CH707578A2 - Brennereinrichtung mit Zentralteil-Brennstoffstufung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt eine Brennereinrichtung zur Verwendung mit einer Gasturbine bereit. Die Brennereinrichtung weist eine Anzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen und ein Brennstoffeinspritzsystem zur Bereitstellung einer Strömung von Brennstoff zu den Mikromischerbrennstoffdüsen auf. Das Brennstoffeinspritzsystem weist ein Zentralteil zur Bereitstellung einer durch das Zentralteil hindurchgehenden Strömung des Brennstoffes auf. Das Zentralteil weist einen ersten Zufuhrkreis (360) für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse und einen zweiten Zufuhrkreis (370) für eine zweite Mikromischerbrennstoffdüse auf.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende, Anmeldung und das resultierende Patent betreffen im Allgemeinen Gasturbinen und betreffen insbesondere Brennereinrichtungen mit variablem Volumen mit einem Brennstoffzentralteil zur Verteilung von Brennstoff zu einer Anzahl von Brennstoffdüsen.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] Die Betriebseffizienz und die Gesamtleistungsabgabe einer Gasturbine nimmt allgemein zu, wenn die Temperatur des heissen Verbrennungsgasstroms zunimmt. Hohe Verbrennungsgasstromtemperaturen können jedoch höhere Niveaus an Stickoxiden und anderen Arten von Emissionen erzeugen, die Regulierungen unterliegen. Es ist daher ein Balanceakt zwischen den Vorteilen des Betriebs der Gasturbine in einem effizienten Hochtemperaturbereich, während auch sichergestellt werden muss, dass die Abgabe von Stickoxiden und anderen Emissionen, die Regulierungen unterliegen, unterhalb den vorgegebenen Grenzwerten bleiben. Ferner können auch variierende Lastniveaus, variierende Umgebungsbedingungen und viele andere Arten von Betriebsparametern einen signifikanten Einfluss auf die Gesamteffizienz der Gasturbine und die Emissionen haben.

[0003] Niedrigere Emissionsniveaus von Stickoxiden und dergleichen können dadurch begünstigt werden, dass der Brennstoffstrom und der Luftstrom vor der Verbrennung gut vermischt werden. Ein derartiges Vormischen zielt darauf ab, die Verbrennungstemperaturgradienten und die Abgabe von Stickoxiden zu reduzieren. Ein Verfahren zur Bereitstellung einer derartigen guten Vormischung ist die Verwendung einer Brennereinrichtung mit einer Anzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen. Allgemein gesagt mischt eine Mirkomischerbrennstoffdüse geringe Volumina des Brennstoffes und der Luft in einer Anzahl von Mikromischerrohren in einem Plenum vor der Verbrennung.

[0004] Obwohl derzeitige Mikromischer-Brennereinrichtungen und Mikromischer-Brennstoffdüsen-Ausgestaltungen eine verbesserte Verbrennungsleistung bereitstellen, kann das Betriebsfenster für eine Mikromischerbrennstoffdüse bei bestimmten Arten von Betriebszuständen zumindest zum Teil basierend auf Bedenken hinsichtlich der Dynamik und der Emissionen bestimmt werden. Insbesondere können sich die Betriebsfrequenzen von bestimmten internen Komponenten koppeln, um ein hoch- oder ein niederfrequentes Dynamikfeld zu erzeugen. Ein solches Dynamikfeld kann negative Auswirkungen auf die physikalische Eigenschaften der Brennereinrichtungskomponenten sowie die stromabwärts angeordneten Turbinenkomponenten haben. Angesichts dessen, können bestehende Brennereinrichtungsausgestaltungen versuchen, derartige Betriebszustände zu vermeiden, indem die Ströme von Brennstoff oder Luft gestuft werden, um die Ausbildung eines Dynamikfelds zu vermeiden. Das Stufen versucht lokale Zonen stabiler Verbrennung zu erzielen, auch wenn die Gesamtzustände dazu führen können, dass sich die Ausgestaltung ausserhalb von typischen Betriebsgrenzwerten in Bezug auf Emissionen, Brennbarkeit und dergleichen befindet. Eine solche Stufung kann jedoch eine zeitaufwendige Kalibrierung erforderlich machen und kann auch den Betrieb bei niedrigeren als den optimalen Niveaus erfordern.

