DE1131947B

DE1131947B - Verbrennungsverfahren fuer Gasturbinen-Brennkammern und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1131947B
Application number: DEM41002A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Siegfried Me Dr-Ing
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1959-03-28
Filing date: 1959-03-28
Publication date: 1962-06-20
Also published as: GB922541A

Description

Verbrennungsverfahren für Gasturbinen-Brennkammern und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbrennungsverfahren für Gasturbinen-Brennkammern mit Kraftstoffverdampfung, wobei der flüssige Kraftstoff zwecks Bildung eines Flüssigkeitsfilmes und daraus erfolgender Verdampfung auf die Wandung eines Brennkammerbau@eiles unmittelbar aufgetragen wird und eine um die Flammrohrlängsachse kreisende Luftbewegung vorgesehen ist. Das Ziel einer jeden Brennkammerkonstruktion ist, eine möglichst vollkommene Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes zu erreichen und dabei die konstruktive Länge der Brennkammer so gering wie möglich machen zu können. Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, unter Benutzung der Erkenntnisse über den Ablauf der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen Lösungen für dieses Problem anzugeben.
Während bei vielen heute verwendeten Brennkammern die Verbrennungsluft und der Kraftstoff dadurch in innige Mischung gebracht werden, daß fein zerstäubende Düsen in den Luftstrom eingebaut werden, und durch die künstlich oder natürlich vorhandene Turbulenz eine Verdampfung des fliegenden flüssigen Tropfens und eine Vermischung der entstehenden Kraftstoffdämpfe mit der Verbrennungsluft herbeigeführt wird, geht also die Erfindung von einem grundsätzlich anderen, ebenfalls bekannten Verfahren aus. Der Kraftstoff wird nicht mehr in fein zerstäubter Form unmittelbar der Luft beigemischt, sondern vor der Vermischung einer Verdampfung unterzogen. Dies gelingt nach den neuesten Erkenntnissen am besten, wenn man den Kraftstoff in einer dünnen Schicht längs einer geeignet temperierten Oberfläche fließen läßt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit, oder wie man es auch ausdrücken kann, die Verweilzeit eines Kraftstoffpartikelchens, beispielsweise eines Tropfens, auf der Wandung bei bestimmten Temperaturen auf ein Minimum herabaesetzt werden kann.
Über dieses physikalische Phänomen haben die japanischen Forscher Z. Tamura und Y. Tanasawa einen Aufsatz geschrieben (veröffentlicht in »Seventh Symposium International an Combustion«, London, Butterworths Scientific Publications, 1958). Diese Forscher stellten fest, daß beispielsweise für einen Kohlenwasserstoff der Formel CAH43 bei einer Wandungstemperatur von 340° C eine viel geringere Verweilzeit auftritt, als wenn beispielsweise die Wandungstemperatur 900° C beträgt. Bei dem Ziel, für die Gemischbildung eine möglichst kurze Ausbrennzeit zu erreichen, ist noch ein weiterer Punkt zu beachten, und zwar die Frage, inwieweit die chemische Konstitution des Kraftstoffes während des Gemischbildungsvorganges eine Veränderung erfährt. Es ist bekannt, daß die Fähigkeit des Kraftstoffmoleküls, Sauerstoff aufzunehmen, von seiner Struktur abhängt.
Verwendet man in einer Brennkammer einen Kraftstoff, der eine große Zerfallsneigung besitzt, dann ist die Vorbereitungszeit des Kraftstoffes bis zu seiner Verbrennung nicht kurz genug, um zu vermeiden, daß unter dem Einfluß der Flammenstrahlung ein molekularer Zerfall auftritt, der dazu führt, daß sich Wasserstoffatome aus dem Molekül loslösen und durch diesen Vorgang allmählich ein reaktionsträges Molekül entstehen lassen, das zu einem unerwünschten Nachbrennen führt. Um dieses Nachbrennen zu vermeiden, wird in den Brennkammern durch Zugabe von Zusatzluft eine erhöhte Turbulenz geschaffen. Diese Zusatzluft ist jedoch in vielen Fällen gar nicht erwünscht, da sie in der Tat eigentlich nicht so sehr durch ihren Sauerstoffgehalt wirkt, sondern nur durch die bei dem Vermischungsvorgang hervorgerufene Turbulenz. Da dieser Anteil an Sauerstoff der Luft aber gar nicht zur Verbrennung benötigt wird, denn es war ursprünglich schon genug Sauerstoff vorhanden, setzt diese Zusatzluft nur die Verbrennungstemperatur herab und vermindert weiter dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit des an sich schon träge gewordenen Kraftstoffes.
