CH707748A2

CH707748A2 - Turbomaschine mit einem Übergangsstück mit Verdünnungslöchern und mit einem Brennstoffeinspritzsystem, das mit dem Übergangsstück verbunden ist.

Info

Publication number: CH707748A2
Application number: CH00342/14A
Authority: CH
Inventors: Carey Edward Romoser; Derrick Walter Simons
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-09-15
Also published as: JP6506502B2; US20140260261A1; US9279369B2; CN203847252U; JP2014178105A; DE102014102784A1

Abstract

Es ist eine Turbomaschine (10) geschaffen, und diese enthält eine Brennkammer (11), in der Brennstoff und Luft verbrannt werden, eine Turbine (12), die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer (11) angeordnet ist, ein Übergangsstück (13), das strömungsmässig zwischen der Brennkammer (11) und der Turbine (12) eingefügt ist und einen Körper (130) enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher (20) zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer (11) einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung (15) der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer (11) zu der Turbine (12) fortschreiten, zu ermöglichen, und ein Brennstoffeinspritzsystem (30), das unterstützend mit dem Übergangsstück (13) verbunden und konfiguriert ist, um Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung (15) der Produkte der Verbrennung zu injizieren, um dadurch eine Flammentemperatur der Hauptströmung (15) der Produkte der Verbrennung, die durch eine durch die Verdünnungslöcher (20) ermöglichte Dampfinjektion reduziert wurde, wiederherzustellen.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft eine Turbomaschine und insbesondere eine Turbomaschine mit einem Übergangsstück, das Verdünnungslöcher aufweist, und einem Brennstoffeinspritzsystem, das mit dem Übergangsstück verbunden ist.

[0002] Eine typische Turbomaschine enthält eine Brennkammer, eine Turbine und ein Übergangsstück. Die Brennkammer weist ein Kopfende auf und enthält ein Flammrohr, das sich von dem Kopfende aus nach hinten erstreckt. Das Flammrohr ist ausgebildet, um eine Verbrennungszone zu definieren, in der eine erste Menge an Brennstoff und verdichtete Luft miteinander vermischt und verbrannt werden, um eine Hauptströmung von Verbrennungsprodukten zu erzeugen. Die Turbine ist stromabwärts von der Brennkammer angeordnet und ist konfiguriert, um für die Produkte der Verbrennung aus der Brennkammer aufnahmefähig zu sein. Innerhalb der Turbine werden die Produkte der Verbrennung in Arbeitsvorgängen zur Energieerzeugung expandiert.

[0003] In einigen Turbomaschinen, die zur Dampfinjektion eingerichtet sind, wird Dampf zur Leistungssteigerung in das Übergangsstück injiziert, und er kühlt die Flamme herunter. Die Turbomaschinengeometrien sind vorgegeben, um Brennstoff/Luft-Verhältnisse und folglich Flammentemperaturen zur Einhaltung von Emissionsanforderungen während eines Dampfbetriebs festzulegen.

[0004] Die Nachteile des Dampfinjektionssystems zeigen sich selbst auf, wenn die Turbomaschine 10 ohne Dampfinjektion (d.h. während eines Trockenbetriebs) betrieben wird. Die Einhaltung von Emissionsanforderungen kann in diesem Fall nur dadurch erhalten werden, dass die Gasturbine unterfeuert wird und dadurch wegen der Turbomaschinengeometrien, die gemäss den Dampfbetriebsvorgängen vorgegeben sind, weniger Ausgangsleistung erzeugt wird. Falls die Brennkammergeometrie vorgegeben ist, um das Brennstoff/Luft-Verhältnis und somit die Flammentemperatur zur Einhaltung von Emissionsanforderungen während eines Trockenbetriebs einzustellen, kommen die Nachteile zum Vorschein, wenn die Turbomaschine mit Dampf betrieben wird. Die Einhaltung von Emissionsanforderungen kann in diesem Fall nur durch Überfeuerung der Gasturbine erhalten werden, was zu verkürzten Lebensdauern von Heissgaspfadteilen führt.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist eine Turbomaschine geschaffen, und diese enthält eine Brennkammer, in der Brennstoff und Luft verbrannt werden, eine Turbine, die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer angeordnet ist, ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen, und ein Brennstoffeinspritzsystem, das unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert ist, um Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren, um dadurch eine durch Dampfinjektion, die durch die Verdünnungslöcher ermöglicht wird, reduzierte Flammentemperatur der Hauptströmung der Produkte der Verbrennung wiederherzustellen.

