DE102007023266A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kompensieren einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Einspritzdüsenbauteilen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Kompensieren einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Einspritzdüsenbauteilen Download PDF

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Abstract

Eine Brennstoffdüse (110) für einen Gasturbinenmotor ist offenbart, welche umfasst: einen Düsenkörper (112) mit einer Bohrung (114), ein Anschlussteil (118) an einem Einlassende des Düsenkörpers (112), um Brennstoff aufzunehmen, einen Zerstäuber (120) an einem Auslassende des Düsenkörpers (112), um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) angeordnet ist, um dem Zerstäuber (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen mit dem Zerstäuber (120) verbundenen Auslassendabschnitt hat, und eine Struktur (130), welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Der Gegenstand der Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/801,864, welche am 19. Mai 2006 eingereicht wurde.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um eine unterschiedliche Ausdehnung von Brennstoffdüsenbauteilen infolge thermischer Expansion zu kompensieren, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, um während eines Motorbetriebs eine thermische Ausdehnung eines Brennstoffdüsenkörpers relativ zu einem in dem Brennstoffdüsenkörper angeordneten Brennstoffzuleitungsrohr aufzunehmen.
  • 2. Beschreibung der verwandten Technik
  • Brennstoffdüsen sind wichtige Bauteile von Gasturbinenmotoren und sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Motorleistung. Eine typische Brennstoffdüse umfasst einen äußeren Tragkörper, welcher an einem Ende ein Einlass-Anschlussteil zur Aufnahme von Brennstoff hat und eine Zerstäuberdüse an dem anderen Ende hat, um zerstäubten Brennstoff in die Brennkammer eines Gasturbinenmotors abzugeben. Das Einlass-Anschlussteil steht mit der Zerstäuberdüse durch ein inneres Brennstoffzuleitungsrohr in Fluid-Verbindung, wie beispielsweise in 1 gezeigt.
  • Während des Motorbetriebs ist der äußere Tragkörper der Brennstoffdüse von Verdichterluft mit hoher Temperatur umgeben, während das innere Brennstoffzuleitungsrohr der Zerstäuberdüse flüssigen Brennstoff mit einer viel niedrigeren Temperatur als der Verdichterluft befördert. Wegen der Temperaturdifferenz erfährt der Düsentragkörper eine thermische Ausdehnung, welche von der des Brennstoffzuleitungsrohrs verschieden ist. Insbesondere wird der Düsentragkörper in einem größeren Ausmaß eine thermische Ausdehnung erfahren als das Brennstoffzuleitungsrohr.
  • Bei manchen Brennstoffdüsen sind die Brennstoff-Zuleitungsrohre mit dem Düsentragkörper an einem Ende benachbart dem Einlass-Anschlussteil und mit der Zerstäuberdüse an dem anderen Ende unter Verwendung einer Schweiß- oder Lötverbindung starr verbunden. Als Ergebnis der unterschiedlichen thermischen Expansion zwischen der Düsenhalterung und dem Brennstoffzuleitungsrohr können an den Verbindungsstellen hohe Spannungskonzentrationen entstehen. Diese Spannungskonzentrationen können zu der Bildung und Ausbreitung von Rissen führen, welche letztendlich zu Brennstofflecks führen, was zu Düsenbetriebsstörungen führt.
  • Anstrengungen wurden unternommen, um diese Probleme zu mildern. Beispielsweise ist es seit vielen Jahren gut bekannt, Einspritzdüsen mit Brennstoffrohren zu konstruieren, welche spiralförmige oder gewendelte Abschnitte haben, um eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen der Düsenhalterung und dem Brennstoffrohr aufzunehmen. In der Tat ist der Stand der Technik voll mit Patenten, welche solchen gewendelten Brennstoffrohre offenbaren, wie sie beispielsweise in dem U.S.-Patent Nr. 3,129,891 von Vdoviak; dem U.S.-Patent Nr. 4,258,544 von Gebhart et al; dem U.S.-Patent Nr. 4,649,950 von Bradley et al; und dem U.S.-Patent Nummer 6,276,141 von Pelletier gezeigt sind. Fachleute werden leicht einsehen, dass erhebliche Kosten mit der Ausbildung eines spiralförmig gewendelten Brennstoffrohrs verbunden sind, insbesondere in Fällen, in welchen konzentrische Doppel-Brennstoffrohre verwendet werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine kosteneffektive Lösung bereit, um die Probleme abzuschwächen, welche mit der unterschiedlichen thermischen Expansion von Düsenbauteilen im Zusammenhang stehen, und eine Verbesserung gegenüber Einrichtungen vom Stand der Technik, welche spiralförmige Brennstoffrohre verwenden. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, um die thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr während des Motorbetriebs zu kompensieren.
  • ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine neue und nützliche Brennstoffdüse für einen Gasturbinenmotor gerichtet, welche unter anderem umfasst: einen Düsenkörper, welcher eine Längsbohrung umfasst, ein Einlass-Anschlussteil an einem Einlassende des Düsenkörpers zur Aufnahme von Brennstoff, eine Zerstäuberdüse an einem Auslassende des Düsenkörpers, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, ein Brennstoffrohr, welches in der Bohrung des Düsenkörpers angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse von dem Einlass-Anschlussteil Brennstoff zuzuführen, und ein Mittel, welches in einem Einlassende der Bohrung untergebracht ist und mit einem Einlass-Endabschnitt des Brennstoffrohrs verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr während des Motorbetriebs zu kompensieren.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr eine flexible Metallmembran mit kreisförmigem Aufbau, welche eine zentral angeordnete Öffnung hat, welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs verbunden ist, und einen Außenumfang hat, welcher mit einer Innenwand der Bohrung des Düsenkörpers verbunden ist. In einem Fall hat die flexible Metallmembran eine Mehrzahl konzentrischer Wellen, und in einem anderen Fall ist die flexible Metallmembran allgemein flach im Aufbau. Es ist auch vorgesehen, dass die flexible Metallmembran vor der thermischen Expansion einen vorgespannten oder vorbelasteten Zustand hat.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr zwischen axial voneinander beabstandeten oberen und unteren Abschnitten des Brennstoffrohrs angeordnet, wobei der obere Abschnitt des Brennstoffrohrs mit einem Brennstoffdurchgang des Anschlussteils verbunden ist und der untere Abschnitt des Brennstoffrohrs mit dem Zerstäuber verbunden ist.
  • In einem Fall umfasst das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr einen im allgemeinen C-förmigen flexiblen Metallkanal, welcher einen inneren Brennstoffströmungsweg definiert und verbundene bzw. aneinander angrenzende obere und untere Beine hat, welche zwischen den axial beabstandeten oberen und unteren Abschnitten des Brennstoffrohrs angeordnet sind. Hier hat das obere Bein des Kanals eine Einlassöffnung, welche mit dem oberen Abschnitt des Brennstoffrohrs verbunden ist, und das untere Bein des Kanals hat eine Auslassöffnung, welche mit dem unteren Abschnitt des Brennstoffrohrs verbunden ist.
  • In einem weiteren Fall umfasst das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr obere und untere verbundene flexible Metallmembranen, welche zwischen den axial beabstandeten oberen und unteren Abschnitten des Brennstoffrohrs angeordnet sind. Hier ist die obere Membran mit dem oberen Abschnitt des Brennstoffrohrs verbunden und die untere Membran ist mit dem unteren Abschnitt des Brennstoffrohrs verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung in einer Brennstoffdüse für einen Gasturbinenmotor gerichtet, welches die Schritte umfasst, einen Düsenkörper bereitzustellen, welcher eine sich durch diesen hindurch erstreckende Bohrung hat und ein Einlass-Anschlussteil hat, welcher einem Einlassende des Düsenkörpers zugeordnet ist, um Brennstoff aufzunehmen, einen Zerstäuber hat, welcher einem Auslassende des Düsenkörpers zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, und ein Brennstoffrohr hat, welches in der Bohrung des Düsenkörpers angeordnet ist, um dem Zerstäuber von dem Einlass-Anschlussteil Brennstoff zuzuführen. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte, eine feste Verbindung zwischen einem Auslassende des Brennstoffrohrs und dem Zerstäuber auszubilden und eine flexible Verbindung zwischen einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs und entweder einer Innenwand der Bohrung benachbart dem Anschlussteil oder dem Einlass-Anschlussteil selbst auszubilden, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr während des Motorbetriebs zu kompensieren.
