CH703548A2

CH703548A2 - Brennstoffeinspritzkopf mit Oberflächenmerkmalen zur Flammenstabilisierung und Verfahren zur Erzeugung eines Brennstoffeinspritzkopfs.

Info

Publication number: CH703548A2
Application number: CH00965/11A
Authority: CH
Inventors: Jong Ho Uhm; Thomas Edward Johnson; Kwanwoo Kim; Baifang Zuo
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-02-15
Also published as: CN102374535B; JP2012042194A; CN102374535A; JP5802059B2; US20120036856A1; US8511092B2; CH703548B1; DE102011050781A1

Abstract

Ein Brennstoffeinspritzkopf (14) für eine Brennstoffdüse, die in einer Gasturbinenbrennkammer verwendet wird, weist einen im Wesentlichen hohlen Grundkörper (20) auf, der mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche (22), einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche (24) und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand (26) ausgebildet ist. Mehrere Vormischröhren oder -kanäle (28) erstrecken sich axial durch den hohlen Grundkörper und weisen Einlässe (30) an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe (32) an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche auf. Eine Aussenfläche der stromabwärts gelegenen Stirnfläche (24) ist mit dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen (90) ausgebildet, die eine Gesamtoberfläche im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen, planaren stromabwärts gelegenen Stirnfläche steigern.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft allgemein die Gasturbinenverbrennungstechnologie und spezieller einen Brennstoffeinspritzkopf für eine Brennstoffeinspritzdüse, die für eine Wasserstoff reiche Brennstoffverbrennung in einer Gasturbine optimiert ist.

[0002] Die vorliegende Erfindung wurde unter der durch das Ministerium für Energie erteilten Vertragsnr. DE-FC26-05NT42643 mit staatlicher Unterstützung verfasst. Dementsprechend stehen dem Staat gewisse Rechte der Erfindung zu.

Hintergrund zu der Erfindung

[0003] In Verbrennungsprozessen, die Wasserstoffreichen Brennstoff verwenden, werden gewisse herkömmliche Gasturbinenbrennstoffeinspritzdüsen genutzt, um NOx-Emissionen zu vermindern. Diese Düsen weisen einen Einspritzkopf auf, der mehrere dünne Verbrennungsluftröhren oder -kanäle enthält, die zwischen stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Platten eingeschlossen und von einer peripheren Wand umgeben sind, wobei sie einen hohlen Grundkörper bilden, der als ein Brennstoffsammel-raum dient. Die Röhren enthalten in den Wänden der Rohre gewöhnlich mehrere sehr feine, unter einem flachen Winkel stehende Löcher, durch die sich Brennstoff aus dem hohlen Grundkörper in das Innere der Rohre injizieren lässt, wobei der Brennstoff und Luft vor dem Austritt aus den Röhren und dem Eintritt in die Brennkammer vermischt werden. Eine Brennstoffeinspritzdüse dieser Bauart ist in der US-Patentschrift 7007 478 des gleichen Anmelders, ausgegeben am 7. März 2006, offenbart. Eine weitere Brennstoffeinspritzdüse dieser Bauart, die mit einem einstückigen monolithischen Einspritzkopf ausgebildet ist, ist in der parallelen Patentanmeldung S. Nr. 12/555,129 des gleichen Anmelders, eingereicht am 8. September 2009, offenbart.

[0004] Im Allgemeinen wird eine Wasserstoffreiche Flamme hinter der Stirnfläche des Einspritzdüsengrundkörpers und /oder hinter dem den Einspritzdüsengrundkörper umgebenden Ausstossflächenbereich stabilisiert. Die Ausstossflache ist jedoch durch die in einer Vollrohrbrennkammer angeordneten mehreren Einspritzdüsenköpfe eingeschränkt, um den durch die Rohrbündel hindurch auftretenden grossen Druckabfall zu überwinden. Infolgedessen kann lediglich der Stirnflächenbereich des Einspritzdüsenkopfs für Wasserstoffreiche Flammenstabilisierung genutzt werden. Herkömmliche Einspritzdüsenköpfe weisen ebenfalls lediglich begrenzte Bereiche zur Stabilisierung der Flamme auf. Es wäre daher wünschenswert, Wege zur Verbesserung der Konstruktion eines Einspritzdüsenkopfs zu entwickeln, um die Stabilisierung einer Wasserstoffreichen Verbrennungsflamme weiter zu optimieren, die Flammenrückschlagtoleranz zu verbessern und NOx-Emissionen zusätzlich zu reduzieren.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0005] Gemäss einem exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel betrifft die vorliegende Erfindung einen Brennstoffeinspritzkopf für eine Brennstoffdüse, die in einer Gasturbinenbrennkammer verwendet wird, die einen im Wesentlichen hohlen Grundkörper aufweist, der mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand ausgebildet ist; mehrere Vormischröhren oder -kanäle, die sich axial durch den hohlen Grundkörper erstrecken und Einlässe an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche aufweisen; und wobei eine Aussenfläche der stromabwärts gelegenen Stirnfläche mit dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen ausgebildet ist, die eine Gesamtoberfläche im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen, planaren stromabwärts gelegenen Stirnfläche vergrössern.

[0006] Gemäss einem weiteren exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung einen Brennstoffeinspritzkopf für eine Brennstoffdüse, zu der gehören: ein im Wesentlichen hohler Grundkörper, der mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand ausgebildet ist, wobei mehrere Vormischröhren sich axial durch den hohlen Grundkörper erstrecken und Einlässe an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche aufweisen, wobei die Vormischröhren jeweils mit mehreren Einspritzöffnungen ausgebildet sind, die dazu eingerichtet sind, in dem im Wesentlichen hohlen Grundkörper vorhandenen Brennstoff in die Vormischröhren einzutreten zu lassen, um sich in den Vormischröhren mit Luft zu vermischen; eine mittige Öffnung in der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, die dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffeinlaufrohr aufzunehmen, das dazu dient, dem im Wesentlichen hohlen mittigen Grundkörper Brennstoff zuzuführen; und wobei die stromabwärts gelegene Stirnfläche mit Mitteln versehen ist, die dazu dienen, die Oberflächengrösse der stromabwärts gelegenen Stirnfläche im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen, planaren Stirnfläche zu vergrössern.

[0007] In noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Brennstoffeinspritzkopfs, der ein erweitertes Rezirkulationsmuster bereitstellt, um die Vermischung von Brennstoff und Luft zu verbessern, mit den Schritten: (a) Ausbilden eines im Wesentlichen hohlen Grundkörpers mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, mit einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche und mit einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand; (b) Ausbilden einer mittigen Öffnung in der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, die dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffeinlaufrohr aufzunehmen, das dazu dient, dem im Wesentlichen hohlen Grundkörper Brennstoff zuzuführen; (c) Bereitstellen mehrerer Vormischröhren, die sich axial durch den im Wesentlichen hohlen Grundkörper erstrecken und Einlässe an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche aufweisen; und (d) Ausbilden der stromabwärts gelegenen Stirnfläche mit einem Muster von dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen in Bereichen zwischen den Auslässen.

[0008] Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den im Folgenden ausgewiesenen Zeichnungen eingehender beschrieben.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0009] Fig. 1 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine bekannte Brennstoffeinspritzdüse;

[0010] Fig. 2 zeigt eine vergrösserte, stromabwärts gerichtete, zum Teil geschnittene Teilansicht des Brennstoffeinspritzkopfs nach Fig. 1;

[0011] Fig. 3 veranschaulicht anhand eines ebenen Stirnflächenabschnitts der Brennstoffeinspritzkopfkonstruktion nach Fig. 2eine Flammenrezirkulationscharkteristik;

[0012] Fig. 4 veranschaulicht anhand eines neu entwickelten Stirnflächenabschnitts eines Brennstoffeinspritzkopfs eine Flammenrezirkulationscharkteristik gemäss dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung;

