CH708451A2

CH708451A2 - System for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field.

Info

Publication number: CH708451A2
Application number: CH01204/14A
Authority: CH
Inventors: Abinash Baruah; Gilbert Otto Kraemer; Predrag Popovic; William Francis Carnell Jr
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2015-02-13
Also published as: US20150047360A1; US20170184310A1; DE102014111070A1

Abstract

Ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs (20) in ein Verbrennungsgasströmungsfeld (58) beinhaltet einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg (50) definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Aussenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf, die sich durch die Innenwand und die Aussenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet.A system for injecting a liquid fuel (20) into a combustion gas flow field (58) includes an annular insert defining a combustion gas flow path (50). The annular insert has an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening extending through the inner wall and the outer wall. The system further includes a gas fuel injector aligned coaxially with the fuel injector port. The gas fuel injector has an upstream end and a downstream end. The downstream end terminates substantially adjacent to the inner wall. A dilution air line is defined at least in part by the gas fuel injector. A liquid fuel injector extends partially through the dilution air line. The liquid fuel injector has an injection end that terminates upstream of the inner wall.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System zum Liefern von Brennstoff zu einem Brenner. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Unterstützung eines besseren Eindringens eines axial gestuften flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld. The present invention relates generally to a system for supplying fuel to a burner. More particularly, the invention relates to a system for promoting better penetration of an axially stepped liquid fuel into a combustion gas flow field.

Hintergrund zu der ErfindungBackground to the invention

[0002] Eine Gasturbine weist allgemein einen Kompressorabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt mit einem Brenner und einen Turbinenabschnitt auf. Der Kompressorabschnitt erhöht zunehmend den Druck des Arbeitsfluids, um ein verdichtetes Arbeitsfluid zum Verbrennungsabschnitt zu liefern. Das verdichtete Arbeitsfluid wird durch und/oder um eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich im Brenner erstreckt, geleitet. In den Strom des verdichteten Arbeitsfluids wird Brennstoff eingespritzt, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird in einer Brennkammer verbrannt, um Verbrennungsgase mit hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase strömen durch einen oder mehrere Einsätze oder einen oder mehrere Kanäle, die einen Heissgasweg in den Turbinenabschnitt definieren. Die Verbrennungsgase dehnen sich aus, während sie durch den Turbinenabschnitt strömen, um Arbeit zu erzeugen. Zum Beispiel kann durch die Ausdehnung der Verbrennungsgase im Turbinenabschnitt eine Welle zum Drehen gebracht werden, die mit einem Generator verbunden ist, wodurch Elektrizität erzeugt wird. A gas turbine generally has a compressor section, a combustion section with a burner, and a turbine section. The compressor section increasingly increases the pressure of the working fluid to deliver a compressed working fluid to the combustion section. The compressed working fluid is passed through and / or around an axially extending fuel nozzle extending in the burner. Fuel is injected into the stream of compressed working fluid to form a combustible mixture. The combustible mixture is burned in a combustion chamber to produce combustion gases of high temperature, high pressure and high speed. The combustion gases flow through one or more inserts or one or more channels defining a hot gas path into the turbine section. The combustion gases expand as they flow through the turbine section to produce work. For example, expansion of the combustion gases in the turbine section may cause a shaft to rotate, which is connected to a generator, thereby generating electricity.

[0003] Die Temperatur der Verbrennungsgase beeinflusst direkt den thermodynamischen Wirkungsgrad, die Konstruktionsspielräume und die resultierenden Emissionen des Brenners. Zum Beispiel verbessern höhere Verbrennungsgastemperaturen generell den thermodynamischen Wirkungsgrad des Brenners. Jedoch können höhere Verbrennungsgastemperaturen die Zerfallsrate von zweiatomigem Stickstoff erhöhen, wodurch die Produktion unerwünschter Emissionen, wie Stickoxide (NOx) bei einer bestimmten Verweildauer im Brenner erhöht wird. Dagegen senkt eine niedrigere Verbrennungsgastemperatur, die mit einem verringerten Brennstoffstrom und/oder einem Teillastbetrieb (einer Herabregelung) assoziiert ist, generell die Raten der chemischen Umsetzung der Verbrennungsgase, wodurch die Produktion von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHCs) bei gleicher Verweildauer im Brenner erhöht werden. The temperature of the combustion gases directly affects the thermodynamic efficiency, the design margins and the resulting emissions of the burner. For example, higher combustion gas temperatures generally improve the thermodynamic efficiency of the combustor. However, higher combustion gas temperatures may increase the decay rate of diatomic nitrogen, thereby increasing the production of undesirable emissions, such as nitrogen oxides (NOx), over a given residence time in the combustor. In contrast, a lower combustion gas temperature associated with a reduced fuel flow and / or a partial load operation (down-regulation) generally lowers the rates of chemical conversion of the combustion gases, thereby increasing the production of carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (UHCs) for the same residence time Burner can be increased.

[0004] Um die Emissionsleistung insgesamt auszugleichen und dabei den Wärmewirkungsgrad des Brenners zu optimieren, beinhalten bestimmte Brennerdesigns mehrere Brennstoffinjektoren, die um den Einsatz herum angeordnet sind und generell stromabwärts von der primären Verbrennungszone positioniert sind. Die Brennstoffinjektoren verlaufen generell radial durch den Einsatz und sorgen für eine Fluidverbindung in das Verbrennungsgasströmungsfeld. Diese Art von System ist in der Technik und/oder der Gasturbinenindustrie als Late-Lean-Injektion (LLI) und/oder als axiale Brennstoffstufung bekannt. In order to balance the overall emission performance while optimizing the thermal efficiency of the burner, certain burner designs include a plurality of fuel injectors disposed around the insert and positioned generally downstream of the primary combustion zone. The fuel injectors generally extend radially through the insert and provide fluid communication into the combustion gas flow field. This type of system is known in the art and / or the gas turbine industry as late lean injection (LLI) and / or axial fuel staging.

[0005] Im Betrieb wird ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids durch und/oder um die einzelnen Brennstoffinjektoren und in das Verbrennungsgasströmungsfeld geleitet. Ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff wird aus den Brennstoffinjektoren in den Strom des verdichteten Arbeitsfluids eingespritzt, um eine magere oder luftreiche brennbare Mischung bereitzustellen, die spontan verbrennt, wenn sie sich mit den heissen Verbrennungsgasen mischt, wodurch die Brenntemperatur des Brenners erhöht wird, ohne einen entsprechenden Anstieg der Verweildauer der Verbrennungsgase in der Brennkammer zu erzeugen. Infolgedessen kann der thermodynamische Wirkungsgrad des Brenners insgesamt erhöht werden, ohne die Gesamt-Emissionsleistung zu opfern. In operation, a portion of the compressed working fluid is directed through and / or around the individual fuel injectors and into the combustion gas flow field. A liquid or gaseous fuel is injected from the fuel injectors into the stream of compressed working fluid to provide a lean or air-rich combustible mixture which spontaneously burns as it mixes with the hot combustion gases, thereby increasing the firing temperature of the combustor without a corresponding To increase the residence time of the combustion gases in the combustion chamber to produce. As a result, the thermodynamic efficiency of the burner as a whole can be increased without sacrificing overall emission performance.

[0006] Ein Problem bei der Einspritzung eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld unter Verwendung vorhandener LLI- oder axialer Brennstoffstufensysteme ist, dass der Impuls der Verbrennungsgase generell ein angemessenes radiales Eindringen des flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld behindert. Infolgedessen kommt es entlang einer Innenwand des Einsatzes an oder nahe an dem Brennstoffeinspritzpunkt zu einer lokalen Verdampfung des flüssigen Brennstoffs, was zu einer Hochtemperaturzone und starken Wärmespannungen führt. One problem with injecting a liquid fuel into the combustion gas flow field using existing LLI or axial fuel level systems is that the momentum of the combustion gases generally impedes adequate radial penetration of the liquid fuel into the combustion gas flow field. As a result, local evaporation of the liquid fuel occurs along an inner wall of the insert at or near the fuel injection point, resulting in a high temperature zone and high thermal stresses.

