CH702175A2

CH702175A2 - Vormischvorrichtung mit Katalysator zur Brennstoffeinspritzung in eine Gasturbine.

Info

Publication number: CH702175A2
Application number: CH01897/10A
Authority: CH
Inventors: Gregory Allen Boardman; David Martin Johnson; Ronald James Chila; Nishant Govindbhai Parsania; Hasan Karim; Joseph Citeno
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2011-05-13
Also published as: JP2011106805A; US8683804B2; DE102010060281A1; US20110113783A1; CN102061997A

Abstract

System aufweisend eine Brennstoffdüse (12), die einen Brennstoffinjektor (162) enthält, der eine Brennstofföffnung (163) und ein Vormischerrohr (52) enthält. Das Vormischerrohr (52) enthält eine um einen Mittenkanal (204) angeordnete Wand (106), mehrere sich durch die Wand (106) in den Mittenkanal (204) erstreckende Luftöffnungen (58) und eine Katalysatorzone (158). Die Katalysatorzone (158) enthält einen innerhalb der Wand (106) entlang dem Mittenkanal (204) angeordneten Katalysator, der dafür konfiguriert ist, eine Reaktion von Brennstoff und Luft zu steigern.

Description

Hintergrund der Erfindung

[0001] Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft eine Gasturbine und insbesondere eine Brennstoffdüse.

[0002] Gasturbinen enthalten einen oder mehrere Brenner, welche verdichtete Luft und Brennstoff aufnehmen und verbrennen, um heisse Verbrennungsgase zu erzeugen. Beispielsweise kann die Gasturbine mehrere Brenner enthalten, die in Umfangsrichtung um die Rotationsachse positioniert sind. Luft- und Brennstoffdrücke in jedem Brenner können sich zyklisch mit der Zeit verändern. Diese Luft- und Brennstoffdruckschwankungen können Druckschwingungen der Verbrennungsgase bei einer speziellen Frequenz auslösen oder bewirken. Diese Luft- und Brennstoffdruckschwankungen können auch Schwankungen in dem Brennstoff/Luft-Verhältnis auslösen oder bewirken, was die Möglichkeit einer Flammenhaltung oder eines Rückschlags erhöht.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0003] Bestimmte dem Schutzumfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechende Ausführungsformen sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen nicht den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken, sondern stattdessen sollen diese Ausführungsformen nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Tatsächlich kann die Erfindung eine Vielfalt von Formen umfassen, die den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ähneln oder sich davon unterscheiden können.

[0004] In einer ersten Ausführungsform enthält ein System eine Brennstoffdüse, die einen Brennstoffinjektor enthält, der eine Brennstofföffnung und ein Vormischerrohr enthält. Das Vormischerrohr enthält eine um einen Mittenkanal angeordnete Wand, mehrere sich durch die Wand in den Mittenkanal erstreckende Luftöffnungen und eine Katalysatorzone. Die Katalysatorzone enthält einen innerhalb der Wand entlang dem Mittenkanal angeordneten Katalysator, der dafür konfiguriert ist, eine Reaktion von Brennstoff und Luft zu steigern.

[0005] In einer zweiten Ausführungsform enthält ein System eine Brennstoffdüse, die einen Brennstoffinjektor enthält, der eine Brennstofföffnung und ein Vormischerrohr enthält. Das Vormischerrohr enthält eine um einen Mittenkanal angeordnete Wand, mehrere sich durch die Wand in den Mittenkanal erstreckende Luftöffnungen und einen Auslassbereich. Der Auslassbereich enthält eine glockenförmige Wand und einen Flammenstabilisator.

[0006] In einer dritten Ausführungsform enthält ein System eine Brennstoffdüse, die einen Brennstoffinjektor enthält, der eine Brennstofföffnung und ein Vormischerrohr enthält. Das Vormischerrohr enthält eine um einen Mittenkanal angeordnete Wand und mehrere sich durch die Wand in den Mittenkanal erstreckende Luftöffnungen. Die mehreren Luftöffnungen enthalten eine erste tropfenförmige Luftöffnung mit ersten und zweiten hintereinander entlang einer Strömungsrichtung durch den Mittenkanal angeordneten Abschnitten, wobei der zweite Abschnitt schmaler als der erste Abschnitt ist und der zweite Abschnitt entlang der Strömungsrichtung länglich ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0007] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, wobei:

[0008] Fig. 1 eine Blockdarstellung eines Turbinensystems mit einer mit einem Brenner verbundenen Brennstoffdüse ist, wobei die Brennstoffdüse dafür konfiguriert ist, Flammenhaltung und Rückschlag gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik zu verringern;

[0009] Fig. 2 eine Seitenschnittansicht des in Fig. 1dargestellten Turbinensystems gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0010] Fig. 3 eine Seitenschnittansicht des in Fig. 1dargestellten Turbinensystems mit einer Brennstoffdüse ist, die mit einer Endabdeckung des Brenners gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik verbunden ist;

[0011] Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 3dargestellten Brennstoffdüse mit einem Satz von Vormischerrohren gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0012] Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0013] Fig. 6 eine perspektivische Explosionsansicht der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0014] Fig. 7 eine Querschnitts-Seitenansicht der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse mit einem Satz von Vormischerrohren gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0015] Fig. 8 eine Seitenansicht eines in Fig. 7dargestellten Vormischerrohrs gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0016] Fig. 9 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohrs entlang der Linie 9-9 von Fig. 8 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0017] Fig. 10 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohrs entlang der Linie 10-10 von Fig. 8 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0018] Fig. 11 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohrs entlang der Linie 11-11 von Fig. 8 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0019] Fig. 12 eine Draufsicht auf eine tropfenförmige Luftöffnung gemäss Darstellung in dem Vormischerrohr von Fig. 8gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0020] Fig. 13 eine Querschnittsansicht der tropfenförmigen Luftöffnung entlang der Linie 13-13 von Fig. 12gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0021] Fig. 14 eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohres gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0022] Fig. 15 eine Teilquerschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohres gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0023] Fig. 16 eine Querschnitts-Seitenansicht des Vormischerrohres entlang der Linie 16-16 von Fig. 15 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0024] Fig. 17 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Vormischerrohres gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0025] Fig. 18 eine Querschnitts-Vorderseitenansicht des Vormischerrohres entlang der Linie 18-18 von Fig. 17gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0026] Fig. 19 eine Schnittansicht eines Flammenstabilisators des in Fig. 17 dargestellten Vormischerrohres gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0027] Fig. 20 eine perspektivische Vorderseitenansicht des Flammenstabilisators von Fig. 19 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist;

[0028] Fig. 21 eine perspektivische Rückseitenansicht des Flammenstabilisators von Fig. 19 gemäss bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Technik ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0029] Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementation in der Beschreibung beschrieben werden. Es dürfte erkennbar sein, dass bei der Entwicklung von jeder derartigen tatsächlichen Implementation wie bei jedem technischen oder konstruktiven Projekt zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers, wie z.B. Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Einschränkungen zu erreichen, welche von einer Implementation zur anderen variieren können. Ferner dürfte erkennbar sein, dass eine derartige Entwicklungsanstrengung komplex und zeitaufwendig sein kann, aber trotzdem hinsichtlich Auslegung, Herstellung und Fertigung für den normalen Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenlegung eine Routineaufgabe wäre.

[0030] Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel «einer, eines, eine», «der, die, das» und «besagter, besagte, besagtes» die Bedeutung haben, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sein können. Die Begriffe «auf-weisend», «enthaltend» und «habend» sollen einschliessend sein und die Bedeutung haben, dass zusätzliche weitere Elemente ausser den aufgelisteten Elementen vorhanden sein können.

[0031] Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung können die Vermischung des Luft/Brennstoff-Gemisches verbessern, die Stabilität des Luft/Brennstoff-Gemisches in dem Mischabschnitt des Brenners verbessern und die Flammenstabilität an dem Düsenauslass verbessern. Vom Brenner ausgelöste Schwingungen können als Druckschwingungen in dem Brenner definiert werden, während der Brennstoff und die Luft eintreten, sich vermischen und in dem Brenner verbrennen. Die vom Brenner ausgelösten Schwingungen können Schwankungen in dem Brennstoff/Luft-Verhältnis bewirken, was das Risiko einer Flammenhaltung oder eines Rückschlags erhöht. Wie nachstehend im Detail diskutiert, können diese vom Brenner ausgelösten Schwingungen erheblich verringert oder minimiert werden, indem stromaufwärts auftretende Druckschwingungen in dem Brennstoff und der Luft verringert werden, die dem Brenner zugeführt werden. Beispielsweise können die stromaufwärts auftretenden Druckschwingungen mittels aussergewöhnlicher Druckausgleichseinrichtungen in den Brennstoffdüsen der Gasturbinen verringert oder minimiert werden. Demzufolge können bestimmte Ausführungsformen einen Teil des Brennstoffs und der Luft in jeder Brennstoffdüse zu einer Vorreaktion bringen, indem sie ein oder mehrere Vormischerrohre mit Luftöffnungen und eine Katalysatorzone, wie z.B. ein Vormischerrohr mit einem innerhalb der Wand entlang dem Mittenkanal angeordneten Katalysator haben. Einige Ausführungsformen können die Strömung des Gemisches durch ein Vormischerrohr mit einem Auslassbereich, der eine glockenförmige Wand und einen Flammenstabilisator enthält, verlangsamen, den Druck in dem Vormischerrohr vor der Verbrennung des Gemisches rückgewinnen und die Flamme verankern. Einige Ausführungsformen können ein oder mehrere Vormischerrohre mit mehreren Luftöffnungen enthalten, wobei die Luftöffnungen eine tropfenförmige Luftöffnung mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt, die nacheinander entlang der Strömungsrichtung durch das Vormischerrohr angeordnet sind, enthalten. Der zweite Abschnitt der tropfenförmigen Öffnung ist schmaler als der erste Abschnitt und entlang der Strömungsrichtung länglich, um die Vermischung des Brennstoffes zu verbessern und um den Drall in dem Vormischerrohr zu erhöhen.

[0032] In den Zeichnungen und zunächst in Fig. 1ist eine Blockdarstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 dargestellt. Die Darstellung enthält eine Brennstoffdüse 12, eine Brennstoffzuführung 14 und einen Brenner 16. Wie dargestellt, führt die Brennstoffzuführung 14 einen flüssigen Brennstoff und/oder Gasbrennstoff, wie z.B. Erdgas, dem Turbinensystem 10 durch die Brennstoffdüse 12 in dem Brenner 16 zu. Wie nachstehend diskutiert, ist die Brennstoffdüse 12 dafür konfiguriert, den Brennstoff mit verdichteter Luft unter Minimierung von dem Brenner ausgelöster Schwingungen einzuspritzen. Der Brenner 16 zündet und verbrennt das Brennstoff/Luft-Gemisch und leitet dann heisses unter Druck stehendes Abgas in eine Turbine 18. Das Abgas passiert Turbinenlaufschaufeln in der Turbine 18 und bringt dadurch die Turbine 18 zur Drehung. Die Verbindung zwischen den Laufschaufeln in der Turbine 18 und der Welle 19 bewirkt wiederum die Drehung der Welle 19, welche auch, wie dargestellt, mit verschiedenen Komponenten in dem gesamten Turbinensystem 10 verbunden ist. Schliesslich kann das Abgas des Verbrennungsprozesses das Turbinensystem 10 über einen Abgasauslass 20 verlassen.

