CH707580A2 - Brennkammer mit einer Luft-Bypassanlage. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Anmeldung stellt eine Brennkammer (100) zur Verwendung mit einem Kraftstoffstrom und einem Luftstrom in einem Gasturbinentriebwerk bereit. Die Brennkammer (100) enthält mehrere Mikromischer-Kraftstoffdüsen (120), die innerhalb einer Auskleidung (160) angeordnet sind, und eine Luft-Bypassanlage (800), die um die Auskleidung (160) angeordnet ist. Die Luft-Bypassanlage (800) ermöglicht veränderlich, dass ein Bypassanteil des Luftstroms die Mikromischer-Kraftstoffdüsen (120) umgeht.

Description

Erklärung bezüglich Bundesgeförderter Forschung oder Entwicklung

[0001] Diese Erfindung wurde vorgenommen mit Regierungsunterstützung unter dem Vertrag Nr. DE-FC26-05NT42643, erteilt durch das US-Ministerium für Energie. Die Regierung hat gewisse Rechte an dieser Erfindung.

Technisches Gebiet

[0002] Die vorliegende Anmeldung und die sich daraus ergebende Patentschrift betreffen im Allgemeinen Gasturbinentriebwerke und betreffen im Besonderen eine Brennkammer mit veränderlichem Volumen mit einer Luft-Bypassanlage für eine verbesserte Dämpfungsleistung.

Allgemeiner Stand der Technik

[0003] Der betriebliche Wirkungsgrad und die Gesamtleistung eines Gasturbinentriebwerks nehmen im Allgemeinen zu, wenn die Temperatur des heissen Verbrennungsgasstroms zunimmt. Hohe Temperaturen des Verbrennungsgasstroms können jedoch höhere Niveaus an Stickstoffoxiden und anderen Arten von regulierten Emissionen erzeugen. Es ist folglich ein Drahtseilakt vorhanden zwischen den Vorteilen des Betreibens des Gasturbinentriebwerks in einem effizienten Hochtemperaturbereich, während ebenfalls sichergestellt wird, dass der Ausstoss von Stickstoffoxiden und anderen Arten von regulierten Emissionen unter den vorgeschriebenen Niveaus bleibt. Darüber hinaus können sich verändernde Lastniveaus, sich verändernde Umgebungsbedingungen und viele andere Arten von betrieblichen Parametern ebenfalls eine bedeutende Auswirkung auf den Gasturbinen-Gesamtwirkungsgrad und die Emissionen haben.

[0004] Niedrigere Emissionsniveaus von Stickstoffoxiden und dergleichen können dadurch gefördert werden, dass für eine gute Mischung des Kraftstoffstroms und des Luftstroms vor der Verbrennung gesorgt wird. Eine solche Vormischung neigt dazu, die Verbrennungstemperaturgefalle und den Ausstoss von Stickstoffoxiden zu verringern. Ein Verfahren zum Gewährleisten einer solchen guten Mischung ist durch die Verwendung einer Brennkammer mit einer Anzahl von Mikromischer-Kraftstoffdüsen. Allgemein beschrieben, mischt eine Mikromischer-Kraftstoffdüse kleine Volumina des Kraftstoffs und der Luft in einer Anzahl von Mikromischer-Röhren innerhalb einer Plenumkammer vor der Verbrennung.

[0005] Obwohl gegenwärtige Mikromischer-Brennkammern und Mikromischer-Kraftstoffdüsengestaltungen eine verbesserte Verbrennungsleistung gewährleisten, kann das Betriebsfähigkeitsfenster für eine Mikromischer-Kraftstoffdüse bei bestimmten Arten von Betriebsbedingungen wenigstens teilweise durch Rücksichten auf Dynamik und Emissionen definiert sein. Im Einzelnen können sich die Betriebsfrequenzen bestimmter innerer Bauteile so koppeln, dass sie ein hoch- oder ein niederfrequentes Dynamikfeld erzeugen. Ein solches Dynamikfeld kann eine negative Auswirkung auf die physikalischen Eigenschaften der Brennkammerbauteile sowie der stromabwärts gelegenen Turbinenbauteile haben. Angesichts dessen können gegenwärtige Brennkammergestaltungen versuchen, solche Betriebsbedingungen zu vermeiden, durch das Abstufen der Ströme von Kraftstoff oder Luft, um die Bildung eines Dynamikfeldes zu vermeiden. Das Abstufen sucht örtliche Zonen einer stabilen Verbrennung zu schaffen, selbst wenn die Mengenbedingungen die Gestaltung ausserhalb der typischen betrieblichen Grenzen in Bezug auf Emissionen, Entflammbarkeit und dergleichen bringen mögen. Eine solche Abstufung kann jedoch eine zeitaufwändige Eichung erfordern und kann ebenfalls einen Betrieb auf weniger als optimalen Niveaus erfordern.

