DE1079895B

DE1079895B - Fuel evaporator for gas turbine combustion chambers

Info

Publication number: DE1079895B
Application number: DEA27915A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Richard Kassner; George Opdyke Jun
Original assignee: Avco Manufacturing Corp
Current assignee: Avco Manufacturing Corp
Priority date: 1956-10-02
Filing date: 1957-09-16
Publication date: 1960-04-14

Description

Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern Die Erfindung bezieht sich auf Brennstoffverdampfer für Gasturbinenbrennkammern.Fuel evaporator for gas turbine combustors The invention relates focus on fuel evaporators for gas turbine combustors.

Es sind Brennstoffverdampfer für derartige Brennkammern bekannt, welche in T-Form aus Rohren derart zusammengesetzt sind, daß am stromabwärtigen Ende eines rohrförmigen Schaftes ein damit in Verbindung stehender Kopf befestigt ist, der aus einem Querrohr besteht, an dessen beiden gleichweit von der Schaftmitte entfernten Enden parallel zum Schaft verlaufende Rohrstutzen mit der Richtung des Schaftes entgegengerichteten Austrittsöffnungen vorgesehen sind.There are known fuel evaporators for such combustion chambers, which are composed in a T-shape of tubes so that at the downstream end of a tubular shaft is attached to a head in communication with the consists of a cross tube, both of which are equidistant from the center of the shaft Ends parallel to the shaft running pipe sockets with the direction of the shaft opposing outlet openings are provided.

Für diese Form von Brennstoffverdampfern schlägt die Erfindung vor, daß sich eine Scheidewand in Längsrichtung durch die Mitte des Schaftrohres bis zu dem vom Schaftrohr abliegenden Umfangsteil des Querrohres erstreckt.For this form of fuel evaporator, the invention proposes that a septum extends in the longitudinal direction through the center of the shaft tube extends to the peripheral part of the cross tube remote from the shaft tube.

Mit der Anbringung einer solchen Scheidewand gewinnt die viel beachtete, weil in vieler Hinsicht besonders vorteilhafte T-Rohr-Bauform für Brennstoffverdampfer eine weiter zunehmende Bedeutung insofern, als damit auch das bisher noch offen gebliebene Problem einer völlig gleichen Aufteilung des Brennstoff-Luft-Gemisches auf die beiden nach entgegengesetzten Seiten sich abstreckenden Querrohre gelöst ist. Dadurch, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch schon mit beginnendem Eintritt in den rohrförmigen Schaft, man könnte sagen genau hälftig, durch 2 dividiert wird, wird der Idealfall einer im Betriebe vollkommen thermischen Symmetrie an den Auslässen der hier vorliegenden ZweiveYdampferbaueinheit praktisch bestens erreicht.With the installation of such a partition, the much-noticed, because T-tube design is particularly advantageous in many respects for fuel evaporators a further increasing importance insofar as this is still open remaining problem of a completely equal distribution of the fuel-air mixture released on the two cross tubes stretching on opposite sides is. The fact that the fuel-air mixture is already starting to enter the tubular shaft, you could say exactly half, is divided by 2, becomes the ideal case of a completely thermal symmetry at the outlets in the company the present two-legged steamer unit practically achieved in the best possible way.

Eine turbulente FÖYtbewegung des Gemisches in dem rohrförmigen Schäft, wie sie bisher möglich war und wie sie eine genau hälftige Aufteilung des Gemisches auf die beidem Querrohre stört, ]<arm infolge der jetzt den Schaftquerschnitt in zwei Hälften teilenden Scheidewand überhaupt nicht mehr aufkommen.A turbulent FÖYt movement of the mixture in the tubular shaft, how it was possible up to now and how it was an exactly half division of the mixture on which both transverse tubes bothers,] <poor as a result of the now the cross-section of the shaft dividing partition in two halves no longer arise at all.

Schließlich wurde festgestellt, daß die Querschnittshalbierung des Rohrschaftes durch die Scheidewand auch dem Vorgang des-Vermischens der Brennstoffpartikelchen mit der Läff durchaus förderlich ist.Finally, it was found that bisecting the cross-section of the Tube shaft through the septum also the process of mixing the fuel particles with which Läff is quite beneficial.