[0006] Der Körper des Übergangsstücks kann aufweisen: einen vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt der Brennkammer koaxial ist; einen hinteren Abschnitt, der mit einem vorderen Abschnitt der Turbine verbunden ist; und einen mittleren Abschnitt, der sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt zu dem hinteren Abschnitt erstreckt.

[0007] Das Brennstoffeinspritzsystem einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann aufweisen: wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren, durch die Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injiziert werden kann; und einen Brennstoffkreislauf, der konfiguriert ist, um Brennstoff zu einem Kopfende der Brennkammer und zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren zu liefern.

[0008] In der Turbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können 0 bis etwa 20% einer verfügbaren Brennstoffzuführung in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung injizierbar sein.

[0009] In der Turbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können etwa 11% einer verfügbaren Brennstoffzuführung in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung injizierbar sein.

[0010] Die Verdünnungslöcher einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine können aktive Geometrien aufweisen.

[0011] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Turbomaschine geschaffen, und diese enthält eine Brennkammer, in der eine erste Menge an Brennstoff und Luft verbrannt werden, eine Turbine, die zur Aufnahme von Produkten der Verbrennung aus der Brennkammer angeordnet ist, ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen, und ein Brennstoffeinspritzsystem. Das Brennstoffeinspritzsystem ist unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert, um eine zweite Menge an Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren.

[0012] Der Körper des Übergangsstücks einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann aufweisen: einen vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt der Brennkammer koaxial ist; einen hinteren Abschnitt, der mit einem vorderen Abschnitt der Turbine verbunden ist; und einen mittleren Abschnitt, der sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt zu dem hinteren Abschnitt erstreckt.

[0013] Das Brennstoffeinspritzsystem einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann aufweisen: wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren, durch die die zweite Menge an Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung injiziert werden kann; und einen Brennstoffkreislauf, der konfiguriert ist, um die erste Menge an Brennstoff zu einem Kopfende der Brennkammer zu liefern und um die zweite Menge an Brennstoff zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren zu liefern.

[0014] Die zweite Brennstoffmenge in einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann 0 bis etwa 20% einer verfügbaren Brennstoffzuführung betragen.

[0015] Die zweite Brennstoffmenge in einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann etwa 11% einer verfügbaren Brennstoffzuführung betragen.

[0016] Die Verdünnungslöcher einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine können aktive Geometrien aufweisen.

[0017] Gemäss einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Turbomaschine geschaffen, und diese enthält eine Brennkammer, in der eine erste Menge an Brennstoff und Luft verbrannt werden, eine Turbine, die zur Aufnahme von Produkten der Verbrennung aus der Brennkammer angeordnet ist, ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen, ein Brennstoffeinspritzsystem und eine Steuereinrichtung. Das Brennstoffeinspritzsystem ist unterstützend mit dem Übergangsstück gekoppelt und konfiguriert, um eine zweite Menge an Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren. Die Steuereinrichtung ist mit dem Brennstoffeinspritzsystem betriebsmässig verbunden und konfiguriert, um relative Grössen der ersten und zweiten Brennstoffmenge anzupassen.

[0018] Der Körper des Übergangsstücks eines beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann aufweisen: einen vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt der Brennkammer koaxial ist; einen hinteren Abschnitt, der mit einem vorderen Abschnitt der Turbine gekoppelt ist; und einen mittleren Abschnitt, der sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt zu dem hinteren Abschnitt erstreckt.

[0019] Das Brennstoffeinspritzsystem einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann aufweisen: wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren, durch die die zweite Brennstoffmenge in Richtung auf die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injizierbar ist; und einen Brennstoffkreislauf, der konfiguriert ist, um die erste Brennstoffmenge zu einem Kopfende der Brennkammer zu liefern und um die zweite Brennstoffmenge zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren zu liefern.

[0020] Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass die zweite Brennstoffmenge 0 bis etwa 20% einer verfügbaren Brennstoffzuführung beträgt.

[0021] Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann konfiguriert sein, um zu bewirken, dass die zweite Brennstoffmenge etwa 11% einer verfügbaren Brennstoffzuführung beträgt.

[0022] Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann konfiguriert sein, um die relativen Grössen der ersten und zweiten Brennstoffmenge gemäss einem vordefinierten Schema anzupassen.

