CH697800B1 - Kraftstoffdüse sowie Brennkammer für eine Turbine. - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Kraftstoffdüse (70) offenbart. Die Kraftstoffdüse (70) umfasst ein Gehäuse (110), eine Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115), die im Gehäuse (110) angeordnet ist, und eine Vielzahl von Luftkanälen (120), die im Gehäuse (110) angeordnet ist. Jeder Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) und jeder Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) ist dazu ausgelegt, mit einem Verbrennungsraum in Fluidverbindung zu stehen. Der Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) entspricht im Wesentlichen dem Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Luftkanälen (120). Weiter wird eine Brennkammer mit einer solchen Düse offenbart.
Description
Stand der Technik
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffdüse sowie eine Brennkammer. Es werden allgemein Turbinentriebwerke und insbesondere die Kraftstoffabgabe in Turbinentriebwerken beschrieben.
[0002] Mit steigender Nachfrage nach Erdgas besteht ein zunehmendes Interesse an der Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigem Heizwert (LHV) einschliesslich Syngas und Prozessabgasen wie zum Beispiel Hochofengase, die als ein Nebenprodukt der Stahlerzeugung anfallen und eine Restenergie oder -brennbarkeit aufweisen. Diese Restenergie in Prozessabgasen wird typischerweise abgefackelt, um die Wahrscheinlichkeit von Konzentrations- und Brennbarkeitsproblemen zu senken. Die Rückgewinnung und Nutzung der Restenergie in Prozessabgasen schliesst die Verwendung als Kraftstoff für Gasturbinentriebwerke ein, die dann elektrische oder mechanische Energie bereitstellen können.
[0003] Derartige Prozessabgase enthalten typischerweise ein Zehntel der Wärmeenergie (wie Britische Wärmeeinheiten (BTUs) zum Beispiel) von typischen Gasen mit hohem Heizwert (HHV) wie zum Beispiel Erdgas. Deshalb ist ein höheres Kraftstoff/Luft-Verhältnis erforderlich, wenn eine Turbine mit LHV-Prozessabgasen betrieben wird. Typische Ansätze für grosse LHV-Kraftstoffströme, die aus erhöhten Kraftstoff/Luft-Verhältnissen resultieren, schliessen die begleitende Einspritzung von Luft zusammen mit dem LHV-Gas in einen Mantel des Verbrennungsraums der Turbine ein, wo der Kraftstoff und die Luft vor der Zündung gemischt werden.
[0004] Die grossen LHV-Gasströme und ihre geringere Wärmeenergie können zu einer unwirksamen Mischung von Kraftstoff und Luft führen, was eine geringere Verbrennungsflammenstabilität und eine Wahrscheinlichkeit bewirkt, dass die Flamme ausgeblasen wird, was eine Unterbrechung der von der Turbine erzeugten Energie zur Folge hat. Ein Ansatz, um ein solches Ausblasen der Flamme mit Betriebsunterbrechung zu vermeiden, ist eine Kombination aus HHV-Gasen und LHV-Gasen, um den Turbinenbetrieb aufrechtzuerhalten.
[0005] Es besteht ein Problem im Stand der Technik, dass der Verbrauch der HHV-Gase hoch ist.
[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffdüse und eine die Kraftstoffdüse umfassende Brennkammer bereitzustellen, bei welchen, aufgrund von Verfügbarkeits- und Kostenproblemen, der Verbrauch solcher HHV-Gase gesenkt ist.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0007] Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffdüse für eine Turbine. Die Kraftstoffdüse umfasst ein Gehäuse, eine Vielzahl von Kraftstoffkanälen, die im Gehäuse angeordnet ist, und eine Vielzahl von Luftkanälen, die im Gehäuse angeordnet ist. Jeder Kraftstoffkanal der Vielzahl von Kraftstoffkanälen und jeder Luftkanal der Vielzahl von Luftkanälen ist dazu ausgelegt, mit einem Verbrennungsraum einer Brennkammer der Turbine in Fluidverbindung zu stehen. Der Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Kraftstoffkanälen entspricht im Wesentlichen dem Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Luftkanälen.