[0033] In einer Ausführungsform des Turbinensystems 10 sind Verdichterleitschaufeln oder Laufschaufeln als Komponenten des Verdichters 22 enthalten. Die Laufschaufeln in dem Verdichter 22 können mit der Welle 19 verbunden sein und drehen sich, sobald die Welle 19 zum Drehen der Turbine 18 angetrieben wird. Der Verdichter 22 kann Luft für das Turbinensystem 10 über einen Lufteinlass 24 ansaugen. Ferner kann die Welle 19 mit einer Last 26 verbunden sein, welche über die Drehung der Welle 19 angetrieben wird. Wie man erkennt, kann die Last 26 jede geeignete Vorrichtung sein, die Energie mittels der Rotationsabgabeleistung des Turbinensystems 10 erzeugen kann, wie z.B. eine Energieerzeugungsanlage oder eine externe mechanische Last. Beispielsweise kann die Last 26 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs usw. beinhalten. Der Lufteinlass 24 saugt Luft 30 über einen geeigneten Mechanismus, wie z.B. einen Kaltlufteinlass, in das Turbinensystem 10 zur anschliessenden Vermischung der Luft 30 mit einer Brennstoffzufuhr 14 mittels der Brennstoffdüse 12 ein. Wie nachstehend im Detail diskutiert, kann von dem Turbinensystem 10 aufgenommene Luft 30 dem Verdichter 22 zugeführt und durch die rotierenden Laufschaufeln zu unter Druck stehender Luft verdichtet werden. Die unter Druck stehende Luft kann dann gemäss Darstellung durch den Pfeil 32 in die Brennstoffdüse 12 eingeführt werden. Die Brennstoffdüse 12 kann dann die unter Druck stehende Luft und den durch das Bezugszeichen 34, dargestellten Brennstoff vermischen, um ein geeignetes Mischverhältnis für die Verbrennung zu erzeugen, z.B. eine Verbrennung, die bewirkt, dass Brennstoff vollständiger verbrennt, um so keinen Brennstoff zu verschwenden oder übermässige Emissionen zu bewirken. Eine Ausführungsform des Turbinensystems 10 enthält bestimmte Strukturen und Komponenten in der Brennstoffdüse 12, um von dem Brenner ausgelöste Schwingungen zu verringern, und dadurch die Leistung zu erhöhen und Emissionen zu verringern.

[0034] Fig. 2 stellt eine Seitenschnittansicht einer Ausführungsform des Turbinensystems 10 dar. Wie dargestellt, enthält die Ausführungsform einen Verdichter 22, welcher mit einer ringförmigen Anordnung von Brennern 16 (z.B. sechs, acht, zehn oder zwölf Brennern 16) verbunden ist. Jeder Brenner 16 enthält wenigstens eine Brennstoffdüse 12 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr), welche ein Luft/Brennstoff-Gemisch einer in jedem Brenner 16 angeordneten Verbrennungszone zuführt. Die Verbrennung des Luft/Brennstoff-Gemisches in den Brennern 16 bewirkt eine Drehung der Leitschaufeln in der Turbine 18, wenn die Abgase zu dem Abgasauslass 20 hin hindurchtreten. Wie es nachstehend detailliert diskutiert wird, enthalten bestimmte Ausführungsformen der Brennstoffdüse 12 eine Vielfalt aussergewöhnlicher Einrichtungen, um die vom Brenner ausgelösten Schwingungen zu verringern, um dadurch die Verbrennung zu verbessern, unerwünschte Abgasemissionen zu verringern und den Brennstoffverbrauch zu verbessern.

[0035] Eine detaillierte Ansicht einer Ausführungsform des in Fig. 2 dargestellten Brenners 16 ist in Fig. 3dargestellt. In der Darstellung ist die Brennstoffdüse 12 an der Endabdeckung 38 an einem Basis- oder Kopfende 39 des Brenners 16 angebracht. Verdichtete Luft und Brennstoff werden durch die Endabdeckung 38 zu der Brennstoffdüse 12 geleitet, welche ein Luft/Brennstoff-Gemisch in den Brenner 16 verteilt. Die Brennstoffdüse 12 nimmt verdichtete Luft aus dem Verdichter 22 über den Strömungspfad um und teilweise durch den Brenner 16 von einem stromabwärts liegenden Ende zu einem stromaufwärts liegenden Ende (z.B. Kopfende 39) des Brenners 16 auf. Insbesondere enthält das Turbinensystem 10 ein Gehäuse 40, welches einen Einsatz 42 und eine Strömungshülse 44 des Brenners 16 umgibt. Die verdichtete Luft tritt zwischen dem Gehäuse 40 und dem Brenner 16 hindurch, bis sie die Strömungshülse 44 erreicht. Nach dem Erreichen der Strömungshülse 44 tritt die verdichtete Luft durch Perforationen in der Strömungshülse 44 hindurch, tritt in einen hohlen ringförmigen Raum zwischen der Strömungshülse 44 und dem Einsatz 42 ein und strömt stromaufwärts zu dem Kopfende 39. Auf diese Weise kühlt die verdichtete Luft den Brenner 16 wirksam vor der Vermischung mit dem Brennstoff zur Verbrennung. Nach Erreichen des Kopfendes 39 strömt die verdichtete Luft in die Brennstoffdüse 12 zur Vermischung mit dem Brennstoff. Die Brennstoffdüse 12 kann wiederum das unter Druck Luft/Brennstoff-Gemisch in den Brenner 16 verteilen, in welchem die Verbrennung des Gemisches erfolgt. Das sich ergebende Abgas strömt durch ein Übergangsstück 48 zu der Turbine 18 und bewirkt dabei eine Drehung der Laufschaufeln der Turbine 18 zusammen mit der Welle 19. Im Allgemeinen verbrennt das Luft/Brennstoff-Gemisch stromabwärts von der Brennstoffdüse 12 in dem Brenner 16. Die Vermischung der Luft- und Brennstoffströme kann von Eigenschaften jedes Stroms, wie z.B. von Brennstoffheizwert, Brennstoffdurchsatz und Temperatur abhängen. Insbesondere kann sich die unter Druck stehende Luft auf einer Temperatur zwischen etwa 333 und 482 °C (650 bis 900 °F) und der Brennstoff bei etwa 21,1 bis 260 °C (70 bis 500 °F) befinden. Wie nachstehend im Detail diskutiert, kann die Brennstoffdüse 12 verschiedene Einrichtungen enthalten, um Druckschwingungen oder Schwankungen in den Luft- und/oder Brennstoffströmen vor der Vermischung in dem Brenner 16 zu verringern, um dadurch erheblich vom Brenner ausgelöste Schwingungen zu verringern.

[0036] Fig. 4 stellt eine perspektivische Ansicht der Brennstoffdüse 12 dar, die in dem Brenner 16 von Fig. 3verwendet werden kann. Die Brennstoffdüse 12 enthält eine Minidüsenkappe 50 mit mehreren Vormischerrohren 52. Erste Fenster 54 können um den Umfang der Minidüsenkappe 50 herum positioniert sein, um einen Luftstrom in die Kappe 50 nahe an einem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 der Kappe 50 zu ermöglichen. Zweite Fenster 56 können ebenfalls um einen Umfang der Minidüsenkappe 50 näher an der Endabdeckung 38 angeordnet sein, um einen zusätzlichen Luftstrom in der Nähe eines stromaufwärts befindlichen Abschnittes 57 der Kappe 50 zu erzeugen. Jedoch kann, wie nachstehend detaillierter diskutiert, die Brennstoffdüse 12 dafür konfiguriert sein, den Luftstrom aus beiden Fenstern 54 und 56 in die Vormischerrohre 52 mit einer grösseren Menge bei dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 als bei dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 zu leiten. Die Anzahl der ersten Fenster 54 und zweiten Fenster 56 kann auf der Basis des gewünschten Luftstroms in die Minidüsenkappe 50 variieren. Beispielsweise können die ersten und zweiten Fenster 54 und 56 jeweils einen Satz von angenähert 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 oder 20 Fenstern aufweisen, die um den Umfang der Minidüsenkappe 50 verteilt sind. Die Grösse und Form dieser Fenster kann jedoch konform zu speziellen Auslegungsüberlegungen eines Brenners 16 konfiguriert sein. Die Minidüsenkappe 50 kann an der Endabdeckung 38 unter Ausbildung einer vollständigen Brennstoffdüsenanordnung 12 befestigt sein.

[0037] Wie nachstehend im Detail diskutiert, vermischen sich Brennstoff und Luft in den Vormischerrohren 52 in einer Druckschwingungen verringernden Weise vor der Einspritzung in den Brenner 16. Luft aus den Fenstern 54 und 56 kann in die Vormischerrohre 52 strömen und sich mit durch die Endabdeckung 38 strömendem Brennstoff vermischen. Der Brennstoff und die Luft können sich bei ihrem Weg entlang der Länge der Vormischerrohre 52 vermischen. Beispielsweise kann jedes Vormischerrohr 52 eine vergrösserte Länge, im Winkel angeordnete Luftöffnungen zum Induzieren eines Dralls und/oder einen nicht perforierten Abschnitt stromabwärts von einem perforierten Abschnitt enthalten. Diese Merkmale können die Verweilzeit des Brennstoffes und der Luft wesentlich erhöhen und Druckschwankungen in dem Vormischerrohr 52 dämpfen. Nach dem Verlassen der Rohre 52 kann das Brennstoff/Luft-Gemisch gezündet werden, was heisses Gas erzeugt, das die Turbine 18 antreibt.

[0038] Fig. 5 präsentiert einen Querschnitt der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse 12. Dieser Querschnitt zeigt die Vormischerrohre 52 in der Minidüsenkappe 50. Wie es in Fig. 5 zu sehen ist, enthält jedes Vormischerrohr 52 mehrere Luftöffnungen 58 entlang der Längsachse des Rohres 52. Diese Luftöffnungen 58 erstrecken sich durch die Wand des Vormischerrohres 52 und leiten Luft aus den Fenstern 54 und 56 in die Vormischerrohre 52. Die Anzahl von Luftöffnungen und die Grösse jeder Luftöffnung können auf der Basis eines gewünschten Luftstroms in jedem Vormischerrohr 52 variieren. Brennstoff kann durch die Endabdeckung 38 eingespritzt werden und sich mit der durch die Luftöffnung 58 eintretenden Luft vermischen. Wiederum können die Position, Ausrichtung und die allgemeine Anordnung der Luftöffnungen 58 so konfiguriert sein, dass sie im Wesentlichen die Verweilzeit erhöhen und die Druckschwingungen in dem Brennstoff und der Luft verringern, um dadurch wiederum die Schwingungen in dem Verbrennungsprozess zu reduzieren, die in dem Brenner 16 stromabwärts von der Brennstoffdüse 12 auftreten. Beispielsweise kann der Prozentsatz der Luftöffnungen 58 in dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 höher als in dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 jedes Vormischerrohres 52 sein. Durch die Luftöffnungen 58 weiter stromaufwärts 57 eintretende Luft wandert über eine grössere Strecke durch das Vormischerrohr 52, während durch die Luftöffnungen 58 weiter stromabwärts 55 eintretende Luft über eine kürzere Strecke durch das Vormischerrohr 52 wandert. In bestimmten Ausführungsformen können die Luftöffnungen 58 in dem stromaufwärts befindlichen Bereich 57 relativ grösser und relativ kleiner in dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 der Vormischerrohre 52 oder umgekehrt sein. Beispielsweise können grössere Luftöffnungen 58 in den stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 zu einem grösseren Prozentsatz eines durch den stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 des Vormischerrohres 52 eintretenden Luftstrom führen, was wiederum zu einer längeren Verweilzeit in dem Vormischerrohr 52 führt. In einigen Ausführungsformen können die Luftöffnungen 58 in einem Winkel angeordnet sein, um einen Drall zu bewirken, um die Vermischung zu verstärken, die Verweilzeit zu verlängern und die Druckschwankungen in der Luft und den Brennstoffströmen durch das Vormischerrohr 52 zu dämpfen. Anschliessend spritzt, nach einer erheblichen Dämpfung der Druckschwingungen in den Brennstoff- und Luftströmen, das Vormischerrohr 52 das Brennstoff/Luft-Gemisch in den Brenner 16 zur Verbrennung ein.