[0023] Die Steuereinrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine kann konfiguriert sein, um die relativen Grössen der ersten und zweiten Brennstoffmenge gemäss einem der folgenden anzupassen: ein Dampfbetriebsmodus wird initiiert; oder ein Trockenbetriebsmodus wird initiiert.

[0024] Die Verdünnungslöcher einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschine können aktive Geometrien aufweisen und können mit der Steuereinrichtung betriebsmässig verbunden sein, wobei die Steuereinrichtung ferner konfiguriert ist, um die aktiven Geometrien der Verdünnungslöcher zu steuern.

[0025] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offenkundiger.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0026] Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschliessen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Darstellung einer Turbomaschine gemäss Ausführungsformen; und <tb>Fig. 2<SEP>eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung der Turbomaschine gemäss Ausführungsformen.

[0027] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0028] Die nachstehend bereitgestellte Beschreibung betrifft eine Turbomaschine mit einer Kombination aus Dampfinjektion zur Leistungssteigerung und einer axial gestuften Injektion oder späten mageren Injektion (LLI, Late Lean Injection). Die axial gestufte Injektion oder LLI wird unterstützt, um die Leistungssteigerung durch Dampfinjektion marktfähiger zu machen. D.h., die axial gestufte Injektion oder LLI für z.B. Hochleistungsgasturbinen der Klasse E ermöglicht eine stabile Verbrennung über einen deutlich vergrösserten Feuerungstemperaturbereich hinweg. Diese neue Flexibilität wird erzielt, indem Brennstoff von der Flammenzone weg umgeleitet wird (Brennstoffstufung), um anforderungskonforme Brennkammeremissionen zu erhalten.

[0029] Die axial gestufte Injektion oder LLI erzielt eine aktive «Abstimmung» einer Brennkammer durch Anpassung der Brennstoffmenge, die in der Reaktionszone partizipiert. Auf diese Weise kann die Reaktion, oder Flammentemperatur, angepasst werden, um die durch die Einleitung von Dampf bewirkte Flammentemperaturreduktion auszugleichen. Die Fähigkeit, die Flammentemperatur anzupassen und die Dampfinjektion zu kompensieren ist bisher nur durch Veränderungen der Bauteilkonfiguration möglich. Die Kombination aus Dampfinjektion mit später magerer Injektion reduziert oder eliminiert die Nachteile des derzeitigen dampfbasierten Leistungssteigerungsproduktes.

[0030] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Turbomaschine 10 geschaffen, die eine Brennkammer 11, eine Turbine 12 und ein Übergangsstück 13 enthält. Die Brennkammer 11 weist ein Kopfende 110 auf und enthält ein Flammrohr 111, das sich von dem Kopfende 110 aus nach hinten erstreckt. Das Flammrohr 111 ist ausgebildet, um eine Verbrennungszone 14 zu definieren, in der eine erste Brennstoffmenge und verdichtete Luft miteinander vermischt und verbrannt werden, um eine Hauptströmung 15 von Verbrennungsprodukten zu erzeugen. Die Turbine 12 ist stromabwärts von der Brennkammer 11 angeordnet und ist konfiguriert, um für die Produkte der Verbrennung aus der Brennkammer 11 empfänglich zu sein. Innerhalb der Turbine 12 werden die Produkte der Verbrennung in Arbeitsvorgängen zur Leistungserzeugung expandiert.

[0031] Das Übergangsstück 13 ist strömungsmässig zwischen der Brennkammer 11 und der Turbine 12 eingefügt. Das Übergangsstück 13 enthält einen Körper 130 mit einem vorderen Abschnitt 131, einem hinteren Abschnitt 132 und einem mittleren Abschnitt 133. Der vordere Abschnitt 131 ist teleskopartig koaxial mit einem hinteren Abschnitt 112 des Flammrohrs 111 der Brennkammer 11 angeordnet. Der hintere Abschnitt 132 ist mit einem vorderen Abschnitt 120 (d.h. einer ersten Stufe) der Turbine 12 verbunden. Der mittlere Abschnitt 133 erstreckt sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt 131 zu dem hinteren Abschnitt 132, wodurch der hintere Abschnitt 132 an einer radial inneren Stelle im Vergleich zu der radial äusseren Stelle des vorderen Abschnitts 131 z.B. in einer ringrohrförmigen Konfiguration der Turbomaschine 10 angeordnet sein kann. Entlang des mittleren Abschnitts 133 ist der Körper 130 des Übergangsstücks 13 ausgebildet, um Verdünnungslöcher 20 zu definieren.

