Zerstäuberdüse für kontinuierliche Brennstoffeinspritzung

Abstract

 Eine Zerstäuberdüse für kontinuierliche Brennstoffeinspritzung, die als Haupteinspritzdüse oder als Zündfackel für Brennkammern dienen kann, weist eine Einlochbrennstoffdüse und einen davor gelegenen koaxialen Ringspalt (4) für zusätzlich mögliche Luftzufuhr auf. Der Raum (11) zwischen Düsenöffnung (2) und Ringspalt (4) ist über Druckausgleichsöffnungen (7) mit dem Brennerraum (10) hinter dem Ringspalt (4) verbunden. Die Druckausgleichsöffnungen (7) werden durch einzelne Distanzstücke (6) zwischen Brennstoffdüsenkörper (1) und Luftdüsenring (3) dargestellt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüse für kontinuierliche Brennstoffeinspritzung, vorzugsweise in Brennkammern von Gasturbinen, mit einem zentralen Düsenkörper zur Brennstoffzuführung und einer dazu konzentrischen Anordnung zur ringförmigen Luftzuführung.

[0002] Es ist eine Zerstäuberdüse der genannten Gattung bekannt, bei der die vom Verdichter kommende Luft in einer Düse ringförmig konzentrisch zum Düsenkörper geführt wird und in der Umgebung der Düsenöffnung eine Drallvorrichtung eine Verbesserung der Zerstäubung bewirken soll (DE-OS 15 01 934). Da die Luft und der Brennstoff sich im wesentlichen gleichsinnig bewegen, findet eine Verwirbelung von Brennstoff und Luft allenfalls in einer Randzone des Brennstoffstrahles statt. Die Drallvorrichtung erzeugt einen Druckverlust, ohne die beabsichtigte Wirkung zu erzielen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Zerstäuberdüse für die kontinuierliche Brennstoffeinspritzung vorzulegen, die ohne bewegliche Teile auskommt und bei geringer Luftzugabe einen hohen Grad der Zerstäubung sicherstellt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Düsenkörper eine koaxiale, offene Düsenbohrung aufweist, daß die Anordnung zur Luftzuführung aus einem Ringkörper mit einem innenliegenden Ringspalt besteht, der in einer Ebene senkrecht zur Achse der Düsenbohrung angeordnet ist, wobei die Luftzuführung aus dem Ringspalt in dieser Ebene radialsymmetrisch nach innen gerichtet erfolgt, daß der Ringspalt in Einspritzrichtung hinter der Düsenbohrung angeordnet ist und zwischen Düsenbohrung und Ringspalt ein Innenraum ausgebildet ist, der durch Druckausgleichsöffnungen mit dem Umgebungsraum verbunden ist.

[0004] Die Zerstäubung eines Kraftstoffstrahles beruht im wesentlichen auf der Störung der Oberflächenspannungen des Flüssigkeitszylinders, der sich nach dem Verlassen des Strahls aus der Düsenbohrung bildet. Benutzt man zur Störung der Oberflächenspannung einen Luftstrahl, der erfindungsgemäß aus einem um den freien Brennstoffstrahl angeordneten Ringspalt austritt, so daß die Luft den Brennstoffstrahl in einer senkrechten Ebene radialsymmetrisch trifft, so genügen geringe Luftmengen und ein geringer Luftdruck und damit eine geringe Luftförderleistung zur Zerstäubung einer bestimmten Brennstoffmenge. Ein wesentliches Merkmal dieser Zerstäuberdüse besteht darin, daß der Brennstoffstrahl in einen Raum austritt, der den gleichen Druck aufweist, wie der Raum, in den der Brennstoffnebel gefördert wird. Hierzu sind die erfindungsgemäßen Druckausgleichsöffnungen vorgesehen, durch die die zur Zerstäubung notwendige Luftförderleistung deutlich herabgesetzt werden kann. Während bekannte Ausführungen 10 bis 25

an Fördersleistung zur Brennstoffzerstäubung benötigen, kommt die erfindungsgemäß ausgebildete Einspritzdüse mit etwa 0,5 bis 3,0

aus. Die Zerstäubung der Flüssigkeit ist so fein, daß ein Flüssigkeitsnebel entsteht, dessen Ausbreitung von der zugeführten Luft vorgenommen wird. Die Führung der Luft und nicht die Richtung der Brennstoffzuführung ergibt somit den Spraywinkel.