[0005] Es besteht daher ein Wunsch nach einer verbesserten Ausgestaltung einer Mikromischereinrichtung. Eine solche verbesserte Mikromischerbrennereinrichtung kann darin ein gutes Mischen der Ströme von Brennstoff und Luft unterstützen, um bei höheren Temperaturen und mit höherer Effizienz, aber mit geringeren Gesamtemissionen und einer geringen Dynamik zu arbeiten. Ausserdem können derart verbesserte Ausgestaltungen der Mirkomischerbrennereinrichtung diese Ziele erreichen ohne die Gesamtsystemkomplexität und die Kosten ausserordentlich zu erhöhen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Nach einem ersten Aspekt der Erfindung, stellt die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent eine Brennereinrichtung zur Verwendung mit einer Gasturbine bereit. Die Brennereinrichtung kann eine Anzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen und ein Brennstoffeinspritzsystem zur Bereitstellung einer Brennstoffströmung zu den Mirkomischerbrennstoffventilen aufweisen. Das Brennstoffeinspritzsystem kann ein Zentralteil zur Bereitstellung einer hindurch gehenden Brennstoffströmung aufweisen. Das Zentralteil kann einen ersten Zufuhrkreis für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse und einen zweiten Zufuhrkreis für eine zweite Mirkomischerbrennstoffdüse aufweisen.

[0007] Gemäss einem zweiten Aspekt der Erfindung stellt die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent ausserdem ein Brennstoffeinspritzsystem für eine Brennereinrichtung zur Verwendung mit einer Gasturbine bereit. Das Brennstoffeinspritzsystem kann eine Anzahl von Mirkomischerbrennstoffdüsen aufweisen, wobei sich eine oder mehrere der Mikromischerbrennstoffdüsen zu einer Anzahl von Stützstreben erstrecken und wobei die Stützstreben von einem Zentralteil wegragen. Das Zentralteil kann einen ersten Zufuhrkreis für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse und einen zweiten Zufuhrkreis für eine zweite Mikromischerbrennstoffdüse aufweisen.

[0008] Nach einem dritten Aspekt der Erfindung, stellt die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent eine Brennereinrichtung zur Verwendung mit einer Gasturbine bereit. Die Brennereinrichtung kann eine Anzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen, ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Zentralteil zur Bereitstellung eines Brennstoffstroms für die Mikromischerbrennerstoffdüsen, ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Zentralteil zur Bereitstellung eines Brennstoffstroms für die Mikromischerbrennstoffdüsen sowie einen Linearaktuator aufweisen, um die Mikromischerbrennstoffdüsen und das Zentralteil zu manövrieren.

[0009] Die nachfolgenden bevorzugten Ausführungsbeispiele können in jeder beliebigen Kombination innerhalb des ersten und/oder zweiten und/oder dritten Aspekts der Erfindung vorgesehen werden:

[0010] Vorzugsweise weist die Mehrzahl der Mirkomischerbrennstoffdüsen eine Mehrzahl von Mikromischerbrennstoffröhren und eine Brennstoffplatte auf.

[0011] Vorzugsweise weist das Brennstoffeinspritzsystem eine Mehrzahl von Stützstreben auf, die zwischen dem Zentralteil und der Mehrzahl von Mirkomischerbrennstoffdüsen verlaufen. Es ist ferner bevorzugt, wenn sich die Mehrzahl von Stützstreben vom Zentralteil zu einer Deckanordnung erstreckt. Es ist ausserdem bevorzugt, wenn die Mehrzahl von Stützstreben eine aerodynamische Form aufweist.

[0012] Vorzugsweise weist die erste Mirkomischerbrennstoffdüsen eine zentrale Mikromischerbrennstoffdüse auf.

[0013] Vorzugsweise weist die zweite Mirkomischerbrennstoffdüse eine äussere Mirkomischerbrennstoffdüse auf. Es ist ferner bevorzugt, wenn die äussere Mikromischerbrennstoffdüse eine erste Gruppe von äusseren Mikromischerbrennstoffdüsen und/oder eine zweite Gruppe von äusseren Mikromischerbrenn-stoffdüsen aufweist.

[0014] Vorzugsweise ist das Brennstoffeinspritzsystem in Kommunikationsverbindung mit einem gemeinsamen Brennstoffrohr, wobei sich der erste Zufuhrkreis und der zweite Zufuhrkreis darin befindet. Es ist ausserdem bevorzugt, wenn das Brennstoffeinspritzsystem einen insbesondere mit ineinander geschachtelter Kanalstruktur ausgebildeten Brennstoffverteiler aufweist, der in Kommunikationsverbindung mit dem gemeinsamen Brennstoffrohr mit dem darin angeordneten ersten und zweiten Zufuhrkreis steht. Es ist ferner bevorzugt, wenn das Brennstoffeinspritzsystem ausserdem eine Endabdeckung aufweist. Dabei kann das gemeinsame Brennstoffrohr einen einzigen Durchtrittsanschluss durch die Endabdeckung aufweisen.

[0015] Vorzugsweise weist das Zentralteil einen hindurchgehenden dritten Zufuhrkreis für eine dritte Mirkomischerbrennstoff düse der Mehrzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen auf.