[0008] Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkammer für eine Turbine. Die Brennkammer umfasst einen äusseren Mantel und einen inneren Mantel, die einen Verbrennungsraum dazwischen definieren, und eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen nach Anspruch 1 in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsraum. Diese und weitere Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Bezug nehmend auf die beispielhaften Zeichnungen, wobei gleiche Elemente in den beiliegenden Zeichnungen gleiche Bezugszeichen tragen, zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Zeichnung eines Turbinentriebwerks;
<tb>Fig. 2<sep>einen Verbrennungsabschnitt eines Turbinentriebwerks;
<tb>Fig. 3<sep>eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes einer Kraftstoffdüse;
<tb>Fig. 4<sep>eine perspektivische Ansicht des hinteren Endes der in Figur 3 gezeigten Kraftstoffdüse; und
<tb>Fig. 5<sep>eine partielle Querschnittsansicht der Kraftstoffdüse.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
[0010] Bei der Kraftstoffdüse gemäss der Erfindung weisen die Luftkanäle und Kraftstoffkanäle einen im Wesentlichen gleichen Strömungsquerschnitt auf, um ein im Wesentlichen Eins-zu-Eins-Verhältnis des LHV-Kraftstoffs zur Luft zu ergeben. In einer Ausführungsform sind die Kraftstoffkanäle benachbart zu und zwischen zwei Luftkanälen angeordnet. Die Kraftstoffkanäle und Luftkanäle definieren einen spiralförmigen Strömungsweg, um die Mischung von Luft und Kraftstoff in der Nähe eines Auslasses der Düse einzuleiten, wodurch die Mischqualität des LHV-Kraftstoffs und der Luft innerhalb eines Verbrennungsraums eines Turbinentriebwerks erhöht wird. Die erhöhte Mischqualität reduziert die Wahrscheinlichkeit des Ausblasens der Flamme und einer Notwendigkeit, HHV-Kraftstoff für den stabilen Betrieb in eine Turbine einzuleiten.
[0011] Fig. 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Turbinentriebwerks 8 wie z. B. ein Gasturbinentriebwerk 8. Das Gasturbinentriebwerk 8 umfasst eine Brennkammer 10. Die Brennkammer 10 verbrennt ein Kraftstoff-Oxidantien-Gemisch, um einen Gasstrom 12 zu erzeugen, der heiss und energetisch ist. Der Gasstrom 12 aus der Brennkammer 10 tritt dann in eine Turbine 14 ein. Die Turbine 14 umfasst eine Turbinenschaufelgruppe (nicht gezeigt). Der Gasstrom 12 überträgt Energie auf die Turbinenschaufelgruppe, was die Drehung der Turbinenschaufelgruppe bewirkt. Die Turbinenschaufelgruppe ist mit einer Welle 16 verbunden. Die Welle 16 dreht sich einer Drehung der Turbinenschaufel-Baugruppe entsprechend. Die Welle 16 wird dann benutzt, um einen Verdichter 18 zu betreiben. Die Welle 16 kann optional eine Energieabgabe 17 an eine andere Vorrichtung (nicht gezeigt) bereitstellen, wie zum Beispiel einen Stromgenerator. Der Verdichter 18 saugt einen Oxidantienstrom 20 ein und verdichtet diesen. Nach der Verdichtung des Oxidantienstroms 20 wird ein verdichteter Oxidantienstrom 23 in die Brennkammer 10 eingespeist. Der verdichtete Oxidantienstrom 23 vom Verdichter 18 wird mit einem Kraftstoffstrom 26 aus einem Kraftstoffversorgungssystem 28 gemischt, um das Kraftstoff-Oxidantien-Gemisch im Inneren der Brennkammer 10 zu formen. Das Kraftstoff-Oxidantien-Gemisch wird dann in der Brennkammer 10 einem Verbrennungsprozess unterzogen.
[0012] In Fig. 2 wird ein Abschnitt des Gasturbinentriebwerks 8 dargestellt, der einen Verbrennungsabschnitt 30 aufweist, der hinter dem Verdichter 18 und vor der Turbine 14 angeordnet ist.