[0005] In einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführung ist die Zerstäuberdüse zusammengesetzt aus einem einzelnen Düsenkörper mit der zentralen Düsenbohrung und einem besonderen Ringkörper mit einer Ringdüse. Durch an dem einem oder anderen Teil fest angeordnete oder durch zwischengelegte Distanzstücke werden beim Verbinden mittels Schrauben oder Nieten Druckausgleichsöffnungen zwischen den beiden Teilen durch die Spalte zwischen den Distanzstücken gebildet.

[0006] Die Luftzuführung erfolgt in besonderer erfindungsgemäßer Ausgestaltung durch eine Ringdüse, die mit einem verengten Spalt einen scharfen Strahl erzeugt. Hierdurch kann die zerstäubende Wirkung weiter erhöht werden.

[0007] Wird die Einspritzdüse in Kombination mit Verdampferrohren, wie sie an Gasturbinenringbrennkammern verwendet werden, eingesetzt, so ist die Erzeugung eines Brennstoffnebels nur in der Startphase erforderlich. In allen anderen Triebwerksbetriebszuständen arbeitet die Düse dadurch als einfaches Spritzrohr, daß die Luftzuführung erfindungsgemäß abgeschaltet wird. Die Brennstoffverdampfung wird dann ausschließlich von den erhitzten Verdampfungsrohren übernommen.

[0008] Die Abbildung zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Zerstäuberdüse. Hierin. sind der Düsenkörper 1 mit der zentralen Düsenbohrung 2 sowie ein Ringkörper 3 mit dem Ringspalt 4 durch Schrauben 5 miteinander verbunden. Zwischen Düsenkörper 1 und Ringkörper 3 sind Distanzstücke 6 in Form von Unterlegscheiben angeordnet, durch die die Druckausgleichsöffnungen 7 erzeugt werden. Der Ringkörper 3 weist einen inneren Ringraum 8 auf, in den eine Luftzuführungsleitung 9 einmündet. Die Druckausgleichsöffnungen 7 stellen die Verbindung von einen zwischen Düsenbohrung 2 und Ringspalt 4 gelegenen Innenraum 11 und dem außerhalb des Ringkörpers 3 liegenden Umgebungsraum 10 dar.

Ansprüche

1. Zerstäuberdüse für kontinuierliche Brennstoffeinspritzung, vorzugsweise in Brennkammern von Gasturbinen, mit einem zentralen Düsenkörper zur Brennstoffzuführung und einer dazu konzentrischen Anordnung zur ringförmigen Luftzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenkörper (1) eine koaxiale, offene Düsenbohrung (2) aufweist, daß die Anordnung zur Luftzuführung aus einem Ringkörper (3) mit einem innenliegenden Ringspalt (4) besteht, der in einer Ebene senkrecht zur Achse der Düsenbohrung angeordnet ist, wobei die Luftzuführung aus dem Ringspalt in dieser Ebene radialsymmetrisch nach innen gerichtet erfolgt, daß der Ringspalt (4) in Einspritzrichtung hinter der Düsenbohrung (2) angeordnet ist und zwischen Düsenbohrung (2) und Ringspalt (1) ein Innenraum (11) ausgebildet ist, der durch Druckausgleichsöffnungen (7) mit dem Umgebungsraum (10) verbunden ist.

2. Zerstäuberdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (4) einen gegenüber einem Ringraum (8) im Ringkörper (3) verengten Querschnitt aufweist, wobei eine Ringdüse gebildet wird.

3. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (3) und der Düsenkörper (1) trennbar miteinander verbunden sind, wobei mehrere Distanzstücke (6) dazwischenliegende Druckausgleichsöffnungen (7) ausbilden.

4. Zerstäuberdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem nachgeschalteten Verdampferrohr in der Brennkammer,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zur Einspritzung eines glatten Strahles in das Verdampferrohr eine Absperreinrichtung in einer mit dem Ringraum (8) im Ringkörper (3) verbundenen Luftzuführungsleitung (9) aufweist, wobei eine Luftabschaltung nach Erreichen der Brennkammerbetriebstemperatur erfolgt.

Zeichnung