[0039] Fig. 6 ist eine Explosionsansicht der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse 12. Diese Figur zeigt ferner die Konfiguration von Vormischerrohren 52 in der Minidüsenkappe 50. Fig. 6präsentiert auch eine weitere perspektivische Ansicht der ersten Fenster 54 und der zweiten Fenster 56. Zusätzlich veranschaulicht diese Figur die Wege und Strukturen für die Brennstoffzuführung in die Basis jedes Vormischerrohres 52.

[0040] Gasturbinen können mit flüssigem Brennstoff, gasförmigem Brennstoff oder einer Kombination dieser Zwei arbeiten. Die in Fig. 6 dargestellte Brennstoffdüse 12 ermöglicht sowohl Flüssig- als auch Gasbrennstoffströme in die Vormischerrohre 52. Jedoch können weitere Ausführungsformen dafür konfiguriert sein, alleine mit flüssigem Brennstoff oder gasförmigem Brennstoff zu arbeiten. Der gasförmige Brennstoff kann in die Vormischerrohre 52 durch eine Gasinjektorplatte 60 eintreten. Diese Platte 60 enthält gemäss Darstellung mehrere konusförmige Auslassöffnungen 61, die den Vormischerrohren 52 Gas zuführen. Das Gas kann der Gasinjektorplatte 60 durch die Endabdeckung 38 zugeführt werden. Die Endabdeckung 38 kann mehrere Galerien 62 (z.B. ringförmige oder gekrümmt geformte Aussparungen) enthalten, die der Gasinjektorplatte 60 Gas aus einer Brennstoffzuführung 14 zuführen. Die dargestellte Ausführungsform enthält drei Galerien 62, z.B. eine erste Galerie 64, eine zweite Galerie 66 und eine dritte Galerie 68. Die zweite Galerie 66 und dritte Galerie 68 sind in mehrere Bereiche unterteilt. Jedoch können zusammenhängende ringförmige Galerien 66 und 68 in alternativen Ausführungsformen verwendet werden. Die Anzahl der Galerien kann auf der Basis der Konfiguration der Brennstoffdüse 12 variieren. Wie man in dieser Figur sehen kann, sind die Gasauslassöffnungen 61 in zwei konzentrischen Kreisen angeordnet, die eine zentrale Auslassöffnung 61 umgeben. In dieser Konfiguration kann die erste Galerie 64 Gas der zentralen Auslassöffnung 61 zuführen, die zweite Galerie 66 kann Gas dem inneren Kreis der Auslassöffnungen 61 zuführen, und die dritte Galerie 68 kann Gas dem äusseren Kreis der Auslassöffnungen 61 zuführen. Auf diese Weise kann gasförmiger Brennstoff jedem Vormischerrohr 52 zugeführt werden.

[0041] Flüssiger Brennstoff kann den Vormischerrohren 52 durch mehrere Flüssigkeitszerstäuberstifte oder Flüssigbrennstoffpatronen 70 zugeführt werden. Jede Flüssigbrennstoffpatrone 70 kann durch die Endabdeckung 38 und die Gasinjektorplatte 60 hindurchtreten. Wie es nachstehend diskutiert, kann sich die Spitze jeder Flüssigbrennstoffpatrone 70 innerhalb jeder Gasauslassöffnung 61 befinden. In dieser Konfiguration kann sowohl flüssiger als auch gasförmiger Brennstoff in die Vormischerrohre 52 eintreten. Beispielsweise können die Flüssigbrennstoffpatronen 70 zerstäubten flüssigen Brennstoff in jedes Vormischerrohr 52 einspritzen. Diese zerstäubte Flüssigkeit kann sich mit dem eingespritzten Gas und der Luft in den Vormischerrohren 52 vereinen. Das Gemisch kann dann bei seinem Austritt aus der Brennstoffdüse 12 gezündet werden. Ferner kann jede Flüssigbrennstoffpatrone 70 einen Fluidkühlmittel- (z.B. Wasser) -Kanal enthalten, um einen Flüssigkeitsstrahl (z.B. Wasserstrahl) in das Vormischerrohr 52 einzuspritzen. In bestimmten Ausführungsformen können die aussergewöhnlichen Merkmale der Vormischerrohre 52 Druckschwankungen in Fluidzuführungen, welche Luft, Gasbrennstoff, flüssigen Brennstoff, flüssiges Kühlmittel, z.B. Wasser oder irgendeine Kombination beinhalten, erheblich reduzieren. Beispielsweise können die Luftöffnungen 58 in den Vormischerrohren 52 dafür konfiguriert sein, den Gasbrennstoff, Flüssigbrennstoff und/oder flüssiges Kühlmittel (z.B. Wasser) in einer Weise auftreffen zu lassen, welche die Vermischung steigert, die Verweilzeit verlängert und Druckschwankungen vor der Einspritzung des Gemisches in den Brenner 16 dämpft.

[0042] Fig. 7 stellt einen Querschnitt der in Fig. 4dargestellten Brennstoffdüse 12 dar. Wie vorstehend diskutiert, kann Luft in die Minidüsenkappe 50 durch die ersten Fenster 54 und zweiten Fenster 56 eintreten. Diese Figur stellt den Weg der Luft durch die Fenster 54 und 56 zu den Luftöffnungen 58, durch die Luftöffnungen 58 hindurch und in Längsrichtung entlang der Vormischerrohre 52 dar. Die ersten Fenster 54 leiten Luft in den stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 der Minidüsenkappe 50, um eine Kühlung zu ermöglichen, bevor die Luft in die Vormischerrohre 52 bei dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 eintritt. Mit anderen Worten, der Luftstrom verläuft entlang einer Aussenseite der Vormischerrohre 52 in einer Stromaufwärtsrichtung 59 von dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 zu dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57, bevor er durch die Luftöffnungen 58 in die Vormischerrohre 52 eintritt. Auf diese Weise kühlt der Luftstrom 59 die Brennstoffdüse 12 und insbesondere die Vormischerrohre 52 im Wesentlichen mit grösserer Effektivität in dem stromabwärts liegenden Abschnitt 55 unmittelbar bei den heissen Verbrennungsprodukten in dem Brenner 16. Die zweiten Fenster 56 ermöglichen einen Luftstrom in die Vormischerrohre 52 näher an den oder direkt in die Luftöffnungen 58 bei dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 der Vormischerrohre 52. Nur zwei von den ersten Fenstern 54 und den zweiten Fenstern 56 sind in Fig. 7dargestellt. Jedoch können, wie es am besten in Fig. 4 zu sehen ist, diese Fenster 54 und 56 um den gesamten Umfang der Minidüsenkappe 50 herum angeordnet sein.

[0043] In das erste Fenster 54 eintretende Luft kann zu den stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 der Minidüsenkappe 5C durch eine Führungs- oder Kühlungsplatte 72 geleitet werden. Wie man in Fig. 7 sehen kann, verteilt die Brennstoffdüse 17 dem Luftstrom aus dem ersten Fenster 54 sowohl quer als auch parallel zu der Längsachse der Brennstoffdüse 12, indem sie beispielsweise den Luftstrom quer um alle Vormischerrohre 52 und in Längsrichtung in der Stromaufwärtsrichtung 59 zu den Luftöffnungen 58 verteilt. Der Luftstrom 59 aus den Fenster 54 vereint sich schliesslich mit dem Luftstrom aus den Fenstern 56, während die Luftströme durch die Luftöffnungen 58 in den Vormischerrohren 52 hindurchtreten. Wie vorstehend angemerkt, kühlt der Luftstrom 59 aus den Fenstern 54 die Brennstoffdüse 12 im Wesentlichen in dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55. Somit kann aufgrund der heissen Verbrennungsprodukte in der Nähe des stromabwärts befindlichen Abschnittes 55 der Luftstrom 59 aus den Fenstern 54 um angenähert 27,8 °C bis 55,6 °C (50 °F bis 100 °F) wärmer als der Luftstrom aus den zweiten Fenstern 56 sein. Daher kann die Vermischung der Luft aus jeder Quelle dazu beitragen, die Temperatur der in die Vormischerrohre 52 eintretenden Luft zu verringern.

[0044] Die ersten Fenster 54 in der vorliegenden Ausführungsform sind angenähert doppelt so gross wie die zweiten Fenster 56. Diese Konfiguration kann sicherstellen, dass die Rückseite der Minidüsenkappe 50 ausreichend gekühlt wird, während gleichzeitig die in die Vormischerrohre 52 eintretende Temperatur der Luft verringert wird. Das Fenstergrös-senverhältnis kann jedoch auf der Basis spezieller Auslegungsüberlegungen der Brennstoffdüse 12 variieren. Ferner können zusätzliche Sätze von Fenstern in weiteren Ausführungsformen verwendet werden.

[0045] Die (mit Pfeilen dargestellten) kombinierten Luftströme treten in die Vormischerrohre 52 durch Luftöffnungen 58 ein, die entlang einem perforierten Bereich 74 der Rohre 52 angeordnet sind. Wie vorstehend diskutiert, können Brennstoffinjektoren Gasbrennstoff, Flüssigbrennstoff, Flüssigkühlmittel (z.B. Wasser) oder Kombinationen davon in die Vormischerrohre 52 einspritzen. Die in Fig. 7dargestellte Konfiguration spritzt sowohl Gas- als auch Flüssigbrennstoffe ein. Gas kann durch die Galerien 62 geliefert werden, welche direkt unterhalb der Injektorplatte 60 in der Endabdeckung 38 angeordnet sind. Dieselbe wie die in Fig. 6 dargestellte Drei-Galerien-Konfiguration wird in dieser Ausführungsform verwendet. Die erste Galerie 64 befindet sich unter dem mittigen Vormischerrohr 52. Die zweite Galerie 66 umgibt die erste Galerie 64 in einer koaxialen oder konzentrischen Anordnung und liefert Gas an die nächsten äusseren Vormischerrohre 52. Die dritte Galerie 68 umgibt die zweite Galerie 66 in einer koaxialen oder konzentrischen Anordnung und liefert Gas an die äusseren Vormischerrohre 52. Gas kann in die Vormischerrohre 52 durch die Gasöffnungen 61 eingespritzt werden. In ähnlicher Weise kann Flüssigkeit durch Flüssigbrennstoffpatronen 70 eingespritzt werden. Die Flüssigbrennstoffpatronen 70 können flüssigen Brennstoff (und auch optional flüssiges Kühlmittel) bei einem Druck einspritzen, der für die Auslösung einer Zerstäubung oder der Ausbildung flüssiger Brennstofftröpfchen ausreicht. Der Flüssigbrennstoff kann sich mit dem Gasbrennstoff und der Luft in dem perforierten Bereich 74 der Vormischerrohre 52 vereinen. Eine zusätzliche Vermischung des Brennstoffs und der Luft kann weiter in einem nicht perforierten Bereich 76 stromabwärts von dem perforierten Bereich 74 stattfinden.