  • Diese und weitere Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung leichter verständlich, welche zusammen mit den verschiedenen nachfolgend beschriebenen Zeichnungen verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Damit Fachleute, für welche die vorliegende Erfindung bestimmt ist, leicht verstehen, wie die Brennstoffdüsen der vorliegenden Erfindung ohne unangemessenes Experimentieren herzustellen und zu verwenden sind, werden bevorzugte Ausführungsformen derselben nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf bestimmte Figuren beschrieben, in welchen:
  • 1 eine Seitenansicht im Querschnitt einer Brennstoffdüse vom Stand der Technik ist, welche einen Düsenkörper mit einer Längsbohrung hat, welche ein Brennstoffzuleitungsrohr abstützt, wobei das Brennstoffzuleitungsrohr ein Einlassende hat, welches mit einem Anschlussteil an einem Einlassende des Düsenkörpers verbunden ist, und ein Auslassende hat, welches mit einem Zerstäuber an einem Auslassende des Düsenkörpers verbunden ist;
  • 2 eine Seitenansicht im Querschnitt einer Brennstoffdüse ist, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, in welcher eine gewellte Metallmembran mit einem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs und mit einer Innenwand der in dem Düsenkörper ausgebildeten Längsbohrung verbunden ist;
  • 3 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Einlassendes der Brennstoffdüse von 2 ist, welche die Form der gewellten, flexiblen Metallmembran veranschaulicht, wenn der Düsenkörper eine thermische Expansion relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr während des Motorbetriebs erfährt;
  • 4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht im Querschnitt der in den 2 und 3 gezeigten gewellten Metallmembran ist, welche die konzentrischen Wellen derselben veranschaulicht;
  • 5 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Einlassendes einer weiteren Brennstoffdüse ist, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei zwei verbundene gewellte, flexible Metallmembranen einem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs zugeordnet sind;
  • 6 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Einlassendes noch einer weiteren Brennstoffdüse ist, welche gemäß einer bevor zugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei eine flache, flexible Metallmembran mit einem Endabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs und einer Innenwand der in dem Düsenkörper ausgebildeten Längsbohrung verbunden ist;
  • 7 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Einlassendes der Brennstoffdüse von 6 ist, welche die Form der flachen, flexiblen Metallmembran veranschaulicht, wenn der Düsenkörper während des Motorbetriebs eine thermische Expansion relativ zu dem Brennstoffrohr erlebt; und
  • 8 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Einlassendes von noch einer weiteren Brennstoffdüse ist, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei ein im allgemeinen C-förmiger flexibler Metallkanal einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs zugeordnet ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend ist dort in 1 eine Brennstoffdüse 10 vom Stand der Technik für einen Gasturbinenmotor veranschaulicht. Die Brennstoffdüse 10 hat einen Düsenkörper 12 mit einer sich durch diesen hindurch erstreckenden Längsbohrung 14, welche ein Brennstoffzuleitungsrohr 16 abstützt. Das Brennstoffzuleitungsrohr 16 hat ein Einlassende, welches durch Löten oder Schweißen fest mit einem Anschlussteil 18 an einem Einlassende des Düsenkörpers 12 verbunden ist, und ein Auslassende, welches durch Löten oder Schweißen fest mit einer Zerstäuberdüse 20 an einem Auslassende des Düsenkörpers 12 verbunden ist.
