CH698570A2

CH698570A2 - Brennstoffdüsenaufbau für Brennkammern.

Info

Publication number: CH698570A2
Application number: CH00269/09A
Authority: CH
Inventors: Balachandran Kumaravelu
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2009-08-31
Also published as: CH698570B1; CN101526214A; DE102009003525A1; CN101526214B; JP2009204302A; US20090218421A1

Abstract

Es wird eine Brennstoffdüse (10) für eine Brennkammer offenbart, umfassend einen Spitzenabschnitt (16) und einen Rohrabschnitt (14). Der Rohrabschnitt (14), in welchem ein erstes Ende mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist, umfasst ein Aussenrohr (22), das eine Rohrachse (24) aufweist und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist, und ein Innenrohr (20), das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs (22) angeordnet ist und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist. Das Innenrohr (20) weist mindestens einen flexiblen Abschnitt auf, der in der Lage ist, Spannungen in der Brennstoffdüse (10) zu reduzieren. Es wird auch eine Brennstoffdüse (10) offenbart, umfassend einen Spitzenabschnitt (16), einen Basisabschnitt (12) und einen Rohrabschnitt (14), der zwischen dem Spitzenabschnitt (16) und dem Basisabschnitt (12) angeordnet ist und an einem ersten Ende mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist und an einem zweiten Ende mit dem Basisabschnitt (12) verbunden ist. Der Rohrabschnitt (14) umfasst ein Aussenrohr (22), das eine Rohrachse (24) aufweist, und ein Innenrohr (20), das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs (22) angeordnet ist und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist. Mindestens eine Rippe ist auf dem Aussenrohr (22) angeordnet und verläuft von einer Aussenfläche (60) des Aussenrohrs (22) radial nach aussen.

Description

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkammern. Das heisst, die vorliegende Erfindung betrifft Ölrohre und Wasserrohre von Brennstoffdüsen für Brennkammern.

[0002] Eine Brennkammer einer Gasturbine umfasst typischerweise eine oder mehrere Brennstoffdüsen, denen Brennstoff zugeführt wird und aus welchen Brennstoff in einen Verbrennungsbereich der Brennkammer eingespritzt wird. Wasser und Brennstoff werden oft jeweils aus einem Wasserrohr und einem Ölrohr in die Verbrennungszone eingespritzt. In vielen Düsenkonfigurationen liegt das Ölrohr im Inneren des Wasserrohrs, und das Wasserrohr und das Ölrohr sind beide mit einer Spitze verbunden. Die Verbrennungsdynamik und die unterschiedliche thermische Belastung des Ölrohrs und des Wasserrohrs führen während des Brennkammerbetriebs zu Exzentrizität.

Ferner wird das Ölrohr während des Brennkammerbetriebs oft Vibrationsfrequenzen ausgesetzt, was hohe Vibrationsbelastungen am Ölrohr verursacht, die den Verschleiss des Ölrohrs erhöhen und seine Nutzlebensdauer verkürzen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0003] Eine Brennstoffdüse für eine Brennkammer umfasst einen Spitzenabschnitt und einen Rohrabschnitt. Der Rohrabschnitt, in welchem ein erstes Ende mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist, umfasst ein Aussenrohr, das eine Rohrachse aufweist und mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist, und ein Innenrohr, das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs angeordnet ist und mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist. Das Innenrohr weist mindestens einen flexiblen Abschnitt auf, der in der Lage ist, Spannungen in der Brennstoffdüse zu reduzieren.

[0004] Eine zweite Ausführungsform einer Brennstoffdüse umfasst einen Spitzenabschnitt, einen Basisabschnitt und einen Rohrabschnitt, der zwischen dem Spitzenabschnitt und dem Basisabschnitt angeordnet ist und an einem ersten Ende mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist und an einem zweiten Ende mit dem Basisabschnitt verbunden ist. Der Rohrabschnitt umfasst ein Aussenrohr, das eine Rohrachse aufweist, und ein Innenrohr, das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs angeordnet ist und mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist. Mindestens eine Rippe ist auf dem Aussenrohr angeordnet und verläuft von einer Aussenfläche des Aussenrohrs radial nach aussen.

[0005] Diese und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0006] Der Gegenstand der Erfindung wird in den Ansprüchen am Ende der Patentschrift gesondert hervorgehoben und beansprucht. Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei:
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Brennstoffdüse für eine Brennkammer ist;

<tb>Fig. 2<sep>eine Querschnittsansicht der Brennstoffdüse von Fig. 1 ist;

<tb>Fig. 3<sep>eine partielle Querschnittsansicht der Brennstoffdüse von Fig. 1 mit einem Balg ist;

<tb>Fig. 4<sep>eine partielle Querschnittsansicht eines Spitzenabschnitts der Brennstoffdüse von Fig. 1ist; und

<tb>Fig. 5<sep>eine partielle Querschnittsansicht der Brennstoffdüse von Fig. 1 mit einer Vielzahl von Rippen ist.

[0007] Die ausführliche Beschreibung erläutert auf beispielhafte Weise Bezug nehmend auf die Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit deren Vorteilen und Merkmalen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0008] In Fig.1 wird eine Ausführungsform einer verbesserten Brennstoffdüse 10 gezeigt. Die Brennstoffdüse 10 umfasst eine Basis 12 und einen Rohrabschnitt 14, der von der Basis 12 zu einer Spitze 16 verläuft. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die Basis 12 in einigen Ausführungsformen eine Bohrung 18 auf, durch welche der Rohrabschnitt 14 eingeführt und mit einer Brennstoffquelle (nicht gezeigt) verbunden ist, um den Rohrabschnitt 14 mit Brennstoff zu versorgen. Der Rohrabschnitt 14 umfasst ein Ölrohr 20, das in einem Wasserrohr 22 angeordnet ist.

In der Ausführungsform von Fig. 2 weisen das Ölrohr 20 und das Wasserrohr 22 beide kreisförmige Querschnitte auf, doch abhängig von den Betriebsanforderungen der Brennkammer können auch andere Querschnitte verwendet werden, einschliesslich oval, die als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet liegend betrachtet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Ölrohr 20 mit dem Wasserrohr 22 um eine Rohrachse 24 konzentrisch angeordnet. Der Rohrabschnitt kann ausserdem ein oder mehrere Abstandsstücke 26 aufweisen, um das Ölrohr 20 in einer gewünschten Radialposition zu halten, die relativ zum Wasserrohr 22 konzentrisch ist oder nicht.

Die Abstandsstücke 26 können voll ringförmigen Querschnitts sein, wie in der Ausführungsform von Fig. 2, oder können alternativ dazu aus Segmenten bestehen, die zwischen dem Ölrohr 20 und dem Wasserrohr 22 liegen und mit Durchgangslöchern (nicht gezeigt) oder anderen Mitteln konfiguriert sein können, um einem Wasserfluss im Wasserrohr 22 zu erlauben, von einer ersten Seite des Abstandsstücks 26 zu einer zweiten Seite des Abstandsstücks 26 zu strömen. Die Abstandsstücke 26 können zum Beispiel durch Lötung mit einem oder beiden vom Ölrohr 20 und Wasserrohr 22 verbunden sein.

[0009] Wie in Fig. 3 gezeigt, umfasst das Ölrohr 20 mindestens einen ersten Ölrohrabschnitt 30 und einen zweiten Ölrohrabschnitt 32, und die Abschnitte sind durch mindestens einen flexiblen Abschnitt verbunden, welcher in dieser Ausführungsform ein Balg 34 ist. Der Balg 34 weist eine oder mehrere Faltungen 36 mit einem Aussendurchmesser 38 und einem Innendurchmesser 40 auf und ist an einem ersten Ende 42 mit dem ersten Ölrohrabschnitt 30 und an einem zweiten Ende 44 mit dem zweiten Ölrohrabschnitt 32 verbunden. Der Balg 34 kann zum Beispiel durch Lötung mit dem ersten Ölrohrabschnitt 30 und dem zweiten Ölrohrabschnitt 32 verbunden sein, oder kann in einigen Ausführungsformen mit einem oder beiden vom ersten Ölrohrabschnitt 30 und zweiten Ölrohrabschnitt 32 aus einem Stück" geformt sein.

Auch wenn die Ausführungsform von Fig. 3ein Ölrohr 20 mit einem Einzelbalg 34 umfasst, werden auch andere Mengen der Balgs 34, zum Beispiel zwei oder drei Bälge 34, als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0010] Wie in Fig.4 gezeigt, ist die Spitze 16 mit einem Ende des Rohrabschnitts 14 verbunden und kann einen ringförmigen Rohradapter 46 aufweisen, der mit dem Ölrohr 20 konzentrisch ist und das Ölrohr 20 mit einem Flüssigbrennstoff verwirbler 48 verbindet. Die Verbindungen zwischen dem Ölrohr 20 und dem Rohradapter 4 6 und dem Rohradapter 4 6 und dem Flüssigbrennstoffverwirbler 4 8 können durch Lötung hergestellt werden. Konzentrisch zum Flüssigbrennstoff verwirbler 48 ist ein Luft-Brennstoff-Verwirbler 50 angeordnet, der an einem Ende mit dem Wasserrohr 22 verbunden ist und an einer Verwirblerfläche 52 mit dem Flüssigbrennstoff verwirbler 48 verbunden ist. Schliesslich kann ein Mantel 54 vorgesehen sein, der radial ausserhalb des Luft-Brennstoff-Verwirblers 48 angeordnet ist und zum Beispiel durch Lötung an eine Düsenfläche 56 damit verbunden ist.

Der Balg 34 erlaubt während des Betriebs der Brennkammer die Wärmedehnung und Wärmekontraktion des Ölrohrs 20 relativ zum Wasserrohr 22 und zur Spitze 16, wodurch Spannungen zwischen dem Ölrohr 20, dem Wasserrohr 22 und der Spitze 16 reduziert werden und die Nutzlebensdauer der Düse 10 verlängert wird.

[0011] Wie in Fig. 5 gezeigt, weist in einigen Ausführungsformen das Wasserrohr 22 eine Vielzahl von Rippen 58 auf, die von einer Aussenfläche 60 des Wasserrohrs 22 nach aussen verlaufen. Die Rippen 58 sind konfiguriert und angeordnet, um eine Eigenfrequenz des Wasserrohrs 22 von einer Vibrationsfrequenz der Brennkammer, die in einigen Aus-' führungsformen etwa 350 Hz beträgt, weg zu verschieben. Die Rippen 58, die in Fig. 5gezeigt werden, sind an einem Basisende 62 des Wasserrohrs 22 angeordnet. Die Rippen 58 dieser Ausführungsform sind im Wesentlichen an der Rohrachse 24 entlang ausgerichtet und verlaufen im Wesentlichen radial von der Aussenfläche 60 des Wasserrohrs 22. Ferner sind die in Fig. 5 gezeigten Rippen 58 kegelig verjüngt, sodass eine Axiallänge 64 der Rippen 58 an einer Rippenbasis 66 grösser ist als eine Axiallänge 64 an einer Rippenspitze 68.

Die Lage, Anordnung und Konfiguration der Rippen 58, die in Fig. 5gezeigt wird, ist lediglich beispielhaft und andere Lagen, Anordnungen und Konfigurationen der Rippen 58, um die Eigenfrequenz des Wasserrohrs 22 zu verschieben, als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0012] Auch wenn die Erfindung nur in Bezug auf eine begrenzte Zahl von Ausführungsformen ausführlich beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf diese offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um jede Zahl von Varianten, Abänderungen und Ersetzungen einzuschliessen, die zwar oben nicht beschrieben wurden, aber mit dem Geist und Umfang der Erfindung im Einklang stehen. Auch wenn verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich zudem, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Daher wird die Erfindung nicht durch die obige Beschreibung beschränkt, sondern wird nur durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Brennstoffdüse (10) für eine Brennkammer, umfassend: einen Spitzenabschnitt (16); und

einen Rohrabschnitt (14) mit einem ersten Ende (42), das mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist, wobei der Rohrabschnitt (14) einschliesst:

ein Aussenrohr (22), das eine Rohrachse (24) aufweist und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist;

ein Innenrohr (20) , das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs (22) angeordnet und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist, wobei das Innenrohr (20) mindestens einen flexiblen Abschnitt aufweist, um Spannungen in der Brennstoffdüse (10) zu reduzieren.

2. Brennstoff düse (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine flexible Abschnitt einen Balg (34) umfasst.

3. Brennstoffdüse (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine flexible Abschnitt an jedem Ende mit einem Abschnitt des Innenrohrs (20) verbunden ist.

4. Brennstoff düse (10) nach Anspruch 1, wobei das Aussenrohr (22) mindestens eine Rippe (58) aufweist, die von einer Aussenflache (60) des Aussenrohrs (22) radial nach aussen verläuft.

5. Brennstoff düse (10) nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Rippe (58) in der Lage ist, eine Eigenfrequenz des Rohrabschnitts (14) zu verschieben.

6. Brennstoff düse (10) nach Anspruch 4, wobei die mindestens eine Rippe (58) an einem Basisende (12) des Aussenrohrs (22) angeordnet ist.

7. Brennstoffdüse (10) für eine Brennkammer, umfassend: einen Spitzenabschnitt (16);

einen Basisabschnitt (12); und

einen Rohrabschnitt (14), der zwischen dem Spitzenabschnitt (16) und dem Basisabschnitt (12) angeordnet ist und an einem ersten Ende (42) mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist und an einem zweiten Ende (44) mit dem Basisabschnitt (12) verbunden ist, wobei der Rohrabschnitt (14) umfasst;

ein Aussenrohr (22) mit einer Rohrachse (24);

ein Innenrohr (20), das mindestens zum Teil im Inneren des Aussenrohrs (22) angeordnet ist und mit dem Spitzenabschnitt (16) verbunden ist; und

mindestens eine Rippe (58), die in Wirkbeziehung mit dem Aussenrohr (22) verbunden ist, wobei die mindestens eine Rippe (58) von einer Aussenfläche (60) des Aussenrohrs (22) radial nach aussen verläuft.

8. Brennstoffdüse (10) nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Rippe (58) in der Lage ist, eine Eigenfrequenz des Rohrabschnitts (14) zu verschieben.

9. Brennstoff düse (10) nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Rippe (58) an einem Basisende (12) des Aussenrohrs (22) angeordnet ist.

10. Brennstoffdüse (10) nach Anspruch 7, wobei das Aussenrohr (22) mit dem Innenrohr (20) konzentrisch um die Rohrachse (24) ist.