[0046] Die Kombination dieser zwei Bereiche 74 und 76 kann sicherstellen, dass eine ausreichende Vermischung von Brennstoff und Luft vor der Verbrennung erfolgt. Beispielsweise zwingt der nicht perforierte Bereich 76 den Luftstrom 59 weiter stromaufwärts zu dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 zu strömen und verlängert dadurch den Strömungspfad und die Verweilzeit aller Luftströme, welche durch die Vormischerrohre 52 hindurchtreten. An dem stromaufwärts befindlichen Abschnitt 57 treten die Luftströme sowohl aus den stromabwärts befindlichen Fenstern 54 als auch den stromaufwärts befindlichen Fenstern 56 durch die Luftöffnungen 58 in den perforierten Bereich 74 ein und wandern dann in einer Stromabwärtsrichtung 63 durch die Vormischerrohre 52, bis sie in den Brenner 16 austreten. Wiederum ist der Ausschluss von Luftöffnungen 58 in dem nicht perforierten Bereich 76 dafür konfiguriert, die Verweilzeit der Luftströme in den Vormischerrohren 52 zu verlängern, da der nicht-perforierte Bereich 76 grundsätzlich den Eintritt der Luftströme in die Vormischerrohre 52 blockiert und die Luftströme zu den Luftströmen 58 in den stromaufwärts befindlichen perforierten Bereich 74 führt. Ferner verbessert die stromaufwärts befindliche Positionierung der Luftöffnungen 58 die Brennstoff/Luft-Vermischung weiter stromaufwärts 57, um dadurch eine längere Zeit für die Vermischung von Brennstoff und Luft vor der Einspritzung in den Brenner 16 zu erzeugen. Ebenso verringert die stromaufwärts befindliche Positionierung der Luftöffnungen 58 erheblich die Druckschwingungen in den Fluidströmen (z.B. in dem Luftstrom, Gasstrom, Flüssigbrennstoff ström und Flüssigkühlmittelstrom), da die Luftöffnungen Querströme erzeugen, um die Vermischung mit einer grösseren Verweilzeit zu verbessern, um den Druck auszumitteln.

[0047] Der durch die Galerien 62 strömende gasförmige Brennstoff kann auch zur Isolation der Flüssigbrennstoffpa-tronen 70 dienen und sicherstellen, dass die Flüssigbrennstofftemperatur niedrig genug bleibt, um die Möglichkeit einer Verkokung zu verringern. Verkokung ist ein Zustand, bei dem sich Brennstoff unter Ausbildung von Kohlenstoffpartikeln aufzuspalten beginnt. Diese Partikel können an den Innenwänden der Flüssigbrennstoffpatronen 70 anhaften. Mit der Zeit können sich die Partikel von den Wänden lösen und die Spitze der Flüssigbrennstoffpatrone 70 verstopfen. Die Temperatur, bei welcher Verkokung auftritt, variiert abhängig von dem Brennstoff. Jedoch kann für typische Flüssigbrennstoffe eine Verkokung bei Temperaturen von grösser als angenähert 93, 104, 116, 127, 138 °C (200, 220, 240, 260 oder 280 °F) auftreten. Wie man in Fig. 7 sehen kann, sind die Flüssigbrennstoffpatronen 70 in den Galerien 62 und Gasauslassöffnungen 61 angeordnet. Daher können die Flüssigbrennstoffpatronen 70 vollständig von strömendem Gas umgeben sein. Dieses Gas kann dazu dienen, den Flüssigbrennstoff in den Flüssigbrennstoffpatronen 70 kühl zu halten, um die Möglichkeit einer Verkokung zu verringern.

[0048] Nachdem der Brennstoff und die Luft geeignet in den Vormischerrohren 52 vermischt worden sind, kann das Gemisch gezündet werden, was zu einer Flamme 78 stromabwärts von dem stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 jedes Vormischerrohres 52 führt. Wie vorstehend diskutiert, erhitzt die Flamme 78 die Brennstoffdüse 12 aufgrund der relativ nahen Lage des stromabwärts befindlichen Abschnittes 55 der Minidüsenkappe 50. Daher strömt, wie vorstehend diskutiert, Luft aus den ersten Fenstern 54 durch den stromabwärts befindlichen Abschnitt 55 der Minidüsenkappe 50, um die Kappe 50 der Brennstoffdüse 12 erheblich zu kühlen.

[0049] Die Anzahl von in Betrieb befindlichen Vormischerrohren 52 kann auf der Basis einer gewünschten Turbinensystemausgangsleistung variieren. Beispielsweise kann während eines Normalbetriebs jedes Vormischerrohr 52 in der Minidüsenkappe 50 arbeiten, um eine angemessene Vermischung von Brennstoff und Luft für einen speziellen Turbinenleitungspegel zu erzeugen. Wenn jedoch das Turbinensystem 10 in einen Absenkbetrieb eintritt, kann die Anzahl der funktionierenden Vormischerrohre 52 abnehmen. Wenn eine Turbine in einen Absenk- oder Niedrigleistungsbetrieb eintritt, kann der Brennstoffstrom zu den Brennern 16 bis zu einem Punkt abnehmen, an welchem die Flamme 78 erlöscht. Ebenso kann unter Niederlastbedingungen die Temperatur der Flamme 78 abnehmen, was zu erhöhten Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) führt. Um die Flamme 78 aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass das Turbinensystem 10 in annehmbaren Emissionsgrenzen arbeitet, kann die Anzahl von Vormischerrohren 52, die in einer Brennstoffdüse 12 arbeiten, abnehmen. Beispielsweise kann der äussere Ring der Vormischerrohre 52 deaktiviert werden, indem der Brennstoffström zu den äusseren Flüssigbrennstoffpatronen 70 unterbrochen wird. Ebenso kann der Strom von gasförmigem Brennstoff zu der dritten Galerie 68 unterbrochen werden. Auf diese Weise kann die Anzahl der in Betrieb befindlichen Vormischerrohre 52 verringert werden. Demzufolge kann die von den restlichen Vormischerrohren 52 erzeugte Flamme 78 auf einer ausreichenden Temperatur gehalten werden, um sicherzustellen, dass sie nicht erlischt und dass die Emissionspegel innerhalb zulässiger Parameter liegen.

[0050] Zusätzlich kann die Anzahl der Vormischerrohre 52 in jeder Minidüsenkappe 50 auf der Basis von Auslegungsüberlegungen des Turbinensystems 10 variieren. Beispielsweise können grössere Turbinensysteme 10 eine grössere Anzahl von Vormischerrohren 52 in jeder Brennstoffdüse 12 verwenden. Obwohl die Anzahl der Vormischerrohre 52 variieren kann, kann die Grösse und Form der Minidüsenkappe 50 für jede Anwendung dieselbe sein. Mit anderen Worten, Turbinensysteme 10, welche höhere Brennstoffdurchsätze verwenden, können Minidüsenkappen 50 mit einer höheren Dichte von Vormischerrohren 52 verwenden. Auf diese Weise können Baukosten des Turbinensystems 10 verringert werden, da eine gemeinsame Minidüsenkappe 50 für die meisten Turbinensysteme 10 verwendet werden kann, während die Anzahl von Vormischerrohren 52 in jeder Kappe 50 variieren kann. Dieses Herstellungsverfahren kann kostengünstiger sein, als spezielle Brennstoffdüsen 12 für jede Anwendung auszulegen.

[0051] Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines Vormischerrohres 52, das in der Brennstoffdüse 12 von Fig. 4 verwendet werden kann. Wie man in Fig. 8sehen kann, ist das Vormischerrohr 52 in den perforierten Bereich 74 und den nicht perforierten Bereich 76 unterteilt. In der dargestellten Ausführungsform ist der perforierte Bereich 74 stromaufwärts von dem nicht perforierten Bereich 76 angeordnet. In dieser Konfiguration kann sich in die Luftöffnungen 58 strömende Luft mit Brennstoff vermischen, der durch die Basis der Vormischerrohre 52 über einen (nicht dargestellten) Brennstoffinjektor eintritt. Der sich mischende Brennstoff und die Luft können dann in den nicht perforierten Bereich 76 übergehen, wo eine zusätzliche Vermischung erfolgen kann.

[0052] Luft- und Brennstoffdrücke schwanken typischerweise in einer Gasturbine. Diese Schwankungen können Brennerschwingungen bei einer speziellen Frequenz auslösen. Wenn diese Frequenz einer Eigenfrequenz eines Teils oder Subsystems in der Turbine entspricht, kann sich ein Schaden an diesem Teil oder der gesamten Turbine ergeben. Eine Erhöhung der Verweilzeit von Luft und Brennstoff in dem Mischabschnitt des Brenners 16 kann von dem Brenner ausgelöste Schwingungen verringern. Beispielsweise kann, wenn der Luftdruck mit der Zeit schwankt, eine längere Brennstofftröpfchen-Verweilzeit ermöglichen, dass sich Luftdruckschwankungen ausmitteln. Insbesondere kann, wenn das Tröpfchen wenigstens einen vollständigen Zyklus einer Luftdruckschwankung vor der Verbrennung erfährt, das Mischverhältnis dieses Tröpfchens im Wesentlichen ähnlich dem anderer Tröpfchen in dem Brennstoffström sein. Die Aufrechterhaltung eines im Wesentlichen konstanten Mischverhältnisses kann vom Brenner ausgelöste Schwingungen verringern.

[0053] Die Verweilzeit kann durch Vergrössern der Länge des Mischabschnittes des Brenners 16 verlängert werden. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Mischabschnitt des Brenners 16 den Vormischerrohren 52. Daher ist, je länger die Vormischerrohre 52 sind, die Verweilzeit sowohl für Luft als auch Brennstoff länger. Beispielsweise kann das Längen/Durchmesser-Verhältnis jedes Rohres 52 wenigstens grösser als angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50 sein.

[0054] Der nicht perforierte Abschnitt 76 kann zum Vergrössern der Länge des Vormischerrohres 52 dienen, ohne eine zusätzliche Vermischung von Luft mit dem Brennstoff zu zulassen. In dieser Konfiguration können sich die Luft und der Brennstoff weiter vermischen, nachdem die Luft durch die Luftöffnungen 58 eingespritzt worden ist, und somit vom Brenner ausgelöste Schwingungen verringern. In bestimmten Ausführungsformen kann die Länge des perforierten Bereichs 74 in Bezug auf die Länge des nicht perforierten Bereichs 76 wenigstens grösser als angenähert 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5 oder 10 oder umgekehrt sein. In einer Ausführungsform kann die Länge des perforierten Bereichs 74 angenähert 80% der Länge des Vormischerrohres 52 sein, während die Länge des nicht perforierten Bereiches 76 angenähert 20% der Länge des Rohres 52 sein kann. Jedoch können die Längenverhältnisse oder Prozentsätze zwischen diesen Bereichen 74 und 76 abhängig von den Durchsätzen und anderen Auslegungsüberlegungen variieren. Beispielsweise kann jeder nicht perforierte Abschnitt 76 eine Länge in einem Bereich von etwa 15% bis 35% der Länge des Vormischerrohres 52 haben, um die Mischzeit zu verlängern und die vom Brenner ausgelösten Schwingungen zu verringern.

[0055] Die Verweilzeit kann auch verlängert werden, indem die effektive Pfadlänge der Fluidströme (z.B. Brennstofftröpfchen) durch den Mittenkanal der Vormischerrohre 52 verlängert wird. Insbesondere kann Luft in die Vormischerrohre 52 in einer Drallbewegung eingespritzt werden. Diese Drallbewegung kann die Tröpfchen veranlassen, durch die Vormischerrohre 52 entlang einem nicht geradlinigen Weg (z.B. einem zufälligen Weg oder spiralförmigen Weg) zu wandern, und dadurch die Tröpfchenpfadlänge wirksam verlängern. Der Drallanteil kann auf der Basis der gewünschten Verweilzeit variieren.

[0056] Ein radialer Einstromdrall kann auch dazu dienen, die flüssigen Brennstofftröpfchen von den Innenwänden der Vormischerrohre 52 entfernt zu halten. Wenn die flüssigen Tröpfchen an den Wänden anhaften, können sie für eine längere Zeitdauer in den Rohren 52 verbleiben, was die Verbrennung verzögert. Daher kann eine Sicherstellung, dass die Tröpfchen korrekt die Vormischerrohre 52 verlassen, den Wirkungsgrad des Turbinensystems 10 steigern.