  • Der Düsenkörper 12 umfasst einen Tragflansch 22 zur Anbringung der Düse 10 an dem äußeren Gehäuse einer Gasturbinenmotor-Brennkammer (nicht gezeigt). Einmal angebracht ist das Anschlussteil 18 auf der Außenseite des äußeren Gehäuses angeordnet und der Zerstäuber-Tragkörper 12 ist an der Innenseite des Motorgehäuses angeordnet, wobei die Zerstäuberdüse 20 zerstäubten Brennstoff in die Brennkammer eines Gasturbinenmotors abgibt. Während des Motorbetriebs ist der Düsentragkörper 12 von Verdichterluft mit hoher Temperatur umgeben, welche durch das Motorgehäuse strömt, während das Brennstoffzuleitungsrohr 16, welches in dem Düsentragkörper 12 angeordnet ist, bei einer verhältnismäßig niedrigeren Temperatur gehalten wird, da es Brennstoff mit einer niedrigeren Temperatur zu der Zerstäuberdüse 20 befördert. Folglich erlebt der Düsenträger 12 eine thermische Expansion, welche von der des Brennstoffzuleitungsrohrs 16 verschieden ist.
  • Nun auf 2 Bezug nehmend ist dort eine Brennstoffdüse veranschaulicht, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und im allgemeinen mit der Bezugszahl 100 bezeichnet ist. Die Brennstoffdüse 100 umfasst eine gewellte flexible Metallmembran 130, welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 und mit einer Innenwand der Längsbohrung 114, welche in dem Düsenkörper 112 ausgebildet ist, verbunden ist. Der Auslassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 ist an die Zerstäuberdüse 120 gelötet oder mit dieser auf andere Weise starr verbunden.
  • Wie am besten in 3 zu sehen ist, kompensiert die gewellte flexible Metallmembran 130 während des Motorbetriebs die thermische Expansion des Düsentragkörpers 112 relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr 116, indem sie sich nach unten hin entspannt, wenn der Düsenkörper 112 von Verdichterluft mit hoher Temperatur umgeben ist, und das Brennstoffrohr 116 Brennstoff mit niedrigerer Temperatur befördert. Die dargestellte entspannte Konfiguration der Membran 130 und das Ausmaß, mit welchem sich die Membran der Zeichnung nach entspannt, erläutern lediglich die hier verkörperten Konzepte und sollten nicht in einer solchen Weise ausgelegt werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränkt wird.
  • Wie in 4 veranschaulicht, ist die gewellte Metallmembran 130 im allgemeinen kreisförmig im Aufbau mit einer Mehrzahl von konzentrischen Wellen 132. Eine Montageöffnung 134 ist in der Mitte der Membran 130 vorgesehen, um den Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 aufzunehmen. Die Membran 130 hat auch einen Außenumfangsrand 136, um eine starre Verbindung zwischen der Membran und der Innenwand der Bohrung 114 zu ermöglichen. Insbesondere ist die Membran 130 in einem vergrößerten Hohlraum 114a der Längsbohrung 114 untergebracht, welche an dem Einlassende des Düsenkörpers 112 benachbart dem Einlass-Anschlussteil 118 angeordnet ist. Obwohl die Membran 130 so dargestellt und beschrieben ist, dass sie einen im allgemeinen kreisförmigen Aufbau hat, werden Fachleute leicht einsehen, dass die Form der Membran abhängig von der Querschnittsform des Hohlraums oder der Bohrung, in welcher die Membran angebracht ist, abweichen kann und wird. Außerdem kann die Anzahl und Geometrie der Wellen bzw. Sicken oder Furchen abweichen, um einen besonderen Grad an Flexibilität zu erreichen.
  • Auf 5 Bezug nehmend ist in einer weiteren Ausführungsform der Brennstoffdüse 100 dem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 betriebsmäßig eine Doppelmembranstruktur 140 zugeordnet. Die Doppelmembran 140 ist vorzugsweise aus zwei verbundenen gewellten, flexiblen Metallmembranen gebildet, mit einer oberen Membran 142a und einer unteren Membran 142b. Die obere Membran 142a ist mit einem Einlassendabschnitt 116a des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden, während die untere Membran 142b mit dem Hauptabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist wiederum der Einlassendabschnitt 116a des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 mit dem Brennstoffdurchgang des Einlass-Anschlussteils 118 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden. Hier ist keine starre Verbindung zwischen der Doppelmembran 140 und der Innenwand des vergrößerten Hohlraums 114a der Längsbohrung 114 vorhanden. Fachleute werden leicht einsehen, dass die Doppelmembran 141 einteilig mit einer einheitlichen Struktur ausgebildet sein könnte, statt aus zwei verbundenen Membranen, wie oben beschrieben.