[0006] Es besteht folglich ein Wunsch nach verbesserten Mikromischer-Brennkammergestaltungen. Solche verbesserten Mikromischer-Brennkammergestaltungen können eine gute Mischung der Ströme von Kraftstoff und Luft in denselben fördern, so dass sie bei höheren Temperaturen und Wirkungsgraden, aber mit niedrigeren Gesamtemissionen und niedrigerer Dynamik arbeiten. Darüber hinaus können solche verbesserten Mikromischer-Brennkammergestaltungen diese Ziele erreichen, ohne die Gesamtsystem-Komplexität und -kosten stark zu steigern.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0007] Die vorliegende Anmeldung und die sich daraus ergebende Patentschrift stellen folglich eine Brennkammer zur Verwendung mit einem Gasturbinentriebwerk bereit. Die Brennkammer kann eine Anzahl von Mikromischer-Kraftstoffdüsen, die innerhalb einer Auskleidung angeordnet sind, und eine Luft-Bypassanlage, die um die Auskleidung angeordnet ist, einschliessen. Die Luft-Bypassanlage ermöglicht veränderlich, dass ein Bypassanteil des Luftstroms die Mikromischer-Kraftstoffdüsen umgeht.

[0008] Die vorliegende Anmeldung und die sich daraus ergebende Patentschrift stellen ferner ein Verfahren zum Dämpfen einer Brennkammer zur Verwendung mit einem Kraftstoffström und einem Luftstrom in einem Gasturbinentriebwerk bereit. Das Verfahren kann die Schritte des Anordnens einer Anzahl von Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb einer Auskleidung, des Anordnens einer Anzahl von Luft-Bypasslöchern in der Auskleidung, des Manövrierens der Mikromischer-Kraftstoffdüsen zum Öffnen der Luft-Bypasslöcher in der Auskleidung, des Strömenlassens eines Bypassanteils des Luftstroms weg von den Mikromischer-Kraftstoffdüsen und des Verringerns des Kraftstoffstroms zu den Mikromischer-Kraftstoffdüsen einschliessen.

[0009] Die vorliegende Anmeldung und die sich daraus ergebende Patentschrift stellen ferner eine Luft-Bypassanlage zur Verwendung mit einem Kraftstoffström und einem Luftstrom in einer Brennkammer bereit. Die Luft-Bypassanlage kann eine Anzahl von Mikromischer-Kraftstoffdüsen, die innerhalb einer Kappenbaugruppe angeordnet sind, wobei die Kappenbaugruppe innerhalb einer Auskleidung angeordnet ist, und eine Anzahl von Luft-Bypasslöchern, die um die Auskleidung angeordnet sind, einschliessen. Die Luft-Bypasslöcher ermöglichen, dass ein Bypassanteil des Luftstroms die Mikromischer-Kraftstoffdüsen umgeht.

[0010] Diese und andere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und der sich daraus ergebenden Patentschrift werden einen Durchschnittsfachmann nach der Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen betrachtet wird, offensichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] <tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks, die einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine zeigt. <tb>Fig. 2<SEP>ist eine schematische Darstellung einer Brennkammer, die mit dem Gasturbinentriebwerk von Fig. 1 verwendet werden kann. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Mikromischer-Kraftstoffdüse, die mit der Brennkammer von Fig. 2 verwendet werden kann. <tb>Fig. 4<SEP>ist eine schematische Darstellung einer Mikromischer-Brennkammer, wie sie hierin beschrieben werden kann. <tb>Fig. 5<SEP>ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der Mikromischer-Brennkammer von Fig. 4 . <tb>Fig. 6<SEP>ist eine seitliche Querschnittsansicht der Mikromischer-Brennkammer von Fig. 5 . <tb>Fig. 7<SEP>ist eine ausgedehnte Ansicht eines Abschnitts eines verschachtelten Kraftstoff-Verteilersystems, wie es mit der Mikromischer-Brennkammer von Fig. 5 verwendet werden kann. <tb>Fig. 8<SEP>ist eine ausgedehnte Ansicht der Luft-Bypass-anlage, wie sie mit der Mikromischer-Brennkammer von Fig. 5 verwendet wird, in einer geschlossenen Stellung <tb>Fig. 9<SEP>ist eine weitere schematische Ansicht der Luft-Bypassanlage von Fig. 8 in einer geöffneten Stellung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0012] Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Zahlen durch die verschiedenen Ansichten auf gleiche Elemente beziehen, zeigt nun Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks 10, wie es hierin verwendet werden kann. Das Gasturbinentriebwerk 10 kann einen Verdichter 15 einschliessen. Der Verdichter 15 verdichtet einen ankommenden Luftstrom 20. Der Verdichter 15 führt den verdichteten Luftstrom 20 einer Brennkammer 25 zu. Die Brennkammer 25 mischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem unter Druck gesetzten Kraftstoffström 30 und zündet das Gemisch, um einen Strom 35 von Verbrennungsgasen zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 25 gezeigt wird, kann das Gasturbinentriebwerk 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 25 einschliessen. Der Strom 35 von Verbrennungsgasen wird wiederum einer Turbine 40 zugeführt. Der Strom 35 von Verbrennungsgasen treibt die Turbine 40 an, um so mechanische Arbeit zu erzeugen. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt über eine Welle 45 und eine äussere Last 50, wie beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen, den Verdichter 15 an.