Deshalb geht die Erfindung von dem oben im ersten Absatz dieser Beschreibung erläuterten, bei Gasturbinen-Brennkammern schon bekannten Verfahren aus und will dieses unter Berücksichtigung der neuesten vorhin angegebenen Erkenntnisse verbessern. Es ist hier also keine Düse vorhanden, die den Kraftstoff unmittelbar in die Luft einspritzt oder ihn nach Durcheilen einer gewissen Wegstrecke, beispielsweise teilweise auf einen Flammenhalter (elektrische Funkenstrecke) auftreffen läßt. Vielmehr erfolgt erfindungsgemäß bei mit feststehenden Flammrohren ausgerüsteten Brennkammern zur Erzielung des Kraftstofffilmes über eine möglichst große Fläche die Auftragung des flüssigen Kraftstoffes in einem oder mehreren großflächigen Kraftstoffbändern auf die glatte Innenwandung des Flammrohres, wobei das Temperaturniveau der Flammrohrwand durch ein die Flammrohrwand in an sich bekannter Weise umströmendes Medium entsprechend dem jeweiligen Belastungszustand der Brennkammer auf einer Höhe gehalten wird, die für den jeweils verwendeten Kraftstoff als diejenige Temperatur ermittelt wurde, bei der die Verweilzeit auf der Wandung ein Minimum beträgt. Bevorzugt läßt sich dieses Verfahren benutzen bei zylindrischen oder hohlkörperförmigen rohrförmigen Brennkammern, wobei die Anlegung des Kraftstoffes an der Innenseite des Flammrohres kontinuierlich oder auch diskontinuierlich erfolgt.
Wichtig für das Gelingen der Auftragung ist nun das Zusammenwirken. mit der Luftbewegung. Der Kraftstoff wird zur Vermeidung der Zerstäubung mit geringer Geschwindigkeit an der Brennraumwandung vorgelagert, während .die Verteilung des Kraftstoffes auf der Wandung im wesentlichen durch die Luft erfolgen soll. Dabei hat sich herausgestellt, daß es Vorteile besitzt, der Luft eine kräftige Drehung im Flammrohr zu geben. Auf diese Art und Weise wird der Kraftstoff ähnlich einem spiraligen Band auf der Wandung ausgebreitet, wobei, wie gesagt, die Temperatur der Wandung auf die Temperatur der geringsten Verweilzeit des Kraftstoffes eingestellt wird. Die Einsellung der Wandtemperatur kann in bekannter Art und Weise erfolgen, indem beispielsweise um das Flammrohr herum Kühlluft oder Zusatzluft geleitet wird, welche die Flammrohrwandung auf der gewünschten Temperatur hält. Durch entsprechende Aufteilung des Luftstromes in Verbrennungsluft und Kühlluft läßt sich die Flammrohrwandung stets auf die Temperatur bringen, die dem gerade verwendeten Kraftstoff entspricht. Es gelingt so,. eine außerordentliche Unabhängigkeit des Verbrennungswirkungsgrades von der Art des Kraftstoffes zu erreichen. Grundsätzlich soll hier noch einmal wiederholt werden, daß es wichtig ist, den Kraftstoff wirklich filmartig auf die Wand zu bringen und daß deshalb Düsen, die eine Zerstäubung ergeben und die den Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit austreten lassen, hier nicht zur Verwendung kommen, es sei denn in dem besonderen Falle einer Anlaßhilfe. Hier wird dann zweckmäßig eine besondere Kraftstoffdüse der Zündquelle vorgelagert. Außerdem ist zur Begünstigung der Filmauftragung auf die Flammrohrwand eine kreisende Luftströmung vorgesehen, die in an sich bekannter Weise durch Anordnung von verstellbaren Leitschaufeln im Lufteinlaßkanal erzeugt wird. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Brennkammer, schematisch gezeichnet, und Fig. 2 einen Schnitt durch die Haupteinspritzdüse. ebenfalls nur -schematisch dargestellt. Dem im Axialschnitt gezeigten, beispielsweise zwischen einem hier nicht weiter dargestellten Kompressor und einer Gasturbinenanlage liegenden Flammrohr 1, das hier runden Querschnitt aufweist und dessen Durchmesser vom Einlaß bis zum Auslaß leicht konisch abnimmt, wird von einem Ende her - hier Einlaß 2 - Druckluft zugeführt. Diese Luft durchströmt dann das eigentliche Flammrohr, wobei innerhalb desselben Kraftstoff verbrannt wird. Zu diesem Zweck ist in diesem Ausführungsbeispiel von gegebenenfalls vorhandenen mehreren Düsen eine einzige Einspritzdüse 3 eingezeichnet, aus deren schlitzartiger Düsenmündung der geschlossene Kraftstoffstrahl 4 ohne freie Strahlweglänge, also unmittelbar auf die Flammrohrwand aufgeschoben und dort, wie noch später beschrieben wird, als großflächiger Film 40 aufgetragen wird (Fig.2, 30, zeigt den Mündungsschlitz der Düse, der hier quer zur Strömungsrichtung liegt).