[0013] Der Verbrennungsabschnitt 30 umfasst die Brennkammer 10, die einen äusseren Mantel 40 und einen inneren Mantel 45 aufweist, die in einem Verbrennungsgehäuse 50 angeordnet sind. Die äusseren und inneren Mäntel 40 und 45 weisen allgemein die Form eines Rings um eine Triebwerksmittelachse 55 auf und sind radial voneinander beabstandet, um einen Verbrennungsraum 60 dazwischen zu definieren. Eine oder mehrere Kraftstoffversorgungsleitungen 65 leiten Kraftstoff zu einer Vielzahl von Kraftstoffdüsen 70, die alle einen Auslass 75 aufweisen, der mit dem Verbrennungsraum 60 in Fluidverbindung steht. Die Kraftstoffdüsen 70 sind in einer Haubenverkleidung 80 angeordnet, die an den vorderen Enden der äusseren und inneren Mäntel 40 und 45 befestigt ist. Eine Strömungshülse 85, die zwischen dem Verbrennungsgehäuse 50 und den äusseren und inneren Mänteln 40, 45 der Brennkammer 10 angeordnet ist, leitet Druckluft (allgemein durch Pfeile 90 angezeigt), die vom Verdichter 18 bereitgestellt wird, zur Haubenverkleidung 80.
[0014] Die Druckluft läuft durch eine Vielzahl von Lufteinlässen 95 (am besten in Fig. 3zu erkennen) der Kraftstoffdüsen 70. Wie weiter unten beschrieben, weisen die Kraftstoffdüsen 70 mehrere Kanäle auf (weiter unten gezeigt und beschrieben), die die Druckluft 90 mit Kraftstoff kombinieren, wie z.B. den LHV-Kraftstoff, der von den Kraftstoffversorgungsleitungen 65 zur Verbrennung im Verbrennungsraum 60 zugeführt wird. Das Verbrennungsluft-Kraftstoff-Gemisch (durch den Pfeil 100 angezeigt) verlässt den Verbrennungsraum 60 durch den Austritt 105 und tritt in die Turbine 14 des Triebwerks 8 ein, um die Wärmeausdehnung wie oben beschrieben in Turbinenschaufeldrehung umzuwandeln.
[0015] Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes einer beispielhaften Kraftstoffdüse 70. Die Düse 70 umfasst einen Einlass 125 und ein Gehäuse 110, das eine Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 und Luftkanälen 120 aufweist, die um eine Mittelachse 150 in der Umfangsrichtung im Gehäuse 110 angeordnet ist. Die Luftkanäle 120 stehen mit dem Verbrennungsraum 60 in Fluidverbindung und weisen Lufteinlässe 95 und Luftauslässe 135 auf. Kraftstoffkanäle 115 stehen mit dem Verbrennungsraum 60 in Fluidverbindung und weisen Kraftstoffauslässe 140 und Kraftstoffeinlässe 145 (in Fig. 3nicht zu sehen) auf.
[0016] Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines hinteren Endes der in Fig. 3 gezeigten Kraftstoffdüse 70, das die Kraftstoffeinlasse 145 der Kraftstoffkanälen 115 aufweist. In einem Beispiel, wie in Fig. 3 und 4gezeigt, sind die Kraftstoffkanäle 115 axiale Durchgänge, umfassend Kraftstoffeinlässe 145, die im Einlass 125 der Düse 70 angeordnet sind, und Kraftstoffauslässe 140, die im Auslass 75 der Düse angeordnet sind, wobei die axialen Kraftstoffkanäle 115 allgemein mit der Mittelachse 150 ausgerichtet sind, die von einem Zentrum des Einlasses 125 zu einem Zentrum des Auslasses 75 der Düse 70 orientiert ist. In einem Beispiel sind die Lufteinlässe 95 radiale Lufteinlässe 95 und sind auf einer Aussenseite 155 des Gehäuses 110 angeordnet.