[0007] Heutige Lösungen, die sich dieses Problems annehmen, beinhalten einen Verlauf zumindest eines Teils des Brennstoffinjektors radial einwärts durch den Einsatz hindurch und in das Verbrennungsgasströmungsfeld. Jedoch erzeugt diese Methode einen Wirbelkörper im Verbrennungsgasströmungsfeld, was zur Bildung einer Hochtemperatur-Rückführungszone stromabwärts vom Wirbelkörper führt. Ausserdem werden die Brennstoffinjektoren bei dieser Methode den heissen Verbrennungsgasen ausgesetzt, was sich auf die mechanische Standzeit der Komponente auswirken und zum Aufbau eines Kokskuchens führen kann. Daher wäre ein verbessertes System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld zur Verbesserung einer Durchmischung nützlich. Today's solutions that address this problem include passing at least a portion of the fuel injector radially inwardly through the insert and into the combustion gas flow field. However, this method produces a vertebral body in the combustion gas flow field resulting in the formation of a high temperature return zone downstream of the vertebral body. In addition, the fuel injectors are exposed to the hot combustion gases in this method, which can affect the mechanical life of the component and can lead to the formation of a coke cake. Therefore, an improved system for injecting a liquid fuel into the combustion gas flow field to improve mixing would be useful.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

[0008] Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offenbar werden oder können durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis erlernt werden. Aspects and advantages of the invention will be set forth below in the description which follows, or may be obvious from the description, or may be learned by practice of the invention.

[0009] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld. Das System weist einen ringförmigen Einsatz auf, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Aussenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf, die sich durch die Innenwand und die Aussenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet. An embodiment of the present invention is a system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field. The system includes an annular insert defining a combustion gas flow path. The annular insert has an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening extending through the inner wall and the outer wall. The system further includes a gas fuel injector aligned coaxially with the fuel injector port. The gas fuel injector has an upstream end and a downstream end. The downstream end terminates substantially adjacent to the inner wall. A dilution air line is defined at least in part by the gas fuel injector. A liquid fuel injector extends partially through the dilution air line. The liquid fuel injector has an injection end that terminates upstream of the inner wall.

[0010] Der Flüssigbrennstoffinjektor des Systems kann ferner mehrere Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen aufweisen, die am Injektionsende angeordnet sind. The liquid fuel injector of the system may further include a plurality of liquid fuel injection ports disposed at the injection end.

[0011] Der Flüssigbrennstoffinjektor des Systems kann ferner eine erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung, eine zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und eine dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung umfassen, die in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende angeordnet sind. The liquid fuel injector of the system may further include a first liquid fuel injection port, a second liquid fuel injection port, and a third liquid fuel injection port disposed in a triangular arrangement above the injection end.

[0012] Die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung jedes der oben genannten Systeme kann gleich weit von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und von der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung entfernt sein. The first liquid fuel injection port of each of the above-mentioned systems may be equidistant from the second liquid fuel injection port and from the third liquid fuel injection port.

[0013] Die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung jedes der oben genannten Systeme kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung angeordnet sein. The first liquid fuel injection port of each of the above-mentioned systems may be disposed upstream of the second liquid fuel injection port and the third liquid fuel injection port with respect to a flow direction of the combustion gas within the combustion gas flow path.

[0014] Das Injektionsende des Flüssigbrennstoffinjektors jedes der oben genannten Systeme kann zwischen der Innenwand und der Aussenwand des ringförmigen Einsatzes enden. The injection end of the liquid fuel injector of each of the above systems may terminate between the inner wall and the outer wall of the annular insert.

[0015] Das stromaufwärtige Ende des Gasbrennstoffinjektors jedes der oben genannten Systeme kann einen Einlass der Verdünnungsluftleitung definieren, und das stromabwärtige Ende definiert einen Auslass der Verdünnungsluftleitung. The upstream end of the gas fuel injector of each of the above systems may define an inlet of the dilution air conduit, and the downstream end defines an outlet of the dilution air conduit.

[0016] Der Gasbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann eine Gasbrennstoffkammer, die sich in Umfangsrichtung um das stromaufwärtige Ende erstreckt, und mehrere Gasbrennstoffmündungen aufweisen, die für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung sorgen. The gas fuel injector of each of the above-mentioned systems may include a gas fuel chamber extending circumferentially around the upstream end and a plurality of gas fuel orifices providing fluid communication between the gas fuel chamber and the dilution air conduit.

[0017] Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld. Das System weist einen ringförmigen Einsatz auf, der einen Verbrennungsgasströmungsweg in einem Brenner definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Aussenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Brennstoffinjektor umfasst einen ringförmigen Hauptkörper mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende Der ringförmige Hauptkörper definiert eine Verdünnungsluftleitung, die für eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor in den Verbrennungsgasströmungsweg sorgt. Eine Gasbrennstoffkammer ist im Hauptkörper definiert, und eine Flüssigbrennstoffkammer ist im Hauptkörper definiert. Mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren erstrecken sich vom Hauptkörper in die Verdünnungsluftleitung, um für eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung zu sorgen. Die mehreren Flüssigbrennstoffkammern enden stromaufwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes. Another embodiment of the present invention is a system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field. The system includes an annular insert defining a combustion gas flow path in a burner. The annular insert has an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening. The system further includes a gas fuel injector aligned coaxially with the fuel injector port. The fuel injector includes an annular main body having an upstream end and a downstream end. The annular main body defines a dilution air conduit that provides fluid communication through the fuel injector into the combustion gas flow path. A gas fuel chamber is defined in the main body, and a liquid fuel chamber is defined in the main body. Multiple liquid fuel injectors extend from the main body into the dilution air line to provide fluid communication between the liquid fuel chamber and the dilution air line. The plurality of liquid fuel chambers terminate upstream of the inner wall of the annular insert.

[0018] Die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren können einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor beinhalten, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind. The plurality of liquid fuel injectors may include a first liquid fuel injector, a second liquid fuel injector and a third liquid fuel injector arranged in a triangular arrangement in the dilution air conduit.

[0019] Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor angeordnet sein. The first liquid fuel injector of each of the above-mentioned systems may be disposed upstream of the second liquid fuel injector and the third liquid fuel injector with respect to a flow direction of the combustion gas within the combustion gas flow path.

[0020] Der erste Flüssigbrennstoffinjektor, der zweite Flüssigbrennstoffinjektor und der dritte Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme können in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sein. The first liquid fuel injector, the second liquid fuel injector and the third liquid fuel injector of each of the above-mentioned systems may be arranged in a triangular arrangement in the dilution air conduit.

[0021] Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann gleich weit vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor entfernt sein. The first liquid fuel injector of each of the above systems may be equidistant from the second liquid fuel injector and the third liquid fuel injector.

[0022] Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine. Die Gasturbine weist einen Kompressor und einen stromabwärts vom Kompressor angeordneten Brenner auf. Der Brenner weist auf: eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich stromabwärts von einer Endabdeckung erstreckt, einen Verbrennungsgasströmungsweg, der stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse definiert ist, und einen ringförmigen Einsatz, der zumindest zum Teil den Verbrennungsgasströmungsweg im Brenner definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Aussenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf. Die Gasturbine weist ferner eine Turbine auf, die stromabwärts vom Brenner angeordnet ist. Der Brenner weist ferner ein System zum Einspritzen eines, flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld auf, welches innerhalb des Brenners stromabwärts von der sich axial erstreckenden Düse definiert ist. Das System umfasst eine Verdünnungsluftleitung, die eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz hindurch in den Verbrennungsgasströmungsweg bereitstellt, und mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren, die innerhalb der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind, wobei die Brennstoffinjektoren innerhalb der Verdünnungsluftleitung stromaufwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes enden. Another embodiment of the present invention includes a gas turbine. The gas turbine has a compressor and a burner arranged downstream of the compressor. The combustor includes an axially extending fuel nozzle extending downstream from an end cap, a combustion gas flow path defined downstream of the axially extending fuel nozzle, and an annular insert at least partially defining the combustion gas flow path in the combustor. The annular insert has an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening. The gas turbine further includes a turbine disposed downstream of the burner. The burner further includes a system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field defined within the burner downstream of the axially extending nozzle. The system includes a dilution air conduit providing fluid communication through the annular insert into the combustion gas flow path and a plurality of liquid fuel injectors disposed within the dilution air conduit, the fuel injectors terminating within the dilution air conduit upstream of the inner wall of the annular insert.

[0023] Das System der oben genannten Gasturbine kann einen Gasbrennstoffinjektor umfassen, der koaxial innerhalb der Brennstoffinjektoröffnung angeordnet ist, wobei der Gasbrennstoffinjektor ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, wobei das stromabwärtige Ende im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand endet. The system of the aforementioned gas turbine may comprise a gas fuel injector coaxially disposed within the fuel injector port, the gas fuel injector having an upstream end and a downstream end, the downstream end terminating substantially adjacent to the inner wall.

[0024] Das Flüssigbrennstoffinjektorsystem jeder der oben genannten Gasturbinen kann ein Injektionsende aufweisen, das angrenzend an das oder stromaufwärts vom stromabwärtigen Ende des Gasbrennstoffinjektors endet. The liquid fuel injector system of each of the above gas turbines may have an injection end that terminates adjacent to or upstream of the downstream end of the gas fuel injector.

[0025] Der Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann ferner eine erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung, eine zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und eine dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung umfassen, die in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende angeordnet sind, wobei die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsgasen, die durch den Verbrennungsgasströmungsweg strömen, stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung angeordnet ist. The liquid fuel injector of each of the above-mentioned gas turbines may further include a first liquid fuel injection port, a second liquid fuel injection port, and a third liquid fuel injection port arranged in a triangular arrangement above the injection end, the first liquid fuel injection port being movable with respect to a flow of combustion gases passing through the nozzle Flow combustion gas flow path, upstream of the second liquid fuel injection port is arranged.

[0026] Das System jeder der oben genannten Gasturbinen kann ferner umfassen: einen ringförmigen Hauptkörper mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende, wobei der ringförmige Hauptkörper die Verdünnungsluftleitung definiert; eine Gasbrennstoffkammer, die sich im Hauptkörper erstreckt; eine Flüssigbrennstoffkammer, der sich im Hauptkörper erstreckt; und wobei sich der mindestens eine Flüssigbrennstoffinjektor vom Hauptkörper in die Verdünnungsluftleitung erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung bereitzustellen. The system of each of the above gas turbines may further comprise: an annular main body having an upstream end and a downstream end, the annular main body defining the dilution air duct; a gas fuel chamber extending in the main body; a liquid fuel chamber extending in the main body; and wherein the at least one liquid fuel injector extends from the main body into the dilution air conduit to provide fluid communication between the liquid fuel chamber and the dilution air conduit.

[0027] Der mindestens eine Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor aufweisen, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind. The at least one liquid fuel injector of each of the above gas turbines may include a first liquid fuel injector, a second liquid fuel injector, and a third liquid fuel injector arranged in a triangular arrangement in the dilution air conduit.

[0028] Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung der Verbrennungsgase stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor angeordnet sein. The first liquid fuel injector of each of the above-mentioned gas turbines may be disposed upstream of the second liquid fuel injector and the third liquid fuel injector with respect to a flow direction of the combustion gases.

[0029] Der Fachmann wird nach dem Lesen der Beschreibung die Merkmale und Aspekte dieser und anderer Ausführungsformen besser würdigen können. After reading the description, those skilled in the art will be better able to appreciate the features and aspects of these and other embodiments.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0030] Eine vollständige und erklärende Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsform wird für den Fachmann im anschliessenden Teil der Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert, wobei: <tb>Fig. 1<SEP>ein Funktionsblockdiagram eines Beispiels für eine Gasturbine ist, die im Bereich der vorliegenden Erfindung liegt; <tb>Fig. 2<SEP>eine seitliche Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Beispiels für einen Brennertyp mit Einzel- bzw. Rohrbrennkammern ist, der in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpert sein kann; <tb>Fig. 3<SEP>eine perspektivische Ansicht in Stromabwärtsrichtung eines ringförmigen Einsatzes gemäss verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; <tb>Fig. 4<SEP>eine perspektivische Ansicht eines Systems zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; <tb>Fig. 5<SEP>eine seitliche Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors und eines Teils eines ringförmigen Einsatzes entlang einer in Fig. 4 dargestellten Linie A–A, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; <tb>Fig. 6<SEP>eine Untenansicht eines Brennstoffinjektors einschliesslich eines Flüssigbrennstoffinjektors und eines Teils eines ringförmigen Einsatzes gemäss den verschiedenen Ausführungsformen ist; <tb>Fig. 7<SEP>eine perspektivische Seitenansicht des in Fig. 4 dargestellten Systems gemäss einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; <tb>Fig. 8<SEP>eine seitliche Querschnittsansicht des Systems entlang einer in Fig. 7 dargestellten Schnittlinie B–B, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; <tb>Fig. 9<SEP>eine Draufsicht auf einen Brennstoffinjektor und einen Teil eines ringförmigen Einsatzes wie in Fig. 7 dargestellt gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und <tb>Fig. 10<SEP>eine Untenansicht des Brennstoffinjektors und des Teils des Einsatzes, die in Fig. 9 dargestellt sind, ist.A complete and explanatory disclosure of the present invention, including the best mode thereof, will become apparent to those skilled in the art in the ensuing part of the specification, with reference to the accompanying drawings, in which: <Tb> FIG. 1 <SEP> is a functional block diagram of an example of a gas turbine, which is within the scope of the present invention; <Tb> FIG. FIG. 2 is a side cross-sectional view of a portion of an example of a single tube combustor type combustor that may be embodied in various embodiments of the present invention; FIG. <Tb> FIG. FIG. 3 is a perspective view in the downstream direction of an annular insert according to various embodiments of the present invention; FIG. <Tb> FIG. Fig. 4 is a perspective view of a system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field according to an embodiment of the present invention; <Tb> FIG. Fig. 5 is a side cross-sectional view of a fuel injector and a portion of an annular insert taken along a line A-A shown in Fig. 4, according to an embodiment of the present invention; <Tb> FIG. Figure 6 is a bottom view of a fuel injector including a liquid fuel injector and a portion of an annular insert according to the various embodiments; <Tb> FIG. Figure 7 is a side perspective view of the system illustrated in Figure 4 in accordance with another embodiment of the present invention; <Tb> FIG. Fig. 8 is a side cross-sectional view of the system taken along a section line B-B shown in Fig. 7, according to an embodiment of the present invention; <Tb> FIG. FIG. 9 is a plan view of a fuel injector and part of an annular insert as shown in FIG. 7, according to an embodiment of the present invention; FIG. and <Tb> FIG. FIG. 10 is a bottom view of the fuel injector and the portion of the insert shown in FIG. 9. FIG.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

[0031] Nun wird ausführlich auf vorgelegte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die ausführliche Beschreibung verwendet Zahlen und Buchstaben zur Bezeichnung, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug nehmen zu können. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu benennen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe «erster, erste, erstes», «zweiter, zweite, zweites» und «dritter, dritte, drittes» austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von der anderen zu unterscheiden, und sollen keinen Ort und keine Wichtigkeit der einzelnen Komponenten angeben. Die Begriffe «stromaufwärts» und «stromabwärts» bezeichnen die relative Richtung in Bezug auf einen Fluidstrom in einem Fluidweg. Zum Beispiel bezeichnet «stromaufwärts» die Richtung, aus der das Fluid kommt, und «stromabwärts» bezeichnet die Richtung, in die das Fluid strömt. Der Begriff «radial» bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente, und der Begriff «axial» bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen parallel ist zur einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente. Reference will now be made in detail to the presented embodiments of the invention, for which one or more examples are shown in the accompanying drawings. The detailed description uses numbers and letters for designation to refer to features in the drawings. Like or similar reference numerals in the drawings and the description are used to designate the same or similar parts of the invention. As used herein, the terms "first, first, first," "second, second, second," and "third, third, third" may be used interchangeably to distinguish one component from the other, and are not intended to be a location or importance specify the individual components. The terms "upstream" and "downstream" refer to the relative direction with respect to a fluid flow in a fluid path. For example, "upstream" refers to the direction from which the fluid comes, and "downstream" refers to the direction in which the fluid flows. The term "radial" refers to the relative direction that is substantially perpendicular to an axial centerline of a particular component, and the term "axial" refers to the relative direction that is substantially parallel to an axial centerline of a particular component.

[0032] Jedes Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung, aber nicht zur Beschränkung der Erfindung angegeben. In der Tat wird es für einen Fachmann naheliegend sein, dass Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Bereich oder Gedanken abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch andere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdecken, die im Bereich der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenten liegen. Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Erläuterung allgemein im Kontext eines Brenners beschrieben werden, der Teil einer Gasturbine ist, wird ein Fachmann ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf jeden Brenner angewendet werden können, der Teil einer Turbomaschine ist, und nicht auf einen Brenner einer Gasturbine beschränkt ist, wenn in den Ansprüchen nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Each example is given by way of illustration of the invention, but not for the purpose of limiting the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and variations can be made to the present invention without departing from its scope or spirit. For example, features illustrated or described as part of one embodiment may be used in another embodiment to yield still another embodiment. Thus, the present invention is intended to cover such modifications and variations that come within the scope of the appended claims and their equivalents. Although embodiments of the present invention are generally described in the context of a burner that is part of a gas turbine for purposes of illustration, one skilled in the art will readily appreciate that embodiments of the present invention can be applied to any burner that is part of a turbomachine is not limited to a burner of a gas turbine, unless expressly stated otherwise in the claims.