[0013] Das Gasturbinentriebwerk 10 kann Erdgas, flüssige Kraftstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Kraftstoffen und Kombinationen derselben verwenden. Das Gasturbinentriebwerk 10 kann ein beliebiges von einer Anzahl von unterschiedlichen Gasturbinentriebwerken sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, einschliesslich solcher wie beispielsweise eines Hochleistungsgasturbinentriebwerks der Reihe 7 oder 9, aber ohne darauf begrenzt zu sein. Das Gasturbinentriebwerk 10 kann unterschiedliche Konfigurationen haben und kann andere Arten von Bauteilen verwendet. Es können hierin ebenfalls andere Arten von Gasturbinentriebwerken verwendet werden. Es können hierin ebenfalls mehrfache Gasturbinentriebwerke, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Energieerzeugungsausrüstung zusammen verwendet werden.

[0014] Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels der Brennkammer 25, wie sie mit dem oben beschriebenen Gasturbinentriebwerk 10 und dergleichen verwendet werden kann. Die Brennkammer 25 kann sich von einer Endabdeckung 52 an einem Kopfende bis zu einem Übergangsstück 54 an einem hinteren Ende um die Turbine 40 erstrecken. Es kann eine Anzahl von Kraftstoffdüsen 56 um die Endabdeckung 52 angeordnet sein. Eine Auskleidung 58 kann sich von den Kraftstoffdüsen 56 zu dem Übergangsstück 54 hin erstrecken und kann in derselben eine Verbrennungszone 60 definieren. Die Auskleidung 58 kann durch eine Strömungshülse 62 umschlossen sein. Die Auskleidung 58 und die Strömungshülse 62 können zwischen denselben eine Strömungsbahn 64 für den Luftstrom 20 von dem Verdichter 15 oder auf anderem Wege definieren. Es kann hierin eine beliebige Anzahl der Brennkammern 25 in einer Rohr-Ring-Anordnung und dergleichen verwendet werden. Die hierin beschriebene Brennkammer 25 dient nur dem Zweck eines Beispiels. Es können hierin Brennkammern mit anderen Bauteilen und anderen Konfigurationen verwendet werden.

[0015] Fig. 3 zeigt einen Abschnitt einer Mikromischer-Kraftstoffdüse 66, die mit der Brennkammer 25 und dergleichen verwendet werden kann. Die Mikromischer-Kraftstoffdüse 66 kann eine Anzahl von Mikromischer-Röhren 68 einschliessen, die um eine Kraftstoffröhre 70 angeordnet sind. Die Mikromischer-Röhren 68 können im Allgemeinen im Wesentlichen gleichförmige Durchmesser haben und können in ringförmigen, konzentrischen Reihen angeordnet sein. Es kann hierin eine beliebige Anzahl der Mikromischer-Röhren 68 in einer beliebigen Grösse, Form oder Konfiguration verwendet werden. Die Mikromischer-Röhren 68 können über eine Kraftstoffplatte 72 mit dem Kraftstoffström 30 von der Kraftstoffröhre 70 und über die Strömungsbahn 64 mit dem Luftstrom 20 von dem Verdichter 15 in Verbindung stehen. Ein kleines Volumen des Kraftstoffstroms 30 und ein kleines Volumen des Luftstroms 20 können sich innerhalb jeder Mikromischer-Röhre 68 mischen. Die gemischten Kraftstoff-Luft-Ströme können, wie oben beschrieben, zur Verbrennung in der Verbrennungszone 60 stromabwärts strömen und in der Turbine 40 verwendet werden. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0016] Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Brennkammer 100, wie sie hierin beschrieben werden kann. Die Brennkammer 100 kann eine Mikromischer-Brennkammer 110 sein, wobei eine beliebige Anzahl der Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 und dergleichen in derselben angeordnet ist. Die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 können den oben beschriebenen ähneln. Die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 können sektorenförmig, kreisförmig sein und/oder eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Desgleichen können die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 in denselben eine beliebige Anzahl von Mikromischer-Röhren in einer beliebigen Konfiguration einschliessen. Die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 können mit einer gemeinsamen Kraftstoffröhre 125 in Verbindung stehen. Die gemeinsame Kraftstoffröhre 125 kann in derselben einen oder mehrere Kraftstoffkreise führen. Die mehreren Kraftstoffkreise können ein Abstufen der Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 ermöglichen. Die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 können innerhalb einer Kappenbaugruppe 130 oder eine ähnlichen Struktur angebracht sein. Die Kappenbaugruppe 130 kann eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Die Kappenbaugruppe 130 kann von einer herkömmlichen Dichtung 135 und dergleichen umschlossen sein.