[0017] Turbinentriebwerke, die konfiguriert sind, um Standard-HHV-Kraftstoffe wie zum Beispiel Erdgas zu verwenden, werden typischerweise bei Kraftstoff-Luft-Verhältnissen betrieben, die in einem Bereich zwischen etwa 0.001 bis etwa 0.01 liegen. Demnach können Triebwerke, die mit HHV-Kraftstoffen betrieben werden, Düsen aufweisen, bei denen das Verhältnis des Strömungsquerschnitts der Kraftstoffkanäle zum Strömungsquerschnitt der Luftkanäle etwa 0.001 beträgt. Wie oben beschrieben, muss der Gesamtkraftstoffstrom für eine gegebene Triebwerksleistung beträchtlich erhöht werden, um den Betrieb mit LHV-Kraftstoffen zu ermöglichen. Die Zunahme im Kraftstoffstrom geht mit einer entsprechenden Zunahme im Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf etwa 1 zu 1 einher. Aufgrund des hohen Kraftstoffstroms im Vergleich zu früheren Düsengeometrie-Designs bestehen derzeitige Ansätze für derartige Erhöhungen im Kraftstoff- und Luftstrom darin, den Kraftstoff und die Luft separat in den Verbrennungsraum einzuspritzen, wodurch Probleme beim Mischen des Kraftstoffs und der Luft zu beobachten waren, die zu einem Ausblasen der Flamme führten. Grössenbeschränkungen, vor allem in bestehenden Designs der Verbrennungskomponenten, die kreisrunde Düsenkanäle verwenden, schliessen die angrenzende Lage der Kraftstoff- und Luftkanäle oft aus, weshalb eine separate Direkteinspritzung notwendig ist. Ein Beispiel, wie in Fig. 3gezeigt, überwindet diese Schwierigkeit, indem eine verbesserte Raumausnutzung in der vorderen Region des Verbrennungsraums 60 gewährleistet ist.
[0018] Eine Querschnittsfläche einer Öffnung des Kanals 115, 120, die eine maximale Fluidmenge definiert, die bei einem bestimmten Druck durch den Kanal 115, 120 strömen kann, ist auch als Strömungsquerschnitt des Kanals 115, 120 bekannt. In einem Beispiel, und zur Veranschaulichung, kann der Strömungsquerschnitt des Kanals 115, 120 durch die Fläche des Auslasses 135, 140 des Kanals 115, 120 definiert werden. Um das Kraftstoff-Luft-Verhältnis durch die Düse 70 zur Verwendung von LHV-Kraftstoff auf etwa 1 zu 1 zu erhöhen, entspricht eine Gesamtfläche der Luftauslässe 135 im Wesentlichen einer Gesamtfläche der Kraftstoffauslässe 140. Zum Beispiel definiert eine Fläche 157 eines Luftauslasses 135 eine Luftmenge, die durch den Auslass 135 strömen kann, und definiert dadurch einen Strömungsquerschnitt 157 des Luftkanals 120. Dementsprechend definiert eine Fläche 158 eines Kraftstoffauslasses 140 eine Kraftstoffmenge, die durch den Auslass 140 strömen kann, und definiert dadurch einen Strömungsquerschnitt 158 des Kraftstoffkanals 115. Daher entspricht ein Gesamtströmungsquerschnitt 158 der Kraftstoffkanäle 115, der durch eine Summe der Flächen 158 der Auslässe 140 der Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 definiert wird, im Wesentlichen dem Gesamtströmungsquerschnitt 157 der Luftkanäle 120, der durch die Summe der Flächen 157 der Auslässe 135 der Vielzahl von Luftkanälen 120 definiert wird. Ein Strömungsquerschnitt 158 jedes Auslasses 140 jedes Kraftstoffkanals 115 entspricht im Wesentlichen dem Strömungsquerschnitt 157 jedes Auslasses 135 jedes Luftkanals 120.