[0016] Vorzugsweise ist ein Linearaktuator vorhanden, um die Mehrzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen und das Zentralteil zu bewegen.

[0017] Diese und andere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents werden einem Fachmann beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung und den beigefügten Ansprüchen verständlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0018] <tb>Fig. 1<SEP>ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, das einen Kompressor, eine Brennereinrichtung und eine Turbine zeigt. <tb>Fig. 2<SEP>ist ein schematisches Diagramm einer Brennereinrichtung, die mit der Gasturbine nach Figur 1 verwendet werden kann. <tb>Fig. 3<SEP>ist ein schematisches Diagramm eines Teils einer Mirkomischerbrennstoffdüse, die mit der Brennereinrichtung nach Fig. 2 verwendet werden kann. <tb>Fig. 4<SEP>ist ein schematisches Diagramm einer Mikromischerbrennereinrichtung, wie sie hierin beschrieben ist. <tb>Fig. 5<SEP>ist eine perspektivische Ansicht eins Ausführungsbeispiels der Mirkomischerbrennereinrichtung nach Fig. 4 . <tb>Fig. 6<SEP>ist eine Querschnittsseitenansicht der Mikromischerbrennereinrichtung nach Fig. 5 . <tb>Fig. 7<SEP>ist eine vergrösserte Ansicht eines Teils eines Brennstoffverteilersystems, wie es mit der Mikromischerbrennereinrichtung nach Fig. 5 verwendet werden kann. <tb>Fig. 8<SEP>ist eine Draufsicht auf eine Anzahl von Brennstoffdüsen zur Verwendung in der Mirkomischerbrennereinrichtung nach Fig. 5 .

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0019] Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen durchgängig durch die verschiedenen Ansichten für gleiche Elemente verwendet werden, zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Kompressor 15 enthalten. Der Kompressor 15 komprimiert eine Eingangsströmung aus Luft 20. Der Kompressor 15 gibt die komprimierte Strömung der Luft 20 an einer Brennereinrichtung 25 ab. Die Brennereinrichtung 25 mischt die komprimierte Strömung der Luft 20 mit einer unter Druck stehenden Strömung eines Brennstoffs 30 und zündet das Gemisch um eine Strömung von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennereinrichtung 25 dargestellt ist, kann die Gasturbine 10 jede beliebige Anzahl von Brennereinrichtungen 25 aufweisen. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 wird wiederum an eine Turbine 40 abgegeben. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 treibt die Turbine 40 an, um eine mechanische Leistung zu erzeugen. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Leistung treibt den Kompressor 15 über die Welle 45 und eine externe Last 50, wie einen elektrischen Generator oder dergleichen, an.

[0020] Die Gasturbine 10 kann Erdgas, flüssige Brennstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen oder Kombinationen davon verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine von einer Anzahl von verschiedenen Gasturbinen sein, die durch die General Electric Company of Schenectady, New York, angeboten werden, enthaltend, aber nicht beschränkt auf solche, wie eine Serie 7 oder Serie 9 Schwerlast-Gasturbine oder dergleichen. Die Gasturbine 10 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Andere Arten von Gasturbinen können hierin ebenfalls verwendet werden. Eine Vielzahl von Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Leistungserzeugungseinrichtungen können hierin gemeinsam verwendet werden.