Des weiteren ist im Flammrohr eine hinter der Einspritzdüse liegende elektrische Zündfunkenstrecke 5 angeordnet, die beispielsweise aus der Zündeinrichtung 50 gespeist wird. Dieser Zündfunkenstrecke ist als Anlaßhilfe eine besondere Kraftstoffeinspritzdüse 6 vorgeschaltet, deren weltstreuender Kraftstoffstrahl 60 direkt in den Bereich der Zündfunkenstrecke 5 gerichtet ist. Auf diese Weise kann dann beim Anlassen die Hilfsdüse 6 eingeschaltet, und sobald das Flammrohr durch die heißen Brenngase genügend erhitzt ist, wieder abgeschaltet werden. Damit innerhalb des Flammrohres der Effekt einer intensiven rotierenden, gerichteten Luftströmung 7 erzielt wird, sind am Flammrohreinlaß bekannte Einrichtungen zur Erzeugung einer kreisenden Luftbewegung, beispielsweise verstellbare Leitschaufeln ä angeordnet, die mittels einer Kurbel 9 und natürlich auch selbsttätig mit an sich bekannten Mitteln jeweils in die gewünschte Stellung gebracht werden können. Koaxial um die Flammrohraußenwand ist mit radialem Abstand 10 ein zweiter Hohlkörper 11 angeordnet, wobei ein Teil der Einlaßluft durch den so gebildeten Ringkanal 12 geleitet wird, so daß die Flammrohrwandtemperatur auf einem Niveau gehalten werden kann, das die geringste Verweilzeit des Kraftstoffes auf der Wandung ergibt. Die in den Ringraum 12 abgezweigte Luft wird mengenmäßig gesteuert, so daß dann jeweils ein verschiedener Kühleffekt für die Flammrohrwand erreicht wird. Zu diesem Zweck ist an der Ringraummündung ein Verstellorgan 13 angeordnet, das durch einen auf die Flammrohrwandtemperatur ansprechenden Thermostaten 14 gesteuert wird. Im Ausführungsbeispiel besteht dieses Verstellorgan 13 aus einem ort3-festen, mit radialen Schlitzen versehenen Ring 15 und einem danebenliegenden, jedoch um die Flammrohrlängsachse drehbaren, ebenfalls Radialschlitze aufweisenden zweiten Steuerring 16, der über einen durch den Thermostaten 14 gesteuerten Servomotor 17 sowie ein zwischengeschaltetes Getriebe 1s und ein Zahnsegment 19 verstellt werden kann. Als Verstellorgan 13 können aber ebensogut radial verlaufende, drehbar gelagerte Leitschaufeln verwendet werden, deren nach außen überstehende, als Kurbeln ausgebildete Zapfen in an sich bekannter Weise in Kurvenbahnen eines auf dem äußeren Zylinder 11 drehbeweglich gelagerten Verstellringes geführt sind, wobei dann dieser Verstellring ebenso von Hand aus oder selbsttätig durch den Thermostaten 14 betätigt wird.