[0019] Auch wenn ein Beispiel beschrieben wurde, bei welchem der Strömungsquerschnitt 157, 158 eines Kanals 115, 120 als die Fläche des Auslasses 135, 140 definiert ist, versteht es sich, dass der Umfang der Erfindung sich nicht darauf beschränkt und dass die Erfindung auch auf Düsen 70 anwendbar ist, bei denen der Strömungsquerschnitt 157, 158 durch eine gegebene Querschnittsfläche des Kanals 115, 120 definiert wird, die dadurch einen maximalen Fluidstrom definiert, der bei einem gegebenen Druck durch den Kanal 115, 120 strömen kann.
[0020] Um die Zunahme des Kraftstoffstroms in den Verbrennungsraum 60 mit bestimmter Grösse aufzunehmen, wobei die Gehäuse 110 der Düsen 70 eine bestimmte Grösse haben, ist es notwendig, eine neue Geometrie der Kanäle 115, 120 zu entwickeln, um die Fläche der Kraftstoffkanäle 115 im Düsen-70-Gehäuse 110 mit bestimmter Grösse zu erhöhen. In einem Beispiel weisen die Luftauslässe 135 und die Kraftstoffauslässe 140 alle jeweils vier Seiten (161, 162, 163, 164 und 166, 167, 168, 169) auf. Die Verwendung von Auslässen 135, 140 mit vier Seiten 161–169 verkleinert eine Nichtkanalfläche der Düse 70, die als Struktur der Düse 70 benutzt werden kann, wie zum Beispiel Trennwände 175, die zwischen den Auslässen 135, 140 angeordnet sind. Dadurch erhöht die Verwendung der Kanäle 115, 120 mit vier Seiten 161–169 einen Strömungsquerschnitt in einem Düsen-70-Gehäuse 110 mit bestimmter Grösse.
[0021] Fig. 5 zeigt eine partielle Querschnittsansicht der Düse 70. Ein Kraftstoffströmungsweg 180, der durch einen Kraftstoffkanal 185 definiert wird, und ein Luftströmungsweg 190, der durch einen Luftkanal 195 durch die Düse 70 definiert wird, sind zu sehen. In einem Beispiel weisen die Kanäle 185, 195, die die Strömungswege 180, 190 definieren, einen solchen Winkel 9 zur Mittelachse 150 auf, dass die Kanäle 185, 195 spiralförmige Kanäle 185, 195 sind, wodurch sie spiralförmigen Strömungswege 180, 190 definieren. Aufgrund der Kraftstoff- und Luftmassen, die durch die spiralförmige Strömungswege 180, 190 strömen, werden der Kraftstoff und die Luft nach dem Austritt aus dem Düsenauslass 75 verwirbelt. Die Verwirbelung, ausserhalb des Auslasses 75, des Kraftstoffs und der Luft, die durch die Düse 70 strömen, führt zu einer Rückführungszone 199 in der Nähe des Auslasses 75. Die Rückführungszone 199 bewirkt eine langsamere Fortbewegung der Luft und des Kraftstoffs aus dem Auslass 75 der Düse 70 zum Austritt 105 des Verbrennungsraums 60, wodurch die Mischqualität des Kraftstoffs und der Luft im Verbrennungsraum 60 erhöht wird (am besten in Fig. 2 zu erkennen). Das Bezugszeichen 200 zeigt auf schematische Weise das Vorhandensein von Verwirbelungsluft und -kraftstoff in der Rückführungszone 199 ausserhalb der Auslasses 75 der Düse 70 an. In einem Beispiel schliesst jeder Kraftstoffströmungsweg 180, der durch die Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 definiert wird, einen spiralförmigen Kraftstoffströmungsweg 180 ein, und jeder Luftströmungsweg 190, der durch die Vielzahl von Luftkanälen 120 definiert wird, schliesst einen spiralförmigen Luftströmungsweg 190 ein, wodurch die Mischqualität des Kraftstoff-Luft-Gemischs in der Rückführungszone 199 in der Nähe des Auslasses 75 der Düse 70 erhöht wird.
