DE102007023266B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Kompensieren einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Einspritzdüsenbauteilen - Google Patents
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Abstract
Brennstoffinjektor (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend:a) einen Düsentragkörper (112), welcher eine Bohrung (114) umfasst;b) ein Anschlussteil (118) an einem Einlassende des Düsentragkörpers (112) zur Aufnahme von Brennstoff;c) eine Zerstäuberdüse (120) an einem Auslassende des Düsentragkörpers (112), um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen;d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsentragkörpers (112) angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen Auslassendabschnitt hat, welcher mit der Zerstäuberdüse (120) verbunden ist; unde) eine flexible Metallmembran (130; 140; 150), welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Bereich der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren, um eine unterschiedliche Ausdehnung von Brennstoffinjektorbauteilen infolge thermischer Expansion zu kompensieren, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren, um während eines Motorbetriebs eine thermische Ausdehnung eines Brennstoffinjektorkörpers relativ zu einem in dem Düsentragkörper angeordneten Brennstoffzuleitungsrohr aufzunehmen.
- Beschreibung der verwandten Technik
- Brennstoffinjektoren sind wichtige Bauteile von Gasturbinenmotoren und sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Motorleistung. Ein typischer Brennstoffinjektor 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 des Brennstoffinjektors 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 Brennstoffinjektoren 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, Brenstoffinjektoren 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 B1 von Vdoviak; demU.S.-Patent Nr. 4,258,544 B1 von Gebhart et al; demU.S.-Patent Nr. 4,649,950 B1 von Bradley et al; und demU.S.-Patent Nummer 6,276,141 B1 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 Injektorbauteilen 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 einen neuen und nützlichen Brennstoffinjektor für einen Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 1, 9 und 14 gerichtet.
- Der Brennstoffinjektor gemäß Anspruch 1 umfasst: einen Düsentragkörper, welcher eine Längsbohrung umfasst, ein Einlass-Anschlussteil an einem Einlassende des Düsentragkörpers zur Aufnahme von Brennstoff, eine Zerstäuberdüse an einem Auslassende des Düsentragkörpers, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, ein Brennstoffrohr, welches in der Bohrung des Düsentragkörpers angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse von dem Einlass-Anschlussteil Brennstoff zuzuführen, und eine flexible Metallmembran, welche in einem Einlassende der Bohrung untergebracht ist und mit einem EinlassEndabschnitt des Brennstoffrohrs verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers relativ zu dem Brennstoffrohr während des Motorbetriebs zu kompensieren.
- In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die flexible Metallmembran einen 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 Düsentragkörpers 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 die flexible Metallmembran 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 der Zerstäuberdüse verbunden ist.
- In einem weiteren Fall umfasst die flexible Metallmembran 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 einem Brennstoffinjektor für einen Gasturbinenmotor gemäß Anspruch 15 gerichtet.
- Das Verfahren enthält die Schritte: einen Düsentragkörper bereitzustellen, welcher eine sich durch diesen hindurch erstreckende Bohrung hat und ein Einlass-Anschlussteil hat, welcher einem Einlassende des Düsentragkörpers zugeordnet ist, um Brennstoff aufzunehmen, eine Zerstäuberdüse hat, welcher einem Auslassende des Düsentragkörpers zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, und ein Brennstoffrohr hat, welches in der Bohrung des Düsentragkörpers angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse von dem Einlass-Anschlussteil Brennstoff zuzuführen. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte, eine feste Verbindung zwischen einem Auslassende des Brennstoffrohrs und der Zerstäuberdüse 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 Düsentragkörpers 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.