[0033] Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen in allen Figuren gleiche Elemente bezeichnen, und wo Fig. 1 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels für eine Gasturbine 10 ist, in der verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpert sein können. Wie dargestellt, weist die Gasturbine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12 auf, der eine Reihe von Filtern, Kühlschlangen, Feuchtigkeitsabscheider und/oder andere Vorrichtungen aufweisen kann, um ein Arbeitsfluid (z.B. Luft) 14, das in die Gasturbine 10 eintritt, zu reinigen und anderweitig zu konditionieren. Das Arbeitsfluid 14 strömt zu einem Kompressorabschnitt, wo ein Kompressor 16 das Arbeitsfluid 14 zunehmend mit kinetischer Energie auflädt, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 18 zu erzeugen. Referring now to the drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout the figures, and wherein FIG. 1 is a functional block diagram of an example of a gas turbine engine 10 in which various embodiments of the present invention may be embodied. As shown, the gas turbine 10 generally includes an inlet section 12 that may include a series of filters, cooling coils, moisture traps, and / or other devices to clean and otherwise process a working fluid (eg, air) 14 entering the gas turbine engine 10 to condition. The working fluid 14 flows to a compressor section where a compressor 16 progressively charges the working fluid 14 with kinetic energy to produce a compressed working fluid 18.

[0034] Das verdichtete Arbeitsfluid 18 wird mit einem Brennstoff 20 aus einem Brennstoffzufuhrsystem 22 vermischt, um eine brennbare Mischung in einem oder mehreren Brennern 24 zu bilden. Die brennbare Mischung wird verbrannt, um Verbrennungsgase 26 zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine 28 eines Turbinenabschnitts, um Arbeit zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Turbine 28 mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass eine Drehung der Turbine 28 den Kompressor 16 antreibt, um das verdichtete Arbeitsfluid 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Welle 30 die Turbine 28 mit einem Generator 32 verbinden, um Elektrizität zu erzeugen. Abgase 34 aus der Turbine 28 strömen durch einen Abgasabschnitt 36, der die Turbine 28 mit einem Abgaskamin 38 stromabwärts von der Turbine 28 verbindet. Der Abgasabschnitt 36 kann beispielsweise einen (nicht dargestellten) Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger beinhalten, der die Abgase 34 reinigt und zusätzliche Wärme daraus extrahiert, bevor sie nach aussen abgegeben werden. The compressed working fluid 18 is mixed with a fuel 20 from a fuel supply system 22 to form a combustible mixture in one or more burners 24. The combustible mixture is burned to produce combustion gases 26 having a high temperature and a high velocity. The combustion gases 26 pass through a turbine 28 of a turbine section to produce work. For example, the turbine 28 may be connected to a shaft 30 such that rotation of the turbine 28 drives the compressor 16 to produce the compressed working fluid 18. Alternatively, or additionally, the shaft 30 may connect the turbine 28 to a generator 32 to generate electricity. Exhaust gases 34 from the turbine 28 flow through an exhaust section 36 which connects the turbine 28 to an exhaust stack 38 downstream of the turbine 28. The exhaust section 36 may include, for example, a heat recovery steam generator (not shown) that cleans the exhaust gases 34 and extracts additional heat therefrom before being discharged to the outside.

[0035] Die Brenner 24 können zu jeder Art von Brenner gehören, die in der Technik bekannt ist, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Brennerkonstruktion beschränkt, solange in den Ansprüchen nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Zum Beispiel kann der Brenner 24 ein Brenner des Typs, der Rohrbrennkammern aufweist oder des Typs sein, der Rohr-Ringbrennkammern aufweist. Fig. 2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils eines Beispiels für eine Gasturbine 10 einschliesslich eines Teils des Kompressors 16 und eines Beispiels für einen Rohrbrennkammer-Brenner 24. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umgibt ein Aussengehäuse 40 zumindest einen Teil des Brenners 24. Eine Endabdeckung 42 ist an einem Ende des Brenners 24 mit dem Aussengehäuse 40 verbunden. Die Endabdeckung 42 und das Aussengehäuse 40 definieren allgemein eine Hochdruckkammer 44. Die Hochdruckkammer 44 empfängt das verdichtete Arbeitsfluid 18 vom Kompressor 16. The burners 24 may be of any type of burner known in the art, and the present invention is not limited to any particular burner design, unless expressly stated otherwise in the claims. For example, the combustor 24 may be a burner of the type having tube combustors or of the type having tube annular combustors. 2 shows a side cross-sectional view of a portion of an example of a gas turbine 10 including a portion of the compressor 16 and an example of a tube combustor 24. As shown in FIG. 2, an outer housing 40 surrounds at least a portion of the combustor 24. An end cover 42 is connected to the outer housing 40 at one end of the burner 24. The end cover 42 and the outer housing 40 generally define a high pressure chamber 44. The high pressure chamber 44 receives the compressed working fluid 18 from the compressor 16.

[0036] Mindestens eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse 46 erstreckt sich stromabwärts von der Endabdeckung 42 im Aussengehäuse 40. Ein ringförmiger Einsatz 48 erstreckt sich stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 im Aussengehäuse 40. Der ringförmige Einsatz 48 erstreckt sich zumindest zum Teil durch die Hochdruckkammer 44, so dass er zumindest zum Teil einen Verbrennungsgasströmungsweg 50 im Brenner 24 definiert, um die Verbrennungsgase 26 durch die Hochdruckkammer 44 zur Turbine 28 zu leiten (Fig. 1 ). At least one axially extending fuel nozzle 46 extends downstream from the end cover 42 in the outer housing 40. An annular insert 48 extends downstream from the axially extending fuel nozzle 46 in the outer housing 40. The annular insert 48 extends at least in part through the High pressure chamber 44 so that it at least partially defines a combustion gas flow path 50 in the burner 24 to the combustion gases 26 through the high-pressure chamber 44 to the turbine 28 to conduct (Fig. 1).

[0037] Der ringförmige Einsatz 48 kann ein einzelner Einsatz sein oder kann in mehrere separate Komponenten aufgeteilt sein. Zum Beispiel kann der ringförmige Einsatz 48 ein Flammrohr 52, das nahe an der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 angeordnet ist, und einen Übergangskanal 54 umfassen, der sich stromabwärts vom Flammrohr 52 erstreckt. Der Übergangskanal 54 kann so geformt sein, dass er den Strom der Verbrennungsgase 26 durch den Verbrennungsgasströmungsweg 50 unmittelbar oberhalb einer Stufe stationärer Düsen (nicht dargestellt), die nahe einem Einlass der Turbine 28 im Verbrennungsgasströmungsweg 50 angeordnet sind, beschleunigt. Eine Brennkammer 56 ist stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 definiert. Die Brennkammer 56 kann zumindest zum Teil vom ringförmigen Einsatz 48 definiert werden. Wie dargestellt, definieren die Verbrennungsgase 26 ein Verbrennungsgasströmungsfeld 58 im Verbrennungsgasströmungsweg 50 stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46. The annular insert 48 may be a single insert or may be divided into several separate components. For example, the annular insert 48 may include a flame tube 52 disposed proximate the axially extending fuel nozzle 46 and a transition passage 54 extending downstream of the flame tube 52. The transition duct 54 may be shaped to accelerate the flow of the combustion gases 26 through the combustion gas flow path 50 immediately above a stage of stationary nozzles (not shown) located near an inlet of the turbine 28 in the combustion gas flow path 50. A combustor 56 is defined downstream of the axially extending fuel nozzle 46. The combustor 56 may be defined at least in part by the annular insert 48. As illustrated, the combustion gases 26 define a combustion gas flow field 58 in the combustion gas flow path 50 downstream of the axially extending fuel nozzle 46.

[0038] Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht in Stromabwärtsrichtung eines ringförmigen Einsatzes 48 gemäss verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, weist der ringförmige Einsatz 48 allgemein eine Innenwand 60, eine Aussenwand 62 und eine Brennstoffinjektoröffnung 64 auf, die sich durch die Innenwand 60 und die Aussenwand 62 hindurch erstreckt. Die Brennstoffinjektoröffnung 64 stellt eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 hindurch bereit. Wie dargestellt, kann der ringförmige Einsatz 48 mehrere Brennstoffinjektoröffnungen 64 aufweisen, die in Umfangsrichtung um den ringförmigen Einsatz 48 herum angeordnet sind. FIG. 3 is a downstream perspective view of an annular insert 48 according to various embodiments of the present invention. FIG. As shown, the annular insert 48 generally includes an inner wall 60, an outer wall 62 and a fuel injector port 64 that extends through the inner wall 60 and the outer wall 62. The fuel injector port 64 provides fluid communication through the annular insert 48. As shown, the annular insert 48 may include a plurality of fuel injector ports 64 circumferentially disposed about the annular insert 48.