[0022] In einem Beispiel weist das Gehäuse 110 eine Fläche 202 auf, die eine Bohrung 203 zum Durchlass der Düse 70 definiert. Die Bohrung 203 steht mit dem Verbrennungsraum 60 in Fluidverbindung. In einem Beispiel nimmt die Bohrung 203 eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzdüse (nicht gezeigt) auf, die benutzt wird, um eine Einspritzung von HHV-Kraftstoff wie Erdgas oder Dieselöl zum Starten des Triebwerks 8 zu gewährleisten, bevor auf die Verwendung des LHV-Kraftstoffs übergegangen wird. In einem anderen Beispiel nimmt die Bohrung 203 einen elektrischen Funkenzünder auf, der zum Starten des Triebwerks 8 in Betracht gezogen wird, um den Betrieb mit dem LHV-Kraftstoff wie zum Beispiel Syngas oder Prozessabgasen zu starten.
[0023] Wieder auf Fig. 3 Bezug nehmend, erhöht die Anordnung der Kraftstoffkanäle 115 in enger Nachbarschaft zu den Luftkanälen 120 am Auslass 75 zudem die Qualität der Luft- und Kraftstoffmischung, die wie oben beschrieben durch die verwirbelnden Strömungswege 180, 190 gewährleistet wird. Es wird davon ausgegangen, dass eine Anordnung mit einer benachbarten Anordnung abwechselnder Kraftstoff- und Luftkanäle 115, 120 die Mischung von Kraftstoff und Luft verbessert. Wie oben beschrieben, ist die Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 in der Umfangsrichtung um die Mittelachse 150 im Gehäuse 110 angeordnet, und auch die Vielzahl von Luftkanälen 120 ist in der Umfangsrichtung um die Mittelachse 150 im Gehäuse 110 angeordnet. In einer Ausführungsform ist mindestens ein Kraftstoffkanal 115 der Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115, wie zum Beispiel der Kraftstoffkanal 205, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Luftkanälen 120 der Vielzahl von Luftkanälen 120 angeordnet, wie zum Beispiel die Luftkanäle 210 und 215, und ist jeder Kraftstoffkanal 115 der Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 benachbart zu und zwischen zwei Luftkanälen 120 der Vielzahl von Luftkanälen 120 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist jeder Luftkanal 120 der Vielzahl von Luftkanälen 120 benachbart zu und zwischen zwei Kraftstoffkanälen 115 der Vielzahl von Kraftstoffkanälen 115 angeordnet, wodurch die Kraftstoffkanäle 115 und Luftkanäle 120 mit einer benachbarten abwechselnden Anordnung von Luftkanälen 120 und Kraftstoffkanälen 115 versehen sind, um die Qualität der Luft- und Kraftstoffmischung zu verbessern.
[0024] Es wird davon ausgegangen, dass die verbesserte Qualität der Luft- und Kraftstoffmischung, die durch die benachbarte, abwechselnde Anordnung von Luftkanälen 120 und Kraftstoffkanälen 115 gewährleistet wird, den Wirkungsgrad des Betriebs des Triebwerks 8 erhöht. Ferner wird davon ausgegangen, dass eine verbesserte Rückführungszeit in der Rückführungszone 199 die Wahrscheinlichkeit eines Ausblasens der Verbrennungsflamme des Kraftstoff-Luft-Gemischs senkt.
[0025] Auch wenn eine Ausführungsform beschrieben wurde, bei welchem die Kraftstoff- und Luftkanäle 115, 120 mit vier Seiten 161–169 versehen sind, versteht es sich, dass der Umfang der Erfindung sich nicht darauf beschränkt, und dass beispielsweise Düsen 70 mit Kraftstoff- und Luftkanälen 115, 120 anwendbar sind, die eine andere Geometrie haben können, um die Grösse der Kanäle 115, 120 im Düsengehäuse 110 zu erhöhen, wie zum Beispiel mit mehr als 4 Seiten, elliptischer, ovaler und krummliniger Geometrie.