[0032] Die Verdünnungslöcher 20 ermöglichen, dass Luft in die Brennkammer 11 eintritt, und funktionieren in einer ähnlichen Weise wie Öffnungen und Mischlöcher in dem Flammrohr 111 und ähnliche Verdünnungslöcher in dem Übergangsstück 13. Insbesondere ermöglichen die Verdünnungslöcher 20 gemeinsam mit den Öffnungen und Mischlöchern in dem Flammrohr 111 eine Dampfinjektion von einer Aussenseite der Turbomaschine 10 zu einem Innenraum von dieser. Der Dampf, der in die Brennkammer 11 über die Öffnungen und die Mischlöcher in dem Flammrohr 111 in der Nähe des Kopfendes 110 und über die Verdünnungslöcher 20 eintritt, wird in Richtung auf die Hauptströmung 15 der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer 11 zu der Turbine 12 fortschreiten, gerichtet und ist für eine Verringerung einer Flammentemperatur in der Verbrennungszone 14 und dem Innenraum des Übergangsstücks 13 verantwortlich.

[0033] Die Turbomaschine 10 enthält ferner ein Brennstoffeinspritzsystem 30, wie beispielsweise ein axial gestuftes Brennstoffeinspritzsystem oder ein spätes mageres Einspritzsystem (LLI-System). Das Brennstoffeinspritzsystem 30 ist mit dem Körper 130 des Übergangsstücks 13 unterstützend gekoppelt und ist konfiguriert, um eine zweite Brennstoffmenge in den Innenraum des Übergangsstücks 13 hinein und in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren. Das Brennstoffeinspritzsystem 30 kann wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren 31, einen Brennstoffkreislauf 32 und wenigstens eine oder mehrere Ventilanordnungen 33 enthalten. Der wenigstens eine oder die mehreren Brennstoffinjektoren 31 kann/können mit dem Körper 130 des Übergangsstücks 13 derart unterstützend gekoppelt sein, dass die zweite Brennstoffmenge in Richtung auf den Innenraum des Übergangsstücks 13 und in Richtung auf die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injiziert werden kann. Der Brennstoffkreislauf 32 ist konfiguriert, um die erste Brennstoffmenge zu dem Kopfende 110 der Brennkammer 11 zu liefern und ist mit dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 verbunden. Somit ist der Brennstoffkreislauf 32 ferner konfiguriert, um die zweite Brennstoffmenge zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 zu liefern.

[0034] Die wenigstens eine oder mehreren Ventilanordnungen 33 kann/können manuell oder automatisch steuerbar sein um zu ermöglichen, dass relative Mengen der ersten und zweiten Brenn-stoffmengen zu dem Kopfende 110 bzw. dem einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 geliefert werden können. Obwohl es in Fig. 1 als ein Drei-Wege-Ventil veranschaulicht ist, versteht es sich, dass dies lediglich beispielhaft ist und dass andere Ausführungsformen existieren. Zum Beispiel kann in einer alternativen Ausführungsform ein Paar aus Zwei-Wege-Ventilen entlang der Leitungen des Brennstoffkreislaufs 32 betriebsmässig angeordnet sein, die die erste und die zweite Brennstoffmenge zu dem Kopfende 110 und dem einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 liefern.

[0035] Unter Bezugnahme auf Fig. 2 kann die Turbomaschine 10 ferner eine Steuereinrichtung 40 enthalten. Die Steuereinrichtung 40 kann als ein Computer oder ein maschinenlesbares Medium verkörpert sein, das eine Verarbeitungseinheit 41, einen Speicher 42 und eine Servoeinheit 43 enthält. Der Speicher 42 kann auf diesem abgespeicherte ausführbare Instruktionen aufweisen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Verarbeitungseinheit 41 veranlassen, die hierin beschriebenen Verfahren auszuführen. Zum Beispiel kann die Servoeinheit 43 der Steuereinrichtung 40 mit der wenigstens einen oder den mehreren Ventilanordnungen 33 des Brennstoffeinspritzsystems 30 betriebsmässig verbunden sein und kann dadurch konfiguriert sein, um die relativen Mengen der ersten und zweiten Brennstoffmenge, die zu dem Kopfende 110 und dem einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 geliefert werden können, anzupassen. D.h., die ausführbaren Instruktionen können, wenn sie ausgeführt werden, die Verarbeitungseinheit 41 veranlassen, die Servoeinheit 43 zu instruieren, die wenigstens eine oder mehreren Ventilanordnungen 33 zu betreiben, um entsprechend eine Vergrösserung oder Verringerung der jeweiligen Mengen der ersten Brennstoffmenge, die zu dem Kopfende 110 geliefert werden kann, und der zweiten Brennstoffmenge, die zu dem wenigstens einen oder den mehreren Injektoren 31 geliefert werden kann, zu ermöglichen.