- Figurenliste
- Damit Fachleute, für welche die vorliegende Erfindung bestimmt ist, leicht verstehen, wie die Brennstoffinjektoren 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 eines Brennstoffinjektors vom Stand der Technik ist, welcher einen Düsentragkörper mit einer Längsbohrung hat, welche ein Brennstoffzuleitungsrohr abstützt, wobei das Brennstoffzuleitungsrohr ein Einlassende hat, welches mit einem Anschlussteil an einem Einlassende des Düsentragkörpers verbunden ist, und ein Auslassende hat, welches mit einer Zerstäuberdüse an einem Auslassende des Düsentragkörpers verbunden ist; -
2 eine Seitenansicht im Querschnitt eines Brennstoffinjektors ist, welcher 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 Düsentragkörper ausgebildeten Längsbohrung verbunden ist; -
3 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Einlassendes des Brennstoffinjektors von2 ist, welcher die Form der gewellten, flexiblen Metallmembran veranschaulicht, wenn der Düsentragkörper eine thermische Expansion relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr während des Motorbetriebs erfährt; -
4 eine vergrößerte perspektivische Ansicht im Querschnitt der in den2 und3 gezeigten gewellten Metallmembran ist, welche die konzentrischen Wellen derselben veranschaulicht; -
5 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Einlassendes eines weiteren Brennstoffinjektors ist, welcher 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 eines weiteren Brennstoffinjektors ist, welcher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, wobei eine flache, flexible Metallmembran mit einem Endabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs und einer Innenwand der in dem Düsentragkörper ausgebildeten Längsbohrung verbunden ist; -
7 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt des Einlassendes des Brennstoffinjektors von6 ist, welcher die Form der flachen, flexiblen Metallmembran veranschaulicht, wenn der Düsentragkörper während des Motorbetriebs eine thermische Expansion relativ zu dem Brennstoffrohr erlebt; und -
8 eine vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt eines Einlassendes eines weiteren Brennstoffinjektors ist, welcher 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
- In
1 ist ein Brennstoffinjektor10 vom Stand der Technik für einen Gasturbinenmotor veranschaulicht. Der Brennstoffinjektor10 hat einen Düsentragkörper12 mit einer sich durch diesen hindurch erstreckenden Längsbohrung14 , welche ein Brennstoffzuleitungsrohr16 abstützt. Das Brennstoffzuleitungsrohr16 hat ein Einlassende, welches durch Löten oder Schweißen fest mit einem Anschlussteil18 an einem Einlassende des Düsentragkörpers12 verbunden ist, und ein Auslassende, welches durch Löten oder Schweißen fest mit einer Zerstäuberdüse20 an einem Auslassende des Düsentragkörpers12 verbunden ist. - Der Düsentragkörper
12 umfasst einen Tragflansch22 zur Anbringung des Injektors10 an dem äußeren Gehäuse einer Gasturbinenmotor-Brennkammer (nicht gezeigt). Einmal angebracht ist das Anschlussteil18 auf der Außenseite des äußeren Gehäuses angeordnet und der Düsentragkörper12 ist an der Innenseite des Motorgehäuses angeordnet, wobei die Zerstäuberdüse20 zerstäubten Brennstoff in die Brennkammer eines Gasturbinenmotors abgibt. Während des Motorbetriebs ist der Düsentragkörper12 von Verdichterluft mit hoher Temperatur umgeben, welche durch das Motorgehäuse strömt, während das Brennstoffzuleitungsrohr16 , welches in dem Düsentragkörper12 angeordnet ist, bei einer verhältnismäßig niedrigeren Temperatur gehalten wird, da es Brennstoff mit einer niedrigeren Temperatur zu der Zerstäuberdüse20 befördert. Folglich erlebt der Düsentragkörper12 eine thermische Expansion, welche von der des Brennstoffzuleitungsrohrs16 verschieden ist. - In
2 ist ein Brennstoffinjektor veranschaulicht, welcher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und im allgemeinen mit der Bezugszahl100 bezeichnet ist. Der Brennstoffinjektor 100 umfasst eine gewellte flexible Metallmembran130 , welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 und mit einer Innenwand der Längsbohrung114 , welche in dem Düsentragkörper112 ausgebildet ist, verbunden ist. Der Auslassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 ist an die Zerstäuberdüse120 gelötet oder mit dieser auf andere Weise starr verbunden. - Wie am besten in
3 zu sehen ist, kompensiert die gewellte flexible Metallmembran130 während des Motorbetriebs die thermische Expansion des Düsentragkörpers112 relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr116 , indem sie sich nach unten hin entspannt, wenn der Düsentragkörper112 von Verdichterluft mit hoher Temperatur umgeben ist, und das Brennstoffrohr 116 Brennstoff mit niedrigerer Temperatur befördert. Die dargestellte entspannte Konfiguration der Membran130 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 Metallmembran130 im allgemeinen kreisförmig im Aufbau mit einer Mehrzahl von konzentrischen Wellen132 . Eine Montageöffnung134 ist in der Mitte der Membran130 vorgesehen, um den Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 aufzunehmen. Die Membran130 hat auch einen Außenumfangsrand136 , um eine starre Verbindung zwischen der Membran und der Innenwand der Bohrung114 zu ermöglichen. Insbesondere ist die Membran130 in einem vergrößerten Hohlraum114a der Längsbohrung114 untergebracht, welche an dem Einlassende des Düsentragkörpers112 benachbart dem Einlass-Anschlussteil118 angeordnet ist. Obwohl die Membran130 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. - Gemäß