[0039] In bestimmten Ausführungsformen, wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Brenner 24 ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 auf, das hierin als «System 100» bezeichnet wird. Das System weist allgemein den ringförmigen Einsatz 48 und mindestens einen Brennstoffinjektor 102 auf, der für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 hindurch und in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 sorgt. Der Brennstoffinjektor 102 kann für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 einschliesslich des Flammrohrs 52 und des Übergangskanals 54 an jedem Punkt stromabwärts von der sich axial erstreckenden Düse 46 sorgen. In certain embodiments, as illustrated in FIG. 2, the combustor 24 includes a system for injecting a liquid fuel into the combustion gas flow field 58, referred to herein as "system 100". The system generally includes the annular insert 48 and at least one fuel injector 102 providing fluid communication through the annular insert 48 and into the combustion gas flow field 58. The fuel injector 102 may provide fluid communication through the annular insert 48 including the flame tube 52 and the transition channel 54 at any point downstream of the axially extending nozzle 46.

[0040] Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Systems 100 einschliesslich eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 und des Brennstoffinjektors 102 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, weist der Brennstoffinjektor 102 einen Gasbrennstoffinjektor 104 und einen Flüssigbrennstoffinjektor 106 auf. Der Gasbrennstoffinjektor 104 kann strömungstechnisch mit einer (nicht dargestellten) Gasbrennstoff zufuhr verbunden sein, und der Flüssigbrennstoffinjektor kann strömungstechnisch mit einer (nicht dargestellten) Flüssigbrennstoffzufuhr verbunden sein. FIG. 4 is a perspective view of the system 100 including a portion of the annular insert 48 and the fuel injector 102 according to an embodiment of the present invention. As shown, the fuel injector 102 includes a gas fuel injector 104 and a liquid fuel injector 106. The gas fuel injector 104 may be fluidly connected to a gas fuel supply (not shown), and the liquid fuel injector may be fluidly connected to a liquid fuel supply (not shown).

[0041] Fig. 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Brennstoffinjektors 102 und eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 entlang der Linie A–A, wie in Fig. 4 dargestellt, gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, kann ein Teil des Gasbrennstoffinjektors 104 in der Brennstoffinjektoröffnung 64 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist der Gasbrennstoffinjektor 104 in Bezug auf eine Mittellinie der Brennstoffinjektoröffnung 64 koaxial in der Brennstoffinjektoröffnung 64 ausgerichtet. Der Gasbrennstoffinjektor 104 weist allgemein einen ringförmigen Hauptkörper 108 auf. Der ringförmige Hauptkörper 108 weist ein stromaufwärtiges Ende 110 und ein stromabwärtiges Ende 112 auf. In bestimmten Ausführungsformen endet das stromabwärtige Ende 112 im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48. Fig. 5 is a side cross-sectional view of the fuel injector 102 and a portion of the annular insert 48 taken along the line A-A as shown in Fig. 4, according to an embodiment of the present invention. As illustrated in FIG. 5, a portion of the gas fuel injector 104 may be disposed in the fuel injector port 64. In one embodiment, the gas fuel injector 104 is coaxially aligned in the fuel injector port 64 with respect to a centerline of the fuel injector port 64. The gas fuel injector 104 generally has an annular main body 108. The annular main body 108 has an upstream end 110 and a downstream end 112. In certain embodiments, the downstream end 112 terminates substantially adjacent the inner wall 60 of the annular insert 48.

[0042] In bestimmten Ausführungsformen definiert der ringförmige Hauptkörper 108 eine Verdünnungsluftleitung 114, die eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor 102 und/oder durch den Gasbrennstoffinjektor 104 in den Verbrennungsgasströmungsweg 50 bereitstellt. Das stromaufwärtige Ende 110 des Gasbrennstoffinjektors 104 kann einen Einlass 116 der Verdünnungsluftleitung 114 definieren, und das stromabwärtige Ende 112 kann einen Auslass 118 der Verdünnungsluftleitung 114 definieren. In certain embodiments, the annular main body 108 defines a dilution air line 114 that provides fluid communication through the fuel injector 102 and / or through the gas fuel injector 104 into the combustion gas flow path 50. The upstream end 110 of the gas fuel injector 104 may define an inlet 116 of the dilution air conduit 114, and the downstream end 112 may define an outlet 118 of the dilution air conduit 114.

[0043] In bestimmten Ausführungsformen weist der Gasbrennstoffinjektor 104 eine Gasbrennstoffkammer 120 auf, die im Hauptkörper 108 definiert ist. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann sich die Gasbrennstoffkammer 120 in Umfangsrichtung um den Hauptkörper 108 herum erstrecken. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Gasbrennstoffkammer 120 allgemein in der Nähe des stromaufwärtigen Endes 110 in Umfangsrichtung um den Hauptkörper 108. Eine oder mehrere Gasbrennstoffmündungen 122 können für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer 120 und der Verdünnungsluftleitung 114 sorgen. In certain embodiments, the gas fuel injector 104 includes a gas fuel chamber 120 defined in the main body 108. As shown in FIG. 4, the gas fuel chamber 120 may extend circumferentially around the main body 108. In one embodiment, the gas fuel chamber 120 generally extends circumferentially about the main body 108 proximate the upstream end 110. One or more gas fuel orifices 122 may provide fluid communication between the gas fuel chamber 120 and the dilution air conduit 114.

[0044] In bestimmten Ausführungsformen, wie in Fig. 5 dargestellt, erstreckt sich ein Flüssigbrennstoffinjektor 106 teilweise durch die Verdünnungsluftleitung 114. Der Flüssigbrennstoffinjektor 106 weist ein Injektionsende 124 auf, das angrenzend an oder stromaufwärts von dem stromabwärtigen Ende 112 und/oder dem Auslass 118 endet. Das Injektionsende 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106 ist ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet. In einer Ausführungsform endet das Injektionsende 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106 an einem Punkt, der zwischen der Innenwand 60 und der Aussenwand 62 des ringförmigen Einsatzes 48 liegt. In certain embodiments, as shown in FIG. 5, a liquid fuel injector 106 extends partially through the dilution air line 114. The liquid fuel injector 106 has an injection end 124 adjacent to or upstream of the downstream end 112 and / or the outlet 118 ends. The injection end 124 of the liquid fuel injector 106 is located outside the combustion gas flow path 50. In one embodiment, the injection end 124 of the liquid fuel injector 106 terminates at a point intermediate the inner wall 60 and the outer wall 62 of the annular insert 48.

[0045] Fig. 6 ist eine Untenansicht des Brennstoffinjektors 102 einschliesslich des Flüssigbrennstoffinjektors 106, insbesondere des Injektionsendes 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106, und eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 gemäss verschiedenen Ausführungsformen. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann der Flüssigbrennstoffinjektor 106 ferner mehrere Flüssigbrennstoffeinspritzmündungen 126 aufweisen, die über dem Injektionsende 124 angeordnet sind. In einer Ausführungsform, wie in Fig. 6 dargestellt, umfassen die mehreren Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen 126 eine erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128, eine zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und eine dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132. FIG. 6 is a bottom view of the fuel injector 102 including the liquid fuel injector 106, particularly the injection end 124 of the liquid fuel injector 106, and a portion of the annular insert 48 according to various embodiments. As shown in FIG. 6, the liquid fuel injector 106 may further include a plurality of liquid fuel injection ports 126 disposed above the injection end 124. In one embodiment, as illustrated in FIG. 6, the plurality of liquid fuel injection orifices 126 include a first liquid fuel injection port 128, a second liquid fuel injection port 130, and a third liquid fuel injection port 132.

[0046] Wie in Fig. 6 dargestellt ist, können die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128, die zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und die dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende 124 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128 mit einem gleichen Abstand 134 von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und von der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 entfernt. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128 in Bezug auf die Strömungsrichtung der Verbrennungsgase 26 innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 angeordnet (Fig. 5 ). As shown in FIG. 6, the first liquid fuel injection port 128, the second liquid fuel injection port 130, and the third liquid fuel injection port 132 may be disposed in a triangular arrangement over the injection end 124. In one embodiment, the first liquid fuel injection port 128 is equally spaced 134 from the second liquid fuel injection port 130 and the third liquid fuel injection port 132. In certain embodiments, the first liquid fuel injection port 128 is located upstream of the second liquid fuel injection port 130 and the third liquid fuel injection port 132 with respect to the flow direction of the combustion gases 26 within the combustion gas flow path 50 (FIG. 5).

[0047] Im Betrieb strömt ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 18 (Fig. 2 ) durch die Verdünnungsluftleitung 114 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50. Der flüssige Brennstoff wird gleichzeitig in die Verdünnungsluftleitung 114 stromaufwärts von der Innenwand 60 des Einsatzes eingespritzt. Wenn das verdichtete Arbeitsfluid 18 mit dem Verbrennungsgasströmungsfeld 58 interagiert, wird ein Niedriggeschwindigkeitsbereich im Verbrennungsgasströmungsfeld 58 erzeugt. Infolgedessen dringt der flüssige Brennstoff tief in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 vor und verstärkt daher die Durchmischung mit den Verbrennungsgasen vor der Verbrennung. Eine lokale Verdampfung des flüssigen Brennstoffs in der Nähe der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 ist wesentlich verringert, wodurch Hochtemperaturzonen, die typischerweise dadurch erzeugt werden, dass der verdampfte flüssige Brennstoff in der Nähe der Innenwand 60 verbrennt, verringert werden. In operation, a portion of the compressed working fluid 18 (Figure 2) flows through the dilution air conduit 114 and into the combustion gas flow path 50. The liquid fuel is simultaneously injected into the dilution air conduit 114 upstream of the inner wall 60 of the insert. As the compressed working fluid 18 interacts with the combustion gas flow field 58, a low velocity region is created in the combustion gas flow field 58. As a result, the liquid fuel penetrates deep into the combustion gas flow field 58 and therefore enhances mixing with the combustion gases prior to combustion. Local vaporization of the liquid fuel proximate the inner wall 60 of the annular insert 48 is substantially reduced, thereby reducing high temperature zones typically created by burning the vaporized liquid fuel in the vicinity of the inner wall 60.

[0048] Der relative Impuls zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem verdichteten Arbeitsfluid 18 sorgt für eine wirksame Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs. Das Dreiecksmuster und/oder der Dreiecksabstand der ersten, zweiten und dritten Flüssigkeitinjektionsmündungen 128, 130, 132 im Injektorende 124 erzeugt drei voneinander abgegrenzte Flüssigbrennstoff strahlen nach Art eines Dreifusses, was die Eindringung des flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 verbessert, was zu einer gründlicheren Vermischung mit den Verbrennungsgasen beiträgt. Infolgedessen ist die Netto-NOx-Produktion aus an Brennstoff gebundenem Stickstoff verringert. Die exakte Lage, Grösse und Anzahl von Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen 126 kann unter Verwendung verschiedener Fluiddynamikanalysewerkzeuge, beispielsweise von Fluiddynamikrechenmodellen (CFD-Modellen), optimiert werden. The relative momentum between the liquid fuel and the compressed working fluid 18 provides for efficient atomization of the liquid fuel. The triangular pattern and / or the triangular spacing of the first, second and third liquid injection ports 128, 130, 132 in the injector end 124 creates three spaced tributary liquid fuel jets, which enhances the penetration of the liquid fuel into the combustion gas flow field 58, resulting in a more thorough mixing contributes with the combustion gases. As a result, net NOx production from fuel-bound nitrogen is reduced. The exact location, size, and number of liquid fuel injection ports 126 may be optimized using various fluid dynamics analysis tools, such as fluid dynamics rake models (CFD models).

[0049] Ausserdem wird dadurch, dass das Injektionsende 124 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 endet, der Flüssigbrennstoffinjektor 106 gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt, wodurch eine Wärmespannung am Flüssigbrennstoffinjektor 106 begrenzt wird. Dadurch, dass der Flüssigbrennstoffinjektor 106 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet ist, werden ausserdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper herum assoziiert sind, an der und/oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch potentiell standzeitbegrenzende heisse Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 in diesem Bereich verhindert werden. In addition, with the injection end 124 ending outside the combustion gas flow path 50, the liquid fuel injector 106 is shielded from direct action of the combustion gases 26, thereby limiting a thermal stress on the liquid fuel injector 106. In addition, by locating the liquid fuel injector 106 outside of the combustion gas flow path 50, undesirable flow patterns, such as recirculation zones normally associated with flow around a vertebral body, are eliminated at and / or downstream of the fuel injector orifice 64, potentially resulting in deadtime limiting hot flows be prevented on the annular insert 48 in this area.

[0050] Fig. 7 ist eine perspektivische Seitenansicht des in Fig. 100 dargestellten Systems gemäss einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Systems 100 entlang einer Schnittlinie B–B, wie in Fig. 7 dargestellt. In bestimmten Ausführungsformen, wie in Fig. 7 dargestellt, weist das System 100 den Einsatz 48 und einen Brennstoffinjektor 150 auf, der koaxial an der Brennstoffinjektoröffnung 64 (Fig. 3 und 8 ) ausgerichtet ist. Wie in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, umfasst der Brennstoffinjektor 150 einen ringförmigen Hauptkörper 152. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, weist der ringförmige Hauptkörper 152 ein stromaufwärtiges Ende 154 und ein stromabwärtiges Ende 156 auf. Der ringförmige Hauptkörper 150 definiert eine Verdünnungsluftleitung 158, die für eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor 150 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50 sorgt. Das stromaufwärtige Ende 154 des ringförmigen Hauptkörpers 152 definiert einen Einlass 160 der Verdünnungsluftleitung 158, und das stromabwärtige Ende 156 definiert einen Auslass 162 der Verdünnungsluftleitung 158. Fig. 7 is a side perspective view of the system shown in Fig. 100 according to another embodiment of the present invention, and Fig. 8 is a side cross-sectional view of the system 100 taken along a line B-B as shown in Fig. 7. In certain embodiments, as illustrated in FIG. 7, the system 100 includes the insert 48 and a fuel injector 150 coaxially aligned with the fuel injector port 64 (FIGS. 3 and 8). As shown in FIGS. 7 and 8, the fuel injector 150 includes an annular main body 152. As shown in FIG. 8, the annular main body 152 has an upstream end 154 and a downstream end 156. The annular main body 150 defines a dilution air line 158 that provides fluid communication through the fuel injector 150 and into the combustion gas flow path 50. The upstream end 154 of the annular main body 152 defines an inlet 160 of the dilution air conduit 158, and the downstream end 156 defines an outlet 162 of the dilution air conduit 158.

[0051] Eine Gasbrennstoffkammer 164 ist im Hauptkörper 152 definiert. In einer Ausführungsform sorgen mehrere Gasbrennstoffmündungen 166 für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer 158 und der Verdünnungsluftleitung 158. In einer Ausführungsform ist eine Gasbrennstoffkammer 168 im ringförmigen Hauptkörper 152 definiert. Die Flüssigbrennstoffkammer 168 und/oder die Gasbrennstoffkammer 164 können mit der Brennstoffzufuhr 22 (Fig. 1 ) in Fluidverbindung stehen. A gas fuel chamber 164 is defined in the main body 152. In one embodiment, multiple gaseous fuel orifices 166 provide fluid communication between the gaseous fuel chamber 158 and the dilution air conduit 158. In one embodiment, a gaseous fuel chamber 168 is defined in the annular main body 152. The liquid fuel chamber 168 and / or the gas fuel chamber 164 may be in fluid communication with the fuel supply 22 (FIG. 1).

[0052] Fig. 9 ist eine Draufsicht auf den Brennstoffinjektor 150 und einen Teil des Einsatzes 48, wie in Fig. 7 dargestellt, gemäss einer Ausführungsform. Fig. 10 ist eine Untenansicht des Brennstoffinjektors 150 und eines Teils des Einsatzes 48 wie Fig. 9 dargestellt. Wie in Fig. 8 , 9 und 10 dargestellt ist, erstrecken sich mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren 170 vom ringförmigen Hauptkörper 152 in die Verdünnungsluftleitung 158, um für eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer (168) und der Verdünnungsluftleitung 158 zu sorgen. FIG. 9 is a plan view of the fuel injector 150 and a portion of the insert 48, as shown in FIG. 7, according to one embodiment. FIG. 10 is a bottom view of the fuel injector 150 and part of the insert 48 as shown in FIG. 9. As shown in FIGS. 8, 9, and 10, a plurality of liquid fuel injectors 170 extend from the annular main body 152 into the dilution air conduit 158 to provide fluid communication between the liquid fuel chamber 168 and the dilution air conduit 158.

