DE1069950B

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Publication number: DE1069950B
Application number: DENDAT1069950D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen mit Umlaufzerstäubung des Brennstoffes und einem Verdichterlaufrad mit radialem Luftaustritt. Bei der Umlaufzerstäubung wird der Brennstoff aus Bohrungen geschleudert, die an dem Verdichterlauf rad angebracht sind. Bei den bekannten Bauarten wird im Zusammenhang mit der Umlauf zerstäubung des Brennstoffes eine in einen Primär- und Sekundäriuftteil unterteilte Brennkammer benötigt.

Es ist eine Gasturbine, die mit Uml auf zerstäubung arbeitet, bekanntgeworden, die mit einer einheitlichen Brennkammer ausgerüstet ist. Da nicht erkennbar ist, wie das bei dieser bekannten Bauart in der Brennkammer entstehende Brennstoff luftgemisch mithohemLuftüberschuß gezündet und verbrannt v/erden soll, dürfte diesem Vorschlag nur eine theoretische Bedeutung zukommen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Umlaufzerstäubung des Brennstoffes bei einer Gasturbine der eingangs genannten Bauart so durchzuführen, daß eine einheitliche Brennkammer verwendet werden kann, in der brennstofferfüllte Zonen mit stöchiometrisch richtigem Luftanteil, d. h. guter Zünd- und Brennfähigkeit des Gemisches entstehen, an die sich Zonen mit reiner Luft anschließen.

Diese Aufgabe wird an einer Gasturbine mit Umlaufzerstäubung des Brennstoffes und einem Verdichterlaufrad mit radialem Luftaustritt dadurch gelöst, daß eine oder mehrere Brennstoffaustrittsöffnungen zwischen den Schaufeln der Strömungswege des Verdichterlaufrades derart angeordnet sind, daß sich zwischen den mit Brennstoffaustrittsöffnungen besetzten Schaufelkanälen ein oder mehrere Schaufelkanäle ohne Brennstoffaustrittsöffnungen befinden.

Dadurch wird erreicht, daß in den Schaufelkanälen des Verdichterleitrades beim Vorübergang einer Austrittsöffnung eine mit zerstäubtem Brennstoff erfüllte Zone entsteht, in der das Verhältnis Brennstoff zu Luft etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entspricht, auf die, wenn die betreffende Brennstoffaustrittsöffnung die jeweilige Leitradkanalöffnung passiert hat, eine Zone reiner Luft folgt, wobei das Mengenverhältnis der in der Zeiteinheit die Leitradkanäle passierenden Zonen etwa der Luftüberschußzahl entspricht. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, mit einer einheitlichen Brennkammer auszukommen. Dadurch, daß aus dem Verdichterlaufrad zeitweilig ein etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechendes Gemisch in den Leitradkanal eintritt, ist ein gutes Zünd- und Brennverhaltcn derselben gesichert, während andererseits das Nachströmen von reiner Luft den entsprechenden Luftüberschuß gewährleistet, der durch die Temperatur am Turbineneintritt bestimmt ist.

Vorteilhaft münden dieBrennstoffaustrittsöffnungen Gasturbine mit Umlaufzerstäubung des Brennstoffes

Anmelder: Motoren-Werke Mannheim A. G. vorm. Benz Abt. stat. Motorenbau, Mannheim, Carl-Benz-Str. 5

»5 Dipl.-Ing. Klaus Dieter Zimmermann, Heidelberg, ist als Erfinder genannt worden

in an sich bekannter Weise direkt in die Schaufelkanäle. Diese Ausführung ergibt eine sehr feine Zerstäubung des Brennstoffes, da derselbe unmittelbar mit der schnell strömenden Luft gemischt wird, wobei ein genügend langer Weg im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist. was ebenfalls zur intensiven Vermischung beiträgt. Andererseits können eine oder mehrere Brennstoffaustrittsöffnungen in an sich bekannter Weise am Umfang der Radscheibe angeordnet sein, die mit der Nabe unmittelbar in Verbindung stehen, so daß der Brennstoff in die Leitradkanäle austritt. Es ist dabei notwendig, zwischen den Schaufelkanälen des Verdichterlaufrades, in denen die Brennstoffaustrittsöffnungen münden, ein oder mehrere Schaufelkanäle ohne Brennstoffaustrittsöffnungen anzuordnen. Hierdurch wird erreicht, daß die Leitradkanäle zeitweilig mit einem Gemisch etwa stöchiometrisch richtiger Zusammensetzung gefüllt werden, während nachfolgend über einen gewissen Winkelbereich nur reine Luft gefördert wird.

An das Verdichterleitrad schließt sich zweckmäßig eine an sich bekannte ringförmige Brennkammer im Strömungsweg an, die sich in Richtung auf das Turbinenleitrad hin einwärts erstreckt.