[0021] Fig. 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels einer Brennereinrichtung 25 wie sie mit der oben beschriebenen Gasturbine 10 oder dergleichen verwendet werden kann. Die Brennereinrichtung 25 kann sich von einer Endabdeckung 52 an einem Kopfende zu einem Übergangsstück 54 an einem rückseitigen Ende an der Turbine 40 erstrecken. Eine Anzahl von Brennstoffdüsen 56 kann an der Endabdeckung 52 angeordnet sein. Ein Rohr 58 kann sich von den Brennstoff düsen 56 zum Übergangsstück 54 hin erstrecken und kann eine Verbrennungszone 60 darin bilden. Das Rohr 58 kann von einer Strömungshülse 62 umgeben sein. Das Rohr 58 und die Strömungshülse 62 können einen Strömungsweg 64 dazwischen für die Strömung von Luft 20 von den Kompressor 50 oder dergleichen bilden. Jede Anzahl von Brennereinrichtungen 25 kann hierin in einer Rohr- und/oder Ring-Anordnung oder dergleichen verwendet werden. Die hierin beschriebenen Brennereinrichtungen 25 dienen leidlich als Beispiel. Brennereinrichtungen mit anderen Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0022] Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Mirkomischerbrennstoff düse 66, die mit der Brennereinrichtung 25 und dergleichen verwendet werden kann. Die Mirkomischerbrennstoffdüse 66 kann eine Anzahl von Mirkomischerrohren 68 aufweisen, die an einem Brennstoffrohr 70 angeordnet sind. Die Mirkomischerrohre 68 können allgemein im Wesentlichen einheitliche Durchmesser aufweisen und können in ringförmigen, konzentrischen Reihen angeordnet sein. Jede Anzahl von Mirkomischerrohren 68 kann hierin in beliebiger Grösse, Form oder Konfiguration verwendet werden. Die Mikromischerrohre 68 können in Kommunikationsverbindung mit der Strömung des Brennstoffes 30 von dem Brennstoffrohr 70 über eine Brennstoff platte 72 und mit der Strömung von Luft 20 von dem Kompressor 15 über den Strömungsweg 64 stehen. Ein kleines Volumen der Strömung des Brennstoffs 30 und ein kleines Volumen der Strömung der Luft 20 kann innerhalb jedes Mikromischerrohres 68 gemischt werden. Die gemischten Brennstoff-Luft-Ströme können stromabwärts strömen zur Verbrennung in der Verbrennungszone 60 und in der Turbine 40 wie beschrieben verwendet werden. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0023] Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Brennereinrichtung 100, wie sie hierin beschrieben ist. Die Brennereinrichtung 100 kann eine Mirkomischerbrennereinrichtung 110 mit irgendeiner Anzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen 120 oder dergleichen sein, die darin angeordnet sind. Die Mikromischer-brennstoffdüsen 120 können denen entsprechen, die oben beschrieben wurden. Die Mirkomischerbrennstoffdüsen 120 können eine ringförmige und/oder kreissektorförmige und/oder irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Entsprechend können die Mirkomischerdüsen 120 irgendeine Anzahl von darin angeordneten Mikromischerrohren in irgendeiner Konfiguration aufweisen. Die Mikromischerbrennstoffdüsen 120 können in Kommunikationsverbindung mit einem gemeinsamen Brennstoffrohr 125 stehen. Das gemeinsame Brennstoffrohr 125 kann eine oder mehrere darin vorhandene Brennstoffkreise aufweisen. Die mehreren Brennstoffkreise gestatten daher das Stufen der Mikromischerbrennstoff düsen 120. Die Mirkomischerbrennstoffdüsen 120 können in einer Deckanordnung 130 oder einer gleichartigen Struktur angeordnet sein. Die Dickanordnung 130 kann irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Die Deckanordnung 130 kann durch eine herkömmliche Dichtung 135 oder dergleichen umgeben sein.

[0024] Entsprechend dem oben beschriebenen, kann sich die Brennereinrichtung 100 ausgehend von einer Endabdeckung 140 an einem Kopfende 150 erstrecken. Ein Rohr 160 kann die Deckanordnung 130 und die Dichtung 135 mit den darin angeordneten Mirkomischerbrennstoffdüsen 120 umgeben. Das Rohr 160 kann eine Verbrennungszone 170 stromabwärts der Deckanordnung 130 bilden. Das Rohr 160 kann durch ein Gehäuse 180 umgeben sein. Das Rohr 160, das Gehäuse 180 und eine Strömungshülse (nicht dargestellt) können einen Strömungsweg 190 dazwischen für die Strömung von Luft 20 vom Kompressor 50 oder dergleichen bilden. Das Rohr 160, die Verbrennungszone 170, das Gehäuse 180 und der Strömungsweg 190 können irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Jede Anzahl von Brennereinrichtungen 100 kann hierin in einer Rohr- und/oder Ring-Anordnung oder dergleichen verwendet werden. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0025] Die Brennereinrichtung 100 kann eine Brennereinrichtung 195 mit variablem Volumen sein. Als solche kann die Brennereinrichtung 195 mit variablem Volumen einen Linearaktuator 200 aufweisen. Der Aktuator 200 kann an der Endabdeckung 140 und ausserhalb dieser angeordnet sein. Der Linearaktuator 200 kann eine herkömmliche Ausgestaltung haben und kann eine lineare oder axiale Bewegung bereitstellen. Der Linearaktuator 200 kann mechanisch und/oder elektromechanisch und/oder piezoelektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch oder in beliebigen Kombinationen davon betrieben werden. Beispielsweise weist der Linearaktuator 200 einen Hydraulikzylinder, ein Zahnstangen-Zahnrad-System, eine Kugelumlaufmutter, eine Handkurbel oder irgendeine Art einer Einrichtung auf, die in der Lage ist, eine gesteuerte oder geregelte lineare bzw. axiale Bewegung bereitzustellen. Der Linearaktuator 200 kann in Kommunikationsverbindung mit der Gasturbinengesamt Steuerung zum Dynamikbetrieb stehen, der auf einer Systemrückmeldung oder dergleichen beruht.