5 ist in einer weiteren Ausführungsform der Brennstoffinjektor 100 dem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 betriebsmäßig eine Doppelmembranstruktur140 zugeordnet. Die Doppelmembran140 ist vorzugsweise aus zwei verbundenen gewellten, flexiblen Metallmembranen gebildet, mit einer oberen Membran142a und einer unteren Membran142b . Die obere Membran142a ist mit einem Einlassendabschnitt116a des Brennstoffzuleitungsrohrs116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden, während die untere Membran142b mit dem Hauptabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist wiederum der Einlassendabschnitt116a des Brennstoffzuleitungsrohrs 116 mit dem Brennstoffdurchgang des Einlass-Anschlussteils118 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden. Hier ist keine starre Verbindung zwischen der Doppelmembran140 und der Innenwand des vergrößerten Hohlraums114a der Längsbohrung114 vorhanden. Fachleute werden leicht einsehen, dass die Doppelmembran141 einteilig mit einer einheitlichen Struktur ausgebildet sein könnte, statt aus zwei verbundenen Membranen, wie oben beschrieben. - Gemäß den
6 und7 ist in einer weiteren Ausführungsform des Brennstoffinjektors100 eine flache, flexible Metallmembran150 mit einem Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 und mit einer Innenwand der in dem Düsentragkörper112 ausgebildeten Längsbohrung 114 verbunden. Insbesondere ist eine Montageöffnung152 in der Mitte der Membran150 vorgesehen, um den Einlassendabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 aufzunehmen, und die Membran150 hat einen Außenumfangsrand154 , um eine starre Verbindung zwischen der Membran150 und der Innenwand der Bohrung114a zu ermöglichen. Wenn der die Düse100 verwendende Motor nicht im Betrieb ist, ist die flache, flexible Metallmembran150 vorzugsweise in einem vorgespannten oder vorbelasteten Zustand angeordnet, welcher beispielsweise in6 gezeigt ist. Um die thermische Expansion des Düsentragkörpers112 relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr116 während des Motorbetriebs zu kompensieren, bewegt sich die flache vorbelastete Membran zu einem entspannten Zustand, welcher beispielsweise in7 gezeigt ist. Die dargestellten vorgespannten und entspannten Konfigurationen der Membran150 , und das Ausmaß, mit welchem sich die Membran150 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. - Gemäß
8 ist in noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine gebogene oder allgemein C-förmige flexible Metall-Kanalstruktur160 mit einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs116a verbunden, um die thermische Expansion des Düsentragkörpers112 während des Motorbetriebs relativ zu dem Brennstoffzuleitungsrohr116 zu kompensieren. Die Kanalstruktur160 hat einen inneren Brennstoffweg, welcher mit dem Brennstoffzuleitungsrohr116 in Verbindung steht, und es umfasst einen geraden oberen Beinabschnitt162a , einen geraden unteren Beinabschnitt162b und einen gekrümmten Verbindungsabschnitt162c zwischen dem oberen Beinabschnitt162a und dem unteren Beinabschnitt 162b. Der obere Beinabschnitt162a ist mit dem Einlassabschnitt116a des Brennstoffzuleitungsrohrs116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden, während der untere Beinabschnitt162b mit dem Hauptabschnitt des Brennstoffzuleitungsrohrs116 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden ist. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist der Einlassendabschnitt116a des Brennstoffzuleitungsrohrs116 wiederum mit dem Brennstoffdurchgang des Einlass-Anschlussteils118 verlötet oder auf andere Weise starr verbunden. Hier ist keine starre Verbindung zwischen der Kanalstruktur160 und der Innenwand des vergrößerten Hohlraums114a der Längsbohrung114 der Düse100 vorhanden. - Es ist vorgesehen und innerhalb des Schutzbereichs des Gegenstands der Offenbarung, dass die hier beschriebenen Konzepte und Ausführungsformen bei einem zwei-Stufen- oder Doppel-Brennstoffinjektor verwendet werden könnten, welche zwei konzentrische Brennstoffzuleitungsrohre hat, welche sich durch eine Bohrung in einem Düsentragkörper erstrecken. Bei einem zwei-Stufen-Brennstoffinjektor liefert beispielsweise ein primäres inneres Brennstoffrohr Brennstoff zu einer Pilot-Zerstäuberdüse des Injektors und ein sekundäres äußeres Brennstoffrohr liefert Brennstoff zu einer radial äußeren Haupt-Zerstäuberdüse des Injektors. 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 Düsentragkörpers 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 ein Brennstoffinjektor
110 für einen Gasturbinenmotor offenbart, welcher umfasst: einen Düsentragkörper112 mit einer Bohrung114 , ein Anschlussteil118 an einem Einlassende des Düsentragkörpers112 , um Brennstoff aufzunehmen, eine Zerstäuberdüse 120 an einem Auslassende des Düsentragkörpers112 , um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, ein Brennstoffrohr116 , welches in der Bohrung114 des Düsentragkörpers 112 angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse120 von dem Anschlussteil118 Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr116 einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil118 und einen mit der Zerstäuberdüse120 verbundenen Auslassendabschnitt hat, und eine Struktur130 , welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs116 verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers112 relativ zu dem Brennstoffrohr116 während des Motorbetriebs zu kompensieren.
Claims (15)
- Brennstoffinjektor (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsentragkörper (112), welcher eine Bohrung (114) umfasst; b) ein Anschlussteil (118) an einem Einlassende des Düsentragkörpers (112) zur Aufnahme von Brennstoff; c) eine Zerstäuberdüse (120) an einem Auslassende des Düsentragkörpers (112), um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsentragkörpers (112) angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen Auslassendabschnitt hat, welcher mit der Zerstäuberdüse (120) verbunden ist; und e) eine flexible Metallmembran (130; 140; 150), welche mit dem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbunden ist, um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
- Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130; 140; 150) eine kreisförmige Konfiguration aufweist, 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 Düsentragkörpers (112) verbunden ist. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130; 140; 150) in einer vergrößerten Ausnehmung (114a) an einem Einlassende der Bohrung (114) benachbart dem Anschlussteil (118) untergebracht ist. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130; 140) eine Mehrzahl konzentrischer Wellen (132) umfasst. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das die flexible Metallmembran (150) allgemein flach ist. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) einen vorgespannten Zustand hat. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (140) 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. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (140) 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. - Brennstoffinjektor (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsentragkörper (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 Düsentragkörpers (112) umfasst; b) ein Anschlussteil (118), welches dem Einlassende des Düsentragkörpers (112) zugeordnet ist und einen Brennstoffeinlassdurchgang zur Aufnahme von Brennstoff hat; c) eine Zerstäuberdüse (120), welche einem Auslassende des Düsentragkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsentragkörpers (112) angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse (120) von dem Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen, wobei das Brennstoffrohr (116) einen Einlassendabschnitt benachbart dem Anschlussteil (118) und einen mit der Zerstäuberdüse (120) verbundenen Auslassendabschnitt hat; und e) ein Ausdehnungskompensationsmittel (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 Düsentragkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
- Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdehnungskompensationsmittel 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 Düsentragkörpers (112) verbunden ist. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (130) eine Mehrzahl konzentrischer Wellen (132) hat. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) allgemein flach ist. - Brennstoffinjektor (100) nach
Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Metallmembran (150) einen vorgespannten Zustand hat. - Brennstoffinjektor (100) für einen Gasturbinenmotor umfassend: a) einen Düsentragkörper (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 Düsentragkörpers (112) umfasst; b) ein Anschlussteil (118), welches dem Einlassende des Düsentragkörpers (112) zugeordnet ist und einen Brennstoffeinlassdurchgang zur Aufnahme von Brennstoff hat; c) eine Zerstäuberdüse (120), welche einem Auslassende des Düsentragkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen; d) ein Brennstoffrohr (116), welches in der Bohrung (114) des Düsentragkörpers (112) angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse (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 der Zerstäuberdüse (120) verbunden ist; und e) ein Ausdehnungskompensationsmittel (160), welches den oberen Endabschnitt (116a) des Brennstoffrohrs (116) mit dem unteren Endabschnitt des Brennstoffrohrs (116) verbindet, um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers (112) relativ zum Brennstoffrohr (116) während eines Motorbetriebs zu kompensieren, wobei das Ausdehnungskompensationsmittel (160) 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.
- Verfahren zum Kompensieren einer thermischen Ausdehnung in einem Brennstoffinjektor (100) für einen Gasturbinenmotor, welches die Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Düsentragkörpers (112), welcher eine sich durch diesen hindurch erstreckende Bohrung (114) hat, und ein Einlass-Anschlussteil (118) hat, welches einem Einlassende des Düsentragkörpers (112) zur Aufnahme von Brennstoff zugeordnet ist, eine Zerstäuberdüse (120) hat, welche einem Auslassende des Düsentragkörpers (112) zugeordnet ist, um einer Brennkammer des Gasturbinenmotors zerstäubten Brennstoff zuzuführen, und ein Brennstoffrohr (116) hat, welches in der Bohrung (114) des Düsentragkörpers (112) angeordnet ist, um der Zerstäuberdüse (120) von dem Einlass-Anschlussteil (118) Brennstoff zuzuführen; b) Ausbilden einer festen Verbindung zwischen einem Auslassende des Brennstoffrohrs (116) und der Zerstäuberdüse (120); und c) Ausbilden einer flexiblen Verbindung (130; 140; 150; 160) zwischen einem Einlassendabschnitt des Brennstoffrohrs (116) und einer Innenwand der Bohrung (114) benachbart dem Anschlussteil (118) um eine thermische Ausdehnung des Düsentragkörpers (112) relativ zu dem Brennstoffrohr (116) während des Motorbetriebs zu kompensieren.
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