[0057] Zusätzlich kann eine Drallluft in den Vormischerrohren 52 die Zerstäubung der Flüssigbrennstofftröpfchen verbessern. Die Drallluft kann die Tröpfchenausbildung verbessern und die Tröpfchen im Wesentlichen gleichmässig durch das gesamte Vormischerrohr 52 verteilen. Demzufolge kann der Wirkungsgrad des Turbinensystems 10 weiter verbessert werden.

[0058] Wie vorstehend diskutiert, kann Luft in die Vormischerrohre 52 durch Luftöffnungen 58 eintreten. Diese Luftöffnungen 58 können in einer Reihe konzentrischer Kreise an unterschiedlichen axialen Positionen entlang der Länge der Vormischerrohre 52 angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann jeder konzentrische Kreis 24 Luftöffnungen haben, wobei der Durchmesser jeder Luftöffnung angenähert 1,27 mm (0,05 inches) ist. Die Anzahl und Grösse der Luftöffnungen 58 kann variieren. Beispielsweise können Vormischerrohre 52 grosse tropfenförmige Öffnungen 77 haben, die dafür konfiguriert sind, eine verbesserte Luftdurchdringung und Vermischung zu erzeugen. Zusätzlich können mittelgrosse geschlitzte Luftöffnungen 79 zu dem stromabwärts befindlichen Ende der Vormischerrohre 52 hin angeordnet sein, um einen hohen Drallgrad zu erzeugen. Die Luftöffnungen 58 können in einem Winkel entlang einer Ebene senkrecht zu der Längsachse der Vormischerrohre 52 angeordnet sein. Die im Winkel angeordneten Luftöffnungen 58 können einen Drall induzieren, dessen Grösse von dem Winkel jeder Luftöffnung 58 abhängig sein kann.

[0059] Fig. 9, 10 und 11sind vereinfachte Querschnittsansichten des Vormischerrohres 52 entlang Linien 9-9, 10-10 und 11-11 von Fig. 8, die ferner im Winkel angeordnete Ausrichtungen der Luftöffnungen 58 an unterschiedlichen axialen Positionen entlang der Länge des Rohres 52 veranschaulichen. Beispielsweise ist ein Winkel 80 zwischen den Luftöffnungen 58 und der radialen Achse 81 in Fig. 9 dargestellt. In ähnlicher Weise ist ein Winkel 82 zwischen den Luftöffnungen 58 und der radialen Achse 83 in Fig. 10dargestellt. Die Winkel 80 und 82 können von angenähert 0 bis 90 Grad, 0 bis 60 Grad, 0 bis 45 Grad, 0 bis 30 Grad oder 0 bis 15 Grad reichen. Gemäss einem weiteren Beispiel können die Winkel 80 und 82 angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 oder 45 Grad oder jeder beliebige Winkel dazwischen sein.

[0060] In bestimmten Ausführungsformen kann der Winkel der Luftöffnungen 58 derselbe an jeder durch die Linien 9-9, 10-10 und 11-11 dargestellten Stelle sowie an anderen axialen Positionen entlang der Länge des Rohres 52 sein. Jedoch kann in der dargestellten Ausführungsform der Winkel der Luftöffnungen 58 entlang der Länge des Rohres 52 variieren. Beispielsweise kann der Winkel allmählich zunehmen, abnehmen, in der Richtung wechseln oder eine Kombination davon sein. Beispielsweise ist der Winkel 80 der in Fig. 9dargestellten Luftöffnungen 58 grösser als der Winkel 82 der in Fig. 10dargestellten Luftöffnungen 58. Daher kann der durch die Luftöffnungen 58 in Fig. 9induzierte Drallgrad grösser als der durch die Öffnungen 58 in Fig. 10 induzierte Drallgrad sein.

[0061] Der Drallgrad kann entlang der Länge des perforierten Abschnittes 74 des Vormischerrohres 52 variieren. Das in Fig. 8 dargestellte Vormischerrohr 52 hat keinen Drall in dem unteren Abschnitt des perforierten Bereiches 74, einen moderierten Drallanteil in dem mittleren Abschnitt und einen hohen Drallgrad in dem oberen Abschnitt. Diese Drallgrade sind in den Fig. 11, 10bzw. 9 zu sehen. In dieser Ausführungsform nimmt der Drallgrad zu, während der Brennstoff in der Stromabwärtsrichtung durch das Vormischerrohr 52 strömt.

[0062] In weiteren Ausführungsformen kann der Drallgrad entlang der Länge des Vormischerrohres 52 abnehmen. In weiteren Ausführungsformen können Abschnitte des Vormischerrohres 52 der Luft einen Drall in einer Richtung verleihen, während andere Abschnitte der Luft einen Drall in einer im Wesentlichen entgegengesetzten Richtung verleihen können. In ähnlicher Weise können der Drallgrad und die Richtung des Dralls jeweils entlang der Länge des Vormischerrohres 52 variieren.

[0063] In noch einer weiteren Ausführungsform kann Luft sowohl in radialer als auch axialer Richtung geführt werden. Beispielsweise können die Luftöffnungen 58 einen zusammengesetzten Winkel in dem Vormischerrohr 52 ausbilden. Mit anderen Worten, die Luftöffnungen 58 können sowohl in radialer als auch axialer Richtung in einem Winkel angeordnet sein. Beispielsweise kann der axiale Winkel (d.h., der Winkel der Luftöffnungen 58 und der Längsachse 84) von 0 bis 90 Grad 0 bis 60 Grad, 0 bis 45 Grad, 0 bis 30 Grad oder 0 bis 15 Grad reichen. Ferner kann der axiale Winkel zwischen etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 oder 45 Grad oder ein beliebiger Winkel dazwischen sein. In einem zusammengesetzten Winkel angeordnete Luftöffnungen 58 können die Luft veranlassen, sowohl einen Drall in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse des Vormischerrohrs 52 zu zeigen als auch in einer axialen Richtung zu strömen. Die Luft kann entweder stromabwärts mit oder stromaufwärts gegen die Brennstoffströmungsrichtung geleitet werden. Ein Stromabwärtsstrom kann die Zerstäubung verbessern, während ein Stromaufwärtsstrom eine bessere Vermischung des Brennstoffs und der Luft erzeugen kann. Die Grösse und Richtung der axialen Komponente des Luftstroms kann auf der Basis einer axialen Position entlang der Länge des Vormischerrohres 52 variieren.

[0064] Fig. 12 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer tropfenförmig ausgebildeten Luftöffnung 77 des Vormischerrohres 52 gemäss Darstellung in Fig. 8. Die tropfenförmige Luftöffnung 77 enthält einen ersten Abschnitt 96 (d.h., eine grosse Öffnung) und einen zweiten Abschnitt 98 (d.h., eine kleine Öffnung), die nacheinander entlang einer Strömungsrichtung 100 durch den Mittenkanal des Vormischerrohres 52 angeordnet sind. Der zweite Abschnitt 98 ist schmaler als der erste Abschnitt 96, und der zweite Abschnitt 98 ist in der Strömungsrichtung 100 länglich. Beispielsweise kann eine erste Breite 102 des ersten Abschnittes 96 grösser als eine zweite Breite 104 des zweiten Abschnittes 98 um einen Faktor von angenähert 1,5 bis 5, 2 bis 4 oder etwa 3 sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Abschnitt 96 im Wesentlichen eine rund oder oval geformte Öffnung, während der zweite Abschnitt 98 im Wesentlichen eine längliche schlitzförmige Öffnung ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Tropfenformöffnung 77 als eine flügelförmige Öffnung konfiguriert sein, welche allmählich in der Breite von dem ersten Abschnitt 96 zu dem zweiten Abschnitt 98 abnimmt. Wie vorstehend diskutiert, ist die tropfenförmige Öffnung 77 dafür konfiguriert, eine verbesserte Luftdurchdringung und Vermischung zu erzeugen. Insbesondere ist der erste Abschnitt 96 dafür konfiguriert, den Grossteil der Lufteinspritzung zu erzeugen, während der zweite Abschnitt 98 dafür konfiguriert ist, eine Rezirkulation zu verhindern (z.B. eine Zone niedriger Geschwindigkeit) stromabwärts von dem Hauptteil der Lufteinspritzung durch den ersten Abschnitt 96.

[0065] Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht einer Wand 106 des Vormischerrohres 52 entlang der Linie 13-13 von Fig. 12, die einen Betrieb der ersten und zweiten Abschnitte 96 und 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 veranschaulicht. Gemäss Darstellung spritzen die ersten und zweiten Abschnitte 96 und 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 erste und zweite Luftströme 110 und 112 (oder Stromanteile) in den Strom 100 ein, der sich durch den Mittenkanal des Vormischerrohres 52 bewegt. Die ersten und zweiten Luftströme 110 und 112 sind beide in Querrichtung (z.B. rechtwinklig) zu dem Strom 100 ausgerichtet, um dadurch eine Kollision des Stroms 100 mit dem ersten Luftstrom 110 vor dem zweiten Luftstrom 112 zu bewirken. Mit anderen Worten, die tropfenförmige Luftöffnung 77 kann als eine beschrieben werden, die einen tropfenförmigen Luftstrom quer in den Strom 100 ausstösst. Wenn die Öffnung 77 wie ein Flügel geformt ist, kann dann Luftöffnung 77 kann als eine beschrieben werden, die einen flügelförmigen Luftstrom quer in den Strom 100 ausstösst. Unabhängig von der Form trifft der Strom 100 den ersten Luftstrom 110 stromaufwärts vor dem zweiten Luftstrom 112.

[0066] In der dargestellten Ausführungsform haben die ersten und zweiten Luftströme 110 und 112 unterschiedliche Grössen (d.h., Luftdurchsätze) in Korrelation zu der Grösse der ersten und zweiten Abschnitte 96 und 98, wie es durch unterschiedlich grosse Pfeile 110 und 112 angezeigt wird. Beispielsweise kann der erste Luftstrom 110 um einen Faktor von angenähert 1,5 bis 5, 2 bis 4 oder 3 grösser als der zweite Luftstrom 112 sein. Somit ist der erste Abschnitt 96 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 dafür konfiguriert, ein stärkeres Eindringen des Luftstroms 110 durch den ersten Abschnitt 96 in den Strom 100 zu erzeugen, der sich durch den Mittenkanal des Vormischerrohres 52 bewegt, um dadurch die Vermischung von Luft und Brennstoff zu erhöhen. Der zweite Abschnitt 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 erzeugt ein geringeres Eindringen von Luft 112 in den sich durch den Mittenkanal des Vormischerrohres 52 bewegenden Strom 100, um dadurch die Ausbildung einer Rezirkulationszone zu verringern und/oder zu verhindern, und die Möglichkeit einer Flammenhaltung zu verkleinern. Das Fehlen des länglichen zweiten Abschnittes 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 kann die Ausbildung einer Rezirkulationszone stromabwärts von dem ersten Abschnitt 96 ermöglichen, da der erste Luftstrom 110 im Wesentlichen den Strom 110 am Erreichen der Zone unmittelbar stromabwärts von dem ersten Luftstrom 110 hindern könnte. Der zweite Abschnitt 98 initiiert den zweiten Luftstrom 112 in diese Zone, um dadurch einen ausreichenden Luftstrom und eine Vermischung direkt stromabwärts von dem ersten Luftstrom 100 sicherzustellen.