[0053] In bestimmten Ausführungsformen, wie in Fig. 8 dargestellt, enden die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren 170 stromaufwärts von der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 in der Verdünnungsluftleitung 158 und/ oder stromaufwärts vom stromabwärtigen Ende 156 oder vom Auslass 162 des ringförmigen Hauptkörpers 152 in der Verdünnungsluftleitung 158. Auf diese Weise sind die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren 170 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet, wodurch der Flüssigbrennstoffinjektor 170 gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt wird, wodurch Wärmespannungen am Flüssigbrennstoffinjektor 170 begrenzt werden. Dadurch, dass der Flüssigbrennstoffinjektor 170 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet ist, werden ausserdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper, beispielsweise um die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 herum, assoziiert sind, an der und/oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch heisse Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 verhindert werden und die Wärmespannung in diesem Bereich verringert wird. In certain embodiments, as illustrated in FIG. 8, the plurality of liquid fuel injectors 170 terminate upstream of the inner wall 60 of the annular insert 48 in the dilution air conduit 158 and / or upstream of the downstream end 156 or outlet 162 of the annular main body 152 in FIG Dilution air line 158. In this way, the plurality of liquid fuel injectors 170 are located outside of the combustion gas flow path 50, thereby shielding the liquid fuel injector 170 from direct exposure to the combustion gases 26, thereby limiting thermal stresses at the liquid fuel injector 170. In addition, by locating the liquid fuel injector 170 outside the combustion gas flow path 50, undesirable flow patterns, such as recirculation zones normally associated with flow around a vertebral body, such as around the liquid fuel injectors 170, are located at and / or downstream of the fuel injector orifice 64 eliminated, whereby hot currents are prevented at the annular insert 48 and the thermal stress is reduced in this area.

[0054] In bestimmten Ausführungsformen, wie in Fig. 10 dargestellt, umfassen die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor 172, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung 158 angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist der erste Flüssigbrennstoffinjektor 172 in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase 26 stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176 positioniert. In einer Ausführungsform ist der erste Flüssigbrennstoffinjektor 172 mit einem gleichen Abstand 178 vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176 entfernt. In certain embodiments, as illustrated in FIG. 10, the plurality of liquid fuel injectors include a first liquid fuel injector 172, a second liquid fuel injector 174, and a third liquid fuel injector 176 arranged in a triangular arrangement in the dilution air conduit 158. In one embodiment, the first liquid fuel injector 172 is positioned upstream of the second liquid fuel injector 174 and the third liquid fuel injector 176 with respect to the flow of the combustion gases 26. In one embodiment, the first liquid fuel injector 172 is spaced from the second liquid fuel injector 174 and the third liquid fuel injector 176 by an equal distance 178.

[0055] Wie in verschiedenen Figuren dargestellt ist, strömt im Betrieb ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 18 (Fig. 2 ) durch die Verdünnungsluftleitung 158 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50. Der flüssige Brennstoff wird in der Verdünnungsluftleitung 158 gleichzeitig stromaufwärts von der Innenwand 60 des Einsatzes und/oder vom stromabwärtigen Ende 156 oder vom Auslass 162 des ringförmigen Hauptkörpers 152 eingespritzt. Wenn das verdichtete Arbeitsfluid 18 mit den Verbrennungsgasen 26 interagiert, wird ein Niedriggeschwindigkeitsbereich im Verbrennungsgasströmungsfeld 58 erzeugt. Infolgedessen dringt der flüssige Brennstoff in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 ein, beispielsweise über eine Strecke, die mindestens einem Durchmesser der Brennstoffinjektoröffnung 64 gleich ist, wodurch die Durchmischung mit den Verbrennungsgasen vor der Verbrennung verbessert wird. As shown in various figures, during operation, a portion of the compressed working fluid 18 (FIG. 2) flows through the dilution air conduit 158 and into the combustion gas flow path 50. The liquid fuel in the dilution air conduit 158 is simultaneously upstream of the inner wall 60 of the insert and / or from the downstream end 156 or the outlet 162 of the annular main body 152. As the compressed working fluid 18 interacts with the combustion gases 26, a low velocity region is created in the combustion gas flow field 58. As a result, the liquid fuel penetrates into the combustion gas flow field 58, for example over a distance equal to at least one diameter of the fuel injector opening 64, thereby improving mixing with the combustion gases prior to combustion.

[0056] Eine lokale Verdampfung des flüssigen Brennstoffs in der Nähe der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 ist wesentlich verringert, wodurch Hochtemperaturzonen, die typischerweise dadurch erzeugt werden, dass der flüssige Brennstoff in der Nähe der Innenwand 60 verdampft und verbrennt, verringert werden. Der relative Impuls zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem verdichteten Arbeitsfluid 18 sorgt für eine wirksame Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs. Das Dreiecksmuster und/oder der Dreiecksabstand der ersten, zweiten und dritten Flüssigbrennstoffinjektoren 172, 174, 176 erzeugt drei voneinander abgegrenzte Flüssigbrennstoffstrahlen nach Art eines Dreifusses, wodurch der flüssige Brennstoff weiter in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 eindringen kann, was zu einer gründlicheren Vermischung mit den Verbrennungsgasen beiträgt. Die exakte Lage, Grösse und Anzahl der Flüssigbrennstoffinjektoren 170 kann unter Verwendung verschiedener Fluiddynamikanalysewerkzeuge, beispielsweise Fluiddynamikrechenmodelle (CFD-Modelle) optimiert werden. Localized vaporization of the liquid fuel proximate the inner wall 60 of the annular insert 48 is substantially reduced, thereby reducing high temperature zones typically created by vaporizing and combusting the liquid fuel proximate the inner wall 60. The relative momentum between the liquid fuel and the compressed working fluid 18 provides for efficient atomization of the liquid fuel. The triangular pattern and / or the triangle spacing of the first, second and third liquid fuel injectors 172, 174, 176 creates three tribrachlet liquid jets separated from one another, allowing the liquid fuel to further penetrate into the combustion gas flow field 58, contributing to a more thorough mixing with the combustion gases , The exact location, size, and number of liquid fuel injectors 170 may be optimized using various fluid dynamics analysis tools, such as fluid dynamics computational models (CFD models).

[0057] Ausserdem werden die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 dadurch, dass die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 enden, gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt, wodurch eine Wärmespannung an den Flüssigbrennstoffinjektoren 170 begrenzt wird. Dadurch, dass die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 ausserhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet sind, werden ausserdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper, beispielsweise um die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 herum, assoziiert sind, an der und/oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch potentiell standzeitbegrenzende heisse Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 in diesem Bereich verhindert werden. In addition, because the liquid fuel injectors 170 terminate outside the combustion gas flow path 50, the liquid fuel injectors 170 are shielded from a direct action of the combustion gases 26, thereby limiting a thermal stress on the liquid fuel injectors 170. In addition, by locating the liquid fuel injectors 170 outside of the combustion gas flow path 50, undesirable flow patterns, such as recirculation zones normally associated with flow around a vertebral body, such as around the liquid fuel injectors 170, are located at and / or downstream of the fuel injector orifice 64 eliminated, thereby potentially life-limiting hot currents are prevented at the annular insert 48 in this area.

[0058] Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Weise zu ihrer Ausführung, zu beschreiben und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschliessen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unerheblich unterscheiden. This specification uses examples to describe the invention, including the best mode for carrying it out, and to enable those skilled in the art to practice the invention, including the manufacture and use of devices and systems, and include the execution of included methods. The protective field of the invention is defined by the claims and may include other examples which may be obvious to those skilled in the art. These other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they have equivalent structural elements that differ only insubstantially from the literal language of the claims.