[0013] Fig. 5 zeigt eine partielle Stirnansicht eines Brennstoffeinspritzkopfs mit Oberflächenmerkmalen gemäss einem exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung;

[0014] Fig. 6 zeigt eine partielle Stirnansicht eines Brennstoffeinspritzkopfs mit Oberflächenmerkmalen gemäss einem weiteren exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung;

[0015] Fig. 7 veranschaulicht in einer partiellen Stirnansicht eines Brennstoffeinspritzkopfs eine Kombination der in Fig. 5und 6dargestellten Oberflächenmerkmale;

[0016] Fig. 8 zeigt eine partielle Stirnansicht eines Brennstoffeinspritzkopfs mit Oberflächenmerkmalen gemäss noch einem weiteren exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

[0017] Fig. 9 zeigt eine partielle Stirnansicht eines Brennstoffeinspritzkopfs mit Oberflächenmerkmalen gemäss noch einem weiteren exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0018] Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenbrennstoffeinspritzdüse 10, die einen Brennstoffdüsengrundkörper 12 und einen Brennstoffeinspritzkopf 14 aufweist, der durch ein zentrisch angeordnetes Brennstoffeinlaufrohr 16 verbunden ist. Der Einspritzdüsenkopf 14 ist an dem stromabwärts gelegenen Ende 18 des Brennstoffeinlaufrohrs 16 angebracht, wobei die Anströmkante des Brennstoffeinlaufrohrs an einer (nicht gezeigten) inneren, ringförmigen Schulter in dem Zentrum des Einspritzdüsenkopfs 14 angrenzt. Zu beachten ist, dass hier verwendete Begriffe wie «stromaufwärts gelegen» und «stromabwärts gelegen» sich auf eine Richtung einer Strömung von Luft und Brennstoff durch die Brennstoffeinspritzdüse 10 hindurch und in die Brennkammer einer (nicht gezeigten) Gasturbinenbrennkammer hinein beziehen.

[0019] Es ist einsichtig, dass gewöhnlich mehrere Düsen 10 dazu eingerichtet sind, der Brennkammer ein Gemisch von Brennstoff und Luft zuzuführen. In einer bekannten Turbinenkonstruktion führt eine (häufig als eine «Ring-Rohr «-Gruppe bezeichnete) ringförmige Gruppe solcher Brennkammern einer ersten Stufe der Turbine mittels einer übereinstimmenden Anzahl von Übergangsstücken oder -kanälen Verbrennungsgase zu. Typischerweise sind die Düsenbasen 12 in jeder Brennkammer an einer (nicht gezeigten) Brennkammerendabdeckung befestigt, und die Brennstoffeinspritzköpfe 14 sind durch eine (nicht gezeigte) vordere Kappenanordnung in der Brennkammer gestützt. Die vorliegende Erfindung betrifft Konstruktionsänderungen an der äusseren hinteren (oder stromabwärts gelegenen) Stirnflächenkonstruktion des Brennstoffeinspritzkopfs 14.

[0020] Wie auch Fig. 2 zu entnehmen kann der Brennstoffeinspritzkopf 14 als ein im Wesentlichen hohler Grundkörper 20 mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche 22 und einer hinteren oder stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 ausgebildet sein, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und eine axial dazwischen liegende ringförmige periphere Wand 26 aufweisen. Innere (auch als Vormischröhren bezeichnete) Luftzufuhrkanäle oder -röhren 28 erstrecken sich zwischen den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Stirnflächen 22, 24 und weisen durchgehend von den stromaufwärts gelegenen Einlässen 30 bis zu den stromabwärts gelegenen Auslässen 32 einen im Wesentlichen einheitlichen Durchmesser auf, obwohl die Einlässe 30 nach aussen hin ausgeweitet (d.h. mit der Gestalt einer Glockenmündung ausgebildet) sein können, um dem Luftstrom den Eintritt in die Rohre und den Durchfluss durch diese hindurch zu ermöglichen (und ihn zu beschleunigen). Die Vormischröhren 28 können in ringförmigen, konzentrischen Reihen angeordnet sein, wobei die Vormischröhren oder -kanäle 28 jeder vorgegebenen Reihe in Umfangsrichtung gegenüber den Vormischröhren oder -kanälen einer benachbarten Reihe versetzt sind. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Anordnung von Vormischröhren 28 in dem hohlen Grundkörper 20 beschränkt ist.