[0067] Fig. 14 ist eine Teilquerschnittsansicht einer Ausführungsform des Vormischerrohres 52, die mehrere tropfenförmige Luftöffnungen 77 veranschaulicht, die hintereinander an unterschiedlichen axialen Positionen angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform ändert sich jede nachfolgende tropfenförmige Luftöffnung 77 in der Gesamtfläche in der Richtung der Strömung 100 entlang dem Verlauf des Vormischerrohres 52 (vergrössert sich). Beispielsweise kann in Bezug auf eine unmittelbar vorhergehende (d.h., stromaufwärts liegende) Öffnung 77 jede nachfolgende tropfenförmige Luftöffnung 77 in der Gesamtfläche um angenähert 5 bis 200%, 10 bis 100% oder 20 bis 50% zunehmen (d.h., inkrementell grösser werden). Gemäss einem weiteren Beispiel kann die inkrementelle Zunahme von einer tropfenförmigen Luftöffnung 77 zur nächsten angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 oder 50% sein. In einigen Ausführungsformen kann das Vormischerrohr 52 mehrere tropfenförmige Luftöffnungen 77 an jeder axialen Position entlang der Richtung des Stroms 100 enthalten, und Öffnungen 77 können axial ausgerichtet oder in Bezug zueinander von einer axialen Position zur nächsten gestaffelt sein. Die inkrementelle Zunahme in der Gesamtfläche jeder tropfenförmigen Luftöffnung 77 kann dafür konfiguriert sein, ein ausreichendes Eindringen von Luft in den Strom 100 auf der Basis des progressiv grösser werdenden Stroms 100 in der Stromabwärtsrichtung zu erzeugen. Mit anderen Worten, unter der Voraussetzung, dass der Strom 100 progressiv in der Grösse in der Stromabwärtsrichtung zunimmt, werden gleich gross geformte tropfenförmige Luftöffnungen 77 in der Stromabwärtsrichtung zunehmend weniger effektiv. Somit können durch Anwendung zunehmend grösser bemessener tropfenförmiger Luftöffnungen 77 in der Stromabwärtsrichtung die Öffnungen 77 in der Lage sein, ein ausreichendes Eindringen in den Strom 100 zum Erhöhen der Brennstoff/Luft-Vermischung zu erzeugen.

[0068] Wie ferner in Fig. 14dargestellt, kann jede tropfenförmige Luftöffnung 77 den zweiten Abschnitt 98 in einem Winkel 122 nicht parallel zu einer Längsachse 126 des Mittenkanals des Vormischerrohres 52 ausrichten. Zusätzlich kann der Strom 100 durch das Vormischerrohr 52 einen Drallstrom 124 enthalten, welcher ebenfalls in dem Winkel 122 nicht parallel zu der Längsachse 126 des Mittenkanals des Vormischerrohres 52 orientiert sein kann. Die Ausrichtung des zweiten Abschnittes 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 zu dem Drallstrom 124 ermöglicht dem zweiten Abschnitt 98, die Ausbildung von Rezirkulationszonen stromabwärts von dem ersten Abschnitt 96 wie vorstehend diskutiert zu verringern oder zu verhindern. Der Winkel 122 des zweiten Abschnittes 98 der tropfenförmigen Luftöffnung 77 in Bezug auf die Längsachse 126 des Mittenkanals des Vormischerrohres 52 kann von angenähert 0 bis 90 Grad, 5 bis 85 Grad, 5 bis 75 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45 Grad, 5 bis 30 Grad oder 5 bis 15 Grad reichen. Gemäss einem weiteren Beispiel kann der Winkel 122 angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 oder 45 Grad oder jeder beliebige Winkel dazwischen sein.

[0069] Fig. 15 ist eine Teilquerschnitts-Vorderansicht einer Ausführungsform des Vormischerrohres 52 von Fig. 8, die eine winklige Ausrichtung der mittelgrossen Schlitzluftöffnungen 79 an dem stromabwärts liegenden Ende der Vormischerrohre 52 darstellt, um einen Drall zu erzeugen. Gemäss Darstellung in Fig. 8können die geschlitzten Zwischengrössen Luftöffnungen 79 versetzt oder entlang der Länge der Vormischerrohre 52 ausgerichtet sein. Wie in Fig. 15dargestellt, kann jede mittelgrosse Schlitzluftöffnung 79 in einem Winkel angeordnet sein, um einen Luftstrom 140 in den Mittenkanal bei einem Winkel 136 aus einer Ebene 138 rechtwinklig zu der Längsachse 126 des Vormischerrohres 52 zu leiten. Der Winkel 136 der mittelgrossen Schlitzluftöffnung 79 (und ihr Luftstrom 140) in Bezug auf die Ebene 138 rechtwinklig zu der Längsachse 126 des Mittenkanals des Vormischerrohres 52 kann von etwa 0 bis 90 Grad, 5 bis 85 Grad, 5 bis 60 Grad, 5 bis 45 Grad, 5 bis 30 Grad oder 5 bis 15 Grad reichen. Gemäss einem weiteren Beispiel kann der Winkel 136 angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 oder 45 Grad oder jeder beliebige Winkel dazwischen sein.

[0070] Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnittes des Vormischerrohres 52 entlang der Linie 16-16 von Fig. 15, welche darstellt, wie eine rechteckige Öffnung 146 der mittelgrossen Schlitzluftöffnung 79 einen Luftstrom 148 entlang einer geraden ebenen Kante 150 in einer Umfangsrichtung um die Längsachse 126 des Vormischerrohres 52 konzentriert. Insbesondere stellen die Pfeile 148 im Wesentlichen gleichmässige Luftströme (z.B. gleiche Luftgeschwindigkeiten) dar, die aus der rechteckigen Öffnung 146 entlang der geraden ebenen Kante 150 austreten. Im scharfen Gegensatz dazu würde eine gekrümmte Kante (z.B. eine runde Öffnung) Luftströme bei unterschiedlichen Positionen entlang der gekrümmten Kante induzieren, und dadurch Luft in einer nicht gleichmässigen Weise einführen. Mit anderen Worten, die rechteckige Öffnung 146 und ihre gerade ebene Kante 150 sind parallel zu der Längsachse 126 des Vormischerrohres 52 orientiert, während die gekrümmte Kante nicht parallel zu der Längsachse 126 wäre. Demzufolge spritzt die mittelgrosse Schlitzluftöffnung 79 den Luftstrom 148 in das Vormischerrohr 52 als eine Luftschicht parallel, jedoch versetzt zu der Längsachse 126 ein, um dadurch eine Drallströmung mit erhöhter Effektivität aufgrund der gleichmässigen Luftströme 148 entlang der geraden ebenen Kante 150 zu induzieren. Wiederum würde, wenn die mittelgrosse Schlitzluftöffnung 79 keine ebene Kante 150, sondern stattdessen eine runde Form 152 enthalten würde, dann der Luftstrom 148 sich in einer Umfangsrichtung (d.h., direkt zu der Längsachse 126 ausgerichtet) konzentrieren. Ähnlich zu der Ausrichtung der tropfenförmigen Luftöffnung 77 zu dem Strom 100 verringert die Ausrichtung der mittelgrossen Schlitzluftöffnung 79 zu dem Strom 100 die Möglichkeit einer Rezirkulationszone (z.B. eines Bereichs niedriger Geschwindigkeit), stromabwärts von der Öffnung 79.

[0071] Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Vormischerrohres 52 einer Brennstoffdüse 12, die einen stromaufwärts befindlichen Brennstoffeinspritzbereich 154, einen stromabwärts befindlichen Flammenstabilisierungsbereich 156, einen Zwischenkatalysatorbereich 158 und einen Zwischenlufteinspritzbereich 160 darstellt. In der dargestellten Ausführungsform enthält der stromaufwärts befindliche Brennstoffeinspritzbereich 154 einen Brennstoffinjektor 162 mit einer oder mehreren Brennstofföffnungen 163, die innerhalb der Wand 106 des Vormischerrohres 52 angeordnet sind. Der Zwischenkatalysatorbereich 158 enthält eine innere Katalysatorzone 164 mit einer Katalysatorstruktur 165, die sich von der Wand 106 aus radial in das Vormischerrohr 52 erstreckt. Der Flammenstabilisierungsbereich 156 enthält eine Auslasszone 166 mit einer glockenförmigen Struktur 167, die konzentrisch um einen Flammenstabilisator 168 herum angeordnet ist, wobei der Flammenstabilisator 168 einen Mittenkörper 170 enthält, der von mehreren Streben 172 gehalten wird, die sich zu der Wand 106 des Vormischerrohres 52 hin erstrecken. Wie nachstehend weiter diskutiert, ist die glockenförmige Struktur 167 eine Kreisringstruktur, die sich zunehmend von einem stromaufwärts befindlichen Endabschnitt (z.B. dem Stromaufwärtsdurchmesser 174) zu einem stromabwärts befindlichen Endabschnitt (z.B. dem Stromabwärtsdurchmesser 176) über eine Länge 178 der glockenförmigen Struktur 167 erweitert. Der Zwischenlufteinspritzbereich 160 enthält mehrere Luftöffnungen 58, um Luft quer zu einer Längsachse 180 des Vormischerrohres 52, z.B. quer zum Strom 182 entlang einem Mittenkanal 181 in das Vormischerrohr 52 einzuspritzen. Wie dargestellt, sind die Luftöffnungen 58 axial zwischen dem Brennstoffinjektor 162 und dem Flammenstabilisator 168 positioniert, während sie auch sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts von der inneren Katalysatorzone 164 positioniert sind. Wie nachstehend diskutiert, ist die innere Katalysatorzone 164 dafür konfiguriert, die Reaktion zwischen Brennstoff und Luft im Inneren des Vormischerrohres 52 zu steigern.

[0072] Brennstoff kann über den Brennstoffinjektor 162 stromaufwärts von der Katalysatorzone 164 eingespritzt werden und sich mit in den Mittenkanal 181 des Vormischerrohres 52 durch mehrere Luftöffnungen 58 eintretender Luft mischen. In einigen Ausführungsformen enthalten die mehreren Luftöffnungen eine stromaufwärts vor der Katalysatorzone 164 angeordnete erste Luftöffnung 58 und eine stromaufwärts von der Katalysatorzone 164 angeordnete zweite Luftöffnung 58. Das Gemisch aus Luft und Brennstoff strömt stromabwärts 182 durch den Mittenkanal 181 des Vormischerrohres 52 und tritt in die Katalysatorzone 164 ein, wo der Katalysator eine Vorreaktion eines Teils von dem Luft/Brennstoff-Gemisch ausführt, um die in dem Brenner 16 erfolgende Verbrennung zu stabilisieren.

[0073] Die Katalysatorzone 164 kann eine Katalysatorbeschichtung aus einem Katalysatormaterial direkt oder indirekt entlang einer Innenoberfläche der Wand 106 des Vormischerrohres 52 enthalten. Beispielsweise kann ein Substratmaterial (z.B. eine Zwischenschicht oder sog. «Washcoat») auf der Innenoberfläche der Wand 106 des Vormischerrohres 52 abgeschieden sein und das Katalysatormaterial kann dann auf dem Substratmaterial abgeschieden sein. In einigen Ausführungsformen kann der Katalysatorzone 164 einen Katalysatoreinsatz des Katalysators enthalten, der entlang einer Innenoberfläche der Wand 106 des Vormischerrohres 52 angeordnet ist, oder die gesamte Wand 106 kann durch den Katalysatoreinsatz in der Katalysatorzone 164 definiert sein. Zusätzlich enthält die dargestellte Ausführungsform der Katalysatorzone 164 die Katalysatorstruktur 165, die sich radial in das Vormischerrohr 52 von der Wand 106 aus erstreckt. Die Katalysatorstruktur 165 kann vollständig aus einem Katalysatormaterial bestehen oder die Katalysatorstruktur 165 kann eine Katalysatorbeschichtung eines Katalysatormaterials entlang einer Oberfläche einer katalysatorlosen Kernstruktur enthalten. In weiteren Ausführungsformen kann die Katalysatorstruktur 165 von einer Innenoberfläche der Wand 106 entlang dem Mittenkanal 181 des Vormischerrohres 52 versetzt sein. Im Wesentlichen stellt der Katalysatorzone 164 ein Katalysatormaterial auf einer ausreichenden Oberfläche zur Verfügung, um eine Vorreaktion des Brennstoffs und der Luft im Inneren des Vormischerrohres 52 zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Katalysatormaterial ein Edelmetall, wie z.B. Gold, Platin, Palladium oder Rhodium, ein Selten-Erde-Metall, wie z.B. Cer oder Lanthan oder andere Metalle wie z.B. Nickel oder Kupfer oder eine beliebige Kombination davon enthalten. Ferner enthält in bestimmten Ausführungsformen der Strom durch die Katalysatorzone 164 ein brennstoffreiches Gemisch von Brennstoff und Luft. Beispielsweise kann das Verhältnis von Brennstoff zu Luft zwischen 1,5 bis 10, 2 bis 8, 3 bis 7 oder 4 bis 6 reichen. In einem weiteren Beispiel kann das Brennstoff/Luft-Verhältnis wenigstens grösser als angenähert 1,5, 2, 3, 4 oder 5 oder jedes beliebige Verhältnis dazwischen sein. Der brennstoffreiche Strom verringert die Möglichkeit einer Selbstzündung oder Flammenhaltung, wenn die axiale Geschwindigkeit relativ niedrig ist.