[0017] Ähnlich der oben beschriebenen kann sich die Brennkammer 100 von einer Endabdeckung 140 an einem Kopfende 150 derselben aus erstrecken. Eine Auskleidung 160 kann die Kappenbaugruppe 130 und die Dichtung 135 mit den Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 in derselben umschliessen. Die Auskleidung 160 kann eine Verbrennungszone 170 stromabwärts von der Kappenbaugruppe 130 definieren. Die Auskleidung 160 kann von einem Gehäuse 180 umschlossen sein. Die Auskleidung 160, das Gehäuse 180 und eine Strömungshülse (nicht gezeigt) können zwischen denselben eine Strömungsbahn 190 für einen Luftstrom 20 von dem Verdichter 15 oder auf anderem Wege definieren. Die Auskleidung 160, die Verbrennungszone 170, das Gehäuse 180 und die Strömungsbahn 190 können eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Es kann hierin eine beliebige Anzahl von Brennkammern 100 in einer Rohr-Ring-Anordnung und dergleichen verwendet werden. Es können hierin ebenfalls andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0018] Die Brennkammer 100 kann ebenfalls eine Brennkammer 195 mit veränderlichem Volumen sein. Daher kann die Brennkammer 195 mit veränderlichem Volumen einen linearen Stellantrieb 200 einschliessen. Der lineare Stellantrieb 200 kann um die Endabdeckung 140 und ausserhalb derselben angeordnet sein. Der lineare Stellantrieb 200 kann von herkömmlicher Gestaltung sein und kann eine lineare oder axiale Bewegung gewährleisten. Der lineare Stellantrieb 200 kann mechanisch, elektromechanisch, piezoelektrisch, pneumatisch, hydraulisch und/oder durch Kombinationen derselben betrieben werden. Als Beispiel kann der lineare Stellantrieb 200 einen Hydraulikzylinder, ein Zahnstangen-Ritzel-System, eine Kugelumlaufspindel, eine Handkurbel oder eine beliebige Art von Einrichtung, die dazu in der Lage ist, eine geregelte axiale Bewegung zu gewährleisten, ein-schliessen. Der lineare Stellantrieb 200 kann für einen dynamischen Betrieb auf der Grundlage von Systemrückmeldung und dergleichen in Verbindung mit den Gasturbinen-Gesamtreglern stehen.

[0019] Der lineare Stellantrieb 200 kann über eine Antriebsstange 210 und dergleichen in Verbindung mit der gemeinsamen Kraftstoffröhre 125 stehen. Die Antriebsstange 210 kann eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Die gemeinsame Kraftstoffröhre 125 kann für eine Bewegung mit derselben um die Antriebsstange 210 angeordnet sein. Folglich können der lineare Stellantrieb 200, die Antriebsstange 210 und die gemeinsame Kraftstoffröhre 125 die Kappenbaugruppe 130 mit den Mikro-mischer-Kraftstoffdüsen 120 in derselben entlang der Länge der Auskleidung 160 in eine beliebige geeignete Stellung manövrieren. Die mehreren Kraftstoffkreise innerhalb der gemeinsamen Kraftstoffröhre 125 können eine Kraftstoffdüsen-Abstufung ermöglichen. Es können hierin ebenfalls andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0020] Bei Anwendung kann der lineare Stellantrieb 200 die Kappenbaugruppe 130 so manövrieren, dass das Volumen des Kopfendes 150 im Verhältnis zu dem Volumen der Auskleidung 160 verändert wird. Das Auskleidungsvolumen (ebenso wie das Volumen der Verbrennungszone 170) kann folglich durch das Ausfahren oder Einziehen der Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 entlang der Auskleidung 160 verringert oder gesteigert werden. Darüber hinaus kann die Kappenbaugruppe 130 manövriert werden, ohne das Gesamtsystem-Druckgefalle zu ändern. Typische Brennkammersysteme können das Gesamtdruckgefalle ändern. Ein solches Druckgefälle hat jedoch im Allgemeinen eine Auswirkung auf das Kühlen der Bauteile in demselben. Darüber hinaus können Veränderungen bei dem Druckgefälle Schwierigkeiten beim Regeln der Verbrennungsdynamik erzeugen.

[0021] Das Ändern der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Volumina kann zu einer Veränderung der Gesamtreaktionsverweil-zeit und infolgedessen zu einer Veränderung der Gesamtemissionsniveaus von Stickstoffoxiden, Kohlenmonoxid und anderen Arten von Emissionen führen. Allgemein beschrieben, ist die Reaktionsverweilzeit unmittelbar mit dem Auskleidungsvolumen korreliert und kann folglich hierin eingestellt werden, um die Emissionsanforderungen für einen gegebenen Betriebsmodus zu erfüllen. Darüber hinaus kann die Veränderung der Verweilzeiten ebenfalls eine Auswirkung auf die Dämpfungs- und Brennkammerdynamik haben insofern, als sich das akustische Gesamtverhalten verändern kann, wenn sich die Volumina des Kopfendes und der Auskleidung verändern.

[0022] Zum Beispiel kann im Allgemeinen eine kurze Verweilzeit erforderlich sein, um niedrige Stickstoffoxid-Niveaus bei Grundlast sicherzustellen. Umgekehrt kann eine längere Verweilzeit erforderlich sein, um die Kohlenmonoxid-Niveaus bei Kleinlastbedingungen zu verringern. Die hierin beschriebene Brennkammer 100 gewährleistet folglich optimierte Emissions- und Dynamikminderung als eine abstimmbare Brennkammer ohne Veränderung bei dem Gesamtsystem-Druckgefalle. Im Einzelnen stellt die Brennkammer 100 die Fähigkeit bereit, die Volumina hierin aktiv zu verändern, um die Brennkammer 100 so abzustimmen, dass eine minimale dynamische Reaktion gewährleistet wird, ohne die Kraftstoffabstufung zu beeinträchtigen.

[0023] Obwohl der hierin beschriebene lineare Stellantrieb 200 so gezeigt wird, dass er die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 in der Kappenbaugruppe 130 als eine Gruppe manövriert, können ebenfalls mehrere lineare Stellantriebe 200 dazu verwendet werden, die Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 einzeln zu manövrieren und eine Düsenabstufung zu gewährleisten. Bei diesem Beispiel können die einzelnen Mikromischer-Kraftstoffdüsen 120 eine zusätzliche Abdichtung zwischen denselben und in Bezug auf die Kappenbaugruppe 130 bereitstellen. Es kann hierin ebenfalls eine Drehbewegung verwendet werden. Darüber hinaus können hierin ebenfalls Nicht-Mikromischer-Kraftstoffdüsen verwendet werden, und/oder Nicht-Mikromischer-Kraftstoffdüsen und Mikromischer-Kraftstoffdüsen können hierin zusammen verwendet werden. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0024] Fig. 5 und Fig. 6 zeigen ein Beispiel eines Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystems 220, das mit der Brennkammer 100 und dergleichen verwendet werden kann. Jede der Kraftstoffdüsen 120 kann an dem Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystem 220 angebracht sein. Das Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystem 220 kann einen Kraftstoffdüsenverteiler 230 einschliessen. Der Kraftstoffdüsenverteiler 230 kann in Verbindung mit der gemeinsamen Kraftstoffröhre 125 stehen und kann, wie oben beschrieben, über die Antriebsstange 210 manövrierbar sein. Der Kraftstoffdüsenverteiler 230 kann eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben.

[0025] Der Kraftstoffdüsenverteiler 230 des Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystems 220 kann eine Mittelnabe 240 einschliessen. Die Mittelnabe 240 kann eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Die Mittelnabe 240 kann eine Anzahl von unterschiedlichen Strömen in derselben aufnehmen. Der Kraftstoffdüsenverteiler 230 des Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystems 220 kann eine Anzahl von Stützstreben 250 einschliessen, die sich von der Mittelnabe 240 aus erstrecken. Es kann eine beliebige Anzahl von Stützstreben 250 verwendet werden. Die Stützstreben 250 können eine im Wesentlichen aerodynamisch konturierte Form 255 haben, obwohl hierin eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration verwendet werden kann. Im Einzelnen kann jede der Stützstreben 250 ein stromaufwärts gelegenes Ende 260, ein stromabwärts gelegenes Ende 270, eine erste Seitenwand 280 und eine zweite Seitenwand 290 einschliessen. Die Stützstreben 250 können sich in Radialrichtung von der Mittelnabe 240 aus zu der Kappenbaugruppe 130 erstrecken. Jede Stützstrebe 250 kann in Verbindung mit einer oder mehreren der Kraftstoffdüsen 120 stehen, um so den Kraftstoffström 30 zu denselben zu gewährleisten. Die Kraftstoffdüsen 120 können sich in Axialrichtung von dem stromabwärts gelegenen Ende 270 jeder der Stützstreben 250 aus erstrecken. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0026] Fig. 7 zeigt ein verschachteltes Kraftstoff-Verteilersystem 320, wie es hierin beschrieben werden kann. Das verschachtelte Kraftstoff-Verteilersystem 320 kann mit dem Vordüsen-Kraftstoffeinspritzungssystem 220 oder einer anderen Art von Kraftstoffeinspritzungssystem zusammenwirken, um den Kraftstoffdüsen 120 sicher einen oder mehrere Kraftstoffströme 30 zuzuführen. Darüber hinaus kann das verschachtelte Kraftstoff-Verteilersystem 320 ebenfalls mit dem linearen Stellantrieb 200 und der Antriebsstange 210 zusammenwirken, um die axiale Bewegung der Kraftstoffdüsen 120 innerhalb der Kappenbaugruppe 130 aufzunehmen, während die Anzahl der Durchdringungen durch die Endabdeckung 140 begrenzt wird.

[0027] Das verschachtelte Kraftstoff-Verteilersystem 320 schliesst einen verschachtelten Kraftstoffverteiler 330 ein. Der verschachtelte Kraftstoffverteiler 330 kann für eine Bewegung damit ausserhalb der Endabdeckung 140 an dem Kopfende 150 um den linearen Stellantrieb 200 angeordnet sein. Der verschachtelte Kraftstoffverteiler 330 kann eine Anzahl von Kraftstoffkreis-Verbindungen 340 einschliessen. Es kann eine beliebige Anzahl der Kraftstoffkreis-Verbindungen 340 verwendet werden. Die Kraftstoffkreis-Verbindungen 340 können in Verbindung mit den gleichen oder unterschiedlichen Arten von Kraftstoffströmen 30 stehen, um hierin so eine Kraftstoff-Flexibilität zu gewährleisten. Die Kraftstoffkreis-Verbindungen 340 können eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben.