[0059] Ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld beinhaltet einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Aussenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung’ auf, die sich durch die Innenwand und die Aussenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet. A system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field includes an annular insert defining a combustion gas flow path. The annular insert has an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening extending through the inner wall and the outer wall. The system further includes a gas fuel injector aligned coaxially with the fuel injector port. The gas fuel injector has an upstream end and a downstream end. The downstream end terminates substantially adjacent to the inner wall. A dilution air line is defined at least in part by the gas fuel injector. A liquid fuel injector extends partially through the dilution air line. The liquid fuel injector has an injection end that terminates upstream of the inner wall.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

[0060] <tb>10<SEP>Gasturbine <tb>12<SEP>Einlassabschnitt <tb>14<SEP>Arbeitsfluid <tb>16<SEP>Kompressor <tb>18<SEP>Verdichtetes Arbeitsfluid <tb>20<SEP>Brennstoff <tb>22<SEP>Brennstoffzufuhr <tb>24<SEP>Brenner <tb>26<SEP>Verbrennungsgase <tb>28<SEP>Turbine <tb>30<SEP>Welle <tb>32<SEP>Generator/Motor <tb>34<SEP>Abgase <tb>36<SEP>Abgasabschnitt <tb>38<SEP>Abgaskamin <tb>40<SEP>Aussengehäuse <tb>42<SEP>Endabdeckung <tb>44<SEP>Hochdruckkammer <tb>46<SEP>Brennstoffdüse, axial verlaufend <tb>48<SEP>Einsatz <tb>50<SEP>Verbrennungsgasströmungsweg <tb>52<SEP>Flammrohr <tb>54<SEP>Übergangskanal <tb>56<SEP>Brennkammer <tb>58<SEP>Verbrennungsgasströmungsfeld <tb>60<SEP>Innenwand <tb>62<SEP>Aussenwand <tb>64<SEP>Brennstoffinjektoröffnung <tb>65–99<SEP>NICHT VERWENDET <tb>100<SEP>System <tb>102<SEP>Brennstoffinjektor <tb>104<SEP>Gasbrennstoffinjektor <tb>106<SEP>Flüssigbrennstoffinjektor <tb>108<SEP>ringförmiger Hauptkörper <tb>110<SEP>Stromaufwärtiges Ende <tb>112<SEP>Stromabwärtiges Ende <tb>114<SEP>Verdünnungsluftleitung <tb>116<SEP>Einlass <tb>118<SEP>Auslass <tb>120<SEP>Gasbrennstoffkammer <tb>122<SEP>Gasbrennstoffmündung <tb>124<SEP>Injektionsende <tb>126<SEP>Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen <tb>128<SEP>Erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung <tb>130<SEP>Zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung <tb>132<SEP>Dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung <tb>134<SEP>Abstand <tb>135–149<SEP>NICHT VERWENDET <tb>150<SEP>Brennstoffinjektor <tb>152<SEP>Ringförmiger Hauptkörper <tb>154<SEP>Stromaufwärtiges Ende <tb>156<SEP>Stromabwärtiges Ende <tb>158<SEP>Verdünnungsluftleitung <tb>160<SEP>Einlass <tb>162<SEP>Auslass <tb>164<SEP>Gasbrennstoffkammer <tb>166<SEP>Gasbrennstoffmündungen <tb>168<SEP>Flüssigbrennstoffkammer <tb>170<SEP>Flüssigbrennstoffinjektoren <tb>172<SEP>Erster Flüssigbrennstoffinjektor <tb>174<SEP>Zweiter Flüssigbrennstoffinjektor <tb>176<SEP>Dritter Flüssigbrennstoffinjektor[0060] <Tb> 10 <September> Gas Turbine <Tb> 12 <September> inlet section <Tb> 14 <September> working fluid <Tb> 16 <September> Compressor <tb> 18 <SEP> Compressed working fluid <Tb> 20 <September> Fuel <Tb> 22 <September> fuel supply <Tb> 24 <September> burner <Tb> 26 <September> combustion gases <Tb> 28 <September> Turbine <Tb> 30 <September> wave <Tb> 32 <September> generator / motor <Tb> 34 <September> exhaust <Tb> 36 <September> exhaust section <Tb> 38 <September> exhaust stack <Tb> 40 <September> outer housing <Tb> 42 <September> end cover <Tb> 44 <September> high pressure chamber <tb> 46 <SEP> Fuel nozzle, axial <Tb> 48 <September> Application <Tb> 50 <September> combustion gas flow <Tb> 52 <September> flame tube <Tb> 54 <September> transition duct <Tb> 56 <September> combustion chamber <Tb> 58 <September> combustion gas flow field <Tb> 60 <September> inner wall <Tb> 62 <September> outer wall <Tb> 64 <September> Brennstoffinjektoröffnung <tb> 65-99 <SEP> NOT USED <Tb> 100 <September> System <Tb> 102 <September> fuel injector <Tb> 104 <September> Gasbrennstoffinjektor <Tb> 106 <September> Flüssigbrennstoffinjektor <tb> 108 <SEP> annular main body <tb> 110 <SEP> Upstream End <tb> 112 <SEP> Downstream <Tb> 114 <September> dilution air line <Tb> 116 <September> inlet <Tb> 118 <September> outlet <Tb> 120 <September> Gas fuel chamber <Tb> 122 <September> Gas fuel orifice <Tb> 124 <September> injection end <Tb> 126 <September> liquid fuel injection orifices <tb> 128 <SEP> First Liquid Fuel Injection Mouth <tb> 130 <SEP> Second liquid fuel injection port <tb> 132 <SEP> Third liquid fuel injection port <Tb> 134 <September> distance <tb> 135-149 <SEP> NOT USED <Tb> 150 <September> fuel injector <tb> 152 <SEP> Ring-shaped main body <tb> 154 <SEP> Upstream End <tb> 156 <SEP> Downstream <Tb> 158 <September> dilution air line <Tb> 160 <September> inlet <Tb> 162 <September> outlet <Tb> 164 <September> Gas fuel chamber <Tb> 166 <September> gas fuel outlets <Tb> 168 <September> liquid fuel chamber <Tb> 170 <September> Flüssigbrennstoffinjektoren <tb> 172 <SEP> First liquid fuel injector <tb> 174 <SEP> Second Liquid Fuel Injector <tb> 176 <SEP> Third Liquid Fuel Injector

Claims

A system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field, comprising: a. an annular insert defining a combustion gas flow path, the annular insert having an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening extending through the inner wall and the outer wall; b. a gas fuel injector coaxially aligned with the fuel injector port, the gas fuel injector having an upstream end and a downstream end, the downstream end terminating substantially adjacent to the inner wall; c. a dilution air conduit defined at least in part by the gas fuel injector, the dilution air conduit providing fluid communication through the annular insert into the combustion gas flow path; and d. a liquid fuel injector extending partially through the dilution air conduit, the liquid fuel injector having an injection end terminating upstream of the interior wall.

2. The system of claim 1, wherein the liquid fuel injector further comprises a plurality of liquid fuel injection ports disposed at the injection end.

3. The system of claim 1, wherein the liquid fuel injector further comprises a first liquid fuel injection port, a second liquid fuel injection port and a third liquid fuel injection port disposed in a triangular arrangement above the injection end.

4. The system of claim 3, wherein the first liquid fuel injection port is equidistant from the second liquid fuel injection port and the third liquid fuel injection port.

5. The system of claim 3, wherein the first liquid fuel injection port is positioned upstream of the second liquid fuel injection port and the third liquid fuel injection port with respect to a flow direction of the combustion gas within the combustion gas flow path.

The system of claim 1, wherein the injection end of the liquid fuel injector terminates between the inner wall and the outer wall of the annular insert.

7. The system of claim 1, wherein the upstream end of the gas fuel injector defines an inlet of the dilution air conduit and the downstream end defines an outlet of the dilution air conduit.

8. The system of claim 1, wherein the gas fuel injector comprises a gas fuel chamber extending circumferentially around the upstream end and a plurality of gas fuel orifices providing fluid communication between the gas fuel chamber and the dilution air conduit.

9. A system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field, comprising: a. an annular insert defining a combustion gas flow path in the burner, the annular insert having an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening; and b. a fuel injector coaxially aligned with the fuel injector opening, the fuel injector comprising: i. an annular main body having an upstream end and a downstream end, the annular main body defining a dilution air conduit providing fluid communication through the fuel injector into the combustion gas flow path; ii. a gas fuel chamber defined in the main body; iii. a liquid fuel chamber defined in the main body; and iv. a plurality of liquid fuel injectors extending from the main body into the dilution air conduit to provide fluid communication between the liquid fuel chamber and the dilution air conduit, the plurality of liquid fuel injectors terminating downstream of the inner wall of the annular insert.

10. Gas turbine, comprising: a. a compressor; b. a combustor disposed downstream of the compressor, the combustor comprising: an axially extending fuel nozzle extending downstream from the end cover, a combustion gas flow path defined downstream of the axially extending fuel nozzle, and an annular insert at least defining in part the combustion gas flow path in the burner, the annular insert having an inner wall, an outer wall and a fuel injector opening; c. a turbine disposed downstream of the burner; and d. the burner further comprising a system for injecting a liquid fuel into a combustion gas flow field in the burner downstream of the axially extending nozzle, the system comprising: i. a dilution air conduit providing fluid communication through the annular insert into the combustion gas flow path; and

ii. a plurality of liquid fuel injectors disposed in the dilution air conduit, wherein the plurality of liquid fuel injectors terminate within the dilution air conduit upstream of the inner wall of the annular insert.