DE102008037480A1 - Lean premixed dual-fuel annular tube combustion chamber with radial multi-ring stage nozzle - Google Patents

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Thomas Edward Johnson
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Abstract

Es wird eine mager vorgemischte Radial-Mehrring-Stufendüse (120) zur Verfügung gestellt, um in einer Dual-Fuel-Rohrring-Gasturbinenbrennkammer (100) drei unabhängige Verbrennungszonen zu schaffen. Die Düse (120) umfasst eine Pilotzone (Z1), die durch eine Gaspilotdüse (150) und die Mittelpatrone (155) mit Brennstoff versorgt wird; eine Flammenhalterzone (Z2), die durch einen Innenhauptgasbrennstoff versorgt wird; eine Hauptflammenzone (Z3), die durch einen Außenhauptgasbrennstoff versorgt wird; einen radialen Hauptdrallkörper (120) zum Mischen eines Teils der zur Düse (120) einströmenden Luft mit dem Innenhauptgasbrennstoff und dem Außenhauptgasbrennstoff sowie eine Endabdeckungsbaugruppe mit externen Einrichtungen für die Regelung eines zugeführten Innenhauptgasbrennstoffs und eines zugeführten Außenhauptgasbrennstoffs.A lean premixed radial multi-ring stage nozzle (120) is provided to provide three independent combustion zones in a dual-fuel tubular gas turbine combustor (100). The nozzle (120) comprises a pilot zone (Z1) fueled by a gas pilot nozzle (150) and the center cartridge (155); a flame holding zone (Z2) supplied by an inner main gas fuel; a main flame zone (Z3) supplied by an external main gas fuel; a main radial swirler (120) for mixing a portion of the air flowing to the nozzle (120) with the inner main gas fuel and the outer main gas fuel, and an end cover assembly having external means for controlling an inner main fuel gas and an outer main gas fuel supplied.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinenbrennkammern und insbesondere auf eine mager vorgemischte Radial-Mehrring-Stufendüse für eine Dual-Fuel-Ringrohrbrennkammer, die die Verbrennungsdynamik drastisch reduziert oder sogar eliminiert.The This invention relates generally to gas turbine combustors and in particular to a lean premixed radial multi-ring stage nozzle for a dual-fuel annular tube combustion chamber, which dramatically reduces or even eliminates combustion dynamics.

1 zeigt eine Brennkammer nach dem Stand der Technik für eine industrielle Hochleistungsgasturbine 10, die einen Verdichter 12 (zum Teil gezeigt), eine Vielzahl von Brennkammern 14 (der Übersichtlichkeit halber wird nur eine gezeigt) sowie eine Turbine 16 (durch eine einzige Schaufel dargestellt) umfasst. Obwohl nicht speziell dargestellt, ist die Turbine 16 mit dem Verdichter 12 entlang einer gemeinsamen Achse antriebstechnisch verbunden. Der Verdichter 12 setzt Ansaugluft unter Druck, die dann in umgekehrter Richtung zu der Brennkammer 14 geleitet wird, wo sie zur Kühlung der Brennkammer 14 und als Luftzufuhr für den Verbrennungsprozess genutzt wird. Obwohl nur eine Brennkammer 14 gezeigt wird, umfasst die Gasturbine 10 eine Vielzahl von Brennkammern 14, die um ihre Peripherie herum angeordnet sind. Ein Übergangskanal 18 verbindet das Auslassende jeder Brennkammer 14 mit dem Einlassende der Turbine 16, um der Turbine 16 die heißen Verbrennungsprodukte zuzuführen. 1 shows a combustion chamber according to the prior art for a high-performance industrial gas turbine 10 that a compressor 12 (shown in part), a variety of combustion chambers 14 (for clarity, only one is shown) and a turbine 16 (represented by a single blade). Although not specifically illustrated, the turbine is 16 with the compressor 12 Drivetically connected along a common axis. The compressor 12 sets intake air under pressure, which then turns in the opposite direction to the combustion chamber 14 is directed where to cool the combustion chamber 14 and used as an air supply for the combustion process. Although only one combustion chamber 14 is shown, includes the gas turbine 10 a variety of combustion chambers 14 which are arranged around their periphery. A transition channel 18 connects the outlet end of each combustion chamber 14 with the inlet end of the turbine 16 to the turbine 16 to supply the hot combustion products.

Jede Brennkammer 14 umfasst ein im Wesentlichen zylinderförmiges Verbrennungsgehäuse 24, das an einem offenen Vorderende an einem Turbinengehäuse 26 mittels Schrauben 28 sicher befestigt ist. Das hintere Ende des Verbrennungsgehäuses 24 ist durch eine Endabdeckungsbaugruppe 30 geschlossen, die konventionelle Zufuhrrohre, Verteiler und die zugehörigen Ventile, usw. zum Einspeisen von Gas, Flüssigbrennstoff und Luft (und Wasser, wenn gewünscht) in die Brennkammer 14 umfassen kann. Die Endabdeckungsbaugruppe 30 nimmt eine Vielzahl (zum Beispiel fünf) Brennstoffdüsenbaugruppen 32 (der Übersichtlichkeit halber ist nur eine dargestellt) auf, die in einer kreisförmigen Anordnung um eine Längsachse der Brennkammer 14 angeordnet sind. Jede Brennstoffdüsenbaugruppe 32 ist ein im Wesentlichen zylinderförmiger Körper mit einem hinteren Zuführungsabschnitt 52 mit Einlässen zur Aufnahme von Gasbrennstoff, Flüssigbrennstoff und Luft (und Wasser, wenn gewünscht) und einem vorderen Auslassabschnitt 54.Every combustion chamber 14 includes a substantially cylindrical combustion housing 24 at an open front end on a turbine housing 26 by means of screws 28 securely fastened. The rear end of the combustion housing 24 is through an end cover assembly 30 closed, the conventional supply pipes, manifolds and associated valves, etc. for feeding gas, liquid fuel and air (and water, if desired) into the combustion chamber 14 may include. The end cover assembly 30 takes a variety (for example, five) fuel nozzle assemblies 32 (For the sake of clarity, only one is shown), which in a circular arrangement about a longitudinal axis of the combustion chamber 14 are arranged. Each fuel nozzle assembly 32 is a substantially cylindrical body with a rear feed section 52 with inlets for receiving gas fuel, liquid fuel and air (and water if desired) and a front outlet section 54 ,

In dem Verbrennungsgehäuse 24 ist, im Wesentlichen konzentrisch zu diesem, eine im Wesentlichen zylinderförmige Strömungshülse 34 angebracht, die an ihrem Vorderende mit der Außenwand 36 des Übergangskanals 18 verbunden ist. Die Strömungshülse 34 ist an ihrem hinteren Ende mittels eines radialen Flansches 35 mit dem Verbrennungsgehäuse 24 an einem Stumpfstoß 37 verbunden, an dem der vordere und hintere Abschnitt des Brennkammergehäuse 24 verbunden sind.In the combustion housing 24 is substantially concentric with this, a substantially cylindrical flow sleeve 34 attached to the front wall with the outer wall 36 the transition channel 18 connected is. The flow sleeve 34 is at its rear end by means of a radial flange 35 with the combustion housing 24 at a butt joint 37 connected to the front and rear portions of the combustion chamber housing 24 are connected.

In der Strömungshülse 34 befindet sich ein konzentrisch angeordnetes Flammrohr 38, das an seinem Vorderende mit der Innenwand 40 des Übergangskanals 18 verbunden ist. Das hintere Ende des Flammrohrs 38 wird durch eine Flammrohrdeckelbaugruppe 42 gehalten, die wiederum in dem Verbrennungsgehäuse 24 durch eine Vielzahl von Streben 39 gehalten wird. Es ist ersichtlich, dass die Außenwand 36 des Übergangskanals 18 wie auch der Teil der Strömungshülse 34, der sich von der Stelle, an der das Verbrennungsgehäuse 24 an das Turbinengehäuse 26 (mittels Schrauben 28) angeschraubt ist, nach vorn erstreckt, mit einer Anordnung von Löchern 44 in ihrer jeweiligen peripheren Oberfläche ausgebildet sind, um das Strömen von Luft in umgekehrter Richtung von dem Verdichter 12 durch die Löcher 44 in den ringförmigen Raum zwischen der Strömungshülse 34 und dem Flammrohr 38 zum stromauf liegenden oder hinteren Ende der Brennkammer 14 zu ermöglichen, (wie durch die in 1 gezeigten Strömungspfeile dargestellt).In the flow sleeve 34 there is a concentrically arranged flame tube 38 at the front end with the inner wall 40 the transition channel 18 connected is. The rear end of the flame tube 38 is through a flame tube cover assembly 42 held, in turn, in the combustion housing 24 through a variety of struts 39 is held. It can be seen that the outer wall 36 the transition channel 18 as well as the part of the flow sleeve 34 which extends from the point where the combustion housing 24 to the turbine housing 26 (by means of screws 28 ) is bolted to the front, with an array of holes 44 are formed in their respective peripheral surface to the flow of air in the reverse direction of the compressor 12 through the holes 44 in the annular space between the flow sleeve 34 and the flame tube 38 to the upstream or rear end of the combustion chamber 14 to allow (as indicated by the in 1 shown flow arrows shown).

Die Flammrohrdeckelbaugruppe 42 trägt eine Vielzahl von Vormischrohren 46, eines für jede Brennstoffdüsenbaugruppe 32. Genauer gesagt, wird jedes Vormischrohr 46 in der Flammrohrdeckelbaugruppe 42 an seinem vorderen und hinteren Ende durch eine vordere, beziehungsweise eine hintere Platte 47, 49 gehalten, von denen jede mit Öffnungen ausgestattet ist, die mit den am Ende offenen Vormischrohren 46 fluchten. Die Vormischrohre 46 werden so gehalten, dass die vorderen Einlassabschnitte 54 der jeweiligen Brennstoffdüsenbaugruppen 32 konzentrisch in ihnen angeordnet sind.The flame tube cover assembly 42 carries a variety of premix tubes 46 , one for each fuel nozzle assembly 32 , More precisely, each premix tube 46 in the flame tube cover assembly 42 at its front and rear end by a front or a rear plate 47 . 49 each of which is equipped with openings that end up with the premix tubes open at the end 46 aligned. The premix tubes 46 are held so that the front inlet sections 54 the respective fuel nozzle assemblies 32 are arranged concentrically in them.

Die Rückwand 49 nimmt eine Vielzahl sich nach hinten erstreckender schwimmender Buchsen (floating collars) 48 (eine für jedes Vormischrohr 46) auf, die im Wesentlichen mit den Öffnungen in der Rückwand 49 fluchten. Jede schwimmende Buchse 48 hält einen ringförmigen Luftdrallkörper 50, der die jeweilige Brennstoffdüsenbaugruppe 32 umschließt. Radiale Brennstoffeinspritzventile 66 sind stromab des Drallkörpers 50 zum Auslassen von Gasbrennstoff in eine Vormischzone 69 vorgesehen, die sich in dem Vormischrohr 46 befindet. Bei dieser Anordnung wird in dem ringförmigen Raum zwischen dem Flammrohr 38 und der Strömungshülse 34 strömende Luft zur erneuten Umkehr ihrer Strömungsrichtung am hinteren Ende der Brennkammer 14 (zwischen der Endabdeckungsbaugruppe 30 und der Hülsenkappe (42) gezwungen und muss durch die Drallkörper 50 und die Vormischrohre 46 strömen, bevor sie in die Verbrennungszone oder Brennkammer 70 in dem Flammrohr 38, stromab der Vormischrohre 46, eintritt. Die Zündung wird in den verschiedenen Brennkammern 14 mittels einer Zündkerze 20 in Verbindung mit Durchzündrohren 22 (von denen eines gezeigt wird) auf die übliche Weise erreicht.The back wall 49 takes a multitude of floating floating bushes 48 (one for each premix tube 46 ), which essentially matches the openings in the back wall 49 aligned. Every floating bush 48 holds an annular air swirl body 50 that the respective fuel nozzle assembly 32 encloses. Radial fuel injectors 66 are downstream of the swirl body 50 for discharging gas fuel into a premixing zone 69 provided in the premix tube 46 located. In this arrangement, in the annular space between the flame tube 38 and the flow sleeve 34 flowing air to again reverse their flow direction at the rear end of the combustion chamber 14 (between the end cover assembly 30 and the sleeve cap ( 42 ) and must through the swirl body 50 and the premix tubes 46 flow before entering the combustion zone or combustion chamber 70 in the fire tube 38 , downstream of the premix tube 46 , entry. The ignition is in the different combustion chambers 14 by means of a spark plug 20 in connection with Durchzündrohren 22 (one of which is shown) achieved in the usual way.