[0026] Wie offenbart, kann die Erfindung einige von den folgenden Vorteilen aufweisen:
eine verbesserte Mischqualität von Luft und LHV-Kraftstoff in einem Turbinen-Verbrennungsraum;
erhöhter Wirkungsgrad des Turbinenbetriebs mit LHV-Kraftstoff durch die höhere Mischqualität;
reduzierte Flammenausblasung, was eine erhöhte Zuverlässigkeit des Turbinenbetriebs mit LHV-Kraftstoff zur Folge hat; und
Verwendung von Turbinenbrennkammern und Kraftstoffdüsen für LHV-Kraftstoff mit Abmessungen, die mit denen zur Verwendung von HHV-Kraftstoff vergleichbar sind.
Claims (10)
1. Kraftstoffdüse (70) für eine Turbine (8), wobei die Kraftstoffdüse (70) umfasst:
ein Gehäuse (110);
eine Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115), die im Gehäuse (110) angeordnet ist; und
eine Vielzahl von Luftkanälen (120), die im Gehäuse (110) angeordnet ist;
wobei jeder Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) und jeder Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) dazu ausgelegt ist, mit einem Verbrennungsraum (60) einer Brennkammer (10) der Turbine (8) in Fluidverbindung zu stehen;
wobei der Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) im Wesentlichen dem Gesamtströmungsquerschnitt der Vielzahl von Luftkanälen (120) entspricht.
2. Kraftstoffdüse (70) nach Anspruch 1, wobei:
mindestens ein Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) und ein Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) vier Seiten aufweist.
3. Kraftstoffdüse (70) nach Anspruch 1, wobei:
die Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) umfangsseitig innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet ist; und die Vielzahl von Luftkanälen (120) umfangsseitig innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet ist, wobei ein Kraftstoffkanal (205) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Luftkanälen (210, 215) der Vielzahl von Luftkanälen (120) angeordnet ist.
4. Kraftstoffdüse (70) nach Anspruch 3, wobei:
jeder Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) benachbart zu und zwischen zwei Luftkanälen (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) angeordnet ist.
5. Kraftstoffdüse (70) nach Anspruch 4, wobei:
jeder Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) benachbart zu und zwischen zwei Kraftstoffkanälen (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) angeordnet ist, wodurch eine abwechselnde benachbarte Anordnung jedes Luftkanals (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) und jedes Kraftstoffkanals (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) gewährleistet ist.
6. Kraftstoffdüse (70) nach Anspruch 1, wobei:
die Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) spiralförmig ausgebildet ist; und
die Vielzahl von Luftkanälen (120) spiralförmig ausgebildet ist.
7. Brennkammer (10) für eine Turbine (8), wobei die Brennkammer (10) umfasst:
einen äusseren Mantel (40) und einen inneren Mantel (45), die einen Verbrennungsraum (60) dazwischen definieren; und
eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen (70) nach Anspruch 1 in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsraum (60).
8. Brennkammer (10) nach Anspruch 7, wobei:
die Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) umfangsseitig innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet ist, wobei jeder Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) mit dem Verbrennungsraum (60) in Fluidverbindung steht; und
die Vielzahl von Luftkanälen (120) umfangsseitig innerhalb des Gehäuses (110) angeordnet ist, wobei jeder Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) mit dem Verbrennungsraum (60) in Fluidverbindung steht, wobei ein Kraftstoffkanal (205) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Luftkanälen (210, 215) der Vielzahl von Luftkanälen (120) angeordnet ist.
9. Brennkammer (10) nach Anspruch 7 oder 8,
wobei jeder Kraftstoffkanal (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Luftkanälen (210, 215) der Vielzahl von Luftkanälen (120) angeordnet ist; und
wobei jeder Luftkanal (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) benachbart zu und zwischen zwei Kraftstoffkanälen (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) angeordnet ist, wodurch eine benachbarte abwechselnde Anordnung jedes Luftkanals (120) der Vielzahl von Luftkanälen (120) und jedes Kraftstoffkanals (115) der Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) gewährleistet ist.
10. Brennkammer (10) nach Anspruch 9, wobei:
die Vielzahl von Kraftstoffkanälen (115) spiralförmig ausgebildet ist; und
die Vielzahl von Luftkanälen (120) spiralförmig ausgebildet ist.
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