Für die vorstehend aufgezählten an sich bekannten Weiterbildungen des Gegenstandes der Haupterfindung wird kein selbständiger Schutz beansprucht.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar bedeuten

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Gasturbine,

Fig. 2 eine andere Anordnung der Brennstoffaustrittsbohrungen,

Fig. 3 eine schematische Darstelking der zonen-

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Claims

weisen Schichtung des brennbaren Gemisches und des Luftzusatzes im Verdichterlauf- und -leitrad. In Fig. 1 bedeutet 1 die hohle Welle mit der Bohrung la für die Brennstoffzufuhr. 2 ist das Verdichterlaufrad mit den Bohrungen 2a. Es ist auch die Anordnung von Brennstoffzuführungsbohrungen 2b nach Fig. 2 möglich. 2 c sind die Verdichterlaufradschaufeln, welche die Kanäle 2 rf mit Brennstoffeinspritzung und die Kanäle 2e ohne Brennstoffeinspritzung bilden. 3 ist der Lufteintrittsstutzen und 4 das Leitrad mit den Leitradschaufeln 4a und den dadurch gebildeten Leitradkanälen 4 fr. 5 ist die Zündeinrichtung. 6 ist die einheitliche Ringbrennkammer und 7 das Turbinenleitrad und 8 das Turbinenlaufrad. Fig. 3 zeigt im wesentlichen dieselben Positionen *5 wie Fig. 1. Wirkungsweise: Das Verdichterlauf rad 2 saugt bei 3 Luft an und fördert sie in Pfeilrichtung aus den Laufradkanälen 2d, 2e in das Leitrad mit den Leitradschaufeln 4 ο und Leitradkanälen 46. Durch die hohle Welle 1 strömt gleichzeitig während des Laufes Brennstoff in die Bohrungen 2a bzw. 2b und spritzt von da über die Kanäle 2d zwischen den Laufradschaufeln 2c in das Leitrad 4 ein Brennstoffluftgemisch, bei dem das Verhältnis Brennstoff — Luft etwa dem stöchiomeirischen Verhältnis entspricht. Diese Bohrungen 2 a befinden sich aber nicht in jedem Kanal zwischen den Schaufeln, sondern nur in einer ganz bestimmten Anzahl. Die in der Zeiteinheit eingespritzte Menge Brennstoff ist so bemessen, daß sich in bezug auf die in der Zeiteinheit durch den betreffenden Kanal 2 d strömende Luftmenge ein etwa dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechend richtiges Brennstoffluftgemisch bildet. Dieses weist dann die günstigsten Zünd- und Brenneigenschaften auf. Nach der gewünschten Verzögerung im Leitrad 4 wird das brennfähige Gemisch bei 5 gezündet. Hierbei ergibt sich eine Brenntemperatur von etwa 2000° C Die zwischen den Kanälen 2d, in die Brennstoff eingespritzt wird, liegenden Schaufelkanäle 2 e fördern nun reine Luft, die dann ebenfalls in das Leitrad 4 gefördert wird. Es werden sich also in den Leitradkanälen 4t Zonen 4c mit stöchiometrisch richtigem Brennstoffluftgemisch und Zonen 4 d mit reiner Luft bilden. Die Temperatur in der Nähe des Leitrades wird daher im raschen Wechsel schwanken. Die sich ergebende Durchschnittstemperatur wird der gewünschten Eintrittstemperatur an der Turbine entsprechen. Dieses Verbrennungsgasgemisch strömt dann durch die Brennkammer 6 in das Turbinenleitrad 7 und von dort in das Turbinenlaufrad 8. Dort leisten die heißen Gase Arbeit und strömen in die nicht gezeigten Austrittsstutzen ab. PAT Ii NTA N S I· BO CHE:

1. Gasturbine mit Umlaufzerstäubung des Brennstoffes und einem Verdichterlaufrad mit radialem Luftaustritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Brennstoffaustrittsöffnungen (9 bzw. 10) zwischen den Schaufeln (2 c) der Strömungswege des Verdichterlaufrades (2) derart angeordnet sind, daß sich zwischen den mit Brennstoffaustrittsöffnungen besetzten Schaufelkanälen ein oder mehrere Schaufelkanäle ohne Brennstoffaustrittsöffnungen befinden.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffaustrittsöffnungen (9) direkt in die Schaufelkanäle münden.

3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Brennstoffaustrittsöffnungen (10) derart am Umfang der Radscheibe (2) angeordnet sind, die mit der Nabe unmittelbar in Verbindung steht, daß der Brennstoff in die Leitradkanäle (4 fr) austritt.

4. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Verdichterleitrad (4) eine ringförmige Brennkammer (6) im Strömungsweg anschließt, die sich in Richtung auf das Turbinenleitrad (7) hin einwärts erstreckt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 791;
britische Patentschrift Nr. 699 865;
USA.-Patentschrift Nr. 2 694 291.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen