CH701876A2 - Zweibrennstoffdüse für eine Turbomaschine. - Google Patents

Abstract

Eine Zweibrennstoffdüse (20) enthält ein Körperelement (30) mit einem ersten Endabschnitt (32), der sich zu einem zweiten Endabschnitt (33) über einen Zwischenabschnitt (34) erstreckt. Der Zwischenabschnitt (34) enthält einen Aussenwandabschnitt (38) und einen Innenwandabschnitt (39), wobei der Innenwandabschnitt (39) einen ersten Brennstoffsammelraum (42) definiert. Die Zweibrennstoffdüse enthält auch ein in dem ersten Brennstoffsammelraum (42) angeordnetes Innendüsenelement. Das Innendüsenelement (52) enthält einen ersten Endbereich (55), der sich zu einem zweiten Endbereich (56) über einen Zwischenbereich erstreckt. Der Zwischenbereich definiert einen zweiten Brennstoffsammelraum (64). Der zweite Endbereich (56) ist von dem zweiten Endabschnitt (33) des Körperelementes (30) so in Abstand angeordnet, dass er eine Voraustrittszone (65) definiert.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Der hier offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet von Turbomaschinen und insbesondere eine Zweibrennstoff düse für eine Turbomaschine.

[0002] Die Anforderungen von Aufsichtsbehörden bezüglich niedriger Emissionen aus Gasturbinen-Energieerzeugungsanlagen wurden über die Jahre hin schärfer. Umweltbehörden in der ganzen Welt fordern nun noch niedrigere Emissionsraten von NOxund von weiteren Verschmutzungen sowohl aus neuen als auch bestehenden Gasturbinen. Herkömmliche Verfahren zum Reduzieren von NOx-Emissionen aus Verbrennungsturbinen (Wasser- und Dampfinjektion) sind hinsichtlich ihrer Fähigkeit eingeschränkt, die an vielen Orten geforderten extrem niedrigen Pegel zu erzielen.

[0003] Trocken NOx-arme Systeme (DLN) integrieren einen gestuften Vorvermischungsverbrennungsprozess, Gasturbinensteuerungen, Brennstoff und zugeordnete Systeme. Derartige Systeme können zwei prinzipielle Leistungsmassstäbe beinhalten. Der erste Leistungsmassstab ist die Erfüllung von Emissionspegeln, die bei Grundlast sowohl mit Gas- als auch Ölbrennstoff erforderlich sind und die Steuerung von Änderungen dieser Pegel über den Lastbereich der Gasturbine. Der zweite Leistungsmassstab ist die Systemfunktionsfähigkeit. Die Auslegung eines DLN-Verbrennungssystems erfordert auch Materialmerkmale und Betriebsverfahren, die gleichzeitig ermöglichen, dass ein Äquivalenzverhältnis und eine Verweilzeit in der Flammenzone (für die Emissionssteuerung wichtige Verbrennungsparameter) niedrig genug sind, um geringes NOx zu erzielen, aber bei annehmbaren Verbrennungsgeräuschpegeln (Dynamik, Stabilität bei Teillastbetrieb und ausreichender Zeit für den CO-Ausbrand.

[0004] DLN-Brenner befinden sich in breitem Einsatz. Obgleich sie effektiv sind, sind DLN-Brenner hauptsächlich für Erdgasverbrennung ausgelegt. Neue Kundenanforderungen können erfordern, dass die Brenner eine breitere Brennstoffflexibilität angesichts der Verfügbarkeit von alternativen Gasbrennstoffen und erhöhten Kosten für Erdgasbrennstoff haben. Insbesondere können Kunden einen Brenner benötigen, der mit einem gemischten Synthesegas (Syngas) arbeitet und auch in der Lage ist, mit Erdgas alleine (zweistoffflexibel) zu arbeiten. Syngas ist ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid und manchmal Kohlendioxid. Gemischtes Syngas kann ein Gemisch aus Erdgas/Wasserstoff/Kohlenmonoxid sein. Syngas ist brennbar und wird oft als eine Brennstoffquelle eingesetzt, hat aber weniger als die Hälfte der volumetrischen Energiedichte von Erdgas. Da der Volumendurchfluss für Syngas mehr als das Doppelte des Volumendurchsatzes von Erdgas für dieselbe Verbrennungsflammentemperatur sein muss, ist das Syngas Brennstoffdruckverhältnis extrem hoch (über 1,7), wenn dieselbe Hauptdüse, die derzeit für Erdgasbrennstoff verwendet wird, auch für einen Betrieb mit Syngas verwendet wird. Derartige hohe Brennstoffdruckverhältnisse können die Systemmaterialkosten und Betriebskosten erhöhen.

[0005] Existierende Zweibrennstoffdüsen führen einen Brennstoff durch einen zentralen Düsenabschnitt und einen weiteren Brennstoff durch einen äusseren Kanalabschnitt, der sich um den zentralen Düsenabschnitt herum erstreckt. Beide Brennstoffe treten dann aus einem Auslassabschnitt der Düse in eine Brennkammer ein, mischen sich und werden entzündet. Wenn nur ein Brennstoff verwendet wird, ist eine Spülluft erforderlich, um einen Rückstrom heisser Verbrennungsprodukte oder Reaktionsgase aus dem Brenner in den zentralen Düsenabschnitt und den äusseren Kanalabschnitt zu verhindern. Typischerweise wird, wenn nur ein Brennstoff verwendet wird, dieser Brennstoff durch den äusseren Kanalabschnitt geführt und Luft durch den zentralen Düsenabschnitt geführt. Die Luftspülung erfordert zusätzliche Komponenten und Verrohrungen für den Brenner. Insbesondere ist ein Verdichter erforderlich, um die Luft für die Spülung zuzuführen, und zusätzliche Rohrleitungen und Ventile sind erforderlich, um zwischen dem zweiten Brennstoff und der Spülluft umzuschalten.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0006] Gemäss einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform enthält eine Zweibrennstoffdüse ein Körperelement mit einem ersten Endabschnitt, der sich zu einem zweiten Endabschnitt hin über einen Zwischenabschnitt erstreckt. Der Zwischenabschnitt enthält einen Aussenwandabschnitt und einen Innenwandabschnitt, wobei der Innenwandabschnitt einen ersten Brennstoffsammelraum definiert. Die Zweibrennstoffdüse enthält auch ein Innendüsenelement, das in dem ersten Brennstoff sammelraum angeordnet ist. Das Innendüsenelement enthält einen ersten Endbereich, der sich zu einem zweiten Endbereich über einen Zwischenbereich erstreckt. Der Zwischenbereich definiert einen zweiten Brennstoffsammelraum. Der zweite Endbereich ist von dem zweiten Endabschnitt des Körperelementes so in Abstand angeordnet, dass er eine Voraustrittszone definiert. Die Voraustrittszone ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie eine Brennstoffvermischung ermöglicht, wenn wenigstens zwei Brennstoffe durch die Zweibrennstoffdüse geleitet werden, und dass sie einen Rückstrom aus einer Brennkammer verhindert, wenn nur ein Brennstoff entweder durch das Körperelement oder das Innendüsenelement geleitet wird.

[0007] Gemäss einem weiteren Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Einspritzen mehrerer Brennstoffe aus einer Zweibrennstoffdüse in eine Brennkammer einer Turbomaschine das Leiten eines ersten Brennstoffes in einen ersten Endbereich eines Körperelementes in Richtung zu einem zweiten Endbereich des Körperelementes, und das Leiten eines zweiten Brennstoffes in einen ersten Endabschnitt eines Innendüsenelementes. Das Innendüsenelement ist in dem Körperelement angeordnet. Das Verfahren beinhaltet auch die Ausgabe des zweiten Brennstoffes aus einem zweiten Endabschnitt des Innendüsenelementes in den ersten Brennstoff, um einen vermischten Brennstoff zu erzeugen, das Führen des vermischten Brennstoffes in eine zwischen dem zweiten Endabschnitt der Innendüse und dem zweiten Endbereich des Körperelementes angeordnete Voraustrittszone und die Ausgabe des gemischten Brennstoffes aus der Zweibrennstoffdüse in die Brennkammer.