Im Verlauf der Verbrennung im Flammrohr nimmt die Temperatur in Strömungsrichtung beträchtlich zu. infolge der heftigen Drehbewegung im Flammrohr werden die spezifisch leichteren Teile des Gases, also im wesentlichen diejenigen, die infolge der Verbrennung eine größere Temperatur angenommen haben, nach innen abströmen, während die kühleren Gasmassen durch das Zentrifugalfeld hindurch an die Fiammrohrwand befördert werden. Im Verlauf der Verbrennung ist jedoch die gesamte Luftmenge im Flammrohr zur Verbrennung herangezogen worden, und es muß deshalb zur Bauteillcühlung eine Kühlluft beigefügt werden. Zweckmäßigerweise wird diese Drittluft nicht durch einfache, an der Flammrohrwand angeordnete radiale Bohrungen eingeführt, sondern durch tangentiale, im Sinne der Drehrichtung der Luft im Flammrohr angeordnete Düsen 20 in der Zuführungsleitung 21. Diese Düsen sind dann geeignet, die Drehbewegung im Flammrohr 1 mittels eines Steuerorganes 21u je nach den erforderlichen Bedürfnissen aufrechtzuerhalten oder gar zu verstärken, wobei durch die wirbelnde Bewegung dafür gesorgt wird, daß die kalte Kühlluft sich wirklich an der Außenwand des Flammrohres anlegt. Zeigt sich, daß bei besonders verbrennungsträgen Kraftstoffen eine örtlich erhöhte Turbulenz erforderlich ist, dann lassen sich diese einströmenden Kühlluftstrahlen auch dazu benutzen, die Turbulenz zu erhöhen, indem sie teilweise gegen die Drehrichtung angeordnet sind. Es soll jedoch hier noch einmal erwähnt werden, daß das Ziel dieses Flammrohres ist, ohne wesentliche Zusatzluftzuführung auszukommen, um die Temperaturen in der Verbrennungszone möglichst hoch zu halten.
Die kräftige, einem Potentialwirbel nahekommende Drehung der Luft im Flammrohr hat eine Druckverteilung zur Folge. In der Achse des Flammrohres herrschen deshalb sehr geringe Drücke. Es besteht aus diesem Grunde immer die Gefahr, daß eine starke Rezirkulationsströmung am Auslaß auftritt. Diese Rezirkulationsströmung kann in vorteilhafter Weise dazu benutzt werden. um im Teillastbetrieb günstig Verbrennungserscheinungen herbeizuführen, indem verbrannte Gase bewußt zurückgeführt werden. Man kann beispielsweise durch die beiden Leitungen 24 mit Drosselklappe 25 und 22 (die andere Leitung) n-it Drosselklappe 23 den Kern des Wirbels im Flammrohr dazu benutzen, eine Kreislaufströmung innerhalb des Flammrohres herbeizuführen, derart, daß beispielsweise durch die Leitung 24 mit Drosselklappe 25 verbrannte Gase eintreten, die aus der Leitung 22 wieder austreten und die Achse des Flammrohres durchströmen. .Je nach den sich einstellenden Druckverhältnissen im Flammrohr kann die Kreislaufluftströmung auch umgekehrt verlaufen. Bei voller Beschickung des Flammrohres wird durch Regelorgane dafür gesorgt, daß der Kreislauf im wesentlichen Frischluft enthält, so daß eine Rezirkulationsströmung von Abgasen vermieden wird. Bei Teillast dagegen wird dieser Rezirkulationskreislauf mit heißen Abgasen beschickt, so daß die Flammrohrgesamttemperatur eine entsprechende Anhebung erfährt.
Der Ablauf des Gemischbildungs- und Verbrennungsvorganges ist nun folgender: Bei Inbetriebnahme der Anlage wird zunächst das Durchströmen der Verbrennungsluft durch das Flammrohr 1 eingeleitet. Gleichzeitig werden aber auch noch die Zündfunkenstrecke 5 eingeschaltet und die Hauptdüse 3 sowie die Hilfsdüse 6 geöffnet. Der Brennstofffilm 40 wird dann durch die Hauptdüse 3 unter der Wirkung des Luftwirbels 7 auf die Flammrohrwand aufgeschoben, während an der Zündfunkenstrecke 5 durch den weltstreuenden Strahl 60 der Hilfsdüse 6 eine Brennflamme zustande kommt. Sobald die Temperatur im Flammrohr entsprechend angestiegen ist, verdampft der Kraftstoffiten auf der Flammrohrwand. Dieser Kraftstoffdampf wird vom Luftwirbel 7 bis zur Zündquelle 5 geführt, um sich dort zu entzünden. Die Luftbewegung führt den weiteren Brennstoff jedoch nunmehr ausschließlich in Dampfform an die sich hinter der Zündquelle bildende Verbrennungszone heran, wodurch die Flamme weiter genährt wird. Da die nunmehr einsetzende schnelle Temperatursteigerung im Flammrohr und da ferner die intensive Strahlung der Flamme die Verdampfung des aufgetragenen Kraftstoffilmes wesentlich beschleunigen, werden zeitlich immer größere Dampfmengen vom Luftwirbel ? erfaßt, mit diesem vermischt und dem Bereich der Brennzone zugeführt. Die Hilfsdüse 6 kann dann wieder geschlossen werden.