[0028] Jede der Kraftstoffkreis-Verbindungen 340 des verschachtelten Kraftstoffverteilers 330 kann in Verbindung mit einem verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreis 350 stehen. Bei diesem Beispiel werden drei (3) verschachtelte Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 gezeigt: ein erster verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis 360, ein zweiter verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis 370 und ein dritter verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis 380. Es kann hierin jedoch eine beliebige Anzahl der verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 verwendet werden. Die verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 können ringförmig ineinander verschachtelt sein derart, dass der erste verschachtelte Kraftstoff-Zufuhrkreis 360 innerhalb des zweiten verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreises 370 angeordnet ist, der wiederum innerhalb des dritten verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreises 380 angeordnet ist. Eine Kraftstoff-Speisungsdichtung 390 kann jeden der verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 trennen. Jeder der verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 kann die Form eines flexiblen Schlauchs und dergleichen annehmen. Die verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 können eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Die verschachtelten Kraftstoff-Zufuhrkreise 350 wirken gemeinsam als die gemeinsame Kraftstoffröhre 125. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0029] Fig. 8 und 9 zeigen ein Beispiel einer Luft-Bypass-anlage 800, die mit der Brennkammer 100 und dergleichen verwendet werden kann. Die Luft-Bypassanlage 800 kann eine Anzahl von Luft-Bypasslöchern 810 einschliessen, die durch die Auskleidung 160 angeordnet sind. Die Luft-Bypasslöcher 810 können um ein hinteres Ende 820 der Kappenbaugruppe 130 durch die Auskleidung 160 angeordnet sein. Die Luft-Bypasslöcher 810 können in einer einzigen Reihe 830 angeordnet sein, oder es kann eine Anzahl von Reihen 830 so angeordnet sein, dass eine Abstufung gewährleistet wird. Die Luft-Bypasslöcher 810 können eine beliebige Grösse, Form oder Konfiguration haben. Es können hierin Luft-Bypasslöcher 810 von unterschiedlichen Grössen, Formen und Konfigurationen zusammen in beliebiger Ausrichtung verwendet werden. Es kann hierin eine beliebige Anzahl der Luft-Bypasslöcher 810 verwendet werden. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0030] Bei diesem Beispiel kann die Dichtung 135 an der Kappenbaugruppe 130 eine Kompressionsringdichtung 840 und dergleichen sein. Allgemein definiert kann die Kompressionsringdichtung 840 eine Fingerdichtung oder eine Blattfeder sein, die zum Abdichten einer gleitenden Grenzfläche oder eines ringförmigen Spalts zwischen zwei konzentrischen Kanälen verwendet wird. Es können hierin andere Arten von Dichtungen 135 und Abdichtungsmechanismen verwendet werden. Es kann hierin eine beliebige Anzahl der Kompressionsringdichtungen 840 in einer beliebigen Grösse, Form oder Konfiguration verwendet werden. Die Kompressionsringdichtungen 840 können um das hintere Ende 820 der Kappenbaugruppe 130 angeordnet sein. Eine solche Anordnung vermeidet eine mögliche Beschädigung einer Wärmesperrbeschichtung 850 und dergleichen auf der heissen Oberfläche der Auskleidung 160. Es können hierin andere Bauteile und andere Konfigurationen verwendet werden.

[0031] Fig. 8 zeigt die Luft-Bypassanlage 800 in einer geschlossenen Stellung 860. Im Einzelnen verhindern, wenn die Kappenbaugruppe 130 in einer Richtung stromabwärts innerhalb der Auskleidung 160 vorgeschoben ist, die Kompressionsringdichtungen 840 den Luftstrom 20 durch dieselbe. Fig. 9 zeigt die Luft-Bypassanlage in einer offenen Stellung 870. In dieser Stellung befinden sich die Kompressionsringdichtungen 840 stromaufwärts von den Luft-Bypasslöchern 810, wenn die Kappenbaugruppe 130 zu einer vollständig hinteren Stellung 880 eingezogen ist. Die vollständig hintere Stellung 880 stellt das grösste Brennkammervolumen und folglich die längste Verweilzeit bereit. Wenn die Luft-Bypasslöcher 810 offen sind, kann ein Bypassanteil 890 des Luftstroms 20 durch dieselben strömen und die Kraftstoffdüsen 120 umgehen. Die Luft-Bypasslöcher 810 können so konfiguriert sein, dass sie es ermöglichen, dass ein vorbestimmtes Volumen des Bypassanteils 890 durch dieselben strömt.

[0032] Die Verwendung des Bypassanteils 890 des Luftstroms 20 ermöglicht, dass für die Kraftstoffdüsen 120 weniger von dem Kraftstoffström 30 bereitgestellt wird. Die Luft-Bypassanlage 800 ermöglicht folglich, dass die Brennkammer 100 auf einen viel niedrigeren Punkt gedämpft wird, während für eine stabile Flammleistung das gleiche Kraftstoff-Luft-Verhältnis für die Kraftstoffdüsen 120 bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann die Luft-Bypassanlage 800 die Gesamteinhaltung der Emissionen verbessern durch das Ablassen des Bypassanteils 890 weg von der Mitteldüse, um so die Bildung von Kohlenmonoxid zu regeln. Die Kompressionsringdichtungen 840 können ebenfalls derart angeordnet werden, dass nur eine vorbestimmte Anzahl der Luft-Bypasslöcher 810 offen sein kann, um so das Volumen des Bypassanteils 890 zu verändern und folglich so das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für die Kraftstoffdüsen 120 zu verändern. Die Luft-Bypassanlage 800 kann das Volumen des Bypassanteils 890 genau regeln durch das Verändern der Stellung der Kompressionsringdichtungen 840 und der Kappenbaugruppe 130 über den linearen Stellantrieb 200. Die Luft-Bypassanlage 800 kann folglich eine beliebige Anzahl von teilweise offenen Stellungen mit den Kompressionsringdichtungen 840 stromaufwärts von einigen der Luft-Bypasslöcher 810 haben.

[0033] Die Luft-Bypassanlage 800 versieht folglich die Brennkammer 100 mit einer verbesserten Dämpfungsleistung ohne die Verwendung von Zusatzbauteilen für ein robustes Gesamtsystem. Die Luft-Bypassanlage 800 ermöglicht eine weitere Dämpfung, Emissionseinhaltung und Dynamikminderung. Die Brennkammer 100 kann folglich bei verhältnismässig niedrigen Lasten innerhalb von erforderlichen Paramatern arbeiten.

[0034] Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende nur bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung und der sich daraus ergebenden Patentschrift betrifft. Es können durch einen Durchschnittsfachmann zahlreiche Änderungen und Modifikationen hieran vorgenommen werden, ohne von dem allgemeinen Geist und Rahmen der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche und die Äquivalente derselben definiert wird, abzuweichen.

Bezugszeichenliste

[0035] <tb>10<SEP>Gasturbinentriebwerk <tb>15<SEP>Verdichter <tb>20<SEP>Luft <tb>25<SEP>Brennkammer <tb>30<SEP>Kraftstoff <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>Kraftstoffdüsen <tb>58<SEP>Auskleidung <tb>60<SEP>Verbrennungszone <tb>62<SEP>Strömungshülse <tb>64<SEP>Strömungsbahn <tb>66<SEP>Mikromischer-Kraftstoffdüse <tb>68<SEP>Mischröhren <tb>70<SEP>Kraftstoffröhre <tb>72<SEP>Kraftstoffplatte <tb>100<SEP>Brennkammer <tb>110<SEP>Mikromischer-Brennkammer <tb>120<SEP>Kraftstoffdüsen <tb>125<SEP>Kraftstoffröhre <tb>130<SEP>Kappenbaugruppe <tb>135<SEP>Dichtung <tb>140<SEP>Endabdeckung <tb>150<SEP>Kopfende <tb>160<SEP>Auskleidung <tb>170<SEP>Verbrennungszone <tb>180<SEP>Gehäuse <tb>190<SEP>Strömungsbahn <tb>195<SEP>Brennkammer mit veränderlichem Volumen <tb>200<SEP>linearer Stellantrieb <tb>210<SEP>Antriebsstange <tb>220<SEP>Vordüsen-Kraftstoffeinspritzsystem <tb>230<SEP>Kraftstoffverteiler <tb>240<SEP>Mittelnabe <tb>250<SEP>Stützstreben <tb>255<SEP>konturierte Form <tb>260<SEP>stromaufwärts gelegenes Ende <tb>270<SEP>stromabwärts gelegenes Ende <tb>280<SEP>1. Seitenwand <tb>290<SEP>2. Seitenwand <tb>300<SEP>Kraftstoff-Einspritzloch <tb>310<SEP>Vordüsenströmung <tb>320<SEP>verschachteltes Kraftstoff-Verteilersystem <tb>330<SEP>verschachtelter Kraftstoff-Verteiler <tb>340<SEP>Kraftstoffkreis-Verbindungen <tb>350<SEP>verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis <tb>360<SEP>erster verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis <tb>370<SEP>zweiter verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis <tb>380<SEP>dritter verschachtelter Kraftstoff-Zufuhrkreis <tb>390<SEP>Kraftstoff-Speisungsdichtung <tb>400<SEP>flexibler Schlauch <tb>410<SEP>Eintrittsöffnung <tb>420<SEP>Stützstruktur <tb>430<SEP>freitragende Form <tb>440<SEP>Abdichtungsflansch <tb>450<SEP>Stangenöffnung <tb>460<SEP>Dichtung <tb>480<SEP>aerodynamischer Kraftstoff-Flansch <tb>490<SEP>konturierte Form <tb>500<SEP>Aero-Kraftstoff-Flansch <tb>510<SEP>abgeflachte Form <tb>520<SEP>konische Auskleidungsstütze <tb>530<SEP>Strömungshülse <tb>540<SEP>Strömungsbahn <tb>550<SEP>konischer Korpus <tb>560<SEP>Auskleidungsflansch <tb>570<SEP>umlaufende Rille <tb>580<SEP>Strömungshülsenflansch <tb>590<SEP>radiale Lippe <tb>600<SEP>Rückhaltestift-Öffnungen <tb>610<SEP>Rückhaltestifte <tb>620<SEP>Fenster <tb>630<SEP>Filtersiebe <tb>650<SEP>Flügelkorpus <tb>660<SEP>aerodynamische Anbringungssektion <tb>670<SEP>erster aufgebauter Bereich <tb>680<SEP>zweiter aufgebauter Bereich <tb>690<SEP>halbkonische Form <tb>700<SEP>Kraftstofföffnungen <tb>710<SEP>Bolzenlöcher <tb>720<SEP>gleichmässige Flügelform <tb>725<SEP>abgestumpfter Abschnitt <tb>730<SEP>zusätzliches Material <tb>740<SEP>Kraftstoffkern <tb>750<SEP>mittlere Düse <tb>760<SEP>erster Satz von äusseren Düsen <tb>770<SEP>zweiter Satz von äusseren Düsen <tb>800<SEP>Luft-Bypassanlage <tb>810<SEP>Luft-Bypasslöcher <tb>820<SEP>hinteres Ende <tb>830<SEP>Reihe <tb>840<SEP>Kompressionsringdichtung <tb>850<SEP>TBC <tb>860<SEP>geschlossene Stellung <tb>870<SEP>geöffnete Stellung <tb>880<SEP>vollständig hintere Stellung <tb>890<SEP>Bypassanteil