[0074] Wie ferner in Fig. 17dargestellt, ist die Auslasszone 166 dafür konfiguriert, den Druckauslassverlust zu verringern und die Flamme stromabwärts von dem Vormischerrohr 52 zu stabilisieren. Insbesondere enthält die Auslasszone 166 die glockenförmige Struktur 167 (z.B. ringförmige glockenförmige Wand), welche sich allmählich entlang der Länge 178 von dem stromaufwärts befindlichen Endabschnitt 174 zu dem stromabwärts befindlichen Endabschnitt 176 in der Form einer Glocke aufweitet. Die allmähliche Aufweitung kann in einer nicht linearen Weise entlang der Länge 178 der glockenförmigen Struktur 167 erfolgen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Stromabwärtsdurchmesser 176 mindestens um 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75 oder 100% grösser als der Stromaufwärtsdurchmesser 174 sein. Beispielsweise kann der Stromabwärtsdurchmesser 176 um einen Faktor von angenähert 1,1 bis 10-fach grösser als der Stromaufwärtsdurchmesser 174 sein. Jedoch kann der Faktor zwischen etwa 1 bis 10, 1 bis 5, 1 bis 3, 1 bis 2 oder 1 bis 1,5 variieren. Die Verhältnisse oder Prozentsätze zwischen den Durchmessern 174 und 176 können abhängig von den Durchsätzen und anderen Überlegungen variieren. Die allmähliche Aufweitung aufgrund der glockenförmigen Struktur 167 verringert allmählich die Geschwindigkeit des Stroms 182 des Luft/Brennstoff-Gemisches und ermöglicht dadurch eine Druckerholung und Flammenstabilisierung.

[0075] Innerhalb der glockenförmigen Struktur 167 enthält die Auslasszone 166 auch den Flammenstabilisator 168. In bestimmten Ausführungsformen kann der Flammenstabilisator 168 stromaufwärts und/oder direkt konzentrisch zu einem sich aufweitenden Abschnitt 183 der glockenförmigen Struktur 167 angeordnet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Flammenstabilisator 168 stromaufwärts von dem Erweiterungsabschnitt 183 dargestellt, obwohl er sich noch in der glockenförmigen Struktur 167 befindet. Jedoch kann der Flammenstabilisator 168 in alternativen Ausführungsformen stromabwärts in den Ausdehnungsabschnitt 183 verschoben sein. Gemäss Darstellung enthält der Flammenstabilisator 168 einen äusseren Ring 184, den Mittenkörper 170 und mehrere Streben 172, die sich von dem äusseren Ring 184 zu dem Mittenkörper 170 hin erstrecken. Beispielsweise kann der Mittenkörper 170 eine aerodynamische Struktur oder eine sich erweiternde zylindrische Struktur (z.B. eine konische Struktur) sein, welche sich im Wesentlichen im Durchmesser in der Stromabwärtsrichtung 182 aufweitet. Die mehreren Streben 172 können als radiale Streben oder Stützen beschrieben werden und können 1 bis 20, 2 bis 10, oder 4 bis 6 Streben in bestimmten Ausführungsformen sein. Wie nachstehend im Detail diskutiert, enthält der Mittenkörper 170 einen Mittenkanal 204, der sich axial durch den Mittenkörper 170 von einer stromaufwärts befindlichen zu einer stromabwärts befindlichen Seite erstreckt, und dadurch einen Teil des Stroms 182 in den Bereich direkt stromabwärts von der stromabwärts befindlichen Seite des Mittenkörpers 170 leitet. Auf diese Weise verringert der Mittenkanal 204 die Möglichkeit einer Ausbildung einer Zone niedriger Geschwindigkeit stromabwärts von dem Mittenkörper 170 und verringert somit die Möglichkeit einer Flammenhaltung direkt an dem Mittenkörper 170. Mit anderen Worten, der Mittenkanal 204 kann dazu dienen, die Flamme von dem Mittenkörper 170 weg zu drücken.

[0076] Fig. 18 ist eine Querschnittsvorderansicht des Vormischerrohres 52 entlang der Linie 18-18 von Fig. 17, die eine Ausführungsform der Katalysatorzone 164 mit mehreren Katalysatorstrukturen 165 in dem Mittenkanal 181 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform enthalten die Katalysatorstrukturen 165 mehrere Rippen 194, die sich radial von einer Innenoberfläche 196 der Wand 106 zu der Mittenlängsachse 180 des Vormischerrohres 52 erstrecken. Die Rippen 194 können in Anzahl, Grösse und Form in verschiedenen Ausführungsformen variieren. Jedoch enthält die dargestellte Ausführungsform acht Rippen 194, die zu dem Mittenbereich um die Längsachse 180 hin konvergieren. Diese Rippen 194 können ebene Platten sein, die zu der Längsachse 180 hin ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen können die Rippen 194 vollständig aus einem Katalysatormaterial, wie z.B. einem Edelmetall, bestehen. Jedoch können andere Ausführungsformen der Rippen 194 aus Nicht-Katalysator-Materialien mit einer Katalysatorbeschichtung bestehen. Ferner kann die Innenoberfläche 196 der Wand 106 eine Katalysatorbeschichtung enthalten oder ein Bereich der Wand 106 kann vollständig aus einem Katalysatormaterial bestehen. Beispielsweise kann die Katalysatorzone 164 einen ringförmigen Wandabschnitt mit den Rippen 194 beinhalten, wobei der ringförmige Wandabschnitt und die Rippen 194 vollständig aus einem Katalysatormaterial bestehen. Gemäss einem weiteren Beispiel kann die Katalysatorzone 164 einen ringförmigen Wandbereich mit den Rippen 194 enthalten, wobei der ringförmige Wandbereich und die Rippen 194 aus einem Nicht-Katalysatormaterial mit einer Katalysatorbeschichtung bestehen. Wie vorstehend angemerkt kann das Katalysatormaterial ein Edelmetall, wie z.B. Gold, Platin, Palladium oder Rhodium, ein Selten-Erde-Metall, wie z.B. Cer oder Lanthan oder andere Metalle wie z.B. Nickel oder Kupfer oder eine beliebige Kombination davon enthalten.

[0077] Fig. 19 ist eine aufgeschnittene Querschnittsseitenansicht einer Ausführungsform des Flammenstabilisators 168 entlang der Linie 19-19 von Fig. 17. Wie dargestellt kann der Mittenkörper 170 eine konische Aussenoberflache 198 enthalten, die sich allmählich von einer Stromaufwärtsseite 200 zu einer Stromabwärtsseite 202 des Mittenkörpers 170 aufweitet. Die konische Aussenoberflache 198 kann eine aerodynamische Oberfläche und eine sich ausdehnende zylindrische Oberfläche (z.B. eine konische Oberfläche) sein, welche sich im Wesentlichen im Durchmesser in der Stromabwärtsrichtung 182 von einem Stromaufwärtsdurchmesser 206 zu einem Stromabwärtsdurchmesser 208 entlang einer Länge 210 aufweitet. Beispielsweise kann die konische Aussenoberflache 198 einen Winkel 212 in Bezug auf die Längsachse 180 haben. Zusätzlich ist die konische Aussenoberflache 198 koaxial oder konzentrisch zu dem Mittenkanal 204, welcher sich vollständig durch den Mittenkörper 170 von der Stromaufwärtsseite 200 zu der Stromabwärtsseite 202 erstreckt. Wie vorstehend angemerkt, verringert der Mittenkanal 204 die Möglichkeit von Bereichen geringer Geschwindigkeit und somit einer Flammenhaltung direkt stromabwärts von dem Mittenkörper 170 (d.h., angrenzend an die Stromabwärtsseite 202).

[0078] Gemäss Darstellung in Fig. 19teilt sich der Strom 182 in einen ersten Stromanteil 214 und einen zweiten Stromanteil 216 nach Erreichen des Mittenkörpers 170 des Flammenstabilisators 168 auf. Insbesondere erstreckt sich der erste Stromanteil 214 entlang der konischen Aussenoberflache 198, während sich der zweite Stromanteil 216 durch den Mittenkanal 204 erstreckt. Der erste Stromanteil 214 kühlt (z.B. durch konvektive Aussenkühlung) den Mittenkörper 170 von aussen, während der zweite Stromabschnitt 216 (z.B. durch konvektive Innenkühlung) den Mittenkörper 170 von innen kühlt. Der sich erweiternde Durchmesser der konischen Aussenoberfläche 198 stellt sicher, dass der erste Stromanteil 214 in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche 198 strömt und dadurch die Kühlung steigert und die Möglichkeit von Bereichen niedriger Geschwindigkeit und einer Flammenhaltung entlang der Oberfläche 198 verringert. Der zweite Stromanteil 216 führt den Strom direkt in die Richtung des Bereichs, der ansonsten eine niedrige Geschwindigkeit hätte, stromabwärts von dem Mittenkörper 170 (d.h., direkt stromabwärts von der Stromabwärtsseite 202), um dadurch die Möglichkeit einer Flammenhaltung in unmittelbarer Nähe des Mittenkörpers 170 zu verringern oder zu verhindern. Mit anderen Worten, der Mittenkanal 204 führt den zweiten Stromanteil 216 in einem mittigen Abschnitt der Stromabwärtsseite 202, um dadurch einen stromabwärts gerichteten Strom zu erzeugen, der die Flamme stromabwärts von dem Mittenkörper 170 weiter weg drückt. Somit begrenzt der Mittenkanal 204 die Möglichkeit einer Rezirkulation und legt die Flammenhaltung bei einer gewünschten versetzten Position stromabwärts von dem Mittenkörper 170 fest. In bestimmten Ausführungsformen kann der Mittenkanal 204 in Durchmesser und länge 210 verändert werden, um den Abstand der Flamme stromaufwärts von dem Mittenkörper 170 zu steuern. Beispielsweise kann ein grösserer Durchmesser den Abstand verringern. In bestimmten Ausführungsformen kann der Mittenkörper 170 mehr als einen Kanal 204 (z.B. 1 bis 10 Kanäle) an mittigen und aussermittigen Positionen in Bezug auf die Längsachse 180 haben.