[0036] Gemäss Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 40 konfiguriert, um die relativen Mengen der ersten und zweiten Brennstoffmengen gemäss einem vorbestimmten Schema oder gemäss entweder einem Dampfbetriebsmodus, der initiiert wird, oder einem Trockenbetriebsmodus, der initiiert wird, anzupassen.

[0037] Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 40 konfiguriert sein, um zu bewirken, dass die zweite Brennstoffmenge, die von dem Kopfende 110 und zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 umgeleitet oder geliefert werden kann, 0% (z.B. während Dampfinjektionsvorgänge der Turbomaschine 10) bis etwa 20% (z.B. während Trockenbetriebsvorgänge der Turbomaschine 10) einer verfügbaren Brennstoffzuführung 50 (siehe Fig. 1 ) beträgt. Gemäss weiteren Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 40 konfiguriert sein, um zu bewirken, dass die zweite Brennstoffmenge, die von dem Kopfende 110 und zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 umgeleitet oder geliefert werden kann, etwa 11% der verfügbaren Brennstoffzuführung 50 beträgt.

[0038] Die Umleitung der zweiten Menge des Brennstoffs zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren 31 ermöglicht es, dass eine vergrösserte Menge an Brennstoff in den Körper 130 des Übergangsstücks 13 injiziert werden kann, so dass die vergrösserte Menge des Brennstoffs in Richtung auf den Innenraum des Übergangsstücks 13 und die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injiziert werden kann. Wenn ein Eintritt von Dampf in die Brennkammer 11 über die Öffnungen und die Mischlöcher in dem Flammrohr 111 in der Nähe des Kopfendes 110 die Flammtemperatur in der Verbrennungszone 14 verringert, stellt die Injektion der vergrösserten Brennstoffmenge in den Körper 130 des Übergangsstücks 13 hinein in Richtung auf den Innenraum des Übergangsstücks 13 und die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte die Flammtemperatur wieder her. Diese Flammtemperaturwiederherstellung hat eine vollständigere Verbrennung des Brennstoffs und eine Verringerung von Schadstoffemissionen zur Folge und war früher nur mit Änderungen der Konfiguration und/oder Komponentengeometrie möglich.

[0039] Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 2 kann die Steuereinrichtung 40 ferner mit den Verdünnungslöchern 20 betriebsmässig verbunden sein, und die Verdünnungslöcher 20 können mit aktiv steuerbaren Geometrien versehen sein. Somit kann die Steuereinrichtung 40 in der Lage sein, die Geometrien von einem oder mehreren der Verdünnungslöcher 20 entsprechend variierenden Betriebsbedingungen aktiv zu steuern (z.B. durch Vergrösserung oder Verringerung der Durchmesser eines Verdünnungslochs 20).

[0040] Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl an Ausführungsformen beschrieben ist, sollte ohne Weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl an Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Ausserdem sollte verstanden werden, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäss ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

[0041] Es ist eine Turbomaschine geschaffen, und diese enthält eine Brennkammer, in der Brennstoff und Luft verbrannt werden, eine Turbine, die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer angeordnet ist, ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen, und ein Brennstoffeinspritzsystem, das unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert ist, um Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren, um dadurch eine Flammentemperatur der Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die durch eine durch die Verdünnungslöcher ermöglichte Dampfinjektion reduziert wurde, wiederherzustellen.