Claims (20)

1. Brennkammer zur Verwendung mit einem Kraftstoffström und einem Luftstrom in einem Gasturbinentriebwerk, die Folgendes umfasst: mehrere Mikromischer-Kraftstoffdüsen; wobei die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb einer Auskleidung angeordnet sind; und eine Luft-Bypassanlage, die um die Auskleidung angeordnet ist; wobei die Luft-Bypassanlage veränderlich ermöglicht, dass ein Bypassanteil des Luftstroms die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen umgeht.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, wobei die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen mehrere Mikromischer-Kraftstoffröhren und eine Kraftstoffplatte umfassen.

3. Brennkammer nach Anspruch 1, wobei die Luft-Bypassanlage mehrere Luft-Bypasslöcher durch die Auskleidung umfasst.

4. Brennkammer nach Anspruch 3, wobei die mehreren Luft-Bypasslöcher in einer Reihe konfiguriert sind.

5. Brennkammer nach Anspruch 3, wobei die mehreren Luft-Bypasslöcher in mehreren Reihen konfiguriert sind.

6. Brennkammer nach Anspruch 1, wobei die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb einer Kappenbaugruppe angeordnet sind.

7. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Kappenbaugruppe eine Dichtung umfasst, die um die Auskleidung angeordnet ist.

8. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Dichtung um ein hinteres Ende der Kappenbaugruppe angeordnet ist.

9. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Luft-Bypassanlage eine geschlossene Stellung mit der Dichtung stromabwärts von der Luft-Bypassanlage umfasst.

10. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Luft-Bypassanlage eine offene Stellung mit der Dichtung stromaufwärts von der Luft-Bypassanlage umfasst.

11. Brennkammer nach Anspruch 10, wobei die offene Stellung die Kappenbaugruppe in einer vollständig hinteren Stellung umfasst.

12. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Luft-Bypassanlage eine teilweise geöffnete Stellung mit der Dichtung teilweise stromaufwärts von der Luft-Bypassanlage umfasst.

13. Brennkammer nach Anspruch 6, wobei die Dichtung eine Kompressionsringdichtung umfasst.

14. Brennkammer nach Anspruch 1, die ferner einen linearen Stellantrieb zum Manövrieren der mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb der Auskleidung umfasst.

15. Verfahren zum Dämpfen einer Brennkammer zur Verwendung mit einem Kraftstoffström und einem Luftstrom in einem Gasturbinentriebwerk, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: das Anordnen von mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb einer Auskleidung; das Anordnen von mehreren Luft-Bypasslöchern durch die Auskleidung; das Manövrieren der mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen zum Öffnen der Luft-Bypasslöcher in der Auskleidung; das Strömenlassen eines Bypassanteils des Luftstroms weg von den mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen; und das Verringern des Kraftstoffstroms zu den mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen.

16. Luft-Bypassanlage zur Verwendung mit einem Kraftstoffström und einem Luftstrom in einer Brennkammer, wobei die Anlage Folgendes umfasst: mehrere Mikromischer-Kraftstoffdüsen; wobei die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen innerhalb einer Kappenbaugruppe angeordnet sind; wobei die Kappenbaugruppe innerhalb einer Auskleidung angeordnet ist; und mehrere Luft-Bypasslöcher, die um die Auskleidung angeordnet sind; wobei die Luft-Bypasslöcher ermöglichen, dass ein Bypassanteil des Luftstroms die mehreren Mikromischer-Kraftstoffdüsen umgeht.

17. Brennkammer nach Anspruch 16, wobei die Kappenbaugruppe eine Dichtung umfasst, die um ein hinteres Ende derselben angeordnet ist.

18. Brennkammer nach Anspruch 17, wobei die Luft-Bypassanlage eine geschlossene Stellung mit der Dichtung stromabwärts von den Luft-Bypasslöchern umfasst.

19. Brennkammer nach Anspruch 17, wobei die Luft-Bypassanlage eine offene Stellung mit der Dichtung stromaufwärts von den Luft-Bypasslöchern umfasst.

20. Brennkammer nach Anspruch 17, wobei die Dichtung eine Kompressionsringdichtung umfasst.