  • Nun auf die 6 und 7 Bezug nehmend ist in einer weiteren Ausführungsform der Brennstoffdüse 100 eine flache, flexible Metallmembran 150 mit einem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 und mit einer Innenwand der in dem Düsenkörper 112 ausgebildeten Längsbohrung 114 verbunden. Insbesondere ist eine Montageöffnung 152 in der Mitte der Membran 150 vorgesehen, um den Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 aufzunehmen, und die Membran 150 hat einen Außenumfangsrand 154, um eine starre Verbindung zwischen der Membran 150 und der Innenwand der Bohrung 114a zu ermöglichen. Wenn der die Düse 100 verwendende Motor nicht im Betrieb ist, ist die flache, flexible Metallmembran 150 vorzugsweise in einem vorgespannten oder vorbelasteten Zustand angeordnet, welcher beispielsweise in 6 gezeigt ist. Um die thermische Expansion des Düsentragkörpers 112 relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr 116 während des Motorbetriebs zu kompensieren, bewegt sich die flache vorbelastete Membran zu einem entspannten Zustand, welcher beispielsweise in 7 gezeigt ist. Die dargestellten vorgespannten und entspannten Konfigurationen der Membran 150, und das Ausmaß, mit welchem sich die Membran 150 der Zeichnung nach entspannt, sind lediglich veranschaulichend für die hier verkörperten Konzepte und sollten nicht in irgendeiner Weise so ausgelegt werden, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränkt wird.
  • Nun auf 8 Bezug nehmend ist in noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine gebogene oder allgemein C-förmige flexible Metall-Kanalstruktur 160 mit einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs 116a verbunden, um die thermische Expansion des Düsentragkörpers 112 während des Motorbetriebs relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr 116 zu kompensieren. Die Kanalstruktur 160 hat einen inneren Brennstoffweg, welcher mit dem Brennstoffzuleitungsrohr 116 in Verbindung steht, und es umfasst einen geraden oberen Beinabschnitt 162a, einen geraden unteren Beinabschnitt 162b und einen gekrümmten Verbindungsabschnitt 162c zwischen dem oberen Beinabschnitt 162a und dem unteren Beinabschnitt 162b. Der obere Beinabschnitt 162a ist mit dem Einlassabschnitt 116a des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden, während der untere Beinabschnitt 162b mit dem Hauptabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Einlassendabschnitt 116a des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 wiederum mit dem Brennstoffdurchgang des Einlass-Anschlussteils 118 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden. Hier ist keine starre Verbindung zwischen der Kanalstruktur 160 und der Innenwand des vergrößerten Hohlraums 114a der Längsbohrung 114 der Düse 100 vorhanden.
  • Es ist vorgesehen und innerhalb des Schutzbereichs des Gegenstands der Offenbarung, dass die hier beschriebenen Konzepte und Ausführungsformen bei einer zwei-Stufen- oder Doppel-Brennstoffdüse verwendet werden könnten, welche zwei konzentrische Brennstoffzuleitungsrohre hat, welche sich durch eine Bohrung in einem Düsentragkörper erstrecken. Bei einer zwei-Stufen-Brennstoffdüse liefert beispielsweise ein primäres inneres Brennstoffrohr Brennstoff zu einem Pilot-Zerstäuber der Einspritzdüse und ein sekundäres äußeres Brennstoffrohr liefert Brennstoff zu einem radial äußeren Haupt-Zerstäuber der Einspritzdüse. Es ist vorgesehen, dass der Einlassendabschnitt des äußeren Brennstoffrohrs eine diesem zugeordnete erste flexible Metallmembran hätte und der innere Endabschnitt des inneren Brennstoffrohrs sich über den Einlassendabschnitt des äußeren Brennstoffrohrs hinaus erstrecken würde und eine diesem zugeordnete zweite flexible Metallmembran hätte. Die zwei Membranen währen axial voneinander beabstandet und starr mit der Innenwand der Längsbohrung des Düsenkörpers an axial voneinander beabstandeten Stellen verbunden.