Bezugszeichenliste

[0042] <tb>10<SEP>Turbomaschine <tb>11<SEP>Brennkammer <tb>110<SEP>Kopfende <tb>111<SEP>Flammrohr <tb>12<SEP>Turbine <tb>120<SEP>vorderer Abschnitt <tb>13<SEP>Übergangsstück <tb>130<SEP>Körper <tb>131<SEP>vorderer Abschnitt <tb>132<SEP>hinterer Abschnitt <tb>133<SEP>mittlerer Abschnitt <tb>14<SEP>Verbrennungszone <tb>15<SEP>Hauptströmung <tb>20<SEP>Verdünnungslöcher <tb>30<SEP>Brennstoffeinspritzsystem <tb>31<SEP>Brennstoffinjektoren <tb>32<SEP>Brennstoffkreislauf <tb>33<SEP>Ventilanordnung <tb>40<SEP>Steuereinrichtung <tb>41<SEP>Verarbeitungseinheit <tb>42<SEP>Speicher <tb>43<SEP>Servoeinheit <tb>50<SEP>Brennstoffzuführung

Claims

1. Turbomaschine, die aufweist: eine Brennkammer, in der Brennstoff und Luft verbrannt werden; eine Turbine, die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer angeordnet ist; ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die aus der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen; und ein Brennstoffeinspritzsystem, das unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert ist, um Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren, um dadurch eine Flammtemperatur der Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die durch eine durch die Verdünnungslöcher ermöglichte Dampfinjektion reduziert wurde, wiederherzustellen.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei der Körper des Übergangsstücks aufweist: einen vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt der Brennkammer koaxial ist; einen hinteren Abschnitt, der mit einem vorderen Abschnitt der Turbine verbunden ist; und einen mittleren Abschnitt, der sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt zu dem hinteren Abschnitt erstreckt.

3. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffeinspritzsystem aufweist: wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren, durch den/die Brennstoff in Richtung auf die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injiziert werden kann; und einen Brennstoffkreislauf, der konfiguriert ist, um Brennstoff zu einem Kopfende der Brennkammer und zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren zu liefern.

4. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei 0 bis etwa 20% einer verfügbaren Brennstoffzuführung in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung injiziert werden können.

5. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei etwa 11% einer verfügbaren Brennstoffzuführung in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung injiziert werden können.

6. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei die Verdünnungslöcher aktive Geometrien aufweisen.

7. Turbomaschine, die aufweist: eine Brennkammer, in der eine erste Brennstoffmenge und Luft verbrannt werden; eine Turbine, die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer angeordnet ist; ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die aus der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen; und ein Brennstoffeinspritzsystem, das unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert ist, um eine zweite Brennstoffmenge in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren.

8. Turbomaschine nach Anspruch 7, wobei der Körper des Übergangsstücks aufweist: einen vorderen Abschnitt, der mit einem hinteren Abschnitt der Brennkammer koaxial ist; einen hinteren Abschnitt, der mit einem vorderen Abschnitt der Turbine verbunden ist; und einen mittleren Abschnitt, der sich kurvenförmig von dem vorderen Abschnitt zu dem hintern Abschnitt erstreckt.

9. Turbomaschine nach Anspruch 7, wobei das Brennstoffeinspritzsystem aufweist: wenigstens einen oder mehrere Brennstoffinjektoren, durch den/die die zweite Brennstoffmenge in Richtung auf die Hauptströmung der Verbrennungsprodukte injiziert werden kann; und einen Brennstoffkreislauf, der konfiguriert ist, um die erste Brennstoffmenge zu einem Kopfende der Brennkammer zu liefern und um die zweite Brennstoffmenge zu dem wenigstens einen oder den mehreren Brennstoffinjektoren zu liefern.

10. Turbomaschine, die aufweist: eine Brennkammer, in der eine erste Brennstoffmenge und Luft verbrannt werden; eine Turbine, die zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus der Brennkammer angeordnet ist; ein Übergangsstück, das strömungsmässig zwischen der Brennkammer und der Turbine eingefügt ist und einen Körper enthält, der ausgebildet ist, um Verdünnungslöcher zu definieren, die konfiguriert sind, um Luft zu gestatten, in die Brennkammer einzutreten, und um eine Dampfinjektion in Richtung auf eine Hauptströmung der Produkte der Verbrennung, die von der Brennkammer zu der Turbine fortschreiten, zu ermöglichen; ein Brennstoffeinspritzsystem, das unterstützend mit dem Übergangsstück verbunden und konfiguriert ist, um eine zweite Brennstoffmenge in Richtung auf die Hauptströmung der Produkte der Verbrennung zu injizieren; und eine Steuereinrichtung, die mit dem Brennstoffeinspritzsystem betriebsmässig verbunden und eingerichtet ist, um relative Mengen der ersten und zweiten Brennstoffmenge anzupassen.