 austreten. Diese Folge von Ereignissen geschieht sehr schnell hintereinander, und sobald diese erste Brennkammer in Tätigkeit ist, geht ein Feuerstrahl in der umgekehrten Richtung durch das Verbindungsrohr 131 und zündet dann die be-

nachbarte Brennkammer io". Dieser zurücklaufende Feuerstrahl hat eine solche Stärke, daß er von der entgegengesetzt gerichteten Wirkung der in dem Verbindungsrohr vorgesehenen Zündeinrichtung nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Sobald eine Brennkammer in Tätigkeit getreten ist, zündet sie die benachbarte Brennkammer über ein Verbindungsrohr. Der ganze Verbrennungsapparat wird auf diese Weise also schnell und zwangsläufig in Tätigkeit gesetzt. Hierzu wird nur eine Zündeinrichtung benötigt, obwohl es natürlich unter Umständen erwünscht sein kann, mehr als eine Zündeinrichtung vorzusehen, beispielsweise um eine größere Betriebssicherheit zu erhalten. Ist die Verbrennung in Gang gebracht, so kann die Zündeinrichtung entweder von Hand oder selbsttätig abgestellt werden.

Das Verbindungsrohr, in dem der von der Düse 16 eingespritzte Brennstoffstrahl gezündet wird,

ao bildet eine Hilfskammer, die nicht dem in der Brennkammer herrschenden Luftstrom hoher Geschwindigkeit ausgesetzt ist. Eine solche Anordnung des Zündstrahls zum Zwecke der Erhaltung seiner betriebsmäßigen Unabhängigkeit ist nicht neu, doch wird bei den älteren Zündeinrichtungen der Brennstoffstrahl quer durch ein Verbindungsrohr gespritzt, so daß sich der Brennstoff auf die beiden durch das Rohr miteinander verbundenen Brennkammern verteilt. Nach der Zündung dieser Einrichtung tritt dann eine kleine Flamme in jede Brennkammer an der Stelle ein, wo das Verbindungsrohr in die Brennkammer einmündet und wird nur durch die Luft gespeist, die sich jeweilig in der Kammer befindet. Solche kleinen Flammen sind oftmals nicht imstande, den Brennstoff in der Brennkammer zur Entzündung zu bringen, insbesondere in Brennkammern des Verdampfertyps. Um diese geringen Ausmaße der Zündflamme zu vermeiden, die durch Mangel an Verbrennungsluft in dem Verbindungsrohr hervorgerufen wird, ist schon vorgeschlagen worden, Luft aus dem Zwischenraum zwischen dem Flammrohrgehäuse und dem Flammrohr in den Zwischenraum zwischen dem Verbindungsrohrgehäuse und dem Verbindungsrohr einzuführen, von wo sie durch Löcher in das Innere des Verbindungsrohres gelangen soll. Infolgedessen fließt ständig ein Luftstrom aus dem Verbindungs'rohr in das ,Flammrohr, da der Druck in dem Zwischenraum zwischen dem Flammrohrgehäuse und dem Flammrohr bei allen Betriebszuständen wesentlich höher als der Druck im Innern des Flammrohres ist. Dieser Druckunterschied ist jedoch abhängig von der Drehzahl des Triebwerks und ändert sich daher mit ihr.

Entsprechend der Ausbildung gemäß der Erfindung ist die Luftzuführung zu der Zündeinrichtung dagegen unabhängig von der Triebwerksdreh- j zahl, da die Luftmassen in beiden Brennkammern | an den Stellen, an denen das Verbindungsrohr in sie einmündet, etwa unter dem gleichen Druck stehen und die Menge und Geschwindigkeit der | Luftversorgung für den Zündstrahl nur durch die .Eigenschaften des Strahles selbst bestimmt werden. Auf diese Weise sind für die Zündeinrichtung bei jeder Betriebsdrehzahl ziemlich gleichartige Gemisch- und Wirbelverhältnisse vorhanden, die ein leichtes Zünden und anschließend eine kräftig durchschlagende Flamme gewährleisten, die durch den durch den Brennstoffstrahl herbeigeführten Luftstrom in eine Brennkammer hineingeschleudert wird.

Selbstverständlich handelt es sich bei dem dargestellten und beschriebenen Gerät nur um ein Beispiel, und Änderungen in der Form, Größe und Anordnung der Teile können vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, verlassen zu werden braucht.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Brenner, insbesondere für Gasturbinentriebwerke mit einer Brennkammer, in der der Brennstoff in einem Luftstrom hoher Geschwindigkeit verbrannt wird, gekennzeichnet durch eine Hilfskammer (13), die in die Brennkammer (10) einmündet und mit einer Brennstoffeinspritzdüse (ιό) versehen ist, die so auf die Mündung der Hilfskammer in die Brennkammer gerichtet ist, daß der Brennstoffstrahl in die Brennkammer gelangt, und die in der Spritzrichtung des Brennstoffstrahls eine Zündeinrichtung (17) aufweist, wobei die Hilfskammer noch eine weitere Öffnung, sonst aber keine Öffnungen, aufweist, die sie mit einer Luftmasse (icf) verbindet, welche unter einem Druck steht, der etwa ebenso groß ist, wie der Druck in der Brennkammer an der Stelle, an der die Hilfskammer in sie einmündet, so daß Luft von dieser Luftmasse her zur Verbrennung des zerstäubten Brennstoffs in einer Menge und Geschwindigkeit in die Hilfskammer eintritt, die im wesentlichen unabhängig von Änderungen der in der Brennkammer herrschenden Luftströmung ist.
2. 2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftmasse, mit der die Hilfskammer (13) verbunden ist, der Inhalt einer benachbarten Brennkammer (io⁰) ist.
3. 3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne, in der Hilfskammer (13) vorgesehene Brennstoffeinspritzdüse mit ihrer Mündung (i6^a) etwa entlang der Längsachse der Hilfskammer gerichtet ist.
4. 4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Brennstoffeinspritzdüse (16, ΐ6^α) in der Hilfskammer (13) erzeugte Brennstoffstrahl etwa konisch ist und einen solchen Spritzwinkel hat, daß der Strahldurchmesser bei der Mündung der Hilfskammer in die Brennkammer (10) geringer als der Durchmesser der Hilfskammer an dieser Mündung ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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