[0008] Gemäss noch einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Turbomaschine einen Verdichter, eine Turbine und einen zwischen dem Verdichter und der Turbine in Wirkverbindung eingefügten Brenner. Der Brenner enthält eine Brennkammer. Die Turbomaschine enthält auch eine Zweibrennstoff düse, die an dem Brenner befestigt ist und fluidführend mit der Brennkammer verbunden ist. Die Zweibrennstoffdüse enthält ein Körperelement mit einem ersten Endabschnitt, der sich zu einem zweiten Endabschnitt über einen Zwischenabschnitt erstreckt. Der Zwischenabschnitt enthält einen Aussenwandabschnitt und einen Innenwandabschnitt, wobei der Innenwandabschnitt einen ersten Brennstoffsammelraum definiert. Die Zweibrennstoffdüse enthält auch ein Innendüsenelement, das in dem ersten Brennstoffsammelraum angeordnet ist. Das Innendüsenelement enthält einen ersten Endbereich, der sich zu einem zweiten Endbereich über einen Zwischenbereich erstreckt. Der Zwischenbereich enthält ein dem ersten Brennstoff sammelraum ausgesetztes Aussenwandelement und ein Innenwandelement. Das Innenwandelement definiert ein zweiter Brennstoffsammelraum. Der zweite Endbereich ist von dem zweiten Endabschnitt des Körperelementes so in Abstand angeordnet, dass er eine Voraustrittszone definiert. Die Voraustrittszone ist so konfiguriert und angeordnet, dass sie eine Brennstoffvermischung ermöglicht, wenn wenigstens zwei Brennstoffe durch die Zweibrennstoffdüse geleitet werden, und dass sie einen Rückstrom aus der Brennkammer verhindert, wenn nur ein Brennstoff entweder durch das Körperelement oder das Innendüsenelement geleitet wird.

[0009] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0010] Der als die Erfindung betrachtete Erfindungsgegenstand wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:

[0011] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Turbomaschine mit einer Zweibrennstoffdüse gemäss einer exemplarischen Ausführungsform ist;

[0012] Fig. 2 eine perspektivische Teilquerschnittsansicht der Zweibrennstoffdüse gemäss der exemplarischen Ausführungsform ist;

[0013] Fig. 3 eine Querschnittsseitenansicht der Zweibrennstoffdüse gemäss der exemplarischen Ausführungsform ist;

[0014] Fig. 4 eine Querschnittsseitenansicht der Zweibrennstoffdüse gemäss einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist; und

[0015] Fig. 5 eine Querschnittsseitenansicht der Zweibrennstoffdüse gemäss noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform ist.

[0016] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung, zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0017] In Fig. 1 ist eine gemäss einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaute Turbomaschine insgesamt bei 2 dargestellt. Die Turbomaschine 2 enthält einen Verdichter 4 und mehrere in Umfangsrichtung in Abstand angeordnete Brenner, wovon einer bei 6 dargestellt ist. Der Brenner 6 enthält eine Brennkammer, die heisse Gase an eine Turbine 10 führt, die in Wirkverbindung mit dem Verdichter 4 über eine gemeinsame Verdichter/Turbinen-Welle oder Rotor 12 verbunden ist.

[0018] Im Betrieb strömt Luft durch den Verdichter 4, sodass verdichtete Luft dem Brenner 6 zugeführt wird. Brennstoff wird in die Brennkammer 8 eingeführt, in welcher der Brennstoff mit Luft vermischt und entzündet wird. Verbrennungsgase werden erzeugt und der Turbine 10 zugeführt, in welcher die Wärmeenergie des Gasstromes in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Die Turbine 10 ist drehbar mit der Welle 12 verbunden und treibt diese an. Es dürfte bekannt sein, dass der Begriff «Fluid», wie er hierin verwendet wird, jedes Medium oder Material umfasst, das strömt, aber nicht auf Gas und Luft beschränkt ist. Zusätzlich sollte sich der Begriff «Brennstoff» als alle Gemische von Brennstoffen, Verdünnungen (N2, Dampf, CO2 und dergleichen) und/oder Gemischen von Brennstoffen und Verdünnungen umfassend verstehen.

[0019] Gemäss einer exemplarischen Ausführungsform wird Brennstoff in die Verbrennungskammer 8 durch mehrere Düsen geleitet, wovon eine bei 20 dargestellt ist. Gemäss weiterer Übereinstimmung mit der exemplarischen Ausführungsform stellt die Düse 20 eine Zweibrennstoffdüse dar. Insbesondere spritzt die Düse 20 einen ersten Brennstoff und/oder einen zweiten Brennstoff, wobei die zwei Gasbrennstoffe einen stark unterschiedlichen Energiegehalt haben können, in die Brennkammer 8 ein. Gemäss einem Aspekt der exemplarischen Ausführungsform kann Erdgas der erste Brennstoff und Syngas der zweite Brennstoff sein. Ferner kann der Syngas-Brennstoff eine Kombination von 20%/36%/44% von Erdgas/Wasserstoff/Kohlenmonoxid (NG/H2/CO) sein.

[0020] Wie es am besten in den Fig. 2und 3 dargestellt ist, enthält die Düse 20 ein Körperelement 30 mit einem ersten Endabschnitt 32, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 30 über einen Zwischenabschnitt 34 erstreckt. Der Zwischenabschnitt 34 enthält einen Aussenwandabschnitt 38 und einen Innenwandabschnitt 39, die einen ersten Brennstoffsammelraum 42 definieren, der sich zu einer Innenoberfläche 44 des zweiten Endabschnittes 33 erstreckt. Das Körperelement 30 ist auch mit mehreren an dem zweiten Endabschnitt 33 angeordneten Auslasselementen 46 dargestellt. Wie es nachstehend vollständiger diskutiert wird, leiten die Auslasselemente 46 den ersten Brennstoff in die Brennkammer 8. Oft wird jedoch der erste Brennstoff mit dem zweiten Brennstoff vermischt, der ebenfalls aus den Auslasselementen 46 in einer Weise ausgegeben wird, die nachstehend vollständiger beschrieben wird.

[0021] Die Düse 20 ist auch mit einem Innendüsenelement 52 mit einem ersten Bereich 55 dargestellt, der sich zu einem zweiten Endbereich 56 über einen Zwischenbereich 57 erstreckt. Der Zwischenbereich 57 enthält ein Aussenwandelement 60 und ein Innenwandelement 61, das einen zweiten Brennstoffsammelraum 64 definiert. Gemäss der exemplarischen Ausführungsform ist der zweite Endbereich 56 von dem zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30 in Abstand so angeordnet, dass er eine Voraustrittszone 65 in dem ersten Brennstoffsammelraum 42 definiert. Das Innendüsenelement 52 ist ebenfalls mit mehreren Auslasselementen 66 dargestellt, die auf dem Zwischenbereich 57 angrenzend an den zweiten Endbereich 56 angeordnet sind. Die Auslasselemente 66 erstrecken sich zwischen dem Innenwandelement 61 und Aussenwandelement 60 und stellen einen Durchtritt für die Ausgabe eines zweiten Brennstoffes aus dem zweiten Brennstoffsammelräum 64 in den ersten Brennstoffsammelraum 42 bereit. Insbesondere führen die Auslasselemente 66 den zweiten Brennstoff in einer Richtung, die im Wesentlichen orthogonal, d.h., in etwa 90° in Bezug auf die Längsachse’ der Düse 20 ist. D.h., der zweite Brennstoff tritt aus dem Auslasselement 66 zu dem Innenwandabschnitt 39 des Körperelementes 30 hin nach aussen aus.

[0022] Gemäss weiterer Entsprechung mit der exemplarischen Ausführungsform enthält das Innendüsenelement 52 einen Stützflansch 70 mit einem ersten oder Innenabschnitt 72, der aus dem Zwischenbereich 57 nach aussen zu einem zweiten oder äusseren Abschnitt 73 ragt, der einen Körperabschnitt 75 definiert. Gemäss Darstellung enthält der Körperabschnitt 75 eine erste Oberfläche 80 und eine zweite gegenüberliegende Oberfläche 81. Der Körperabschnitt 75 ist auch mit mehreren ersten Brennstofföffnungen dargestellt, wovon eine bei 85 dargestellt ist, die sich zwischen der ersten Oberfläche 80 und der zweiten Oberfläche 81 erstreckt. Die ersten Brennstoff Öffnungen 85 stellen einen Pfad für die Durchleitung des ersten Brennstoffes aus dem ersten Endabschnitt 32 zu dem zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30 bereit. Zusätzlich ist der Stützflansch 70 mit ersten und zweiten Dichtungselementen 89 und 90 dargestellt, die eine (nicht getrennt bezeichnete) Schnittstellenzone zwischen dem Innendüsenelement 52 und dem Körperelement 30 abdichten. Die ersten und zweiten Dichtungselemente 89 und 90 sind in (nicht getrennt bezeichneten) Nuten angeordnet, die in dem Körperabschnitt 75 ausgebildet sind. Gemäss der dargestellten exemplarischen Ausführungsform platziert der Stützflansch 70 das Innendüsenelement 52 in dem Körperelement 30. Insbesondere platziert der Stützflansch 70 die Innendüse 52 koaxial in dem Körperelement 30 so, dass eine Längsachse des Körperelementes 30 und eine Längsachse des Innendüsenelementes 52 im Wesentlichen identisch sind.

[0023] Bei dieser Anordnung tritt ein erster Brennstoff in die Düse 20 an dem ersten Endabschnitt 32 des Körperelementes 30 ein. Der erste Brennstoff tritt in den ersten Brennstoffsammelraum 42 ein und bewegt sich durch die mehreren im Stützflansch 70 ausgebildeten ersten Brennstofföffnungen 85 zu der Voraustrittszone 65. Ein zweiter Brennstoff tritt in den ersten Endbereich 55 des Innendüsenelementes 52 und in den zweiten Brennstoffsammelraum 64 ein. Der zweite Brennstoff verläuft entlang dem zweiten Brennstoffsammelraum 64 zu dem zweiten Endbereich 56, bevor er durch die Auslasselemente 66 austritt. An diesem Punkt vermischt sich der zweite Brennstoff mit dem ersten Brennstoff in der Voraustrittszone 65, bevor er in die Brennkammer 8 durch das Auslasselement 46 ausgegeben wird. Auf diese Weise stellt die Voraustrittszone 65 eine Mischzone für die ersten und zweiten Brennstoffe bereit. Zusätzlich zur Bereitstellung einer Mischzone dient die Voraustrittszone 65 als ein Puffer zwischen der Brennkammer 8 und dem ersten Brennstoffsammelraum 52. Insbesondere wird in dem Falle, dass kein zweiter Brennstoff verwendet wird, der erste Brennstoff einfach in das Körperelement 30 geleitet, strömt durch den ersten Brennstoffsammelraum 42 zu dem zweiten Endabschnitt 33 und wird durch das Auslasselement 46 hindurch und in die Brennkammer 8 ausgegeben. Die Strömungsdynamik des durch das Auslasselement 46 austretenden ersten Brennstoffes erzeugt einen angemessenen Druck an dem zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30, um alle Verbrennungsgase an einem Eintritt in die Düse 20 zu hindern. Auf diese Weise ist eine Luftspülung durch das Innendüsenelement 52 nicht erforderlich. D.h., da der zweite Endbereich 56 nicht direkt der Brennkammer 8 ausgesetzt ist, besteht keine Notwendigkeit, eine Luftspülung bereitzustellen, um sicherzustellen, dass keine Verbrennungsgase in das Innendüsenelement 52 eintreten. Durch die Erübrigung der Notwendigkeit einer Luftspülung sind auch weitere teure Komponenten, wie z.B. Verdichter und eine zusätzliche Verrohrung nicht mehr erforderlich. Somit erzeugt die vorliegende Erfindung eine vereinfachte Struktur für die Eingabe von zwei Brennstoffen in eine Brennkammer einer Turbomaschine, während gleichzeitig die Verwendung nur eines Brennstoffes ermöglicht wird, ohne zusätzliche teurere Komponenten zur Unterstützung eines Zweibrennstoffeinsatzes zu erfordern.

[0024] Es wird nun auf Fig. 4Bezug genommen, in welcher die gleichen Bezugselemente entsprechende Teile in den entsprechenden Ansichten bei der Beschreibung eines» gemäss einer weiteren exemplarischen Ausführungsform aufgebauten Innendüsenelement es 104 bezeichnen. Gemäss Darstellung enthält das Innendüsenelement 104 einen ersten Endbereich 106, der sich zu einem zweiten Endbereich 110 über einen Zwischenbereich 108 erstreckt. Der Zwischenbereich 108 enthält ein Aussenwandelement 111 und ein Innenwandelement 112, die einen zweiten Brennstoffsammelraum 116 definieren. In ähnlicher Weise, wie bei der vorstehend Beschriebenen ist der zweite Endbereich 107 des Innendüsenelementes 104 von dem zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30 in Abstand angeordnet, um so eine Voraustrittszone 117 zu definieren. Gemäss der dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist das Innendüsenelement 104 auch mit mehreren ersten Auslasselementen 119 dargestellt, die sich zwischen den Innen- und Aussenwandelementen 111 und 112 des Zwischenabschnittes 108 erstrecken, sowie mit mehreren zweiten Auslasselementen 120, die in der Form von Öffnungen dargestellt sind, die sich durch den zweiten Endbereich 107 hindurch erstrecken.

[0025] Wie es am besten in Fig. 5dargestellt ist, in welcher gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den entsprechenden Ansichten bezeichnen, können zusätzlich zu den Öffnungen die mehreren zweiten Auslasselemente 120 die Form von Röhren 130 annehmen, die sich von dem ersten Endbereich 107 zu der Innenoberfläche 44 des Körperelementes 30 erstrecken. Die spezielle Länge, der Durchmesser der Röhren 130, kann abhängig von Kühlungsanforderungen variieren.

[0026] In einer ähnlich Weise, wie der vorstehend Beschriebenen, enthält ein Innendüsenelement 104 einen Stützflansch 128 mit einem ersten oder inneren Abschnitt 131, der von dem Innenbereich 108 zu einem Aussenabschnitt 132 vorsteht, der einen Körperabschnitt 135 definiert. Der Körperabschnitt 135 enthält eine erste Oberfläche 139 und eine zweite tragende Oberfläche 140. Der Körperabschnitt 135 enthält ferner mehrere erste Brennstofföffnungen 143, die sich zwischen ersten und zweiten Oberflächen 139 und 140 erstrecken. Die ersten Brennstofföffnungen 143 stellen einen Durchtrittsweg für einen ersten Brennstoff bereit, der sich in dem ersten Brennstoffsammelraum 32 bewegt, um von einem ersten Endabschnitt 32 zum zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30 überzugehen. Ein Stützflansch 128 enthält auch erste und zweite Dichtungselemente 146 und 147, die eine Dichtung zwischen einem Innendüsenelement 104 und einem Innenwandabschnitt 39 des Körperelementes 30 bereitstellen. Der Stützflansch 128 platziert das Innendüsenelement 104 in dem Körperelement 30. Insbesondere platziert der Stützflansch 128 die Innendüse 104 koaxial in dem Körperelement 30 so, dass eine Längsachse des Körperelementes 30 und eine Längsachse des Innendüsenelementes 104 im Wesentlichen identisch sind.

[0027] Gemäss der dargestellten Ausführungsform tritt der den zweiten Brennstoffsammelraum 116 passierende zweite Brennstoff in die Voraustrittszone 117 sowohl durch die mehreren ersten Auslasselemente 119 als auch die mehreren zweiten Auslasselemente 120 ein. Mit dieser Anordnung führen die mehreren zweiten Auslasselemente 120 den zweiten Brennstoff auf eine (nicht getrennt bezeichnete) Innenoberfläche des zweiten Endabschnittes 33. Auf diese Weise erzeugt der zweite Brennstoff einen Kühleffekt an einem Abschnitt des Körperelementes 30, der den Verbrennungsgasen ausgesetzt ist, um somit eine Gesamtbetriebslänge der Düse 20 zu vergrössern, sowie verschiedene Verbrennungsverbesserungen in der Turbomaschine 2 bereitzustellen. In jedem Falle treten der erste Brennstoff und zweite Brennstoff in die Voraustrittszone 117 ein, bevor sie durch die Ausgabeauslasskammer 46 in die Brennkammer 8 eintreten. Die Voraustrittszone 117 stellt nicht nur eine Vorvermischung für die ersten und zweiten Brennstoffe bereit, sondern dient in einer ähnlichen Weise, wie der vorstehend Beschriebenen, auch als Puffer zwischen der Brennkammer 8 und dem Innendüsenelement 104. D.h., in einer ähnlichen Weise, wie der vorstehend Beschriebenen, verhindert die Voraustrittszone 117, wenn nur ein Brennstoff durch die Düse 20 geführt wird, jeden Rückstrom von Verbrennungsgasen aus der Brennkammer 8 in das Düsenelement 104. Auf diese Weise besteht kein Bedarf, eine konstante Spülluft durch das Innendüsenelement 104 bereitzustellen. Durch die Erübrigung der Notwendigkeit der Luftspülung sind auch weitere teure Komponenten, wie z.B. Verdichter und eine zusätzliche Verrohrung nicht mehr erforderlich. Somit erzeugt die vorliegende Erfindung eine vereinfachte Struktur für die Eingabe von zwei Brennstoffen in eine Brennkammer einer Turbomaschine, während gleichzeitig die Verwendung nur eines Brennstoffes ermöglicht wird, ohne zusätzliche teurere Komponenten zur Unterstützung eines Zweibrennstoffeinsatzes zu erfordern.

[0028] Obwohl die Erfindung detailliert in Verbindung mit nur einer eingeschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es sich ohne weiteres verstehen, dass die Erfindung nicht auf derartige offengelegte Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, sodass sie eine beliebige Anzahl von Varianten, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bisher nicht beschrieben wurden, enthält, die aber dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Zusätzlich dürfte es sich, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demzufolge ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

[0029] Eine Zweibrennstoffdüse 20 enthält ein Körperelement 30 mit einem ersten Endabschnitt 32, der sich zu einem zweiten Endabschnitt 33 über einen Zwischenabschnitt 34 erstreckt. Der Zwischenabschnitt 34 enthält einen Aussenwandabschnitt 36 und einen Innenwandabschnitt 39, wobei der Innenwandabschnitt 39 einen ersten Brennstoffsammelraum 42 definiert. Die Zweibrennstoffdüse enthält auch ein in dem ersten Brennstoffsammelraum 42 angeordnetes Innendüsenelement. Das Innendüsenelement 52 enthält einen ersten Endbereich 55, der sich zu einem zweiten Endbereich 56 über einen Zwischenbereich 57 erstreckt. Der Zwischenbereich 57 definiert einen zweiten Brennstoffsammelraum 64. Der zweite Endbereich 56 ist von dem zweiten Endabschnitt 33 des Körperelementes 30 so in Abstand angeordnet, dass er eine Voraustrittszone 65 definiert.

Bezugszeichenliste

[0030] <tb>2<sep>Turbomaschine <tb>4<sep>Verdichter <tb>6<sep>Brenner <tb>8<sep>Brennkammer <tb>10<sep>Turbine <tb>12<sep>gemeinsame(r) Verdichter/Turbinen-Welle/Rotor <tb>20<sep>Zweibrennstoffdüse <tb>30<sep>Körperelement <tb>32<sep>erster Endabschnitt <tb>33<sep>zweiter Endabschnitt <tb>34<sep>Zwischenabschnitt <tb>38<sep>Aussenwandabschnitt <tb>39<sep>Innenwandabschnitt <tb>42<sep>erster Brennstoffsammelraum <tb>44<sep>Innenoberfläche (30) <tb>46<sep>Auslasselemente <tb>52<sep>Innendüsenelement <tb>55<sep>erster Endbereich <tb>56<sep>zweiter Endbereich <tb>57<sep>Zwischenbereich <tb>60<sep>Aussenwandelement <tb>61<sep>Innenwandelement <tb>64<sep>zweiter Brennstoffsammelraum <tb>65<sep>Voraustrittszone <tb>66<sep>Auslasselemente <tb>70<sep>Stützflansch <tb>72<sep>erster/innerer Abschnitt <tb>73<sep>zweiter/äusserer Abschnitt <tb>75<sep>Körperabschnitt <tb>80<sep>erste Oberfläche <tb>81<sep>zweite Oberfläche <tb>85<sep>mehrere erste Brennstofföffnungen <tb>89<sep>erstes Dichtungselement <tb>90<sep>zweites Dichtungselement <tb>104<sep>Innendüsenelement <tb>106<sep>erster Endbereich <tb>107<sep>zweiter Endbereich <tb>108<sep>Zwischenbereich <tb>III<sep>Aussenwandelement <tb>112<sep>Innenwandelement <tb>116<sep>zweiter Brennstoffsammelraum <tb>117<sep>Voraustrittszone <tb>119<sep>erste Auslasselemente <tb>120<sep>zweite Auslasselemente <tb>128<sep>Stützflansch <tb>131<sep>erster/innerer Abschnitt <tb>132<sep>zweiter/äusserer Abschnitt <tb>135<sep>Körperabschnitt <tb>139<sep>erste Oberfläche <tb>140<sep>zweite Oberfläche <tb>143<sep>erste Brennstofföffnungen <tb>146<sep>erstes Dichtungselement <tb>147<sep>zweites Dichtungselement

Claims (10)