Bei der Konstruktion von Kraftwerken ist die Reduzierung der Schadgas-Emissionen, beispielsweise Stickoxide (NOx), in die Atmosphäre ein Hauptanliegen. Um dieses Problem anzugehen, wurden Low-NOx-Brennkammern entwickelt, die eine mager vorgemischte Verbrennung mit einer Vielzahl von an einer einzigen Brennkammer angebrachten Brennern einsetzen, wie es beispielsweise in 1 gezeigt wird. Jeder Brenner umfasst ein Strömungsrohr mit einer zentral angeordneten Brennstoffdüse, die eine zylinderförmige Nabe umfasst, die Brennstoffeinspritzdüsen und einen Luftdrallkörper trägt und an ihrem stromab liegenden Ende eine flache Fläche aufweist. Zusätzlich zu einer Vormisch-Einspritzstufe für den Low-NOx-Betrieb, kann jede Brennstoffdüse eine Diffusionseinspritzstufe für den Anfahr- und Notfallbetrieb sowie eine Flüssigbrennstoffeinspritzstufe für den Flüssigbrennstoffbetrieb umfassen.In the construction of power plants, the reduction of harmful gas emissions, such as nitrogen oxides (NOx), into the atmosphere is a major concern. To address this problem, low-NOx combustors have been developed which employ lean premixed combustion with a plurality of burners mounted on a single combustor, such as those disclosed in US Pat 1 will be shown. Each burner includes a flow tube having a centrally located fuel nozzle that includes a cylindrical hub that carries fuel injectors and an air swirler and that has a flat surface at its downstream end. In addition to a premix injection stage for low NOX operation, each fuel nozzle may include a startup and emergency mode diffusion injection stage and a liquid fuel injection stage for liquid fuel operation.

Diffusionsgasbrennstoff und Flüssigbrennstoff werden typischerweise durch Öffnungen eingespritzt, die sich an dem flachen Ende der Brennstoffdüse befinden. Während des Low-NOx-(Vormisch-)Betriebs wird Brennstoff durch die Brennstoffdüsen eingespritzt und vermischt sich mit der Drallluft in dem Strömungsrohr. Die Diffusions- und Flüssigbrennstoffkreisläufe werden typischerweise während des Vormischbetriebs mit Luft gespült, um Flammengase aus den Kanälen fernzuhalten. Die Verbrennungsflamme wird durch Staukörper-Rezirkulation hinter der Brennstoffdüse und – bei Vorhandensein von Drall – Drallabbau stabilisiert. Bei vorgemischten Systemen werden typischerweise als Resultat von Verbrennungsinstabilitäten starke Druckschwingungen erzeugt. Es wird angenommen, dass die Verbrennungsinstabilitäten mit der Ablösung spannweitiger Wirbel von dem stumpfen Ende der Brennstoffdüse in Verbindung stehen. Diese Druckschwingungen können den Betrieb der Vorrichtung stark einschränken und in einigen Fällen sogar eine physische Beschädigung der Brennkammer-Hardware verursachen. Ferner wird der Strom von Spülluft durch den Diffusions- und Flüssigbrennstoffkreislauf direkt in die Rezirkulationszone eingespritzt. Diese direkte Einspritzung reduziert die lokale Temperatur und Stärke der Rezirkulation, was sich nachteilig auf die Flammenstabilität auswirkt. Folglich besteht ein Bedarf an einer Low-NOx-Brennkammer mit reduzierten Druckschwingungen, bei der die nachteiligen Auswirkungen des Einspritzens von Spülluft direkt in die Rezirkulationszone vermieden werden.Diffusion gas fuel and liquid fuel are typically through openings injected, which are located at the flat end of the fuel nozzle. While In low NOx (premix) operation, fuel is injected through the fuel nozzles and mixes with the swirl air in the flow tube. The diffusion and liquid fuel circuits typically during the Premixed operation flushed with air, to flame gases from the channels keep. The combustion flame is behind by baffle recirculation the fuel nozzle and - at Presence of spin - swirl degradation stabilized. In premixed systems are typically called Result of combustion instabilities strong pressure oscillations generated. It is assumed that the combustion instabilities with the replacement spanwise vortex from the blunt end of the fuel nozzle in conjunction stand. These pressure oscillations can affect the operation of the device severely restrict and in some cases even a physical damage cause the combustor hardware. Further, the flow of purge air through the diffusion and liquid fuel cycle injected directly into the recirculation zone. This direct injection reduces the local temperature and strength of the recirculation, which adversely affects the flame stability. Consequently, there is a need for a low NOx combustion chamber with reduced pressure oscillations, at the the adverse effects of injecting purge air directly be avoided in the recirculation zone.

Wie zuvor beschrieben, nutzen diese modernen industriellen Hochleistungs-DLN-Ringrohrgasturbinenbrennkammern (DLN = Dry Low NOx) üblicherweise eine Vielzahl (oder „Gruppe") von Vormischdüsen, die mit einem Rohrbrenn kammerflammrohr verbunden sind, das mit einer flachen oder abgewinkelten Deckel-/Dombaugruppe versehen ist. Mehrere Düsen sind zur Mischung und Stufung des Brennstoffs erforderlich, um Regelbarkeit (turndown) und Leistung in dem gesamten vorgesehenen Betriebsfähigkeits- und Auslegungsraum zu erzielen. Durch dieses Verfahren erhält man jedoch eine komplizierte und kostspielige Baugruppe.As previously described, these modern industrial high performance DLN ring tube gas turbine combustors utilize (DLN = Dry Low NOx) usually a plurality (or "group") of premix nozzles that are connected to a tube combustion chamber flame tube, with a flat or angled lid / Dombaugruppe is provided. Several Nozzles are for mixing and grading of the fuel required to controllability (turndown) and performance in the total operating capacity envisaged. and design space. However, this method is obtained a complicated and expensive assembly.

Außerdem ist die gleichmäßige Verteilung der Luft und des Brennstoffs auf die Gruppe der Vormischbrennstoffdüsen am Kopfende schwierig und führt im Allgemeinen zu einem nicht-idealen, nicht-gleichmäßigen Luftstrom zu allen Düsen oder zu einem parasitären Druckabfall/Druckverlust in einem wesentlichen Ausmaß. Drallstabilisierte, mager vorgemischte Verbrennung ist im Vergleich zu konventioneller Diffusionsverbrennung tendenziell sehr anfällig für verbrennungsinduzierte Schwingungen (dynamische Instabilität).Besides that is the even distribution of Air and fuel to the group of premix fuel nozzles at the head end difficult and leads generally to a non-ideal, non-uniform airflow to all nozzles or to a parasitic Pressure drop / pressure loss to a significant extent. Swirl stabilized, lean premixed combustion is compared to conventional Diffusion combustion tends to be very susceptible to combustion-induced vibrations (dynamic Instability).

Historisch betrachtet, wurde in der Gasturbinentriebwerksbranche die Flammentemperatur (oder Primärzonentemperatur) in mager vorgemischten Systemen reduziert, um die NOx-Emissionen zu vermindern. Mit der Senkung der akzeptablen NOx-Emissionswerte bis auf einstellige ppm-Werte (ppm = Teile pro Million) – verursacht hauptsächlich durch neue staatliche Vorschriften – wurde die Flammentemperatur sehr nahe an die magere Löschgrenze (lean-blowout limit, LBO limit) gedrängt, zumindest was Brennstoffe mit einem hohen Methangehalt anbelangt. Bei derartigen mageren Gemischen führen geringe periodische Schwankungen des lokalen Brennstoff-Luft-Verhältnisses zu relativ großen periodischen Schwankungen der lokalen Wärmefreisetzung und der Wärmefreisetzungsraten, was sogar ein lokales, zeitweiliges Flammenverlöschen einschließt. Die Amplitude diskreter Schwingungsfrequenzen (oder Töne) kann zunehmen, wenn die Fluktuationen der Wärmefreisetzung in Phase mit den in der Brennkammer auftretenden akustischen Druckfluktuationen sind.Historical In the gas turbine engine industry, the flame temperature has been considered (or primary zone temperature) reduced in lean premixed systems to reduce NOx emissions to diminish. With the reduction of acceptable NOx emission levels down to single-digit ppm values (ppm = Parts per million) - caused mainly through new state regulations - became the flame temperature is very close to the lean limit (lean-blowout limit, LBO limit) pushed, at least as far as fuels with a high methane content are concerned. In such lean mixtures result in low periodic fluctuations the local fuel-air ratio to relatively large periodic variations in local heat release and heat release rates, which even includes a local, temporary flame extinction. The Amplitude of discrete vibration frequencies (or sounds) can increase when the fluctuations of the heat release in phase with the in the combustion chamber occurring acoustic pressure fluctuations.

Da heutige mager vorgemischte Brennkammern „magerer" und räumlich gleichförmiger werden, um immer niedrigere Emissionsziele einzuhalten, die in zunehmendem Maße eingehalten werden müssen, während Brennkammern gleichzeitig mit einer immer größeren Bandbreite von Brennstoffen betrieben werden, nimmt bei einem gegebenen System das Risiko zu, dass unakzeptabel hohe Verbrennungsdynamikniveaus auftreten.There Today's lean premixed combustors become "leaner" and spatially more uniform to comply with ever lower emission targets, which are increasing Dimensions complied with need to be while combustors simultaneously with an ever-increasing bandwidth fueled by a given system the risk of having unacceptably high combustion dynamics levels occur.

Zwar wurden bereits DLN-Gasturbinen-Ringrohrverbrennungssysteme mit einer großen Einzeldüse getestet, aber die meisten versagten aufgrund von Betriebsbereitschafts-, Haltbarkeits- und Emissionsproblemen. Das Fehlen intelligenter, einstellbarer Betriebsparameter sowie das Fehlen mehrerer unabhängiger, gestufter Verbrennungszonen hat die Branche dazu bewegt, modulare Konfigurationen mit mehreren Düsen (gang) zu akzeptieren. Konstruktionen mit mehreren Düsen ermöglichen die gestufte Brennstoffverteilung an Düsenuntergruppen, nicht nur, um das Anspringen und die Regelung zu erleichtern, sondern auch, um einen einstellbaren Betriebsfähigkeitsparameter zur Verfügung zu stellen, um Dynamik (oder: Schwingungen) zu umgehen, die während des Betriebs im Auslegungs-/Betriebsbereich auftreten.Although DLN gas turbine ring tube combustion systems have been tested with a large single nozzle, most have failed of operational readiness, durability and emission problems. The lack of intelligent, adjustable operating parameters, as well as the lack of independent, tiered combustion zones, has led the industry to accept modular multi-nozzle configurations. Multi-nozzle designs enable stepped fuel distribution on nozzle subassemblies, not only to facilitate start-up and control, but also to provide an adjustable operability parameter to avoid dynamics (or vibrations) occurring during operation in the engine Design / operating range occur.

Der Nachteil der gestuften Brennstoffverteilung in der Brennkammer ist die Entstehung heißerer Tempe raturzonen, die die NOx-Erzeugung vorantreiben. Ist daher zuviel Stufung erforderlich, um die Verbrennungsdynamik oder Instabilität zu eliminieren, könnten vorgeschriebene NOX-Emissions-Grenzwerte überschritten werden, wodurch die Anlage außer Betrieb gesetzt werden könnte. Die Verbrennungsdynamik bei mager vorgemischter Verbrennung in industriellen Gasturbinen wird typischerweise durch mehrere Verfahren passiv vermindert – üblicherweise in einem Versuch- und-Irrtum-Verfahren, das kostspielig und unsicher sein kann. Einige dieser Verfahren sind im Folgenden aufgeführt: 1) Verschiebung der Brennstoffeinspritzpunkte, um die Zeit für den Transport des Brennstoffs vom Einspritzpunkt zur Flammenfront zu ändern, 2) Änderung der Größe der Brennstoffeinspritzlöcher, um den Druckabfall und die akustische Impedanz über die Löcher zu ändern, und 3) Modifizierung der Kammer- oder Düsengeometrie (z. B. der Durchmesser, Winkel, Längen), um die Wirbelablösung, die Frequenzen und Amplituden sowie die Flammenform in der Kammer zu beeinflussen.Of the Disadvantage of the graded fuel distribution in the combustion chamber is the emergence of hotter temperature zones, that drive NOx production. Is therefore too much gradation required, to eliminate the combustion dynamics or instability could be prescribed NOX emission limits exceeded be, whereby the plant except Operation could be set. Combustion dynamics in lean premixed combustion in industrial Gas turbines are typically passively reduced by several methods - usually in a trial and error procedure that expensive and unsafe. Some of these procedures are listed below: 1) shift the fuel injection points to the time for transportation to change the fuel from the injection point to the flame front, 2) change the size of the fuel injection holes to change the pressure drop and the acoustic impedance across the holes, and 3) modification the chamber or nozzle geometry (eg the diameter, angle, lengths), the vortex shedding, the Frequencies and amplitudes and the flame shape in the chamber too influence.

Durch diese Verfahren versucht man zu erzwingen, dass jegliche Störung der Wärmefreisetzung phasenverschoben (destruktive Interferenz) mit Druck- oder akustischen Störungen in der Brennkammer stattfindet. Die Brennkammerdynamik konnte ebenfalls durch akustische Dämpfung (z. B. Helmholtz-Resonatoren oder Viertelwellenlängenröhren (quarter wave tubes)) des Verbrennungssystems vermindert oder eliminiert werden. In der Vergangenheit wurden die oben genannten Verfahren tendenziell eher rückwirkend nach der Entdeckung einer hohen Brennkammerdynamik in Betracht gezogen und ausgeführt, anstatt während der anfänglichen Planungsphase des Programms im Hinblick darauf proaktiv zu planen.By These methods try to force that any disturbance of the heat release phase-shifted (destructive interference) with pressure or acoustic disorders takes place in the combustion chamber. The combustion chamber dynamics could also by acoustic damping (eg Helmholtz resonators or quarter wave tubes) of the combustion system can be reduced or eliminated. In the In the past, the above methods tend to be more likely backdated considered after the discovery of high combustion chamber dynamics and executed, instead of during the initial one Planning phase of the program with proactive planning in mind.

Folglich besteht ein Bedürfnis, eine einfachere, skalierbare, kostengünstigere mager vorgemischte Brennkammer zur Verfügung zu stellen, die bei einer beliebigen Last innerhalb des Design-/Betriebsbereichs mit wesentlich geringerer Wahrscheinlichkeit diskrete Verbrennungsschwingungen erregt oder antreibt, während sie gleichzeitig eine überdurchschnittliche Toleranz hinsichtlich der Qualität des Brennstoffgemisches zeigt. Würde die oben genannte Lösung gefunden und folglich das Risiko, dass in dem gegebenen Auslegungsbetriebsbereich jemals eine diskrete Dynamik auftritt, erheblich reduziert, dann wären der Wirkungsgrad und die Wahrscheinlichkeit der Einstellung (Tuning) eines gegebenen Systems auf minimale Emissionen erheblich größer. Im Wesentlichen wäre die Dynamik nicht länger ein derartig maßgeblicher und problematischer Teil des gesamten Brennkammer-Konstruktionsverfahrens.consequently there is a need a simpler, scalable, lower cost premixed leaner Combustion chamber available at any load within the design / operating range with much less probability discrete combustion oscillations arouses or drives while they are also above average Tolerance in terms of quality of the fuel mixture shows. Would the above solution and consequently the risk that in the given design operating range ever a discrete momentum occurs, significantly reduced, then would be the Efficiency and the probability of adjustment (Tuning) of a given system for minimum emissions significantly larger. in the It would be essential the momentum no longer such a significant and a problematic part of the entire combustor design process.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Schaffung dreier unabhängiger Verbrennungszonen in einer Gasturbinenbrennkammer mit einer mager vorgemischten Radial-Mehrring-Stufendüse, wodurch für eine stabile Verbrennung mit niedrigen Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) gesorgt wird.The The present invention relates to a device and a Procedure for the creation of three independent Combustion zones in a gas turbine combustor with a lean premixed radial multi-ring stage nozzle, whereby for one stable combustion with low nitrogen oxide emissions (NOx emissions) is taken care of.

Kurz gesagt, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine mager vorgemischte, Radial-Mehrring-Stufendüse zur Verfügung gestellt, um in einer Dual-Fuel-Rohrring-Gasturbinenbrennkammer drei unabhängige Verbrennungszonen zu schaffen. Die mager vorgemischte, Radial-Mehrring-Stufendüse (im Weiteren als große Einzelradi aldüse bezeichnet) umfasst eine Pilotzone, die durch eine Mittelpatrone mit Brennstoff versorgt wird; eine Flammenhalterzone, die durch eine Innenhauptgas-Zuführung versorgt wird; eine Hauptflammenzone, die durch eine Außenhauptgas-Zuführung versorgt wird; einen Haupt-radialdrallkörper zum Mischen eines Teils der in die Düse einströmenden Luft mit der Innenhauptgas-Zufuhr und der Außenhauptgas-Zufuhr; eine Endabdeckung und Einrichtungen für die Regelung des Verhältnisses von zugeführtem Pilotgasbrennstoff, Innenhauptgasbrennstoff und Außenhauptgasbrennstoff.Short said, according to one Aspect of the present invention, a lean premixed, radial multi-ring stage nozzle provided to in a dual-fuel tubular gas turbine combustor, three independent combustion zones to accomplish. The lean premixed, radial multi-ring stage nozzle (hereafter as a big one Single radii nozzle includes) a pilot zone passing through a center cartridge is supplied with fuel; a flame retardant zone through an indoor main gas feeder is supplied; a main flame zone, which supplies by an outside main gas supply becomes; a main radial swirler for mixing a part of the air flowing into the nozzle with the inner main gas supply and the outside main gas supply; an end cover and arrangements for the regulation of the ratio supplied pilot gas fuel, Indoor home gas fuel and exterior home gas fuel.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Dual-Fuel-Ringrohrbrennkammer für ein Gasturbinentriebwerk zur Verfügung gestellt. Die Brennkammer umfasst Radial-Mehrring-Stufendüse (im Folgenden als große Einzelradialdüse bezeichnet), die ein äußeres Brennerrohr und einen Hauptradialdrallkörper umfasst, die auf eine Endabdeckung eines Brennkammergehäuses montiert sind. Eine Hauptverbrennungszone befindet sich stromab des äußeren Brennerrohrs der großen Einzelradialdüse. Ein Verdichter dient als Druckluftquelle. Ein Lufteinlassplenum umschließt radial die große Einzelradialdüse und wird radial durch eine Außenwand der Brennkammer begrenzt. Ein Diffusor für die Druckluft nimmt die Druckluft auf einem umgekehrten Strömungsweg von dem Verdichter auf und lässt die Luft mit einem wiederhergestellten Druck in das Einlassplenum ab. Eine auf dem Hauptradialdrallkörper montierte Verkleidung, die einen Teil des äußeren Brennerrohr umhüllt, ist zur Glättung des Luftstroms von dem Diffusor zum Lufteinlassplenum vorgesehen.According to another aspect of the present invention, there is provided a dual fuel annular tube combustor for a gas turbine engine. The combustor includes a radial multi-ring stage nozzle (hereinafter referred to as a large single-radial nozzle) that includes an outer burner tube and a main radial swirler mounted on an end cover of a combustor shell. A main combustion zone is located downstream of the outer burner tube of the large Einzelradialdüse. A compressor serves as a compressed air source. An air inlet plenum radially encloses the large single radial nozzle and is radially bounded by an outer wall of the combustion chamber. A diffuser for the compressed air picks up the compressed air in a reverse flow path from the compressor and releases the air at a restored pressure into the inlet plenum. A fairing mounted on the main radial swirler and enveloping a portion of the outer burner tube is provided for smoothing the flow of air from the diffuser to the air inlet plenum.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für den Einsatz einer Radial-Mehrring-Stufendüse (im Folgenden als große Einzelradialdüse bezeichnet) mit unabhängigen Verbrennungszonen zur Verfügung gestellt, wobei die große Einzelradialdüse eine Pilotzone, eine Flammenhalterzone und eine Hauptzone in einer Gasturbinenbrennkammer umfasst, um für eine stabile Verbrennung mit niedrigen Stickoxid(NOx)-Emissionen zu sorgen. Das Verfahren umfasst die Zufuhr einer großen Luftmenge zu der Düse, eine düseninterne Stufung, die Zerlegung der Wärmefreisetzung in eine Vielzahl diskreter Zonen im Raum, Verteilung der Wärmefreisetzung über die Zeit und die Lüftung einer stromab liegenden zentralen Rezirkulationszone.According to one Third aspect of the present invention is a method for the Use of a radial multi-ring stage nozzle (hereinafter referred to as large single radial nozzle) with independent Combustion zones available put, the big one Einzelradialdüse a pilot zone, a flame holding zone and a main zone in one Gas turbine combustor includes, for a stable combustion with low nitrogen oxide (NOx) emissions. The procedure includes the supply of a large Amount of air to the nozzle, one nozzle internal Gradation, the decomposition of heat release in a variety of discrete zones in space, distribution of heat release over the Time and ventilation a downstream central recirculation zone.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind besser verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg gleiche Teile bezeichnen.These and other features, aspects and advantages of the present invention Invention are better understood, if the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals consistently refer to the same parts.

1 zeigt eine Brennkammer nach dem Stand der Technik mit mehreren Düsen; 1 shows a combustion chamber of the prior art with a plurality of nozzles;

2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkammer mit einer erfindungsgemäßen Brennkammer mit einer großen Einzelradialdüse; 2 shows an embodiment of a combustion chamber according to the invention with a combustion chamber according to the invention with a large Einzelradialdüse;

3A ist eine Teil-Isometrie, die eine innere Struktur einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse zeigt; 3A Fig. 10 is a partial isometric view showing an internal structure of an embodiment of the large single-jet nozzle of the present invention;

3B ist ein axialer Querschnitt, der eine innere Struktur einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse zeigt; 3B Fig. 10 is an axial cross section showing an internal structure of an embodiment of the large single-jet nozzle according to the present invention;

4 zeigt eine Ansicht des Zuführendes der Endabdeckungsplatte einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 4 Fig. 11 is a view of the feeding end of the end cover plate of one embodiment of the large single radial nozzle according to the present invention;

5 zeigt Brennstoffverteilungen und – durchführungen in der Endabdeckung und Rückwand einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 5 shows fuel distributions and feedthroughs in the end cover and rear wall of one embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

6A zeigt eine Isometrie eines Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 6A shows an isometry of a Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

6B zeigt Details von Hauptdralldüsen auf dem Hauptradialdrallkörper einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 6B shows details of main spin nozzles on the main radial swirl body of an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

6C zeigt eine Ansicht des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 6C shows a view of the main radial swirler of an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

6D zeigt einen Schnitt durch die Hauptdralldüsen und die Zentralnabe des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 6D shows a section through the main spin nozzles and the central hub of the Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

6E zeigt einen Schnitt durch die Rückwand und die Zentralnabe des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 6E shows a section through the rear wall and the central hub of the Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

7 ist ein Querschnitt des Kopfendes der erfindungsgemäßen Brennkammer, der den Luftstrom und die unabhängigen Verbrennungszonen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse zeigt; 7 Fig. 12 is a cross-sectional view of the head end of the combustor of the present invention showing the air flow and the independent combustion zones of one embodiment of the large single radial nozzle of the present invention;

8 zeigt den zentralen Flammenhalter, den Gaspiloten-Ringraum, und die Mittelpatrone einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 8th shows the central flame holder, the gas pilot annulus, and the center cartridge of one embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

9A und 9B zeigen den Düsenkörper der Gas-Pilotdüse einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse; 9A and 9B show the nozzle body of the gas pilot nozzle of an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention;

10 zeigt einen Axialschnitt einer Dual-Fuel-Mittelpatrone einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse und 10 shows an axial section of a dual-fuel central cartridge of an embodiment of the large Einzelradialdüse invention and

11 zeigt eine alternative Ausführungsform der Flammenhaltertasse der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse. 11 shows an alternative embodiment of the flame holder cup of the large single radial nozzle according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Die folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben viele Vorteile, darunter einige innovative, ganz besondere Merkmale: (1) wird ermöglicht, dass mehrere (z. B. sechs) Vormischdüsen (pro Rohr) und ein Brennkammerdeckel durch eine einzige große Radialdüse und eine Modifikation des Flammrohrs ersetzt werden, wodurch eine signifikante Reduzierung der Anzahl der Teile, eine Kostenersparnis und eine drastische Vereinfachung des Kopfendes der Brennkammer erreicht wird; (2) die Verwendung einer Dom-Diffusor-Konstruktion, um den Flammrohrdom an der Rückseite konvektiv zu kühlen, während gleichzeitig vor der Vormischung des Brennstoffs und der Luft in der großen Einzelradialdüse der statische Druck wiederhergestellt wird, wodurch der parasitäre Druckverlust reduziert und mehr Luft für die Vormischung verfügbar gemacht wird; (3) Bereitstellung der Kapazität zur schnellen (z. B. < 3 ms) und gründlichen Verdampfung und Mischung großer Mengen Brennstoff (~2 lbm/sec, d. h. ca. 0,907 kg/sek) und Luft (~60 lbm/sec, d. h. ca. 27,21 kg/sek) bei einem relativ geringen Druckabfall (z. B. < 4%) und (4) bei Verwendung von entweder Gasbrennstoff oder Flüssigbrennstoff, ist es sie dynamisch robuster und weniger anfällig für verbrennungsinduzierte Schwingungen als heutige mager vorgemischte Gasturbinen-Verbrennungssysteme, indem sowohl die Wärmefreisetzung (in Zeit und Raum) als auch die Brennstofftransportzeit in der Kammer strategisch verteilt (smeared out) werden, während gleichzeitig weiterhin das erforderliche System-Regelungsverhalten und niedrige Abgasemissionen vorliegen.The following embodiments of the present invention have many advantages, including some innovative, very particular features: (1) it is possible to have multiple (eg six) premix nozzles (per pipe) and one combustion chamber lid through a single large radial nozzle and a modification of the Flame tube can be replaced, whereby a significant reduction in the number of parts, a cost savings and a drastic simplification of the head end of the combustion chamber is achieved; (2) the use of a dome diffuser construction to the Cooling the flashback dome at the rear convection while simultaneously restoring the static pressure prior to the premixing of the fuel and air in the large single radial nozzle thereby reducing the parasitic pressure loss and making more air available to the premix; (3) Provide capacity for rapid (eg <3 ms) and thorough evaporation and mixing of large quantities of fuel (~ 2 lbm / sec, ie approx. 0.907 kg / sec) and air (~ 60 lbm / sec, ie about 27.21 kg / sec) with a relatively low pressure drop (eg <4%) and (4) using either gas fuel or liquid fuel, it is dynamically more robust and less prone to combustion-induced vibrations than today's lean premixed Gas turbine combustion systems in which both heat release (in time and space) and fuel transport time in the chamber are strategically distributed (smeared out) while still maintaining the required system control performance and low exhaust emissions.

Die Wirkungen der Konstruktion sind vielfältig: (1) das Ersetzen von fünf oder mehr Düsen pro Rohr durch eine führt zu einer drastischen Redzierung der Kosten und der Teileanzahl; (2) die drastische Reduzierung oder sogar vollständige Eliminierung von Verbrennungsdynamik/Verbrennungsschwingungen mit diskreten Frequenzen in Brennkammern industrieller Gasturbinen, bei gleichzeitiger Beibehaltung der vorgeschriebenen Emissionswerte; (3) Flexibilität in Bezug auf Gas- und Flüssigbrennstoffe, verbun den mit der erfolgreichen Verbesserung der Verbrennungsdynamik; (4) DLN mit Flüssigbrennstoffen wie Dieselbrennstoff (No. 2 diesel oil), bei gleichzeitiger Eliminierung der Notwendigkeit der Wassereinspritzung und des Bedarfs an Hochdruck-Zerstäuberluft sowie (5) Schademissionen im niedrigen einstelligen Bereich (ppmv).The Effects of the construction are manifold: (1) the replacement of five or five more nozzles per pipe through one leads to a drastic reduction of the costs and the number of parts; (2) the drastic reduction or even complete elimination of combustion dynamics / combustion vibrations with discrete frequencies in combustion chambers of industrial gas turbines, while maintaining the prescribed emission levels; (3) flexibility in relation to gas and liquid fuels, associate with the successful improvement of combustion dynamics; (4) DLN with liquid fuels like diesel fuel (No. 2 diesel oil), with simultaneous elimination the need for water injection and the need for high pressure atomizing air and (5) low-single-emission (ppmv) emissions.

Der erfolgreiche Übergang von einer Mehrdüsenanordnung zu einer Einzeldüse erfordert eine düseninterne Stufung. Eine Zone mit abgewinkelten, v-rinnenförmigen Flammenhaltern, wie sie bei dieser Konstruktion benutzt wird, bietet einen Bereich für die Brennstoffstufung in der Hauptvormischdüse. Zum Beispiel kann eine Beeinflussung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses – sodass es in der Nähe der Nabe (oder des Zentralkörpers) fetter ist – es ermöglichen, dass eine zentrale Flammenhalterzone im Verhältnis zum Bypass-Strom bei einem höheren Äquivalenzverhältnis verbrennt, was vorteilhaft (oder sogar notwendig) für die Zündung und Triebwerksbeschleunigung, den Schwachlastbetrieb oder den Umgang mit plötzlichen Lastverschiebungen sein kann. Die Beeinflussung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses in Verbindung mit anderen Stufungs-Merkmalen (beispielsweise einem vorgemischten Piloten) ermöglicht das Ersetzen mehrerer Düsen (z. B. sechs) pro Rohr in Gasturbinenverbrennungssystemen durch eine große Einzelradialdüse, was eine signifikante Reduzierung der Teileanzahl und der Kosten für das Verbrennungssystem und das Triebwerk insgesamt bedeuten würde. Eine reduzierte Verbrennungsdynamik würde erreicht, während gleichzeitig Abgasschademissionen (z. B. unverbrannte Kohlenwasserstoffe (UHC), NOx und Kohlenmonoxid (CO)) in Relation zu den Brenntemperaturen im Auslegungsraum beibehalten oder sogar reduziert würden.Of the successful transition from a multi-nozzle arrangement to a single nozzle requires a nozzle internal Increments. A zone of angled, v-shaped flame holders, such as used in this construction provides a range for fuel staging in the main premix nozzle. For example, can affect the fuel-air ratio - so it near the hub (or the central body) it is fatter - it enable, that a central flame holding zone in relation to the bypass current at burns at a higher equivalence ratio, which is beneficial (or even necessary) for the ignition and engine acceleration, low load operation or dealing with sudden load shifts can be. Influencing the fuel-air ratio in Connection with other staging features (for example, a premixed pilot) allows the Replacing multiple nozzles (eg, six) per tube in gas turbine combustion systems a big Einzelradialdüse, which is a significant reduction in the number of parts and the cost for the Combustion system and the engine would mean a total. A reduced combustion dynamics would achieved while at the same time exhaust emissions (eg unburned hydrocarbons (UHC), NOx and carbon monoxide (CO)) in relation to the firing temperatures maintained or even reduced in the design space.

Bei der mager vorgemischten Radial-Mehrring-Stufendüse (im Folgenden als große Einzelradialdüse bezeichnet) ist es konstruktionsbedingt weniger wahrscheinlich, dass verbrennungsinduzierte, diskrete Schwingungsfrequenzen angeregt werden, wenn der festgelegte Anteil (z. B. circa 33% der Reaktionspartner in der Düse) der gut gemischten Reaktionspartner umgeleitet wird, um als eine abgewinkelte Anordnung diskreter v-förmiger Rinnenzonen stromauf der Hauptkammer zu verbrennen. Die Anordnung axialer Strahlen, die das konische Bündel v-förmiger Rinnen passieren, vermindert die diskrete Dynamik und verbessert die Emissionen auf unterschiedliche Weise.at the lean premixed radial multi-ring stage nozzle (hereinafter referred to as large single radial nozzle) it is by design less likely that combustion-induced, discrete Vibration frequencies are excited when the specified proportion (eg, about 33% of the reactants in the die) of the well-mixed reactants is diverted upstream as an angled array of discrete v-shaped gutter zones to burn the main chamber. The arrangement of axial rays, the the conical bundle of v-shaped gutters happen, reduces discrete dynamics and improves emissions in different ways.

Erstens zerlegt die Anordnung die Wärmefreisetzung in eine Vielzahl diskreter Reaktionszonen im Raum, wobei jede viel kleiner ist als die gesamte Brennkammer. Dies begrenzt effizient die Energiemenge, die in der Kammer bei einer bestimmten akustischen Resonanzfrequenz für eine konstruktiven Überlagerung zur Verfügung steht.First decomposes the arrangement, the heat release into a multitude of discrete reaction zones in space, each one much smaller than the entire combustion chamber. This limits efficiently the amount of energy in the chamber at a given acoustic Resonant frequency for a constructive overlay to disposal stands.

Zweitens entsteht durch die abgewinkelten v-Rinnen eine Vielzahl von Brennstoff-Transportzeiten, wodurch die Wärmefreisetzung im zeitlichen Ablauf verteilt wird. Das heißt, für jedem Punkt entlang der Länge der v-Rinne gibt es eine mit diesem assoziierte Transportzeit: Die Zeit zwischen dem Zeitpunkt/den Zeitpunkten der Brennstoffeinspritzung und dem Zeitpunkt/den Zeitpunkten der Verbrennung. Dies begrenzt ebenfalls wirksam die freigesetzte Menge an Wärmeenergie, die in der Kammer bei einer bestimmten akustischen Resonanzfrequenz zu einer positiven Rückkopplung zur Verfügung steht.Secondly Due to the angled v-grooves, a large number of fuel transport times is created causing the heat release distributed over time. That is, for each point along the length of the There is a v-gutter an associated transport time: the time between the Time / points of fuel injection and the time / the Timing of combustion. This also effectively limits the released amount of heat energy, in the chamber at a certain acoustic resonant frequency a positive feedback to disposal stands.

Drittens besteht die Funktion des Entdrall-Bündels in der „Lüftung" der stromab liegenden zentralen Rezirkulationszone (ZRZ), die von einem Wirbelabbau herrührt. Von dem zentralen Kegel aus spritzt die sich erweiternde Strahlanordnung einen nicht-drallenden Axialimpuls direkt in die ZRZ, was die Größe und die Volumenverweilzeit in der ZRZ reduziert. Dies reduziert wiederum die Stickoxid (NOx)-Erzeugung durch eine Verringerung der durchschnittlichen Verweilzeit der Verbrennungsprodukt-Moleküle bei Primärzonen-temperatur (Flammentemperatur) in der Brennkammer. Das „Zeit-bei-Temperatur"-Konzept in der NOx-Erzeugung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei Flammentemperaturen über ca. 1593,33°C (2900F), wo der Thermische NOx-Mechanismus (oder: Zeldovich-Mechanismus) sich zu beschleunigen beginnt und sein Beitrag zu den NOx-Werten des Gesamtsystems beträchtlich zunimmt.Third, the function of the Entdrall bundle is the "venting" of the downstream central recirculation zone (ZRZ), which results from vortex breakdown From the central cone, the expanding jet assembly injects a non-pulsing axial impulse directly into the ZRZ, causing the This reduces the nitrogen oxide (NOx) production by reducing the average residence time of the combustion product molecules at the primary zone temperature (flame temperature) in the combustion chamber in the NOx genera 1593.33 ° C (2900F), where the thermal NOx mechanism (or: Zeldovich mechanism) begins to accelerate and its contribution to the NOx levels of the overall system increases considerably.

Die Düse weist ferner eine Anti-Coke-Konstruktion (Anti-Verkokungs-Konstruktion) für den Betrieb mit flüssigem Dieselbrennstoff auf, die weder Wasser noch Zerstäuberluft benötigt. Gesichtspunkte dieser Konstruktion verhindern im Interesse einer hohen Verlässlichkeit das Brennstoffkanal-Verkoken durch eine isolierte Brennstoffkanalwand. Der Flüssigbrennstoff wird sehr schnell zerstäubt und gründlich in dem Vormischer-Luftstrom verteilt, wobei er von heißen Flächen des Vormischers ferngehalten wird, damit er verdampft und sich schnell mit der Luft vermischt. Die Flüssigeinspritzungs-Maßnahme wirkt sich nicht nachteilig auf den Gasbetrieb aus. Ferner ergibt sich eine Kostenersparnis dadurch, dass keine Wassereinspritzung und Hochdruck-Zerstäuberluft mehr benötigt werden.The Nozzle points also an anti-coke construction (anti-coking construction) for the Operation with liquid Diesel fuel on which neither water nor atomizing air needed. Aspects of this construction prevent in the interest of a high reliability fuel channel coking through an insulated fuel channel wall. The liquid fuel is atomized very quickly and thoroughly distributed in the premixer airflow, being separated from hot surfaces of the Pre-mixer is kept off, so it evaporates and quickly mixed with the air. The liquid injection measure has an effect not detrimental to the gas operation. Furthermore, there is a Cost savings due to the fact that no more water injection and high-pressure atomizing air needed become.

Die vollständige Brennstoff-Luft-Vermischung geht sehr schnell vonstatten (circa 2 ms), gründlich (größer 97%) und erfordert einen niedrigen Vormischer-Differenzialdruck (~2%), wodurch die erforderliche Vormischer-Verweilzeit reduziert wird, sodass eine kürzere, kompaktere Konstruktion geschaffen wird und man unterhalb der Selbstentzündungszeit von Diesel unter „fortgeschrittenen" Gasturbinenbedingungen bleiben kann.The full Fuel-air mixing is very fast (approx 2 ms), thoroughly (greater than 97%) and requires a low pre-mixer differential pressure (~ 2%), whereby the required pre-mixer residence time is reduced, so that a shorter, more compact construction is created and one below the Selbstentzündungszeit diesel under "advanced" gas turbine conditions can stay.

Verschiedene weitere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden in der Beschreibung deutlich. Die Regelbarkeit (turndown capability) wird durch Brennstoffstufung (3 pseudo-unabhängige Verbrennungszonen) verbessert. Durch die Verwendung eines rückseitig gekühlten Doms ist keine Luft zur Kühlung des Flammrohrs in der Flammenzone erforderlich.Various Other aspects and advantages of the invention will be apparent in the Description clearly. The controllability (turndown capability) is determined by Improved fuel staging (3 pseudo-independent combustion zones). By using a back cooled Doms is not air for cooling the flame tube in the flame zone required.

Außerdem setzt die achsensymmetrische, radiale Verbrennungsstufung das Flammrohr keiner asymmetrischen Belastung aus, wodurch die Haltbarkeit des Flammrohrs verbessert wird.In addition, sets the axisymmetric, radial Verbrennungsstufung the flame tube no asymmetric load, which increases the durability of the Flame tube is improved.

Ferner wird der interne Flammenhaltewiderstand/die Flammenhaltegrenze des Vormischers verbessert: die Strömung durch die gesamte Vormischerdüse wird beschleunigt; die Volumengeschwindigkeit wird oberhalb von circa ca. 91,44 m/sek (300 ft/sec.) gehalten.Further becomes the internal flame holding resistance / flame holding limit of the Pre-mixer improves: the flow through the entire premixer nozzle is accelerated; the volume velocity is above about 91.44 m / sec (300 ft / sec).

Als die beiden zu optimierenden Parameter wurden ein v-Rinnen-Neigungswinkel (Radialebene-Axialebene) und das Entdraller-Schaufelprofil gewählt. Der v-Rinnen-Neigungswinkel wurde zwischen 30° und 60° variiert, um den Neigungswinkel zu maximieren und gleichzeitig eine gut definierte, kontinuierliche v-Rinnen-Nachlaufströmung zu erzeugen, um eine unabhängige Verbrennungszone zu unterstützen. Bei nicht reagierender CFD war die 40°-Konfiguration der größte Winkel der bei gleichbleibenden sonstigen Düsenmerkmalen noch eine kontinuierliche v-Rinnen-Nachlaufströmung erzeugte. Das Entdraller-Schaufelprofil wurde erfolgreich angepasst/optimiert, indem der Einlassschaufelwinkel mit der eintretenden Drallströmung gefluchtet und unter Anwendung der Kaskadengeometrie die Strömung durch das Bündel beschleunigt wurde, wodurch jegliche Strömungsablösung in dem Bündel vermieden wurde.When the two parameters to be optimized became a v-groove tilt angle (Radial plane axial plane) and the Entdraller blade profile selected. Of the The v-groove inclination angle was varied between 30 ° and 60 ° to the angle of inclination to maximize while maintaining a well-defined, continuous v-gutter wake flow to generate an independent Combustion zone support. With unresponsive CFD, the 40 ° configuration was the largest angle the at constant other nozzle features nor a continuous v-trough wake flow generated. The Entdraller blade profile was successfully adjusted / optimized, by aligning the inlet vane angle with the incoming swirl flow and using the cascade geometry, the flow through the bundle was accelerated, thereby avoiding any flow separation in the bundle.

2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse, die in einer erfindungsgemäßen Brennkammer zum Einsatz kommt. Die Brennkammer 100 mit großer Einzelradialdüse umfasst ein im Wesentlichen zylinderförmiges Brennkammergehäuse 105, das an einem offenen Vorderende zwecks Verbindung mit einer Turbine durch Einstecken eines Flammrohrs in das Übergangsteil sicher an einem Übergangsteil (nicht gezeigt) befestigt werden kann. Das Übergangsteil kann dann auf übliche Weise mittels Schrauben an einem offenen Vorderende eines Turbinengehäuses sicher befestigt werden. Das hintere Ende des Brennkammergehäuses wird durch eine Endabdeckungsbaugruppe 130 geschlossen, die für konventionelle Pakete-Zufuhrrohre, Verteiler, Ventile und Armaturen für Gasbrennstoff, Flüssigbrennstoff, Luft, und Strom (nicht gezeigt) angepasst werden kann. Die Endabdeckungsbaugruppe 130 ist Teil einer großen Einzelradialdüsenbaugruppe 120 und befestigt diese an dem Brennkammergehäuse 105. 2 shows an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention, which is used in a combustion chamber according to the invention. The combustion chamber 100 with a large single radial nozzle comprises a substantially cylindrical combustion chamber housing 105 which can be securely attached to a transition piece (not shown) at an open front end for connection to a turbine by inserting a fire tube into the transition piece. The transition piece may then be securely fastened in the usual manner by means of screws to an open front end of a turbine housing. The rear end of the combustor housing is replaced by an end cover assembly 130 closed, which can be adapted for conventional package supply pipes, manifolds, valves and fittings for gas fuel, liquid fuel, air, and electricity (not shown). The end cover assembly 130 is part of a large single radial nozzle assembly 120 and attaches them to the combustion chamber housing 105 ,

In dem Brennkammergehäuse 105 ist – im Wesentlichen konzentrisch zu diesem – eine Strömungshülse 106 montiert. Innerhalb der Strömungshülse 106 ist das Flammrohr 110 konzentrisch angeordnet und an seinem Vorderende 112 mit der Innenwand des Übergangsteils verbunden, in das es eingesteckt wird. Das hintere Ende des Flammrohrs 110 bildet einen kegelstumpfförmigen Dom 111 auf einer Hauptbrennkammer 114, wobei der kegelstumpfförmige Dom 111 in der Mitte offen ist für den Strom von Brennstoff und Verbrennungsprodukten von der großen Einzelradialdüse 120 und ferner das Ineinandergreifen mit dem äußeren Brennerrohr 113 der großen Einzelradialdüse 120.In the combustion chamber housing 105 is - essentially concentric to this - a flow sleeve 106 assembled. Inside the flow sleeve 106 is the fire tube 110 concentrically arranged and at its front end 112 connected to the inner wall of the transition part into which it is inserted. The rear end of the flame tube 110 forms a frustoconical dome 111 on a main combustion chamber 114 , wherein the frustoconical dome 111 in the middle is open for the flow of fuel and combustion products from the large single radial nozzle 120 and further engagement with the outer burner tube 113 the big single radial nozzle 120 ,

Luft für den Verbrennungsprozess kann aus dem Luftverdichter in das Übergangsteil, (wie zuvor mit Bezug auf 1 beschrieben), und von dort durch den ringförmigen Raum 115 zwischen der Strömungshülse und der äußeren Wand des Flammrohrs gezogen werden. Am hinteren Ende des ringförmigen Raums, dehnt ein konzentrisch montierter Diffusor 116 die Luft in das Einlassplenum 117 der großen Radialdüse 120 aus. Der Dom 111 dient als konzentrische Innenwand des Diffusors 116, wodurch die rückseitige Kühlung des Doms 111 durch die durch den Diffusor 116 strömende Luft ermöglicht wird. Gleichzeitig stellt der Diffusor 116 den statischen Druck der Luft vor der Vormischung von Brennstoff und Luft in der großen Radialdüse 120 wieder her, was dazu führt, dass der parasitäre Druckverlust reduziert wird und mehr Luft für die Vormischung zur Verfügung steht. Ein Geländer 118 um das Zentrum der großen Radialdüse 120 glättet den Lufteintritt in das Einlassplenum 117, was den parasitären Druckverlust weiter reduziert.Air for the combustion process may be removed from the air compressor into the transition part (as previously described with reference to FIG 1 described), and from there through the annular space 115 be pulled between the flow sleeve and the outer wall of the flame tube. At the rear end of the annular space, a concentrically mounted diffuser stretches 116 the air in the inlet plenum 117 the big radial nozzle 120 out. The cathedral 111 serves as a concentric inner wall of the diffuser 116 , whereby the back cooling of the dome 111 through the through the diffuser 116 flowing air is made possible. At the same time, the diffuser 116 the static pressure of the air before the premix of fuel and air in the large radial jet 120 which causes the parasitic pressure loss to be reduced and more air available for the premix. A railing 118 around the center of the large radial jet 120 smoothes the air inlet into the inlet plenum 117 , which further reduces parasitic pressure loss.

Die große Radialdüse 120 umfasst ferner einen Hauptradialdrallkörper 140, eine Gaspilotdüse 150, einen zentralen Flammenhalter mit einem v-Rinnen-Flammenhalter 160, und einen äußeren Flammenhalter 170. Der zentrale Flammenhalter 160 und der äußere Flammenhalter 170 öffnen sich an ihrem Vorderende zur Hauptbrennkammer 114.The big radial nozzle 120 further comprises a main radial swirler 140 , a gas pilot nozzle 150 , a central flame holder with a v-gutter flame holder 160 , and an outer flame holder 170 , The central flame holder 160 and the outer flame holder 170 open at their front end to the main combustion chamber 114 ,

Die Endabdeckung 130 kann ein im Allgemeinen zylinderförmiger Flansch sein, der dafür konstruiert ist, mit einem Brennkammergehäuse 105 ineinanderzugreifen und die Radialdüsenbaugruppe 120 in der Brennkammer 100 zu tragen. Die hintere Oberfläche 135 der Endabdeckung 130 ist mit Durchführungen für „Dual-Fuel" (Gas und Flüssigbrennstoff) und für die Gaspilotdüse 150 versehen. Eine Außenhauptgaszuführung 190, eine Innenhauptgaszuführung 190 und einer der vielen Flüssiggasanschlüsse 195 sind in 3A dargestellt. Die Anordnung der Durchführungen für Brennstoff und Luft ermöglicht die Verbindung mit vorhandenen Brennkammerkonfigurationen der Brennstoff-, Luft- und Stromleitungen (nicht gezeigt).The end cover 130 may be a generally cylindrical flange designed for use with a combustor housing 105 mesh and the radial nozzle assembly 120 in the combustion chamber 100 to wear. The back surface 135 the end cover 130 is equipped with bushings for "dual-fuel" (gas and liquid fuel) and for the gas pilot nozzle 150 Mistake. An outdoor main gas supply 190 , an indoor main gas supply 190 and one of the many LPG connections 195 are in 3A shown. The arrangement of the fuel and air ducts allows connection to existing combustor configurations of the fuel, air and power lines (not shown).

3A ist eine Teil-Isometrie, die eine innere Struktur einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse zeigt. 3B ist ein axialer Querschnitt, der eine innere Struktur einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse zeigt. Die Düse ist achsensymmetrisch zu einer Mittelachse 200. 3A Fig. 12 is a partial isometric view showing an internal structure of one embodiment of the large single-jet nozzle of the present invention. 3B FIG. 11 is an axial cross section showing an internal structure of one embodiment of the large single radial nozzle according to the present invention. The nozzle is axisymmetric to a central axis 200. ,

Die Endabdeckungsbaugruppe 130 umfasst eine Endabdeckungsplatte 205 mit einem hinteren Abschnitt 201, einem vorderen Abschnitt 202 und einem zentralen Hohlraum 203. Ein Hauptradialdrallkörper 140 umfasst eine Rückwand 240, eine Vielzahl von Drallschaufeln 250 und eine Zentral nabe 260 mit einem zentralen Hohlraum 265 darin. Die Rückwand 240 ist an der Montageoberfläche 241 an die Endabdeckungsplatte 205 geschraubt.The end cover assembly 130 includes an end cover plate 205 with a rear section 201 , a front section 202 and a central cavity 203 , A main radial swirler 140 includes a back wall 240 , a variety of swirl blades 250 and a central hub 260 with a central cavity 265 in this. The back wall 240 is on the mounting surface 241 to the end cover plate 205 screwed.

Ein zentraler Flammenhalter 160 ist auf die Zentralnabe 260 montiert. Eine Zentralnabe 285 des zentralen Flammenhalters 160 greift mit der zentralen Nabe 260 des Hauptradialdrallkörpers 140 ineinander, um den zentralen Flammenhalter 160 radial und axial zu halten. Radiale Schaufeln 360 tragen von der Zentralnabe 285 das innere Brennerrohr 300. Eine Vielzahl von v-Rinnen 290 verläuft zwischen dem inneren Brennerrohr 300 und der Zentralnabe 285. Ein zentraler Hohlraum 278 ist in der Zentralnabe 285 ausgebildet. Auf den Drallschaufeln 250 des Hauptradialdrallkörpers 140 ist ein äußerer Flammenhalter 170 mit einem zylinderförmigen äußeren Brennerrohr 175 montiert, mit einem Sockelabschnitt 180, der sich radial auswärts aufweitet und mittels Schrauben 183 an der Spitze der Drallschaufeln 250 befestigt ist. Das stromab liegende Ende 178 des äußeren Brennerrohrs 175 weitet sich ebenfalls nach außen auf und ist verstärkt, um dem konischen Dom 111 (2) der Brennkammer zu stutzen. Die Auflageleiste 179 greift mit dem konischen Brennkammerdom 111 ineinander. Ein Brennstoff-Luft-Gemisch strömt von dem Hauptradialdrallkörper 140 durch 402 zu einer Flammenhalterzone und durch 405 zur Hauptzone (7). Die zentralen Hohlräume 203, 265 und 278 ermöglichen das Einführen einer Gaspilotdüse 150 mit einem Gaspiloten und einer Mittelpatrone, die einen Flüssigbrennstoffpiloten und eine Zündvorrichtung umfasst.A central flame holder 160 is on the central hub 260 assembled. A central hub 285 of the central flame holder 160 grabs the central hub 260 of the main radial swirler 140 into each other, around the central flame holder 160 to hold radially and axially. Radial blades 360 carry from the central hub 285 the inner burner tube 300 , A variety of v-grooves 290 runs between the inner burner tube 300 and the central hub 285 , A central cavity 278 is in the central hub 285 educated. On the swirl blades 250 of the main radial swirler 140 is an outer flame holder 170 with a cylindrical outer burner tube 175 mounted, with a base section 180 which widens radially outward and by means of screws 183 at the top of the swirl blades 250 is attached. The downstream end 178 of the outer burner tube 175 also widens outward and is reinforced to the conical dome 111 ( 2 ) of the combustion chamber to trim. The support bar 179 engages with the conical combustion chamber dome 111 each other. A fuel-air mixture flows from the main radial swirler 140 by 402 to a flame holding zone and through 405 to the main zone ( 7 ). The central cavities 203 . 265 and 278 allow insertion of a gas pilot nozzle 150 with a gas pilot and a center cartridge comprising a liquid fuel pilot and an ignition device.

4 zeigt eine Rückansicht der Endabdeckungsplatte einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse in Bezug auf eine Brennkammer, in der diese eingebaut sein könnte. Die Endabdeckungsplatte 205 umfasst den integrierten zylinderförmigen hinteren Abschnitt 201 und einen zylinderförmigen vorderen Abschnitt 202 (3A) mit einem kleineren Durchmesser, wobei beide Schichten auf der Mittelachse 200 der Düse zentriert sind. Der hintere Abschnitt 201 ist radial dafür bemessen, mit einer hinteren Aufsitzfläche der Brennkammer (nicht gezeigt) ineinanderzugreifen und umfasst eine Vielzahl von Schraubenlöchern 206, die axial ausgebildet sind, sich in der Nähe der Außenumfangsoberfläche 207 des äußeren Abschnitts 201 befinden, und zur Befestigung an der Aufsitzfläche der Brennkammer dienen. Der hintere Abschnitt 201 kann auch eine Vielzahl von Pilotöffnungen 208 (gleich gerichtet) für die Positionierung des hinteren Abschnitts 201 in Bezug auf die Aufsitzfläche der Brennkammer als Vorbereitung für das Verschrauben umfassen. Der vordere Aufsitzflansch 205 des vorderen Abschnitts 202 kann auch eine Vielzahl von Schraubenlöchern 209 in einer kreisförmigen, zur Mittelachse 200 der Düse konzentrischen Anordnung umfassen, die dafür eingerichtet sind, Schrauben aus der Montageoberfläche 241 der Rückwand 240 des Hauptradialdrallkörpers 250 (3A) aufzunehmen. 4 shows a rear view of the Endabdeckungsplatte an embodiment of the large Einzelradialdüse according to the invention with respect to a combustion chamber in which it could be installed. The end cover plate 205 includes the integrated cylindrical rear section 201 and a cylindrical front portion 202 ( 3A ) with a smaller diameter, with both layers on the central axis 200. the nozzle are centered. The rear section 201 is radially dimensioned to mesh with a rear seating surface of the combustion chamber (not shown) and includes a plurality of screw holes 206 formed axially adjacent to the outer peripheral surface 207 of the outer section 201 located, and serve for attachment to the seating surface of the combustion chamber. The rear section 201 can also have a variety of pilot openings 208 (rectified) for the positioning of the rear section 201 with respect to the seating surface of the combustion chamber in preparation for screwing. The front ride-on flange 205 of the front section 202 can also have a variety of screw holes 209 in a circular, to the central axis 200. The nozzle concentric arrangement, which are adapted to screws from the mounting surface 241 the back wall 240 of the main radial swirler 250 ( 3A ).

Zwei unabhängige Gasbrennstoffzuführungen können an der Endabdeckungsplatte 205 angeschlossen werden. Der hintere Abschnitt 201 umfasst eine Außenhauptgas-Durchführung 215, die an einem Außenhauptgas-Zuführungs-Einlassrohr 216 mit einem Außenhauptgas-Einlassflansch 217 befestigt ist, zur Verbindung mit der Außenhauptgasbrennstoff-Zuführung (nicht gezeigt). Der hintere Abschnitt 201 umfasst auch eine Innenhauptgas-Durchführung 220 mit einer Armatur 219 zur Verbindung mit einer Innenhauptgas-Zuführung (nicht gezeigt). Die Endabdeckungsplatte 205 kann auch eine Vielzahl von Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchdringungen 243 aufweisen, die konzentrisch zur Mittelachse 200 der Düse angeordnet sind.Two independent gas fuel feeds can be attached to the end cover plate 205 be connected. The rear section 201 includes an outdoor main gas duct 215 to an egg an external main gas supply inlet pipe 216 with an external main gas inlet flange 217 is attached, for connection with the outer main gas fuel supply (not shown). The rear section 201 also includes an indoor main gas duct 220 with a fitting 219 for connection to an indoor main gas supply (not shown). The end cover plate 205 can also handle a variety of liquid fuel feed penetrants 243 which are concentric with the central axis 200. the nozzle are arranged.

4 zeigt auch das hintere Ende der Gaspilotdüse 150. Der zentrale Hohlraum 203 ist innerhalb der Endabdeckungsplatte 205 definiert und erstreckt sich radial von der Mittelachse 200 und durch den hinteren Abschnitt 201 und den vorderen Abschnitt 202 – zum Einsetzen einer Gaspilotdüse. Der zentrale Hohlraum 203 umfasst einen Gaspilotdüsensitz 210 (3B) mit Gewinde-Verbindungen zum Ineineinandergreifen mit dem hinteren Flansch 212 einer Gaspilotdüse, um die Gaspilotdüse 150 zu montieren 4 also shows the rear end of the gas pilot nozzle 150 , The central cavity 203 is inside the end cover plate 205 defined and extends radially from the central axis 200. and through the back section 201 and the front section 202 - for inserting a gas pilot nozzle. The central cavity 203 includes a gas pilot nozzle seat 210 ( 3B ) with threaded connections for meshing with the rear flange 212 a gas pilot nozzle, around the gas pilot nozzle 150 to assemble

5 zeigt Brennstoffkanäle (fuel galleries) in der Endabdeckung und der Rückwand einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. Die äußere Hauptgasdurchführung 215 (4) ist mit einem äußeren Hauptgaskanal 310 in der Endabdeckungsplatte 205 verbunden. Der äußere Hauptgaskanal 310 definiert eine ringförmige Kammer, die konzentrisch zur Mittelachse 200 der Düse ist. Die innere Wand 311 und die äußere Wand 312 des äußeren Hauptgaskanals 310 können in Bezug auf die Mittelachse 200 der Düse radial angeordnet sein, sodass das offene obere Ende 315 des äußeren Hauptgaskanals 310 mit einer Vielzahl entsprechender Außenhauptgaskanäle 665 (3B) in der Rückwand 240 des Hauptdrallkörpers verbunden ist. 5 shows fuel galleries in the end cover and the rear wall of one embodiment of the nozzle according to the invention. The outer main gas passage 215 ( 4 ) is with an outer main gas channel 310 in the end cover plate 205 connected. The outer main gas channel 310 defines an annular chamber concentric with the central axis 200. the nozzle is. The inner wall 311 and the outer wall 312 the outer main gas channel 310 can in terms of the central axis 200. the nozzle be arranged radially, so that the open upper end 315 the outer main gas channel 310 with a plurality of corresponding outer main gas channels 665 ( 3B ) in the back wall 240 of the main spin body is connected.

Die innere Hauptgas-Durchdringung 220 ist mit einem inneren Hauptgaskanal 330 in der Endabdeckungsplatte 205 verbunden. Der innere Hauptgaskanal 330 definiert eine ringförmige Kammer, die konzentrisch zur Mittelachse 200 der Düse ist. Die innere 317 und die äußere Wand 318 des Innenhauptgaskanals 330 können zur Mittelachse 200 der Düse konzentrisch sein. Der Innenhauptgaskanal 330 ist radial zwischen dem Außenhauptgaskanal 310 und dem zentralen Hohlraum 203 angeordnet. Die innere 317 und die äußere Wand 318 des Innenhauptgaskanals sind radial angeordnet, sodass das offene obere Ende 319 des Innenhauptgaskanals 330 mit den entsprechenden Innenhauptgaskanälen 680 (7) in der Rückwand 240 des Hauptdrallkörpers verbunden ist, um den Innenhauptgaseinspritzpunkten 695 auf der Sockeloberfläche 242 zwischen den Drallschaufeln 250 Innenhauptgas zuzuführen.The inner main gas penetration 220 is with an inner main gas channel 330 in the end cover plate 205 connected. The inner main gas channel 330 defines an annular chamber concentric with the central axis 200. the nozzle is. The inner one 317 and the outer wall 318 of the interior main gas channel 330 can go to the central axis 200. be concentric with the nozzle. The indoor main gas channel 330 is radially between the outer main gas channel 310 and the central cavity 203 arranged. The inner one 317 and the outer wall 318 of the inner main gas channel are arranged radially, so that the open upper end 319 of the interior main gas channel 330 with the corresponding indoor main gas channels 680 ( 7 ) in the back wall 240 of the main swirler is connected to the inner main gas injection points 695 on the base surface 242 between the swirl vanes 250 To supply indoor main gas.

Die Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchführungen 243 verlaufen axial durch den hinteren Abschnitt 201 der Endabdeckung 205 und sind mit einem Hauptflüssigbrennstoffkanal 244 verbunden. Der Hauptflüssigbrennstoffkanal 244 definiert eine ringförmige Kammer, die zur Mittelachse 200 der Düse konzentrisch und bis auf die Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchführungen 243 und die FlüssigbrennstoffaustrittsDurchführungen 246 abgedichtet ist. Der Hauptflüssigbrennstoffkanal 244 ist radial angeordnet, um mit den Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchführungen hinten 243 und den Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführungen 246 vorn auf der Endabdeckungsplatte 205 zu fluchten. Die Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführungen 246 verlaufen durch den vorderen Abschnitt 202 der Endabdeckung 205, um mit entsprechenden Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführungen 247 in der Rückwand 240 des Hauptradialdrallkörpers ineinanderzugreifen, die zu den Zerstäubern 248 für den Flüssigbrennstoff in der Rückwand 240 des Hauptdrallkörpers führen. Die Wände des Hauptflüssigbrennstoffkanals 244 und die Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchführung und die Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführung 246 in der Endabdeckung 205 sowie die Brennstoffaustritts-Durchführungen 247 in der Rückwand 240 können mit einer isolierten Auskleidung 249 versehen sein, um die Wandtemperaturen unter ca. 143,33°C (290°F) zu halten, da bei dieser Temperatur der Diesel-Flüssigbrennstoff zu verkoken beginnt. Die Armaturen 218 sind außerhalb der Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchführungen zur Verbindung mit der Flüssigbrennstoffzuführung vorgesehen.The liquid fuel feed ducts 243 run axially through the rear section 201 the end cover 205 and are with a major liquid fuel channel 244 connected. The main liquid fuel channel 244 defines an annular chamber facing the central axis 200. the nozzle concentric and except for the liquid fuel feedthroughs 243 and the liquid fuel exit bushings 246 is sealed. The main liquid fuel channel 244 is radially arranged to communicate with the liquid fuel feed ducts rear 243 and the liquid fuel exit ducts 246 at the front on the end cover plate 205 to flee. The liquid fuel outlet bushings 246 pass through the front section 202 the end cover 205 to comply with appropriate liquid fuel outlet bushings 247 in the back wall 240 of the main radial swirler leading to the atomizers 248 for the liquid fuel in the back wall 240 lead the main spin body. The walls of the main liquid fuel channel 244 and the liquid fuel supply passage and the liquid fuel discharge passage 246 in the end cover 205 and the fuel outlet bushings 247 in the back wall 240 can with an insulated lining 249 to maintain the wall temperatures below approximately 143.33 ° C (290 ° F) since at that temperature the diesel liquid fuel begins to coke. The fittings 218 are provided outside the liquid fuel feed ducts for connection to the liquid fuel feed.

Da die Endabdeckungsplatte 205 und die Rückwand 240 des Hauptdrallkörpers in einer Metall-auf-Metall-Aufsitzfläche 241 ineinandergreifen, wird für die Isolierung potenzieller Leckagen aus den Brennstoffhohlräumen entlang den Aufsitzflächen 204, 241 gesorgt. Drei ringförmige Aussparungen (5), konzentrisch mit der Mittelachse 200 der Düse, können auf der oberen Aufsitzfläche 204 der Endabdeckungsplatte 205 vorgesehen werden. Die erste Aussparung 381 ist außerhalb des äußeren Hauptgaskanals 310 vorgesehen. Die zweite Aussparung 382 ist zwischen dem äußeren Hauptgaskanal 310 und dem inneren Hauptgaskanal 330 vorgesehen. Die dritte Aussparung 383 ist bei dem inneren Hauptgaskanal 330 vorgesehen. Die Aussparungen können mit C-Ringen oder anderem geeigneten Dichtungsmaterial versehen sein, um eine Strömung entlang den Aufsitzflächen zu verhindern.Because the end cover plate 205 and the back wall 240 of the main swirler in a metal-on-metal seating surface 241 Interlock is used to isolate potential leaks from the fuel cavities along the seating surfaces 204 . 241 taken care of. Three annular recesses ( 5 ), concentric with the central axis 200. the nozzle, can on the upper seating surface 204 the end cover plate 205 be provided. The first recess 381 is outside the outer main gas channel 310 intended. The second recess 382 is between the outer main gas channel 310 and the inner main gas channel 330 intended. The third recess 383 is at the inner main gas channel 330 intended. The recesses may be provided with C-rings or other suitable sealing material to prevent flow along the seating surfaces.

Die 6A6E zeigen Ansichten eines Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. 6A zeigt eine Isometrie eines Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. 6B zeigt Details von Hauptdrallschaufeln auf dem Hauptradialdrallkörper einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. 6C zeigt einen Auf riss des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. 6D zeigt einen Schnitt durch die Hauptdrallschaufeln und die Zentralnabe des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. 6E zeigt einen Schnitt durch die Rückwand und die Zentralnabe des Hauptradialdrallkörpers einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse.The 6A - 6E show views of a Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the nozzle according to the invention. 6A shows an isometry of a Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the nozzle according to the invention. 6B shows details of main swirl vanes on the main radial swirler of one embodiment of the invention proper nozzle. 6C shows a crack on the Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the nozzle according to the invention. 6D shows a section through the main swirl vanes and the central hub of the Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the nozzle according to the invention. 6E shows a section through the rear wall and the central hub of the Hauptradialdrallkörpers an embodiment of the nozzle according to the invention.

Der Hauptradialdrallkörper 140 umfasst eine Rückwand 240 mit einer integrierten zentralen Nabe 260, einer Vielzahl von Hauptdrallschaufeln 250, die auf der Rückwand 240 montiert sind und orthogonal von der Rückwand 240 (stromab in Richtung auf die Verbrennungszonen) hervorstehen, einen zentralen Hohlraum 265, um die Gaspilotdüse 150 und eine Reihe innerer Kanäle in der Rückwand unterzubringen, sowie Hauptdrallschaufeln 250, um für einen Strom von Brennstoff und Luft zu sorgen.The main radial swirler 140 includes a back wall 240 with an integrated central hub 260 , a variety of main swirl blades 250 on the back wall 240 are mounted and orthogonal to the back wall 240 (downstream of the combustion zones) protrude, a central cavity 265 to the gas pilot nozzle 150 and accommodate a series of interior channels in the back wall, as well as main swirl vanes 250 to provide a flow of fuel and air.

Die Rückwand 240 umfasst einen zylinderförmigen Flansch, der auf der Mittelachse 200 der Düse zentriert ist. Eine Sockeloberfläche 241 der Rückwand 240 ist radial dafür bemessen, mit der vorderen Oberfläche 204 der Endabdeckungsplatte 205 ineinanderzugreifen. Die Montageoberfläche 242 der Rückwand umfasst eine Vielzahl von Aussparungen 371, in denen Schraubenlöcher 372 um die Peripherie der Rückwand 240 untergebracht sind. Die Schraubenlöcher 372 erstrecken sich durch die Sockeloberfläche 241 der Rückwand 240 und fluchten mit den Schraubenlöchern 209 auf der vorderen 204 Oberfläche der Endabdeckungsplatte 205. Die Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 dient der Montage einer Vielzahl von Hauptdrallschaufeln 250 und der Unterbringung von Gehäuseeinspritzpunkten für die Einsprit zung von Brennstoff in einen Luft-Strom in dem Hauptradialdrallkörper 140.The back wall 240 includes a cylindrical flange located on the central axis 200. the nozzle is centered. A base surface 241 the back wall 240 is dimensioned radially with the front surface 204 the end cover plate 205 mate. The mounting surface 242 the back wall includes a plurality of recesses 371 in which screw holes 372 around the periphery of the back wall 240 are housed. The screw holes 372 extend through the base surface 241 the back wall 240 and aligned with the screw holes 209 on the front 204 Surface of the end cover plate 205 , The mounting surface 242 the back wall 240 is used to mount a variety of main swirl blades 250 and housing housing injection points for the injection of fuel into an air stream in the main radial swirler 140 ,

Die Vielzahl von Hauptdrallschaufeln 250, von denen jede ein massives Metall-Schaufelblatt 610 umfasst, kann orthogonal zu der Rückwand 240 montiert sein und in Richtung auf die Verbrennungszonen axial hervorragen. Die Hauptdrallschaufeln 250 können radial innen von den peripheren Schraubenlochaussparungen 371 und radial außen von der Zentralnabe 260 montiert sein. Eine Anströmkante 615 jedes Schaufelblatts steht im Allgemeinen radial nach außen vor, und eine Anströmkante 620 ragt im Allgemeinen radial nach innen. Die Achse 625 jedes Schaufelblatts kann mit einem Radius 635 von der Mittelachse 200 der Düse einen vorgegebenen spitzen Winkel α (um etwa 15°) 630 bilden. Während die Anströmkante 615 des Schaufelblatts 610 eine gewölbte Oberfläche bildet, können die Seitenflächen 640, 641 des Schaufelblatts 610 sich in gerader Linie zu der gemeinsam linearen Anströmkante 620 verjüngen. Die Unter- 645 und Oberseite 650 des Schaufelblatts 610 bilden ebene Oberflächen. Die Unterseite 645 kann durch Schweißen oder ein anderes geeignetes Verfahren an die Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 montiert werden.The variety of main swirl blades 250 each of which is a solid metal airfoil 610 includes, may be orthogonal to the back wall 240 be mounted and protrude axially in the direction of the combustion zones. The main swirl blades 250 can be radially inward from the peripheral screw hole recesses 371 and radially outside of the central hub 260 be mounted. A leading edge 615 each airfoil projects generally radially outward, and a leading edge 620 generally projects radially inward. The axis 625 Each airfoil can be radiused 635 from the central axis 200. the nozzle a given acute angle α (about 15 °) 630 form. While the leading edge 615 of the airfoil 610 forms a curved surface, the side surfaces can 640 . 641 of the airfoil 610 in a straight line to the common linear leading edge 620 rejuvenate. The companies 645 and top 650 of the airfoil 610 form even surfaces. The bottom 645 Can be applied to the mounting surface by welding or other suitable method 242 the back wall 240 to be assembled.

Eine Vielzahl von Einspritzpunkten 655 für Außenhauptgasbrennstoff sind entlang einem zur Mittelachse 200 der Düse konzentrischen Radius, auf einer Seitenfläche 640 des Schaufelblatts 610, etwas einwärts der gebogenen Anströmkante 615 vorgesehen. Die Einspritzung von Außenhauptgasbrennstoff wird in etwa senkrecht zu dem zwischen den benachbarten Drallschaufeln durchströmenden Luftstrom 660 vorgenommen. Die Einspritzpunkte 655 können jedoch auch auf beiden Seitenflächen des Schaufelblatts und an noch an deren Stellen als in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen werden. Die Einspritzpunkte können in etwa gleichmäßig axial entlang der Seitenfläche 640 des Schaufelblatts 610 beabstandet sein, um die gleichmäßige Verteilung des Außenhauptgasbrennstoffs in den Luftstrom 660 zwischen den Schaufelblättern 610 in einem Umfangsvormischraum 605 zu ermöglichen. Die Schaufelblätter 610 enthalten ferner einen inneren Brennstoffhohlraum 665, der die Einspritzlöcher 657 versorgt. Der Brennstoffhohlraum 665 kann eine im Allgemeinen zylinderförmige Öffnung sein, die sich von der Sockeloberfläche 241 axial in das Schaufelblatt 610 erstreckt, sich in der Nähe der Einspritzlöcher 657 befindet und mit diesen verbunden ist. Der Brennstoffhohlraum 665 leitet Außenhauptgasbrennstoff aus dem Brennstoffhohlraum 310 in die Endabdeckungsplatte 205. Die Einspritzlöcher 657 in jedem Schaufelblatt 610 erstrecken sich in Bezug auf den zylinderförmigen Brennstoffhohlraum 665 in Radialrichtung, um den Einspritzpunkten 655 Brennstoff zuzuführen. Die Oberseite 650 jedes Schaufelblatts 610 kann ferner eine Gewindebohrung 670 für die sichere Befestigung des äußeren Brennerrohrs 175 an den Hauptdrallschaufeln 250 umfassen.A variety of injection points 655 for external main gas fuel are along one to the central axis 200. the nozzle concentric radius, on a side surface 640 of the airfoil 610 , slightly inward of the curved leading edge 615 intended. The injection of outer main gas fuel becomes approximately perpendicular to the air flow passing between the adjacent swirl vanes 660 performed. The injection points 655 however, may also be provided on both side surfaces of the airfoil and at other locations than in the present embodiment. The injection points may be approximately equally axial along the side surface 640 of the airfoil 610 be spaced to the even distribution of the outer main gas fuel in the air flow 660 between the blades 610 in a circumferential premixing room 605 to enable. The blades 610 further include an internal fuel cavity 665 that the injection holes 657 provided. The fuel cavity 665 may be a generally cylindrical opening extending from the pedestal surface 241 axially in the airfoil 610 extends, near the injection holes 657 is located and connected to these. The fuel cavity 665 conducts external main gas fuel out of the fuel cavity 310 in the end cover plate 205 , The injection holes 657 in every blade 610 extend with respect to the cylindrical fuel cavity 665 in the radial direction, around the injection points 655 To supply fuel. The top 650 each airfoil 610 can also have a threaded hole 670 for secure attachment of the outer burner tube 175 at the main swirl blades 250 include.

Die Innenhauptgas-Durchführungen 680 (7) in der Rückwand 240 verlaufen von dem Innenhauptgaskanal 330 in der Endabdeckungsplatte 205 axial zu der Montageoberfläche 242 der Rückwand 240. Eine Öffnung 685 kann in jeder der Innenhauptgas-Durchführungen 680 vorgesehen sein, um die Gasfreisetzung zu regeln. Die Einspritzpunkte 690 sind auf der Montageoberfläche 242 in etwa gleich beabstandet von den Seitenflächen 640, 642 benachbarter Schaufelblätter 610 und einem circa in der Mitte liegenden Punkt der Seitenflächen 640, 642 der benachbarten Schaufelblätter 610 vorgesehen. Bei beispielhaften 24 Schaufelblättern 610, sind 24 Einspritzpunkte 690 vorgesehen. Eine Düsenspitze 695 an jedem Einspritzpunkt 690, die geringfügig über die Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 hinausragt, bewirkt, dass das Gas oberhalb des laminaren Luftstroms auf der Montageoberfläche eingespritzt wird.The indoor main gas ducts 680 ( 7 ) in the back wall 240 run from the inner main gas channel 330 in the end cover plate 205 axially to the mounting surface 242 the back wall 240 , An opening 685 can in any of the indoor main gas ducts 680 be provided to regulate the gas release. The injection points 690 are on the mounting surface 242 approximately equidistant from the side surfaces 640 . 642 neighboring blades 610 and a point approximately in the middle of the side surfaces 640 . 642 the adjacent blades 610 intended. For exemplary 24 blades 610 , are 24 injection points 690 intended. A nozzle tip 695 at every injection point 690 slightly above the mounting surface 242 the back wall 240 protrudes, causing the gas above the laminar air flow is injected on the mounting surface.

Beim oben beschriebenen Gasbetrieb wird Gasbrennstoff in den Luftstrom des Hauptradialdrallkörpers 140 von einer Vielzahl von Einspritzpunkten 655 aus eingespritzt, die axial entlang den Seitenwänden 640 der Schaufelblätter 610 und der Einspritzpunkte 695 auf der Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 angeordnet sind. Der Hauptgasbrennstoff wird aus zwei unabhängigen Zuführquellen zugeführt, wie in 4 gezeigt, um das Radialprofil des Brennstoff-Luft-Gemisches in einem ringförmigen Drallvolumen (Vormischer-Ringraum) 255 zu beeinflussen. Das heißt, das Gemisch in der Nähe der Zentralnabe 260, das schließlich durch den zentralen Flammenhalter strömt, kann im Verhältnis zu dem Gemisch in der Nähe der Drallschaufeln 250 (das den zentralen Flammenhalter umgeht) durch Variieren des Verhältnisses der Brennstoffzuführung von den beiden Quellen fetter oder magerer gemacht werden. Externe Mittel können für die Regelung dieses Verhältnisses eines zugeführten Innenhauptgasbrennstoffs und eines zugeführten Außenhauptgasbrennstoffs vorgesehen werden. Dies kann eine Steuerdrosselung, Druckregelung oder andere bekannte Mittel einschließen, die außerhalb der Düse angewendet werden können.In the above-described gas operation, gas fuel becomes the air flow of the main radial swirler 140 from a variety of injection points 655 injected from the axially along the side walls 640 the blades 610 and the injection points 695 on the mounting surface 242 the back wall 240 are arranged. The main gas fuel is supplied from two independent supply sources, as in 4 shown in the radial profile of the fuel-air mixture in an annular swirl volume (premixer annulus) 255 to influence. That is, the mixture near the central hub 260 which eventually flows through the central flame holder may relative to the mixture in the vicinity of the swirl vanes 250 (bypassing the central flame holder) may be made firmer or leaner by varying the ratio of the fuel supply from the two sources. External means may be provided for the regulation of this ratio of an input main internal fuel gas and a supplied external main gas fuel. This may include control throttling, pressure control, or other known means that may be used outside the nozzle.