[0021] Das Zentrum des hohlen Grundkörpers 20 ist an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche 22 offen, so dass eine Einlassöffnung bereitgestellt ist, um das Brennstoffeinlaufrohr 16 aufzunehmen, so dass dem hohlen Grundkörperinnenraum 34, durch den die Vormischröhren 28 verlaufen, Brennstoff zugeführt wird.

[0022] Eine (nicht gezeigte) innere Leitblechplatte kann in dem hohlem Grundkörper 20 ausgebildet sein. Die Leitblechplatte erstreckt sich ausgehend von einem Mittelabschnitt des hohlen Grundkörpers 20 an einer Stelle zwischen den stromaufwärts bzw. stromabwärts gelegenen Stirnflächen 22, 24 radial nach aussen, wobei die meisten, jedoch nicht sämtliche Vormischröhren 28 durch diese hindurch verlaufen. Die Leitblechplatte kann gegenüber der stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 abgewinkelt sein oder weitgehend parallel sein und kurz vor der Aussenumfangswand 26 enden, wobei zwischen der Leitblechplatte und der hohlen Grundkörperumfangswand 26 ein radialer Spalt verbleibt.

[0023] In jeder der Vormischröhren 28 ist mindestens eine, und vorzugsweise eine Gruppe von Brennstoffeinspritzöffnungen 38 ausgebildet, z.B. in jedem Rohr vier, die gleichmässig beabstandet um den Umfang des entsprechenden Rohrs angeordnet sind. Die Brennstoffeinspritzöffnungen 38 befinden sich im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, die zu den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Stirnflächen 22, 24 des hohlen Grundkörpers 20 parallel verläuft und stromaufwärts der inneren Leitblechplatte angeordnet ist. Die Brennstoffeinspritzöffnungen 38 können in der Strömungsrichtung geneigt sein, d.h. die Löcher können (unter geringen spitzen Winkeln, beispielsweise 15°, in Bezug auf die Mittellinie des entsprechenden Vormischrohrs 28) radial nach innen in der stromabwärts verlaufenden Richtung abgewinkelt sein, so dass der Brennstoffström durch die Einspritzöffnungen 38 eine Geschwindigkeitskomponente in der Richtung der die Vormischröhren 28 durchströmenden Luft aufweist. Es ist jedoch klar, dass sich die Einspritzöffnungen 38 unter einem beliebigen Winkel zwischen 15° und im Wesentlichen 90° in Bezug auf die Längsachsen der Vormischröhren 28 erstrecken könnten. Die innere Leitblechplatte unterteilt den hohlen Grundkörper 20 wirkungsvoll in stromaufwärts und stromabwärts gelegene Sammelräume, die durch den radialen Spalt zwischen dem äusseren Ende der Leitblechplatte und der hohlen peripheren Grundkörperwand 26 verbunden sind.

[0024] Mit Ausnahme der Auslässe 32 zu den Vormischröhren 28 ist die stromabwärts gelegene oder hintere Stirnfläche 24 des Brennstoffeinspritzkopfs 14 geschlossen, so dass Hochdruckwasserstoffbrennstoff, der das Brennstoffeinlaufrohr 16 verlässt, in die Bereiche 34 zwischen den Vormischröhren 28 in den stromabwärts gelegenen Brennstoffsammelraum strömen und anschliessend durch den radialen Spalt in den stromaufwärts gelegenen Sammelraum zurückströmen wird. Dieser Brennstoffpfad neigt dazu, den Brennstoffdruck an den Einlässenden der Brennstoffeinspritzöffnungen 38 auszugleichen und verteilt auf diese Weise den Brennstoff im Wesentlichen gleichmässig auf die Vormischröhren 28. Der Hochdruckwasserstoffbrennstoff wird durch die Brennstoffeinspritzöffnungen 38 und in die Vormischröhren 28 strömen, wo sich der Brennstoff und die Luft vermischen bevor sie den Brennstoffeinspritzkopf 14 an der hinteren Stirnfläche 24 verlassen und in die Brennkammer eintreten.