Soweit überhaupt -'Einbauten in Brennstoffverdampferrohren vorbekannt sind, handelt es sich hierbei nur entweder um ein kegelförmig gestaltetes Strömungsumlenkelement am Ende eines Brennstoffverdampfungsrohresöder um ein Einbauelement in Form eines Leitschaufelsternes, das im Gegensatz zu dem oben angegebenen Erfordernis gerade darauf hinzielt, in dem Verdampferrohr eine turbulente Strömung zu erzeugen.As far as already known -'Installations in fuel evaporator tubes are, this is only either a conical flow deflection element at the end of a fuel evaporation tube bait around an installation element in the form of a Guide vane star, which, contrary to the requirement given above, is straight aims to create a turbulent flow in the evaporator tube.

Im Zusammenhang mit den Figuren wird die Erfindung weiter erläutert. Es ist Fig. 1 eine zum Teil geschnittene Darstellung der hinteren Hälfte einer Gasturbine, in welcher Teile weggebrochen sind, um den Aufbau der Brennkammer zeigen zu können, Fig.2 eine Darstellung des Brennstoffverdampferrohres für die Gasturbinenbrennkammer der Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig. 2, desgleichen eine Draufsicht des anderen Teils des Brennstoffverdampferrohres der Fig. 2.The invention is further explained in connection with the figures. It is Fig. 1 is a partially sectioned representation of the rear half of a gas turbine, in which parts have broken away to show the structure of the combustion chamber, 2 shows a representation of the fuel evaporator tube for the gas turbine combustion chamber Fig. 1, Fig. 3 a section along the line 3-3 in Fig. 2, the same one Top view of the other part of the fuel evaporator tube of FIG. 2.

Die an sich bekannte ringförmige Brennkammer 8 ruft zwei Strömungsumkehrungen hervor. Aus dem Kompressorteil der Gasturbine gelangt die Luft durch den Diffusor 9 in die ringförmige Brennkammer B. Die. heißen Verbrennungsprodukte verlassen die Brennkammer bei 10. Die Brennkammer 8 weist die toroidale Abschlußwand 17 auf. Der Verdampfer 22 ist an der toroidalen Wand 23 des ringförmigen Gehäuses 18 befestigt. Durch die toroidale Abschlußwand 17 ragen mehrere Brennstoffverdampfer 22 nach vorn. Der Verdampfer weist einen seitlichen Lufteinlaß 35 im Fuß 25 zur Luftaufnahme aus dem Raum zwischen dem Gehäuse 18 und dem Flammrohr auf. Durch den Luftströmungskanal 19 wird die Luft zu den Primärlufteinlaßöffnungen 20 geführt. Sekundärluft und verdünnte Luft werden der Brennkammer 8 durch die kurvenförmigen Schaufeln 21 zugeführt: Die toroidale Abschlußwand 23, an welcher die T-förmigen Verdampfer 22 befestigt sind, ist am Gehäuse 18 bei 18a befestigt. In gleichen Abständen rund um die Wand 23 sind Fassungen 24 angeschweißt, welche zur Lagerung der T-Verdampferrohre 22 dienen, welche durch die Muttern 24a festgehalten werden. Gemäß den Fig. 2, 3 ist der Brennstoffverdampfer 22 in T-Form aus Rohren zusammengesetzt. Am stromabwärtigen Ende eines rohrförmigen Schafts 26 ist ein damit in Verbindung stehender Kopf befestigt, der aus einem Querrohr 28 besteht. An den beiden gleichweh von der Schaftmitte entfernten Enden sind die Rohrstutzen 29 vorgesehen, welche parallel zum Schaftrohr 26 verlaufen, Die Austrittsöffnungen 36 der Rohrstutzen 29 sind der Richtung des Schaftrohrs entgegengerichtet. Die Austrittsenden 36 sind diisenartig verengt. Eine Scheidewand 37 erstreckt sich in Längsrichtung durch die Mitte des Schaftrohrs 26 bis zu dem vom Schaftrohr abliegenden Umfangsteil des Querrohrs 28. An dem vom Kopf 27 abliegenden Ende der Scheidewand 37 ist eine Scheibe 38 befestigt. Sie befindet sich in der Nähe der Brennstoffeinspritzdüse 32, welche in Richtung zur Scheibe vorragt, um sie mit dem Brennstoff zu bespritzen. Die Brennstoffeinspritzdüse 32 ist am Fuß 25 befestigt. Desgleichen ist der Schaft 26 auf dem Fuß 25 befestigt. Der Fuß weist einen Vorsprung 25a auf, welcher als Keil in eine Ausnehmung der Fassung 24 greift, wodurch das T-Rohr in der Brennkammer 8 gemäß der Fig. 1 eingestellt wird.The annular combustion chamber 8, known per se, causes two flow reversals emerged. The air from the compressor part of the gas turbine passes through the diffuser 9 into the annular combustion chamber B. The. hot combustion products leave the Combustion chamber at 10. The combustion chamber 8 has the toroidal end wall 17. Of the Evaporator 22 is attached to toroidal wall 23 of annular housing 18. Several fuel evaporators 22 protrude forward through the toroidal end wall 17. The evaporator has a side air inlet 35 in the foot 25 for air intake the space between the housing 18 and the flame tube. Through the air flow channel 19 the air is fed to the primary air inlet openings 20. Secondary air and diluted Air are supplied to the combustion chamber 8 through the curved blades 21: The toroidal end wall 23 to which the T-shaped evaporator 22 are attached, is attached to housing 18 at 18a. Equidistant around the wall 23 are Sockets 24 welded on, which are used to store the T-evaporator tubes 22, which are held in place by nuts 24a. According to Fig. 2, 3, the fuel evaporator 22 is composed of tubes in a T-shape. On the downstream At the end of a tubular shaft 26 is attached a head associated therewith, which consists of a cross tube 28. At the two equally distant from the middle of the shaft The ends of the pipe socket 29 are provided, which run parallel to the shaft tube 26, The outlet openings 36 of the pipe socket 29 are directed opposite to the direction of the shaft tube. The outlet ends 36 are narrowed like a diaphragm. A partition 37 extends in the longitudinal direction through the center of the shaft tube 26 to the one remote from the shaft tube Peripheral part of the cross tube 28 at the end of the septum remote from the head 27 37 a disk 38 is attached. It is located near the fuel injector 32, which protrudes in the direction of the disc in order to spray it with the fuel. The fuel injector 32 is attached to the foot 25. The same is the shaft 26 attached to the foot 25. The foot has a projection 25a, which as Wedge engages in a recess in socket 24, causing the T-tube in the combustion chamber 8 according to FIG. 1 is set.