Das der Brennzone bei diesem Ausführungsbeispiel kontinuierlich zugeführte Brennstoffdampf-Luft-Gemisch wird mengenmäßig durch die Verdampfungsgeschwindigkeit des Brennstoffilmes 40 gesteuert, die außerdem von der durch die Leitschaufeln 13 geregelten Luftmenge und damit von der Luftbewegung selbst abhängig ist. Dabei wird die Temperatur der Flammrohrwand derart auf die geringste Verweilzeit des jeweils verwendeten Kraftstoffes eingesteuert, daß bei entsprechender Einstellung des Thermostaten 14 von diesem das Luftmengenverstellorgan 13 jeweils so eingestellt wird, daß die Flammrohrwandung entsprechend gekühlt, d. h. auf der gewünschten Temperatur gehalten wird.
Schließlich wird noch vorgeschlagen, in die rotierende Luftströmung außer dem für die Filmauftragung vorgesehenen Kraftstoff noch zusätzlich luftverteilten Kraftstoff in das Flammrohr einzuführen. An sich ist es allerdings bekannt, Zusatzkraftstoff zusammen mit Zusatzluft in das Innere eines besonderen, gleichzeitig als Flammenhalter dienenden Verdampferkörpers für den Hauptkraftstoff einzuführen, und zwar zu dem besonderen Zweck, den in das stromabwärts liegende offene Ende des Verdampferkörpers infolge Unterdruck angesaugten Strom eines bereits brennenden Brennstoff-Sauerstoff-Trägergemisches in bezug auf die angestrebte Erwärmung der Verdampferwand und damit der Verdampferleistung zu ergänzen. Demgegenüber wird beim Erfindungsgegenstand mit der Einfüllung von Zusatzkraftstoff ein andersartiges Ziel verfolgt. Durch diese Maßnahmen sollen quasi durch Dopierung oder Sensibilisierung eines Teiles der Verbrennungsluft die Bedingungen hinsichtlich der kontinuierlichen Verbrennungseinleitung und des gesamten Verbrennungsablaufes insbesondere auf direktem Wege verbessert werden. Da demnach eine mehrfache Kraftstoffzuführung an verschiedenen Stellen einer Gasturbinen-Brennkammer bekannt ist, soll dieses Merkmal für sich allein nicht Gegenstand des Schutzes sein.
Zum ermittelten Stand der Technik wird folgendes bemerkt: Es ist eine Gasturbinenanlage mit kontinuierlicher Verbrennung bekanntgeworden, bei der eine filmartige Anlagerung des flüssigen Kraftstoffes auf Wandungsteile innerhalb der Brennkammer stattfindet. Diese Verbrennungseinrichtung umfaßt aber mehrere zueinander konzentrische, ringförmige, zur Verbrennungsleitung koaxiale Verdampferstangen verschiedenen Durchmessers, die durch Speichen zusammengefaßt sind. Außerdem bedarf dieses quasi ein Rad darstellende Gebilde noch besonderer Antriebsmittel, da es in Umdrehung versetzt werden soll, die hier unumgänglich zur Bildung eines Kraftstoffilmes an der Innenfläche der Verdampferringe ist. Ansonsten würden nämlich die den Kraftstoff haltenden Zentrifugalkräfte nicht zustande kommen. Die bekannte Einrichtung ist daher kompliziert und bedarf außerdem einer besonderen Wartung; es sind hier sogar besondere Schabemittel zum Entfernen von Koksablagerungen auf den Verdampferstangen erforderlich. Schließlich kommt hier nur eine relativ geringflächige Filmauftragung zustande.