[0026] Der Linearaktuator 200 kann über eine Antriebsstange 210 oder dergleichen mit dem gemeinsamen Brennstoffrohr 125 in Verbindung stehen. Die Antriebsstange 210 kann irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Das gemeinsame Brennstoffrohr 125 kann an der Antriebsstange 210 zur Bewegung mit der Antriebsstange 210 angeordnet sein. Der Linearaktuator 200, die Antriebsstange 210 und das gemeinsame Brennstoffrohr 125 können daher die Deckanordnung 130 mit den Mirkomischerbrennstoffdüsen 120 darin axial entlang einer Länge des Rohres 160 in irgendeine geeignete Position bewegen. Die mehreren Brennstoffkreise in dem gemeinsamen Brennstoffrohr 125 können eine Brennstoffdüsenstufung ermöglich. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin ebenfalls verwendet werden.

[0027] Im Betrieb kann der Linearaktuator 200 die Deckanordnung 130 manövrieren, um das Volumen des Kopfendes 150 in Bezug auf das Volumen des Rohres 160 zu variieren. Das Rohrvolumen (und auch das Volumen der Verbrennungszone 170) kann somit reduziert oder erhöht werden durch das Ausfahren oder Zurückziehen der Mikromischerbrennstoffdüsen 120 entlang des Rohres 160. Ferner kann die Deckanordnung 130 ohne Veränderung des Gesamtsystemdruckverlusts manövriert werden. Typische Brennersysteme verändern den Gesamtdruckverlust. Ein solcher Druckverlust hat jedoch allgemein einen Einfluss auf das Kühlen der darin angeordneten Komponenten. Ferner können Variationen im Druckverlust Schwierigkeiten bei der Steuerung der Verbrennungsdynamik bewirken.

[0028] Das Verändern der Volumina stromaufwärts und stromabwärts kann eine Variation der Gesamtreaktionsverweildauern bewirken und dadurch die Gesamtemissionsniveaus von Stickoxiden, Kohlenstoffmonoxiden und andere Arten von Emissionen variieren. Allgemein beschrieben korreliert die Reaktionsverweildauer direkt mit dem Rohrvolumen und kann hierin eingestellt werden, um die Emissionsanforderungen für einen vorgegebenen Betriebsmodus zu erfüllen. Ferner kann die Variation der Verweildauern auch einen Einfluss auf das Herunterfahren und die Verbrennungsdynamik dadurch haben, dass das gesamtakustische Verhalten sich verändern kann, wenn die Volumina des Kopfendes und des Rohres variieren.

[0029] Zum Beispiel kann eine kurze Verweildauer allgemein erforderlich sein, um niedrige Stickoxidniveaus bei einer Basislast sicherzustellen. Eine längere Verweildauer wiederum kann erforderlich sein, um Kohlenstoffmonoxidniveaus bei niedrigen Lastzuständen zu reduzieren. Die hierin beschriebene Brennereinrichtung 100 stellt daher optimierte Emissionen und Dynamikminderung als eine einstellbare Brennereinrichtung ohne Variation im Gesamtsystemdruckverlust zur Verfügung. Insbesondere stellt die Brennereinrichtung 100 die Möglichkeit bereit, die Volumina darin aktiv zu variieren, um die Brennereinrichtung 100 so einzustellen, um eine minimale Dynamik ohne Beeinflussung der Brennstoffstufung bereitzustellen.

[0030] Obwohl der hierin beschriebene Linearaktuator 200 als die Mikromischerbrennstoffdüsen 120 in der Deckanordnung 130 als Gruppe bewegend offenbart ist, können auch mehrere Linearaktuatoren 200 verwendet werden, um die Mirkomischerbrennstoffdüsen 120 individuell zu bewegen und eine Brennstoffstufung bereitzustellen. Bei diesem Beispiel können die individuellen Mikromischerbrennstoffdüsen 120 eine zusätzliche Dichtung dazwischen und gegenüber der Deckanordnung 130 aufweisen. Eine Drehbewegung kann hierin ebenfalls verwendet werden. Ausserdem können hierin auch Nicht-Mikromischerbrenn-stoffdüsen und/oder Nicht-Mikromischerbrennstoffdüsen und Mikromischerbrennstoffdüsen gemeinsam verwendet werden. Andere Arten von Einrichtungen für eine Axialbewegung können hierin ebenfalls verwendet werden. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0031] Die Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffeinspritzsystems 220 zur Einspritzung vor den Düsen, das mit der Brennereinrichtung 100 oder dergleichen verwendet werden kann. Jede der Brennstoffdüsen 120 kann auf dem Brennstoffeinspritzsystem 220 zur Einspritzung vor den Düsen angebracht werden. Das Brennstoffeinspritzsystem 220 zur Einspritzung vor den Düsen kann einen Brennstoffdüsenverteiler 230 aufweisen. Der Brennstoffdüsenverteiler 230 kann in Kommunikationsverbindung mit dem gemeinsamen Brennstoffrohr 125 stehen und kann über die Antriebsstange 210 wie oben beschrieben bewegbar sein. Der Brennstoffdüsenverteiler 230 kann irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen.

[0032] Der Brennstoffdüsenverteiler 230 des Brennstoffeinspritzsystems 220 zur Einspritzung vor den Düsen kann ein Zentralteil 240 aufweisen. Das Zentralteil 240 kann irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Das Zentralteil 240 kann eine Anzahl von verschiedenen Strömen darin aufnehmen. Der Brennstoffdüsenverteiler 230 des Einspritzsystems 220 zur Einspritzung vor den Ventilen kann eine Anzahl von Stützstreben 250 aufweisen, die sich von dem Zentralteil 240 weg erstrecken. Irgendeine Anzahl von Stützstreben 250 kann verwendet werden. Die Stützstreben 250 können eine im Wesentlichen aerodynamisch konturierte Gestalt 255 aufweisen, obwohl irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden kann. Insbesondere kann jede der Stützstreben 250 ein stromaufwärtsseitiges Ende 260 und ein stromabwärtsseitige Ende 270, eine erste Seitenwand 280 und eine zweite Seitenwand 290 aufweisen. Die Stützstreben 250 können sich radial von dem Zentralteil 240 zu der Deckanordnung 130 hin erstrecken. Jede Stützstrebe 250 kann in Verbindung mit einer oder mehreren der Brennstoffdüsen 120 sein, um diesen die Strömung des Brennstoffs 30 bereitzustellen. Die Brennstoffdüsen 120 können sich axial von dem stromabwärtsseitigen Ende 270 jeder der Stützstreben 250 erstrecken. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0033] Fig. 7 zeigt ein Brennstoffverteilersystem 320 mit insbesondere geschachtelter Leitungsanordnung. Das Brennstoffverteilersystem 320 kann mit dem Brennstoffeinspritzsystem 220 zur Einspritzung vor den Düsen oder einer anderen Art eines Brennstoffeinspritzsystems zusammenarbeiten, um eine oder mehrere Ströme des Brennstoffs 30 sicher an die Brennstoffdüsen 120 abzugeben. Ausserdem kann das Brennstoffverteilersystem 320 mit dem Linearaktuator 200 und der Antriebsstange 210 zusammenarbeiten, um die Axialbewegung der Brennstoffdüsen 120 innerhalb der Deckanordnung 130 aufzunehmen, während die Anzahl der Durchbrechungen durch die Endabdeckung 140 begrenzt ist.

[0034] Das Brennstoffverteilersystem 320 weist einen insbesondere geschachtelt ausgeführten Brennstoffverteiler 330 auf. Der Brennstoffverteiler 330 kann an dem Linearaktuator 200 ausserhalb der Endabdeckung 140 an dem Kopfende 150 zur Bewegung damit angeordnet sein. Der Brennstoffverteiler 330 kann eine Anzahl von Brennstoffkreisverbindungen 340 aufweisen. Jede Anzahl von Brennstoffkreisverbindungen 340 kann verwendet werden. Die Brennstoffkreisverbindungen 340 können in Kommunikationsverbindung mit denselben oder unterschiedlichen Arten von Strömungen von Brennstoff 30 stehen, um eine Brennstoffflexibilität hierin bereitzustellen. Die Brennstoffkreisverbindungen 340 können irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen.

[0035] Jede der Brennstoffkreisverbindungen 340 des insbesondere geschachtelt ausgeführten Brennstoffverteilers 330 kann in Kommunikationsverbindung mit einem Brennstoffzufuhrkreis 350 stehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Brennstoffzufuhrkreise 350 veranschaulicht. Ein erster Brennstoff zufuhrkreis 360, ein zweiter Brennstoffzufuhrkreis 370 und ein dritter Brennstoffzufuhrkreis 380. Jede Anzahl von Brennstoffzufuhrkreisen 350 kann jedoch hierin verwendet werden. Die geschachtelt ausgeführten Brennstoffzufuhrkreise 350 können ringförmig ineinander geschachtelt angeordnet sein, so dass der erste Brennstoffzufuhrkreis 360 innerhalb des zweiten Brennstoffzufuhrkreises 370 und dieser wiederum innerhalb des dritten Brennstoffzufuhrkreises 380 angeordnet ist. Eine Brennstoffzufuhrdichtung 390 kann alle Brennstoffzufuhrkreise 350 trennen. Jeder der geschachtelten Brennstoffzufuhrkreise 350 kann in Form eines flexiblen Schlauchs oder dergleichen ausgeführt sein. Die Brennstoffzufuhrkreise 350 können irgendeine Grösse, Gestalt oder Konfiguration aufweisen. Die geschachtelten Brennstoffzufuhrkreise 350 wirken zusammen als gemeinsames Brennstoffrohr 125. Die Brennstoffkreise 350 können bei einem Ausführungsbeispiel konzentrisch zueinander angeordnet sein.