An dem mit einem Gewinde versehenen Ende 30 des Fußes 25, welches aus der Brennkammer ragt, ist die Mutter 31 zum Festhalten der Brennstoffeinspritzdüse 32 in Ausrichtung mit der Scheibe 38 aufgeschraubt. Der Schaft 26 ist mit der Mittelbohrung des Fußes 25 ausgerichtet. Der Brennstoff gelangt aus der Leitung 34 über die Brennstoffeinspritzdüse 32 in das T-Rohr, in welchem er durch die Verbrennungswärme in der Brennkammer 8 verdampft. Der Brennstoff wird nicht nur verdampft, sondern innig mit der für die Verbrennung notwendigen Luft gemischt, so daß das Gemisch, welches aus dem T-Rohr gelangt, in einem solchen Zustand ist, daß der Verbrennungsprozeß sofort stattfinden kann.At the threaded end 30 of the foot 25, which protrudes from the combustion chamber, the nut 31 is to hold the fuel injector in place 32 screwed in alignment with the disk 38. The shaft 26 is with the central bore of the foot 25 aligned. The fuel arrives from line 34 via the fuel injector 32 into the T-tube, in which it is due to the heat of combustion in the combustion chamber 8 evaporates. The fuel is not only evaporated, but intimately with that for the Combustion necessary air mixed so that the mixture coming out of the T-tube is in such a state that the combustion process takes place immediately can.

Der Lufteinlaß 35 in der einen Seitenwand des Fußes 25 führt die aus dem Luftströmungskanal 19 strömende Luft in das T-Rohr dicht an der Abgabeöffnung der Brennstoffeinspritzdüse 32.The air inlet 35 in one side wall of the foot 25 carries out the the air flowing through the air flow channel 19 into the T-tube close to the discharge opening the fuel injector 32.

Die gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes wird durch die Scheidewand 37 sichergestellt. Der Brennstoff trifft von der Einspritzdüse 32 auf die Scheibe 38 und wird zu einem ziemlich feinen Nebel zerstäubt, welcher sich leicht mit der ankommenden Primärluft mischt, welche durch den seitlichen Lufteinlaß 35 gelangt. Das Gemisch aus Luft und Brennstoff verteilt sich leicht und gleichmäßig auf jede Seite der Scheidewand 37 und strömt in gleichen Konzentrationen durch die symmetrischen Hälften des T-förmigen Brennstoffverdampfers. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes sichergestellt. Außerdem erhält man eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Brennkammer und eine minimale Ablenkung, Verzerrung und Kohlenstoffbildung.The even distribution of the fuel is achieved through the partition 37 ensured. The fuel hits the disk from the injector 32 38 and is atomized into a rather fine mist which easily dissolves with the incoming primary air, which passes through the side air inlet 35. The mixture of air and fuel is easily and evenly distributed to each Side of the septum 37 and flows in equal concentrations through the symmetrical Halves of the T-shaped fuel evaporator. This creates an even distribution of the fuel ensured. In addition, a uniform temperature distribution is obtained in the combustion chamber and minimal deflection, distortion and carbon build-up.