Eine filmartige Auftragung von flüssigem Kraftstoff wurde auch schon bei einer Raketenkammer vorgeschlagen. Hier ist jedoch in Anbetracht der gleichzeitigen Anwendung verschiedener Kraftstoffarten und Zusätze, wie Benzin und flüssiger Sauerstoff, der Ablauf des eigentlichen Verbrennungsvorganges gegenüber dem beim Erfindungsgegenstand andersartig, was insofern von Bedeutung ist, als dadurch eine axiale Durchströmung der Brennkammer mit Luft einschließlich ihres relativ hohen und praktisch unbeeinflußbaren Ballastes an Stickstoff völlig fehlt. Außerdem hat hier die Filmauftragung eine andere Aufgabe, denn es sollen hier Brennraumwandungsteile, nämlich im Brennraum angeordnete Schalen, durch eine derartige Filmauftragung gegen Überhitzung geschützt werden. Die Filmauftragung hat also hier die andersartige Bedeutung einer Hitzeisolierumhüllung.
Was die Zuführung von Drittluft anbelangt, ist dies bei Gasturbinen-Brennkammern, und zwar mit unmittelbarer Vermischung des flüssigen Kraftstoffes mit der Luft, an sich bekannt. Jedoch geht es hierbei nur darum, Strähnenbildung ungekühlter heißer Gase zu vermeiden, welche die innere Brennkammerwand gefährden könnten.
Des weiteren ist es an sich bekannt, das Flammrohr als einen Hohlkörper mit rundem Querschnitt auszubilden. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand verjüngt sich jedoch bei der bekannten Anordnung der als Flammrohr dienende Brennkammerhohlraum nicht vom Einlaß an konisch, vielmehr erweitert er sich sogar am Anfang und in Strömungsrichtung gesehen sehr stark. Ein solcher, als Brennkonus bezeichneter Vorderteil des Flammrohres ist sehr nachteilig, denn er bringt zusätzliche Druckverluste mit sich, die den thermodynamischen Wirkungsgrad negativ beeinflussen.
Als an sich bekannt und daher ohne selbständigen Schutz hat ferner auch das Merkmal der mehrfachen Kraftstoffzufuhr an verschiedenen Stellen einer Gasturbinen-Brennkammer zu gelten.
Es ist ferner bekannt, einer aus einer elektrischen Funkenstrecke bestehenden Fremdzündungsquelle eine besondere Einspritzdüse (Hilfsdüse) mit großer Strahlstreuung vorzulagern, wobei diese Hilfsdüse, in Richtung der Längsachse der Brennkammer gesehen, hinter der Haupteinspritzdüse liegt. Aus diesem Grunde soll das diesbezügliche Merkmal für sich allein nicht Gegenstand des Schutzes sein. Das gleiche gilt für das Merkmal, daß ein Verstellorgan aus einem mit radialen Schlitzen versehenen ortsfesten Ring und einem daneben angeordneten,. ebenfalls mit Schlitzen versehenen, jedoch drehbaren Ring zur Steuerung einer Durchflußmenge besteht. Schließlich ist die Ausbildung eines Verstellorgans für eine Durchflußmenge durch verdrehbare Leitschaufeln nicht mehr neu, deren als Kurbeln ausgebildete Zapfenenden jeweils in einer Kurvenbahn eines auf dem zweiten Zylinder gelagerten Verstellringes geführt sind. Diese Merkmale sollen daher nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Hauptanspruches der Erfindung unter Schutz gestellt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verbrennungsverfahren für Gasturbinen-Brennkammern, mit Kraftstoffverdampfung, wobei der flüssige Kraftstoff zwecks Bildung eines Flüssigkeitsfilmes und daraus erfolgender Verdampfung auf die Wandung eines Brennkammerbauteiles unmittelbar aufgetragen wird und eine um die Flammrohrlängsachse kreisende Luftbewegung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei mit feststehenden Flammrohren ausgerüsteten Brennkammern zur Erzielung des Kraftstoffilmes über eine möglichst große Fläche die Auftragung des flüssigen Kraftstoffes in einem oder mehreren großflächigen Kraftstoffbändern auf die glatte Innenwandung des Flammrohres erfolgt und daß das Temperaturniveau der Flammrohrwand durch ein die Flammrohrwand in an sich bekannter Weise umströmendes Medium entsprechend dem jeweiligen Belastungszustand der Brennkammer auf einer Höhe gehalten wird, die für den jeweils verwendeten Kraftstoff als diejenige Temperatur ermittelt wurde, bei der die Verweilzeit auf der Wandung ein Minimum beträgt.
2. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das die Flammrohrwand umströmende Medium, wie an sich bekannt, die Verbrennungsluft des Flammrohres und/oder Zusatzluft verwendet wird.
3. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die im Flammrohr kreisende Luftströmung tangential Drittluft in oder gegen die Stromrichtung eingeführt wird.
4. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, von dem Flammrohr abgezweigte Verbrennungsgase am Einlaß des Flammrohres durch Leitung (24) in den Kern des Luftwirbels (7) eingeführt werden, dieses Flammrohr durchqueren und am Auslaß durch Leitung (22) wieder abgeleitet werden.
5. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß des Flammrohres in den Kern des Luftwirbels (7) Frischluft eingeführt wird.
6. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig zum Zuführen von Verbrennungsgasen am Einlaß des Flammrohres noch Frischluft am Auslaß des Flammrohres zugeführt wird.
7. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführen von Verbrennungsgasen und Frischluft in Abhängigkeit von der Flammrohrbelastung durchgeführt wird, derart, daß bei Vollast Frischluft und bei abnehmender Teillast mehr und mehr Verbrennungsgase eingeführt werden. B.
Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung von Verbrennungsgasen und Frischluft in Abhängigkeit von der Wandtemperatur der Flammrohrwand durchgeführt wird.
9. Verbrennungsverfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die rotierende Luftströmung (7) außer dem für die Filmauftragung vorgesehenen Kraftstoff noch zusätzlicher luftverteilter Kraftstoff durch die Leitung (24) zugeführt wird.
10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr aus einem zylindrischen Rohr besteht, wobei im Einlaßbereich zwecks Anpassung der rotierenden Luftströmung an die jeweiligen Betriebsbedingungen an sich bekannte, selbsttätig einstellbare Luftleitelemente (Leitschaufeln 8) zur Erzeugung eines Luftdralles angeordnet sind.
11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flammrohr in an sich bekannter Weise aus einem Hohlkörper mit rundem Querschnitt besteht, wobei der Durchmesser dieses Hohlkörpers vom Eimaß bis zum Auslaß leicht konisch unter einem Kegelwinkel von etwa 7° abnimmt.
12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise der, in Richtung der Längsachse des Flammrohres gesehen, hinter der Einspritzdüse (3) liegende, aus einer elektrischen Funkenstrecke bestehenden Fremdzündungsquelle (5) eine zusätzliche Einspritzdüse (Hilfsdüse 6) mit großer Strahlstreuung vorgelagert ist.
13. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß, wie an sich bekannt, koaxial um das Flammrohr (1) mit radialem Abstand ein zweiter Hohlkörper (11) angeordnet ist, wobei durch den Raum (Ringkanal 12) zwischen Flammrohr und Hohlkörper ein Teil der Luft geführt wird.
14. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringkanal (12), wie an sich bekannt, ein Mengenverstellorgan (13) für den abgezweigten Luftstrom vorgesehen ist.
15. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan (13) in an sich bekannter Weise von Hand aus oder selbsttätig durch einen an der Flammrohrwand angeordneten Thermostaten (14) elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert wird.
16. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan aus einem mit radialen Schlitzen versehenen ortsfesten Ring (15) und einem daneben angeordneten, ebenfalls mit Schlitzen versehenen, jedoch drehbaren Ring (16) besteht, wobei der drehbare Ring (16) durch den Thermostaten und durch zwischengeschaltete übertragungsorgane (17, 18, 19) betätigt wird.
17. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan (13) aus verdrehbaren Leitschaufeln besteht, deren als Kurbeln ausgebildete Zapfenenden jeweils in einer Kurvenbahn eines auf dem zweiten Zylinder (11) gelagerten Verstellringes geführt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 959 694, 892 096, 865 683, 853 535, 749 456, 730 691; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1777112; schweizerische Patentschriften Nr. 324 502, 297140, 274 976, 260175, 241750, 230 332, 229 934, 214,477, 163 490; französische Patentschriften Nr. 1011417, 348124; britische Patentschriften Nr. 700 672, 685 062, 621789; USA.-Patentschriften Nr. 2 819 732, 2 654 997, 2 621477, 2110 209; Aufsatz von Z. Tamura und Y. Tanasawa in »Seventh Symposium International an Combustion«, London, Butterworths Scientific Publications, 1958, S. 124 bis 137.