[0025] Es zeigte sich, dass sich die Vermischung von Brennstoff und Luft sowie die Flammenstabilisierung durch eine Steigerung der Oberflächengrösse der Stirnfläche 24 des Brennstoffeinspritzkopf s 14 verbessern lässt und dass sich Flammenhaltung und Flammenrückschlag im Innern der Rohre, insbesondere im Falle einer Verbrennung mit hohem Wasserstoffanteil, vermeiden lässt. Fig. 3 veranschaulicht die Flammenrezirkulationscharkteristik der oben beschriebenen und in Fig. 2gezeigten herkömmlichen Brennstoffeinspritzkopfkonstruktion. Fig. 4 veranschaulicht die Flammenrezirkulationscharkteristik eines Brennstoffeinspritzkopfs gemäss einem ersten exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Wie im Einzelnen nachstehend näher erläutert, wurde die Stirnfläche des Brennstoffeinspritzkopfs mit dreidimensionalen Oberflächenkonkavitäten (von denen eine bei 44 gezeigt ist) ausgebildet, die ein erweitertes oder verlängertes Rezirkulationsmuster ermöglichen, das die Vermischung von Brennstoff und Luft verbessert und eine grössere Flammenrückschlagtoleranz zulässt, so dass Flammenhaltung und Flammenrückschlag in den Vormischröhren 46 vermieden werden. Aufgrund einer verbesserten Flammenstabilisierung und Flammenrückschlagtoleranz sind darüber hinaus NOx-Emissionen verringert.

[0026] In jeder der im Folgenden beschriebenen Anordnungen wurde die Brennstoffeinspritzkopfstirnflächengrösse im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen planaren Stirnfläche, die keine Oberflächenkonkavitäten aufweist, vergrössert, woraus sich eine Erweiterung und Verlängerung des durch aerodynamisch stabile Wirbel hervorgerufenen Rezirkulationsgebiets ergab, wie anhand eines Vergleichs von Fig. 3und 4ersichtlich ist.

[0027] Es ist einsichtig, dass vielfältige Wege vorhanden sind, die Oberflächengrösse der Stirnfläche 42 des Brennstoffeinspritzkopfs 40 zu vergrössern. Beispielsweise kann die hintere Stirnfläche 42 des Brennstoffeinspritzkopfs 40, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, mit einer Reihe von Vertiefungen 44 in Form ringförmiger Umfangsnuten ausgebildet sein, die radial zwischen benachbarten ringförmigen Reihen 46 von Auslässen 50 der Vormischröhren 46 angeordnet sind. Die Tiefe und Breite der Nuten 44 kann in Abhängigkeit von speziellen Anwendungen variieren.

[0028] In Fig. 6 ist die Oberflächengrösse der hinteren Stirnfläche 52 des Brennstoffeinspritzkopfs 54 mit einer Reihe von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Nuten 56 ausgebildet, die entlang des Umfangs zwischen benachbarten im Wesentlichen radialen Reihen 58 von Auslässen der Vormischröhren 60 angeordnet sind.

[0029] In Fig. 7 ist der Brennstoffeinspritzkopf 62 mit Ringnuten 64 (die Nuten 56 ähneln) ausgebildet, die mit im Wesentlichen radialen Nuten 66 kombiniert sind, um ein Rastermuster mit Überschneidungen 68 zu bilden, die in Bezug auf jede Gruppe mittig in Bezug auf vier Auslässe zu den Vormischröhren 70 ausgebildet sind.