Durch die düsenartige Verengung der Rohrstutzen 29 an ihren Austrittsenden 36 wird die Geschwindigkeit des Brennstoff-Luft-Gemisches erhöht, wenn es den T-förmigen Brennstoffverdampfer verläßt. Die Strömung des Gemisches ist durch die Pfeile 40 angedeutet. Man erhält eine bestmögliche Wirbelung in der Primärverbrennungszone. Die Folge ist eine innige Vermischung, welche für eine sehr gute Verbrennung und eine minimale Kohlenstoffbildung notwendig ist. Zwei Ablehkörgane 42 sind an der Wand 17 gegenüber den Austrittsenden 36 der Rohrstutzen 29 befestigt. Eine Anzahl von Öffnungen 43 für die Primärluft sind in den Ablenkorganen und daneben vorhanden. Es entstehen Luftströme gemäß den Pfeilen 44, welche sich mit dem Brennstoff-Luft-Gernisch aus dem T-förmigen Brennstoffverdampfer vereinigen. Sie tragen dazu bei, die Verbrennung des Gemisches aufrechtzuerhalten. Da die Strömung der Luft gemäß den Pfeilen 44 entgegengesetzt ist der Strömung des Brennstoff-Luft-Gemisches. gemäß den Pfeilen 40, erfolgt eine gründliche Vermischung. Da die Rohrstutzen 29 an ihren Austrittsenden 36 düsenartig verengt sind, strömt das Brennstoffgemisch nicht zurück in Richtung des Querrohrs 28 des Brennstoffverdampfers.Due to the nozzle-like constriction of the pipe socket 29 at their outlet ends 36 the speed of the fuel-air mixture increases when it is T-shaped Leaves fuel evaporator. The flow of the mixture is indicated by the arrows 40 indicated. The best possible turbulence is obtained in the primary combustion zone. The result is an intimate mixture, which for very good combustion and minimal carbon formation is necessary. Two Ablehkörgane 42 are on the Wall 17 is fastened opposite the outlet ends 36 of the pipe socket 29. A number of openings 43 for the primary air are present in the deflectors and next to them. There are air flows according to the arrows 44, which are mixed with the fuel-air mixture unite from the T-shaped fuel evaporator. They help reduce the burn of the mixture. Since the flow of air according to the arrows 44 the opposite is the flow of the fuel-air mixture. according to the arrows 40, a thorough mixing takes place. Since the pipe socket 29 at their outlet ends 36 are narrowed like a nozzle, the fuel mixture does not flow back in the direction of the cross tube 28 of the fuel evaporator.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Fuel evaporator for gas turbine combustion chambers, which is composed of pipes in a T-shape so that on the downstream. Attached to the end of a tubular shaft is an associated head which consists of a cross tube, both of which are bleached far from the center of the shaft distant ends parallel to the shaft with the direction of the Shaft opposite outlet openings are provided, characterized in that that a septum (37) extends in the longitudinal direction through the center of the shaft tube (26) extends up to the peripheral part of the transverse tube (28) remote from the shaft tube.

2. Evaporator according to claim 1, characterized in that the pipe socket (29) are narrowed like a nozzle at the outlet end (36).

3. Evaporator after one of the preceding Claims, characterized in that the shaft (26) has a central bore having foot (25) is fixed in alignment with the bore.

4. Evaporator according to claim 1, characterized in that at the end remote from the head (27) a disc (38) is attached to the septum.

5. evaporator according to claim 3, characterized in that a fuel injection nozzle (32) is attached to the foot (25) which protrudes in the direction of the disc (38) in order to spray the fuel on it.

6. Evaporator according to claim 4, characterized by the use in an annular combustion chamber (8) known per se with a toroidal end wall (17) of the flame tube, the evaporator on the toroidal wall (23) of the annular housing (18) surrounding the flame tube at a distance ) is attached and has a side air inlet (35) in the foot (25) for air intake from the space between the housing and the flame tube. References considered: British Patent Nos. 705,611, 657,789, 586,556; U.S. Patents. No. 2,727,358, 2,693,676, 2,256,198.