  • Während die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden werden Fachleute leicht einsehen, dass Änderungen und/oder Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Zusammenfassend wird eine Brennstoffdüse 110 für einen Gasturbinenmotor offenbart, welche umfasst: einen Düsenkörper 112 mit einer Bohrung 114, ein Anschlussteil 118 an einem Einlassende des Düsenkörpers 112, um Brennstoff aufzunehmen, einen Zerstäuber 120 an einem Auslassende des Düsenkörpers 112, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, ein Brennstoffrohr 116, welches in der Bohrung 114 des Düsenkörpers 112 angeordnet ist, um dem Zerstäuber 120 von dem Anschlussteil 118 Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr 116 einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil 118 und einen mit dem Zerstäuber 120 verbundenen Auslassendabschnitt hat, und eine Struktur 130, welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs 116 verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers 112 relativ zu dem Brennstoffrohr 116 während des Motorbetriebs zu kompensieren.

Claims (18)

  1. Brennstoffdüse (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsenkörper (112), welcher eine Bohrung (114) umfasst; b) ein Anschlussteil (118) an einem Einlassende des Düsenkörpers (112) zur Aufnahme von Brennstoff; c) einen Zerstäuber (120) an einem Auslassende des Düsenkörpers (112), um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) angeordnet ist, um dem Zerstäuber (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen Auslassendabschnitt hat, welcher mit dem Zerstäuber (120) verbunden ist; und e) ein Mittel (130; 140; 150; 160), welches mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
  2. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) eine flexible Metallmembran (130; 140; 150) mit kreisförmiger Konfiguration umfasst, welche eine zentral angeordnete Öffnung hat, welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, und einen Außenumfang hat, welcher mit einer Innenwand der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) verbunden ist.
  3. Brennstoffdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (130; 140; 150) zum Kompensieren einer thermischen Aus dehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu den Brennstoffrohr (116) in einer vergrößerten Ausnehmung (114a) an einem Einlassende der Bohrung (114) benachbart dem Anschlussteil (118) untergebracht ist.
  4. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130; 140) eine Mehrzahl konzentrischer Wellen (132) umfasst.
  5. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die flexible Metallmembran (150) allgemein flach ist.
  6. Brennstoffdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) einen vorgespannten Zustand hat.
  7. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (140; 160) zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) zwischen axial voneinander beabstandeten oberen (116a) und unteren Abschnitten des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) angeordnet ist, wobei der obere Abschnitt (116a) des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) mit einem Brennstoffdurchgang des Anschlussteils (118) verbunden ist.
  8. Brennstoffdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (160) zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) einen im allgemeinen C-förmigen, flexiblen Metallkanal umfasst, welcher einen inneren Brennstoff-Strömungsweg definiert, und verbundene obere und untere Beine (162a, 162b) hat, welche zwischen den axial voneinander beabstandeten oberen (116a) und unteren Abschnitten des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) angeordnet sind, wobei ein oberes Bein (162a) des Kanals eine Einlassöffnung hat, welche mit dem oberen Abschnitt (116a) des Einlassendabschnitts des Brennstoff rohrs (116) verbunden ist, und ein unteres Bein (162b) des Kanals eine Auslassöffnung hat, welche mit dem unteren Abschnitt des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist.
  9. Brennstoffdüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (140) zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) obere und untere verbundene flexible Metallmembranen (142a, 142b) umfasst, welche zwischen den axial beabstandeten oberen (116a) und unteren Abschnitten des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) angeordnet sind, wobei die obere Membran (142a) mit dem oberen Abschnitt (116a) des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist und die untere Membran (142b) mit dem unteren Abschnitt des Einlassendabschnitts des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist.