[0030] Fig. 8 veranschaulicht ein Muster von Vertiefungen, die an der hinteren Stirnfläche 72 des Brennstoffeinspritzkopfs 74 ausgebildet sind. Die Vertiefungen können vielfältig gestaltet sein, beispielsweise runde Vertiefungen 76, ovale Vertiefungen 80, längliche ovale Vertiefungen 82 und dergleichen beinhalten. Die Vertiefungen an dem Einspritzdüsenkopf 74 können eine Gruppe einer dieser Formen oder eine beliebige Kombination von zwei oder mehr derartiger Formen aufweisen und in zwischen den Auslässen zu den Vormischröhren 84 angeordneten Bereichen in jedem gewünschten Muster um die Stirnfläche 72 ausgebildet sein.

[0031] Die Breite der ringförmigen und radialen Nuten, der Durchmesser der Vertiefungen und die Tiefe sowohl der Nuten als auch der Vertiefungen werden voraussichtlich in dem Bereich des etwa 0,1- bis 1,5-fachen Durchmessers der Vormischröhren oder -kanäle liegen.

[0032] Fig. 9 veranschaulicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzkopfs 86, wobei die Stirnfläche 88 in Bereichen zwischen jeder Gruppe von vier umgebenden Auslässen zu den Vormischröhren oder -kanälen 92 mit Vertiefungen in Form unregelmässig gestalteter Vertiefungen 90 ausgebildet ist. Somit weisen die Vertiefungen 90 Begrenzungen auf, die die vier umgebenden Vormischröhren oder -kanäle verbinden, die eine gitter- oder rostförmiges Muster von Vertiefungen bilden, die die gesamte Oberfläche der Stirnfläche 88 mit Ausnahme eines geschlossenen Zentrumsbereich 94 effektiv besetzen, in dem ebenfalls keine Vormischröhren vorhanden sind.

[0033] Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt, ist die Erfindung allerdings selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel zu beschränken, sondern soll vielmehr vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

[0034] Ein Brennstoffeinspritzkopf 14 für eine Brennstoffdüse 10, die in einer Gasturbinenbrennkammer verwendet wird, weist einen im Wesentlichen hohlen Grundkörper 20 auf, der mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche 22, einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand 26 ausgebildet ist. Mehrere Vormischröhren oder -kanäle 28 erstrecken sich axial durch den hohlen Grundkörper und weisen Einlässe 30 an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe 32 an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche auf. Eine Aussenfläche der stromabwärts gelegenen Stirnfläche ist mit dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen 44, 56, 64, 76, 80, 82, 90 ausgebildet, die eine Gesamtoberfläche im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen, planaren stromabwärts gelegenen Stirnfläche steigern.

Bezugszeichenliste

[0035] Brennstoffdüse 10 Brennstoffeinspritzkopf 14 Einlaufrohr 16 Hohler Grundkörper 20 Stromaufwärts gelegene Stirnfläche 22 Stromabwärts gelegene Stirnfläche 24 Periphere Wand 26 Vormischröhren oder -kanäle 28 Einlässe 30 Auslässe 32 Innenraum 34 Einspritzöffnungen 38 Ringnuten 44 Benachbarte ringförmige Reihen 46 Radiale Nuten 56, 66 Ringnuten 64 Konkave Vertiefungen 76, 80, 82, 90

Claims

1. Brennstoffeinspritzkopf 14 für eine Brennstoffdüse 10, die in einer Gasturbinenbrennkammer verwendet wird, aufweisend: einen im Wesentlichen hohlen Grundkörper 20, der mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche 22, einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand 26 ausgebildet ist; mehrere Vormischröhren oder -kanäle 28, die sich axial durch den hohlen Grundkörper erstrecken, mit Einlässen 30 an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässen 32 an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche; und wobei eine Aussenfläche der stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 mit dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen 44, 56, 64, 76, 80, 82, 90 ausgebildet ist, die eine Gesamtoberfläche vergrössern, um ein erweitertes Rezirkulationsmuster hervorzubringen, das die Brennstoff/Luft-Vermischung im Vergleich zu einer im Wesentlichen ebenen, planaren stromabwärts gelegenen Stirnfläche verbessert.

2. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, der ferner eine mittige Öffnung in der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche aufweist, die dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffeinlaufrohr 16 aufzunehmen, das dazu dient, dem im Wesentlichen hohlen Grundkörper 20 Brennstoff zuzuführen; und wobei in jedem der Vormischröhren oder -kanäle 28 Brennstoffeinspritzöffnungen 38 ausgebildet sind, so dass sich dadurch der Brennstoff in dem im Wesentlichen hohlen Grundkörper in die mehreren Vormischröhren oder -kanäle injizieren lässt.

3. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, wobei die mehreren Vormischröhren oder -kanäle 28 in konzentrischen ringförmigen Reihen angeordnet sind, wobei Vormischröhren oder -kanäle in einer Reihe gegenüber Vormischröhren oder -kanälen in einer benachbarten Reihe in Umfangsrichtung versetzt sind.

4. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Oberflächenmerkmale mehrere im Wesentlichen konkave Vertiefungen 76, 80, 82 beinhalten.

5. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Oberflächenmerkmale mehrere im Wesentlichen konzentrische Ringnuten 44 beinhalten.

6. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, wobei die dreidimensionalen Oberflächenmerkmale mehrere im Wesentlichen radial ausgerichtete Nuten 56 beinhalten.

7. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 5, wobei die dreidimensionalen Oberflächenmerkmale ferner mehrere im Wesentlichen radial ausgerichtete Nuten 66 beinhalten, die die mehreren konzentrischen Ringnuten 64 schneiden.

8. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 4, wobei die mehreren im Wesentlichen konkaven Vertiefungen 76, 80, 82 rund oder oval gestaltet sind.

9. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 4, wobei die mehreren im Wesentlichen konkaven Vertiefungen 90 jeweils eine unregelmässige Form aufweisen, so dass der gesamte Raum zwischen einer Gruppe von vier umgebenden Vormischröhren oder -kanälen im Wesentlichen ausgefüllt ist.

10. Brennstoffeinspritzkopf nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenmerkmale Ringnuten 44, radiale Nuten 56 und/oder konkave Vertiefungen 76, 80, 82 beinhalten, wobei eine Breitenabmessung der ringförmigen und radialen Nuten, ein Durchmesser der Vertiefungen und eine Tiefenabmessung der Nuten und der Vertiefungen in einem Bereich des 0,1- bis 1,5-fachen eines Durchmessers der Vormischröhren oder -kanäle 28 liegen.

11. Verfahren zum Erzeugen eines Brennstoffeinspritzkopfs 14, der ein erweitertes Rezirkulationsmuster hervorbringt, um die Vermischung von Brennstoff und Luft zu verbessern, mit den Schritten: a) Ausbilden eines im Wesentlichen hohlen Grundkörpers 20 mit einer stromaufwärts gelegenen Stirnfläche 22, einer stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 und einer sich dazwischen erstreckenden peripheren Wand 26; (b) Ausbilden einer mittigen Öffnung in der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche, die dazu eingerichtet ist, ein Brennstoffeinlaufrohr 16 aufzunehmen, um dem im Wesentlichen hohlen Grundkörper 20 Brennstoff zuzuführen; (c) Bereitstellen mehrerer Vormischröhren oder -kanäle 28, die sich axial durch den im Wesentlichen hohlen Grundkörper erstrecken und Einlässe 30 an der stromaufwärts gelegenen Stirnfläche und Auslässe 32 an der stromabwärts gelegenen Stirnfläche aufweisen; und (d) Ausbilden der stromabwärts gelegenen Stirnfläche 24 mit einem Muster von dreidimensionalen Oberflächenmerkmalen 44, 56, 64, 76, 80, 82, 90 in Bereichen zwischen den Auslässen 32.