[0079] Der Winkel 212 der abgeschrägten Aussenoberflache 198 des Mittenkörpers 170 in Bezug auf die Längsachse 180, wie durch die parallele Achse 218 dargestellt, beeinflusst die Grenzschicht um den Mittenkörper 170 und die Geschwindigkeit des ersten Stromanteils 214 um den Mittenkörper 170. Beispielsweise kann der Winkel 212 vergrössert werden, um die Grenzschicht des ersten Stromanteils 214 zu verringern, während der Winkel 212 verringert werden kann, um die Grenzschicht des ersten Stromanteils 214 zu vergrössern. In bestimmten Ausführungsformen erhöht das Vormischerrohr 52 allmählich den Strom 182 und die Grösse des Dralls in der Stromabwärtsrichtung 182, um dadurch die Tendenz des Stroms 182 zu erhöhen, sich um den Mittenkörper 170 und durch die glockenförmige Struktur 167 hindurch aufzuweiten. Demzufolge verstärkt der Winkel 212 der konischen Aussenoberflache 198 des Mittenkörpers 170 die Tendenz des Stroms 182, sich in der Stromabwärtsrichtung 182 aufzuweiten und zu diffundieren. In bestimmten Ausführungsformen kann der der Winkel 212 zwischen angenähert 0 bis 90 Grad, 0 bis 60 Grad, 0 bis 45 Grad, 0 bis 30 Grad oder 0 bis 15 Grad reichen. Gemäss einem weiteren Beispiel kann der Winkel 212 angenähert 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 oder 45 Grad oder jeder beliebige Winkel dazwischen sein.

[0080] Der Winkel 212 kann auch unter Bezugnahme auf das Verhältnis des Durchmessers an dem Stromabwärtsende 208 zu dem Durchmesser an dem Stromaufwärtsende 206 des Mittenkörpers 170 definiert sein. Wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser an dem Stromabwärtsende 208 und dem Stromaufwärtsende 206 zunimmt, nimmt der Winkel 212 zu. Das Verhältnis der Durchmesser 206 und 208 beeinflusst auch den Anteil der Blockierung des Stroms 182 durch das Vormischerrohr 52. Eine Vergrösserung des Durchmessers an dem Stromabwärtsende 208 des Mittenkörpers 170 erhöht die Blockierung des Stroms 182, was zu einer besseren Flammenstabilisierung führt, aber den Druckabfall erhöht. Der Durchmesser des Mittenkörpers 170 kann entlang der Länge 210 des Mittenkörpers 170 variieren. Das Verhältnis des Durchmessers an dem Stromabwärtsende 208 zu dem Durchmesser an dem Stromaufwärtsende 206 kann zwischen angenähert 8:1, 6:1, 4:1, 3:1 oder 2:1 variieren. Gemäss einem weiteren Beispiel kann das Verhältnis angenähert 5, 4, 3, 2 oder 1,5 sein. In einigen Ausführungsformen kann der Durchmesser an dem Stromabwärtsende 208 angenähert 50% des Durchmessers an dem Stromaufwärtsende 206 des Mittenkörpers 170 sein.

[0081] Fig. 20 und 21 sind perspektivische Vorderseiten- und Rückseitenansichten einer Ausführungsform des Flammenstabilisators 168 gemäss Darstellung in Fig. 17. In der dargestellten Ausführungsform wird der Mittenkörper 170 in dem Ring 184 durch fünf gleichmässig beabstandete Streben 172 gehalten. Jedoch kann jede beliebige Anzahl, Form und Konfiguration von Streben 172 verwendet werden, um den Mittenkörper 170 in dem Ring 184 zu halten. Die Streben 172 können im Wesentlichen ebene Plattenstrukturen oder aerodynamische Strukturen sein, um den Strömungswiderstand in dem Vormischerrohr 52 zu verringern. In der dargestellten Ausführungsform sind die Streben 172 in einem Winkel zum Induzieren eines oder in Ausrichtung zu einem Drallstrom im Inneren des Vormischerrohres 52 angeordnet. Alternative Ausführungsformen können jedoch die Streben 172 in Ausrichtung zu der Längsachse 180 anordnen. Wie ferner in Fig. 21dargestellt, können die Streben 172 einen Stromaufwärtsabschnitt 220 gefolgt von einem Stromabwärtsabschnitt 222 enthalten, wobei der Stromabwärtsabschnitt 222 in Bezug auf den Stromaufwärtsabschnitt 220 abgeschrägt ist. Die Abschrägung des Stromabwärtsabschnittes 222 kann so konfiguriert sein, dass sie die Aerodynamik verbessert und dadurch den Strömungswiderstand verringert und die Möglichkeit einer Rezirkulation (z.B. Bereiche niedriger Geschwindigkeit und Flammenhaltung) stromabwärts von den Streben 172 vermeidet. Insgesamt ist der Flammenstabilisator 168 dafür konfiguriert, eine integrierte Konvektionskühlung (z.B. intern und extern) bereitzustellen, während gleichzeitig die Flammenposition stromabwärts von dem Mittenkörper 170 gesteuert wird.

[0082] Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschliesslich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschliesslich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.

[0083] In einer ersten Ausführungsform enthält ein System eine Brennstoffdüse 12, die einen Brennstoffinjektor 162 enthält, der eine Brennstofföffnung 163 und ein Vormischerrohr 52 enthält. Das Vormischerrohr 52 enthält eine um einen Mittenkanal 204 angeordnete Wand 106, mehrere sich durch die Wand 106 in den Mittenkanal 204 erstreckende Luftöffnungen 58 und eine Katalysatorzone 158. Die Katalysatorzone 158 enthält einen innerhalb der Wand 106 entlang dem Mittenkanal 204 angeordneten Katalysator, der dafür konfiguriert ist, eine Reaktion von Brennstoff und Luft zu steigern.

Bezugszeichenliste

[0084] <tb>10<sep>Gasturbinensystem <tb>12<sep>Brennstoffdüse <tb>14<sep>Brennstoffzuführung <tb>16<sep>Brenner <tb>18<sep>Turbine <tb>19<sep>Welle <tb>20<sep>Abgasauslass <tb>22<sep>Verdichter <tb>24<sep>Lufteinlass <tb>26<sep>Last <tb>30<sep>Luft <tb>32<sep>Druckluft <tb>34<sep>Druckluft und Brennstoff <tb>38<sep>Endabdeckung <tb>39<sep>Kopfende <tb>40<sep>Gehäuse <tb>42<sep>Einsatz <tb>44<sep>Strömungshülse <tb>48<sep>Übergangsstück <tb>50<sep>Minidüsenkappe <tb>52<sep>Vormischerröhre <tb>54<sep>erste Fenster <tb>55<sep>stromabwärts befindlicher Abschnitt der Kappe <tb>56<sep>zweite Fenster <tb>57<sep>stromaufwärts befindlicher Abschnitt der Kappe <tb>58<sep>Luftöffnungen <tb>59<sep>Luftstrom <tb>60<sep>Gasinjektorplatte <tb>61<sep>konusförmige Auslassöffnungen <tb>62<sep>drei Galerien <tb>63<sep>Stromabwärtsrichtung <tb>64<sep>erste Galerie <tb>66<sep>zweite Galerie <tb>68<sep>dritte Galerie <tb>70<sep>Flüssigbrennstoffpatrone <tb>72<sep>Kühlplatte <tb>74<sep>perforierter Bereich <tb>76<sep>nicht-perforierter Bereich <tb>77<sep>grosse tropfenförmige Luftöffnung <tb>78<sep>Flamme <tb>79<sep>mittelgrossen Schlitzluftöffnungen <tb>80<sep>Winkel <tb>81<sep>radiale Achse <tb>82<sep>Winkel <tb>83<sep>radiale Achse <tb>84<sep>Längsachse <tb>96<sep>erster Abschnitt der tropfenförmigen Luftöffnung <tb>98<sep>zweiter Abschnitt der tropfenförmigen Luftöffnung <tb>100<sep>Luft <tb>102<sep>erste Breite <tb>104<sep>zweite Breite <tb>106<sep>Wand des Vormischerrohres <tb>110<sep>erster Luftstrom <tb>112<sep>zweiter Luftstrom <tb>122<sep>Winkel <tb>124<sep>Drallstrom <tb>126<sep>Längsachse <tb>136<sep>Winkel <tb>138<sep>rechtwinklige Ebene <tb>140<sep>Luftstrom <tb>146<sep>rechtwinklige Öffnung <tb>148<sep>gleichmässiger Luftstrom <tb>150<sep>gerade ebene Kante <tb>152<sep>Kreisform <tb>154<sep>stromaufwärts befindlicher Brennstoffeinspritzbereich <tb>156<sep>Flammenstabilisierungsbereich <tb>158<sep>Zwischen-Katalysatorbereich <tb>160<sep>Zwischen-Lufteinspritzbereich <tb>162<sep>Brennstoffinjektor <tb>163<sep>Brennstofföffnungen <tb>164<sep>innere Katalysatorzone <tb>165<sep>Katalysatorstruktur <tb>166<sep>Auslassbereich <tb>167<sep>glockenförmige Struktur <tb>168<sep>Flammenstabilisator <tb>170<sep>Mittenkörper <tb>172<sep>Streben <tb>174<sep>Durchmesser stromaufwärts <tb>176<sep>Durchmesser stromabwärts <tb>178<sep>Länge der glockenförmigen Struktur <tb>180<sep>Längsachse <tb>182<sep>Strom <tb>183<sep>Aufweitungsabschnitt <tb>184<sep>Aussenring <tb>194<sep>Rippe <tb>196<sep>Innenoberfläche <tb>198<sep>Konische Aussenoberflache <tb>200<sep>Stromaufwärtsseite <tb>202<sep>Stromabwärtsseite <tb>204<sep>Mittenkanal <tb>206<sep>Stromabwärtsdurchmesser <tb>208<sep>Stromaufwärtsdurchmesser

Claims

1. System, aufweisend: eine Brennstoffdüse (12), aufweisend: einen Brennstoffinjektor (162) mit einer Brennstofföffnung (163); und ein Vormischerrohr (52), aufweisend: eine Wand (106), die um einen Mittenkanal (204) herum angeordnet ist; mehrere Luftöffnungen (58), die sich durch die Wand (106) in den Mittenkanal (204) erstrecken; und eine Katalysatorzone (158) mit einem innerhalb der Wand (106) entlang dem Mittenkanal (204) angeordneten Katalysator, wobei der Katalysator dafür konfiguriert ist, eine Reaktion von Brennstoff und Luft zu steigern.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorzone (158) eine Katalysatorbeschichtungsaufbringung des entlang einer Innenoberfläche der Wand (106) angeordneten Katalysators aufweist.

3. System nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorzone (158) einen Katalysatoreinsatz des entlang einer Innenoberfläche der Wand (106) angeordneten Katalysators aufweist.

4. System nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorzone (158) eine von einer Innenoberfläche der Wand (106) entlang dem Mittenkanal (204) entfernt angeordnete Katalysatorstruktur aufweist.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Katalysatorstruktur mehrere Katalysatorrippen (194) aufweist, die sich aus der Innenoberfläche erstrecken.

6. System nach Anspruch 1, wobei der Katalysatorzone (158) ein brennstoffreiches Gemisch des Brennstoffes und der Luft enthält.

7. System nach Anspruch 1, wobei der Katalysator ein Edelmetall aufweist.

8. System nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffinjektor (162) im Inneren des Vormischerrohres (52) stromaufwärts vor der Katalysatorzone (158) angeordnet ist, die mehreren Luftöffnungen (58) eine erste Luftöffnung (58) aufweisen, die stromaufwärts vor der Katalysatorzone (158) angeordnet ist, und die mehreren Luftöffnungen (58) eine zweite Luftöffnung (58) aufweisen, die stromabwärts von der Katalysatorzone (158) angeordnet ist.

9. System nach Anspruch 1, wobei die mehreren Luftöffnungen (58) eine tropfenförmige Luftöffnung (77) mit ersten (96) und zweiten Abschnitten (98) aufweist, die hintereinander entlang einer Strömungsrichtung durch den Mittenkanal (204) angeordnet sind, wobei der zweite Abschnitt (98) schmaler als der erste Abschnitt (96) ist, und der zweite Abschnitt (98) entlang der Strömungsrichtung länglich ist.

10. System nach Anspruch 1, wobei das Vormischerrohr (52) einen Auslass mit einem sich allmählich aufweitenden ringförmigen Abschnitt der Wand (106) hat, der eine Glockenform bildet.