  10. Brennstoffdüse (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsenkörper (112), welcher ein Einlassende und ein Auslassende definiert und eine Bohrung (114) hat, welche sich durch diesen hindurch erstreckt, wobei die Bohrung (114) einen vergrößerten Hohlraum (114a) benachbart dem Einlassende des Düsenkörpers (112) umfasst; b) ein Anschlussteil (118), welches dem Einlassende des Düsenkörpers (112) zugeordnet ist und einen Brennstoffeinlassdurchgang zur Aufnahme von Brennstoff hat; c) einen Zerstäuber (120), welcher einem Auslassende des Düsenkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) angeordnet ist, um dem Zerstäuber (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen mit dem Zerstäuber (120) verbundenen Auslassendabschnitt hat; und e) ein Mittel (130; 150), welches mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) und mit einer Innenwand des vergrößerten Hohlraums (114a) der Bohrung (114) verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
  11. Brennstoffdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung. des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) eine flexible Metallmembran (130; 150) mit einer kreisförmigen Konfiguration umfasst, welche eine zentral angeordnete Öffnung hat, welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, und einen Außenumfang hat, welcher mit einer Innenwand des vergrößerten Hohlraums (114a) der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) verbunden ist.
  12. Brennstoffdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130) eine Mehrzahl konzentrischer Wellen (132) hat.
  13. Brennstoffdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) allgemein flach ist.
  14. Brennstoffdüse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) einen vorgespannten Zustand hat.
  15. Brennstoffdüse (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsenkörper (112), welcher ein Einlassende und ein Auslassende definiert und eine sich durch diesen hindurch erstreckende Bohrung (114) hat, wobei die Bohrung (114) einen vergrößerten Hohlraum (114a) benachbart dem Einlassende des Düsenkörpers (112) umfasst; b) ein Anschlussteil (118), welches dem Einlassende des Düsenkörpers (112) zugeordnet ist und einen Brennstoffeinlassdurchgang zur Aufnahme von Brennstoff hat; c) einen Zerstäuber (120), welcher einem Auslassende des Düsenkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) angeordnet ist, um dem Zerstäuber (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen oberen Endabschnitt (116a) hat, welcher mit dem Anschlussteil (118) verbunden ist, und einen unteren Endabschnitt hat, welcher mit dem Zerstäuber (120) verbunden ist; und e) ein Mittel (140; 160), welches den oberen Endabschnitt (116a) des Brennstoffrohrs (116) mit dem unteren Endabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbindet, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zum Brennstoffrohr (116) während eines Motorbetriebs zu kompensieren.
  16. Brennstoffdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (160) zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) einen im allgemeinen C-förmigen flexiblen Metallkanal umfasst, welcher einen inneren Brennstoff-Strömungsweg definiert, und verbundene obere und untere Beine (162a, 162b) hat, wobei das obere Bein (162a) des Kanals eine Einlassöffnung hat, welche mit dem oberen Endabschnitt (116a) des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, und das untere Bein (162b) des Kanals eine Auslassöffnung hat, welche mit dem unteren Endabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist.
  17. Brennstoffdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (140) zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) eine obere und eine untere flexible Metallmembran (142a, 142b) umfasst, wobei die obere Membran (142a) eine Einlassöffnung hat, welche mit dem oberen Endabschnitt (116a) des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, und die untere Membran (142b) eine Auslassöffnung hat, welche mit dem unteren Endabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist.
  18. Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung in einer Brennstoffdüse (112) für einen Gasturbinenmotor umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Düsenkörpers (112), welcher eine sich durch diesen hindurch erstreckende Bohrung (114) hat, und ein Einlass-Anschlussteil (118) hat, welches einem Einlassende des Düsenkörpers (112) zur Aufnahme von Brennstoff zugeordnet ist, einen Zerstäuber (120) hat, welcher einem Auslassende des Düsenkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, und ein Brennstoffrohr (116) hat, welches in der Bohrung (114) des Düsenkörpers (112) angeordnet ist, um dem Zerstäuber (120) von dem Einlass-Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen; b) Ausbilden einer festen Verbindung zwischen einem Auslassende des Brennstoffrohrs (116) und dem Zerstäuber (120); und c) Ausbilden einer flexiblen Verbindung zwischen einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) und einer Innenwand der Bohrung (114) benachbart dem Anschlussteil (118) oder dem Einlass-Anschlussteil (118) selbst, um eine thermische Ausdehnung des Düsenkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
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