1. Zweibrennstoffdüse (20), aufweisend: ein Körperelement (30) mit einem ersten Endabschnitt (32), der sich über einen Zwischenabschnitt (34) zu einem zweiten Endabschnitt (33) erstreckt, wobei der Zwischenabschnitt (34) einen Aussenwandabschnitt (38) und einen Innenwandabschnitt (39) enthält, wobei der Innenwandabschnitt (39) einen ersten Brennstoffsammelraum (42) definiert; und ein Innendüsenelement (52), das in dem ersten Brennstoffsammelraum (42) angeordnet ist, wobei das Innendüsenelement (52) einen ersten Endbereich (55) enthält, der sich über einen Zwischenbereich (57) zu einem zweiten Endbereich (56) erstreckt, wobei der Zwischenbereich (57) ein dem ersten Brennstoffsammelraum (42) ausgesetztes Aussenwandelement (60) und ein Innenwandelement(61) enthält, wobei das Innenwandelement (61) einen zweiten Brennstoffsammelraum (64) definiert, wobei der zweite Endbereich (56) von dem zweiten Endabschnitt (33) des Körperelementes (30) so in Abstand angeordnet ist, dass er eine Voraustrittszone (65) definiert, wobei die Voraustrittszone (65) so konfiguriert und angeordnet ist, dass sie eine Brennstoffvermischung ermöglicht, wenn wenigstens zwei Brennstoffe durch die Zweibrennstoffdüse geleitet werden, und dass sie eine Rückströmung aus einer Brennkammer verhindert, wenn nur ein Brennstoff entweder durch das Körperelement (30) oder das Innendüsenelement (52) geleitet wird.

2. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 1, wobei das Innendüsenelement (52) einen Stützflansch (128) enthält, wobei der Stützflansch (128) von dem Zwischenabschnitt (57) des Innendüsenelementes (52) nach aussen ragt, und wobei der Stützflansch (128) das Innendüsenelement (52) in dem Körperelement (30) platziert.

3. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 2, ferner aufweisend: wenigstens ein Dichtungselement (146, 147), das zwischen dem Stützflansch (128) und dem Innenwandabschnitt (39) angeordnet ist.

4. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 2, wobei der Stützflansch (128) wenigstens eine Öffnung (143) enthält, wobei die wenigstens eine Öffnung (143) dafür konfiguriert und angeordnet ist, den ersten Brennstoff aus dem ersten Endabschnitt (32) zu dem zweiten Endabschnitt (33) des Körperelementes (30) zu leiten.

5. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 2, wobei der Stützflansch (128) das Innendüsenelement (52) koaxial zu dem Körperelement (30) platziert.

6. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 1, wobei das Innendüsenelement (52) mehrere Auslasselemente (66) enthält, die auf dem Zwischenbereich (57) angrenzend an den zweiten Endbereich (56) angeordnet sind, wobei die Auslasselemente (66) dafür konfiguriert und angeordnet sind, den zweiten Brennstoff in einer Richtung orthogonal in Bezug auf eine Längsachse der Zweibrennstoffdüse (20) zu dem Innenwandabschnitt (39) des Körperelementes (30) zu führen.

7. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 1, wobei das Innendüsenelement (52) mehrere Auslasselemente (66) enthält, die auf dem zweiten Endabschnitt (33) angeordnet sind, wobei die mehreren Auslasselemente (66) dafür konfiguriert und angeordnet sind, den zweiten Brennstoff zu dem zweiten Endabschnitt (33) des Körperelementes (30) zu führen.

8. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 7, wobei das Innendüsenelement (52) mehrere auf dem zweiten Endabschnitt (33) angeordnete erste Auslasselemente (66) und mehrere auf dem zweiten Endabschnitt (33) angeordnete zweite Auslasselemente (120) enthält, wobei die mehreren ersten Auslasselemente (66) dafür konfiguriert und angeordnet sind, einen Brennstoff von dem zweiten Brennstoffsammelraum (64) in eine Richtung im Wesentlichen rechtwinklig zu den mehreren zweiten Auslasselementen (120) zu führen.

9. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 8, wobei die mehreren zweiten Auslasselemente (120) Röhren (130) bilden, die sich von dem zweiten Endabschnitt (33) durch die Voraustrittszone (65) hindurch erstrecken.

10. Zweibrennstoffdüse (20) nach Anspruch 1, wobei der zweite Endabschnitt (33) des Körperelementes (30) wenigstens ein Auslasselement (46) enthält.