[0036] Basierend auf der Konfiguration des Zentralteils 240, können die geschachtelten Brennstoffzufuhrkreise 350 in irgendeiner Anzahl von Konfigurationen gestuft sein. Beispielsweise, wie in Fig. 8 veranschaulicht, kann der erste Brennstoff zufuhrkreis 360 eine zentrale Düse 750 mit Brennstoff versorgen. Der zweite Brennstoffzufuhrkreis 370 kann eine erste Gruppe von äusseren Düsen 760 mit Brennstoff versorgen. Der dritte Brennstoffzufuhrkreis 380 kann eine zweite Gruppe von äusseren Brennstoffdüsen 770 mit Brennstoff versorgen. Viele andere Konfigurationen, Kreise und Düsen können hierin verwendet werden.

[0037] Wie oben beschrieben, kann eine Brennstoffstufung verbesserte Emissionen bewirken, während zusätzlich die Einstellbarkeit der Verbrennungsdynamik ermöglicht wird. Die internen Durchgänge des Zentralteils 240 können irgendeine Anzahl von Variationen aufweisen. Angesichts dessen stellt das Zentralteil 240 eine kosteneffektive und einfache Möglichkeit dar, die Gesamtleistung der Brennereinrichtung zu verbessern. Das Zentralteil 240 erlaubt somit die Brennstoffstufung ohne zusätzliche Komponenten. Das Zentralteil 240 kann mit konventionellen Techniken hergestellt werden, einschliesslich der maschinellen Bearbeitung, des Giessens, des 3D-Druckens oder durch Schweissen oder Löten von Komponenten. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.

[0038] Es ist verständlich, dass das vorstehende sich nur auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents bezieht. Eine Vielzahl von Änderungen und Abwandlungen kann hierin durch einen Fachmann gemacht werden ohne den allgemeinen Gedanken der Erfindung zu verlassen.

[0039] Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen eine Brennereinrichtung 25, 100 zur Verwendung mit einer Gasturbine 10 bereit. Die Brennereinrichtung 25, 100 kann eine Anzahl von Mirkomischerbrennstoffdüsen 66, 120 und ein Brennstoffeinspritzsystem 220 zur Bereitstellung einer Strömung von Brennstoff zu den Mikromischerbrennstoffdüsen 66, 120, aufweisen. Das Brennstoffeinspritzsystem 220 kann ein Zentralteil 240 zur Bereitstellung einer durch das Zentralteil 240 hindurchgehenden Strömung des Brennstoffes aufweisen. Das Zentralteil 240 kann einen ersten Zufuhrkreis 360 für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse 750 und einen zweiten Zufuhrkreis für eine zweite Mikromischerbrennstoffdüse 760, 770 aufweisen.

Bezugszeichenliste

[0040] <tb>1<SEP>Gasturbine <tb>15<SEP>Kompressor <tb>20<SEP>Luft <tb>25<SEP>Brennereinrichtung <tb>30<SEP>Brennstoff <tb>35<SEP>Verbrennungsgase <tb>40<SEP>Turbine <tb>45<SEP>Welle <tb>50<SEP>Last <tb>52<SEP>Endabdeckung <tb>54<SEP>Übergangsstück <tb>56<SEP>Brennstoffdüse <tb>58<SEP>Rohr <tb>60<SEP>Verbrennungszone <tb>62<SEP>Strömungshülse <tb>64<SEP>Strömungsweg <tb>66<SEP>Mikromischerbrennstoffdüse <tb>68<SEP>Mischrohr <tb>70<SEP>Brennstoffrohr <tb>72<SEP>Brennstoffplatte <tb>100<SEP>Brennereinrichtung <tb>110<SEP>Mikromischerbrennereinrichtung <tb>120<SEP>Brennstoffdüsen <tb>125<SEP>Brennstoffrohr <tb>130<SEP>Deckanordnung <tb>135<SEP>Dichtung <tb>140<SEP>Endabdeckung <tb>150<SEP>Kopfende <tb>160<SEP>Rohr <tb>170<SEP>Verbrennungszone <tb>180<SEP>Gehäuse <tb>190<SEP>Strömungsweg <tb>195<SEP>Brennereinrichtung mit variablem Volumen <tb>200<SEP>Linearaktuator <tb>210<SEP>Antriebsstange <tb>220<SEP>Brennstoffeinspritzsystem zur Einspritzung vor der Düse <tb>230<SEP>Brennstoffverteiler <tb>240<SEP>Zentralteil <tb>250<SEP>Stützstrebe <tb>255<SEP>Konturierte Gestalt <tb>260<SEP>Stromaufwärtsseitiges Ende <tb>270<SEP>Stromabwärtsseitiges Ende <tb>280<SEP>Erste Seitenwand <tb>290<SEP>Zweite Seitenwand <tb>300<SEP>Brennstoffeinspritzlöcher <tb>310<SEP>Strömung vor der Düse <tb>320<SEP>Geschachteltes Brennstoffverteilersystem <tb>330<SEP>Geschachtelter Brennstoffverteiler <tb>340<SEP>Brennstoffkreisverbindung <tb>350<SEP>Geschachtelter Brennstoffzufuhrkreis <tb>360<SEP>Erster geschachtelter Brennstoffzufuhrkreis <tb>370<SEP>Zweiter geschachtelter Brennstoffzufuhrkreis <tb>380<SEP>Dritter geschachtelter Brennstoffzufuhrkreis <tb>390<SEP>Brennstoffzufuhrdichtung <tb>400<SEP>Flexibler Schlauch <tb>750<SEP>Zentrale Düse <tb>760<SEP>Erster Gruppe äusserer Düsen <tb>770<SEP>Zweite Gruppe äusserer Düsen

Claims (10)

1. Brennereinrichtung (25, 100) zur Verwendung mit einer Gasturbine (10) aufweisend: eine Mehrzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120); und eine Brennstoffeinspritzsystem (220) für das Bereitstellen einer Strömung von Brennstoff zu der Mehrzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120); wobei das Brennstoffeinspritzsystem (220) ein Zentralteil (240) aufweist das eine hindurchgehende Strömung von Brennstoff bereitstellt; wobei das Zentralteil (240) einen ersten Zufuhrkreis (360) für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) und einen zweiten Zufuhrkreis (370) für eine zweite Mikromischerbrennstoffdüse der Vielzahl von Mirkomischerbrennstoffdüsen (66, 120) aufweist.

2. Brennereinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) eine Vielzahl von Mikromischerbrennstoffröhren (68) und eine Brennstoffplatte (72) aufweist.

3. Brennereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Brennstoffeinspritzsystem (220) eine Vielzahl von Stützstreben (250) aufweist, die sich zwischen dem Zentralteil (240) und der Vielzahl von Mikromischerbrennstoff-düsen (66, 120) erstrecken.

4. Brennereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Mikromischerbrennstoffdüse eine zentrale Mikromischerbrennstoffdüse (750) aufweist und/oder wobei die zweite Mikromischerbrennstoffdüse eine äussere Mikromischerbrennstoffdüse (760) aufweist.

5. Brennereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennstoffeinspritzsystem (220) in Kommunikationsverbindung mit einem gemeinsamen Brennstoffrohr (125) steht, das den ersten Zufuhrkreis (360) und den zweiten Zufuhrkreis (370) darin enthält.

6. Brennereinrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend einen insbesondere geschachtelt ausgeführten Brennstoffverteiler (330), der in Kommunikationsverbindung mit dem gemeinsamen Brennstoffrohr (125) steht, das den ersten Zufuhrkreis (360) und den zweiten Zufuhrkreis (370) darin aufweist.

7. Brennereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zentralteil (240) einen hindurchgehenden dritten Zufuhrkreis (380) für eine dritte Mikromischerbrennstoffdüse der Vielzahl von Mikromischerbrennstoff-düsen (66, 120) aufweist.

8. Brennereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend wenigstens einen Linearaktuator (200), um die Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) und/oder das Zentralteil (240) zu bewegen.

9. Brennstoffeinspritzsystem (220) für eine Brennereinrichtung (25, 100) zur Verwendung in einer Gasturbine (10) aufweisend: eine Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120); wobei sich eine oder mehrere der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) ausgehend von einer Vielzahl von Stützstreben (250) erstreckt; und wobei die Vielzahl von Stützstreben (250) sich ausgehend von einem Zentralteil (240) erstreckt; wobei das Zentralteil (240) einen ersten Zufuhrkreis (360) für eine erste Mikromischerbrennstoffdüse (750) der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) und einen zweiten Zufuhrkreis (370) für eine zweite Mikromischerbrennstoffdüse (760) der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) aufweist.

10. Brennereinrichtung (25, 100) zur Verwendung einer Gasturbine (10) aufweisend: eine Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120); ein Brennstoffeinspritzsystem (220) zur Bereitstellung einer Strömung von Brennstoff zu der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120); wobei das Brennstoffeinspritzsystem (220) ein Zentralteil (240) für eine hindurchgehende Strömung von Brennstoff aufweist und einen Linearaktuator (200) zur Bewegung der Vielzahl von Mikromischerbrennstoffdüsen (66, 120) und/oder des Zentralteils (240).