Eine Vielzahl von Flüssigbrennstoffeinspritzpunkten 245 ist für den Betrieb mit Flüssigbrennstoff ebenfalls auf der Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 vorgesehen. Die Flüssigbrennstoffeinspritzpunkte 245 sind auf den Flüssigbrennstoffaustrittskanälen 246 in der Rückwand 240 angeordnet. Die Flüssigbrennstoffkanäle 246 in der Rückwand 240 können eine thermisch isolierende Schicht 249 umfassen. Die Flüssigbrennstoffeinspritzpunkte 245 liegen konzentrisch zur Mittelachse 200 und können zur Einspritzung von Flüssigbrennstoff in das ringförmige Drallvolumen 255 ungefähr am Ort der Abströmkanten 620 der Schaufelblätter 610 positioniert werden. Bei einer beispielhaften Anordnung sind sechs Flüssigbrennstoffeinspritzpunkte 245 in Umfangsrichtung gleich beabstandet um die Montageoberfläche 242 vorgesehen. Jeder Flüssigbrennstoffeinspritzpunkt 245 ist mit einer Spitze 252 versehen, die einen konisch geformten Zerstäuber 248 umfasst, der in das Gewinde 253 des Flüssigbrennstoffaustrittskanals 247 geschraubt wird. Der Zerstäuber 248 sprüht Flüssigbrennstoff in einer Axialrichtung senkrecht zu der Montageoberfläche 242 in den Luftstrom.A variety of liquid fuel injection points 245 is also on the mounting surface for operation with liquid fuel 242 the back wall 240 intended. The liquid fuel injection points 245 are on the liquid fuel exit channels 246 in the back wall 240 arranged. The liquid fuel channels 246 in the back wall 240 can be a thermally insulating layer 249 include. The liquid fuel injection points 245 lie concentric to the central axis 200. and may be used to inject liquid fuel into the annular swirl volume 255 approximately at the place of the trailing edges 620 the blades 610 be positioned. In an exemplary arrangement, six liquid fuel injection points are 245 circumferentially equidistant about the mounting surface 242 intended. Each liquid fuel injection point 245 is with a tip 252 provided a cone shaped atomizer 248 that covers the thread 253 of the liquid fuel exit channel 247 is screwed. The atomizer 248 sprays liquid fuel in an axial direction perpendicular to the mounting surface 242 in the airflow.

7 ist ein Querschnitt des Kopfendes der erfindungsgemäßen Brennkammer, der den Luftstrom und den Brennstoff-Luft-Strom zeigt, die die unabhängigen Verbrennungszonen einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse herstellen. Wie zuvor beschrieben (s. 57) stellt die erfindungsgemäße Brennkammer mit der großen Einzelradialdüse drei unabhängige Verbrennungszonen zur Verfügung. Die Gaspilotdüse 150 schafft eine Pilotverbrennungszone Z1. Die Flammenhalter-Verbrennungszone Z2 wird durch den axialen Strom aus dem Entdraller 280 geschaffen, der über die v-Rinnen 290 in dem zentralen Flammenhalter 160 strömt. Die Hauptverbrennungszone Z3 wird dadurch geschaffen, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch zwischen dem inneren Brennerrohr 300 des zentralen Flammenhalters 160 und dem äußeren Bren nerrohr 175 des äußeren Flammenhalters 170 in die Hauptbrennkammer 114 strömt. 7 Figure 10 is a cross-section of the head end of the combustor of the present invention showing the airflow and the fuel-air stream producing the independent combustion zones of one embodiment of the nozzle of the present invention. As previously described (s. 5 - 7 ) provides the combustion chamber according to the invention with the large Einzelradialdüse three independent combustion zones. The gas pilot nozzle 150 creates a pilot combustion zone Z1. The flame holder combustion zone Z2 is replaced by the axial flow from the Entdraller 280 created over the v-grooves 290 in the central flame holder 160 flows. The main combustion zone Z3 is created by the fuel-air mixture between the inner burner tube 300 of the central flame holder 160 and the outer Bren nerrohr 175 the outer flame holder 170 into the main combustion chamber 114 flows.

Ein Luftstrom aus dem Diffusor 116 strömt in das Einlassplenum 117. Die Hauptdrallschaufeln 250 stellen einen Strömungsweg 660 für von dem Einlassplenum 117 einströmende Luft für die Brennkammer her. Circa 95% der in die Düse einströmenden Luft strömt zwischen den Hauptdrallschaufeln 250 durch. Nachdem Außenhauptgas von den Schaufelblättern 610 und Innenhauptgas von den Einspritzpunkten 690 auf der Montageoberfläche 242 und/oder Flüssigbrennstoff aus den Zerstäubern 248 in die einströmende Luft eingespritzt wurde, wird diese durch die Schaufelblätter 610 so gelenkt, dass sie entgegen dem Uhrzeigersinn (vom Verbrennungsende aus gesehen) durch das ringförmige Drallvolumen 255 (das Volumen zwischen den Drallschaufeln und der Zentralnabe) wirbelt. In dem ringförmigen Drallvolumen 255 vermischt die kontinuierliche Verwirbelung den Brennstoff weiter mit der Luft.An airflow from the diffuser 116 flows into the inlet plenum 117 , The main swirl blades 250 make a flow path 660 for from the inlet plenum 117 inflowing air for the combustion chamber ago. About 95% of the air entering the nozzle flows between the main swirl vanes 250 by. After outside main gas from the airfoils 610 and indoor main gas from the injection points 690 on the mounting surface 242 and / or liquid fuel from the atomizers 248 injected into the incoming air, this is through the blades 610 steered so that they counterclockwise (seen from the end of the combustion) through the annular swirl volume 255 (the volume between the swirl vanes and the central hub) swirls. In the annular swirl volume 255 the continuous turbulence further mixes the fuel with the air.

Die Zentralnabe 260 umfasst eine äußere kegelstumpfförmige Oberfläche, die auf der Mittelachse 200 der Düse zentriert ist, um den Strömungswiderstand gegenüber einem in Umkreisrichtung strömenden Brennstoff-Luft-Gemisch von den Hauptdrallschaufeln zu minimieren, während es in den zentralen Flammenhalter 160 aufsteigt. Die Zentralnabe 260 bildet eine glatte Oberfläche, die sich aus der Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 erhebt und sich konkav einwärts neigt, um ein radiales und axiales Auflager für den zentralen Flammenhalter 160 zu bilden. In ihrem kegelstumpfförmigen oberen Bereich ist die Zentralnabe 260 mit einer äußeren ringförmigen Auflageleiste 273 für den zentralen Flammenhalter 160 versehen. Die Innenoberfläche 263 der Zentralnabe 260 definiert einen Hohlraum 265, der eine Gaspilotdüse 150 aufnimmt und einen inneren Strömungsweg für Luft zur Gaspilotdüse 150 umfasst. Die Innenoberfläche 263 der Zentralnabe umfasst ferner eine innere ringförmige Montageleiste 274 für den zentralen Flammenhalter 160.The central hub 260 includes an outer frusto-conical surface located on the central axis 200. the nozzle is centered to minimize the flow resistance to a circumferentially flowing fuel-air mixture from the main swirl vanes, while in the central flame holder 160 rises. The central hub 260 Forms a smooth surface resulting from the mounting surface 242 the back wall 240 rises and concavely inwardly sloping to a radial and axial support for the central flame holder 160 to build. In its frustoconical upper area is the central hub 260 with an outer annular support bar 273 for the central flame holder 160 Mistake. The inner surface 263 the central hub 260 defines a cavity 265 , a gas pilot nozzle 150 and an inner flow path for air to the Gaspilotdüse 150 includes. The inner surface 263 the central hub further includes an inner annular mounting bar 274 for the central flame holder 160 ,

Die Reihe innerer Kanäle in der Rückwand umfasst Kanäle für Außenhauptgas von dem Außenhauptgaskanal in der Endabdeckung zu den Drallschaufeln; für den Innenhauptgaskanal in der Endabdeckung zu den Gaseinspritzdüsen auf der Montageoberfläche der Rückwand; für Flüssigbrennstoff von den Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführungen in der Endabdeckung zu den Zerstäubern auf der Montageoberfläche der Rückwand sowie Luftkanäle von der Umfangsaußenkante der Rückwand zu dem zentralen Hohlraum für Kühlung und Pilotvormischluft zu den Radialdüsenzentren/-kernen.The series of inner channels in the rear wall includes outer main gas channels from the outer main gas channel in the end cover to the swirl vanes; for the inner main gas passage in the end cover to the gas injection nozzles on the mounting surface of the rear wall; for liquid fuel from the liquid fuel outlet bushings in the end cover to the atomizers on the assembly surface of the rear wall and air ducts from the peripheral outer edge of the rear wall to the central cavity for cooling and pilot premixed air to the radial nozzle centers / cores.

Der innere Kanal 680 für Innenhauptgas zu den Innenhauptgas-Einspritzdüsenspitzen 695 auf der Montageoberfläche 242 der Rückwand 240 kann Öffnungen 685 für die Regelung der Gasdurchflussraten zu den Gas-Einspritzdüsenspitzen 695 in jedem Kanal umfassen. Die Außenumfangsoberfläche 257 der Rückwand 240 umfasst eine Vielzahl radialer Zuführöffnungen 275, die nach innen zu dem zentralen Hohlraum 265 gerichtet sind, um dem zentralen Hohlraum 265 einen Strom von Kühlluft und Pilotvormischluft zuzuführen. Die axialen Kanäle in der Rückwand für Außenhauptgas 270, Innenhauptgas 680 und Flüssigbrennstoff 247 befinden sich an Umfangsstellen zwischen den verschiedenen radialen Zuführöffnungen 275.The inner channel 680 for indoor home gas to indoor home gas injector tips 695 on the mounting surface 242 the back wall 240 can have openings 685 for controlling the gas flow rates to the gas injector tips 695 in each channel. The outer peripheral surface 257 the back wall 240 includes a plurality of radial feed openings 275 going inward to the central cavity 265 are directed to the central cavity 265 to supply a flow of cooling air and pilot premix air. The axial channels in the back wall for outside main gas 270 , Indoor main gas 680 and liquid fuel 247 are located at circumferential locations between the various radial feed ports 275 ,

Der zentrale Flammenhalter 160 kann eine Zentralnabe 285, einen zentralen Hohlraum 278, einen Entdraller 280, eine Vielzahl von v-Rinnen 290, ein inneres Brennerrohr 300 und einen Tragturm 295 umfassen.The central flame holder 160 Can a central hub 285 , a central cavity 278 , a derangement 280 , a variety of v-gutters 290 , an inner burner tube 300 and a carrying tower 295 include.

Da der Luftstrom aus dem Bereich zwischen den Hauptdrallschaufeln 250 in dem ringförmigen Drallvolumen 255 in eine Rotationsströmung gezwungen wird, liegt der einzige Austrittsweg stromab. Circa 30 des in dem Hauptradialdrallkörper 240 verwirbelten Brennstoff-Luft-Gemisches tritt in den zentralen Flammenhalter 160 ein. Der zentrale Flammenhalter 160 umfasst den Tragturm 350, der auf der Zentralnabe 260 des Hauptradialdrallkörpers 240 sitzt. Der Tragturm 350 greift mit der äußeren Auflageleiste 273 und der inneren Auflageleiste 274 der zylinderförmigen Auflagenabe der Zentralnabe 260 ineinander, um den zentralen Flammenhalter 160 axial und radial zu unterstützen. Der Tragarm 355 des Tragturms 300 liegt auf der äußeren Auflageleiste 273 und der inneren Auflageleiste 274 auf. Ein zentraler Hohlraum 280 in dem Tragturm 295 und der Zentralnabe 285 kann die Gaspilotdüse 150 aufnehmen.Because the air flow from the area between the main swirl vanes 250 in the annular swirl volume 255 is forced into a rotational flow, the only exit path is downstream. Circa 30 in the main radial swirler 240 turbulent fuel-air mixture enters the central flame holder 160 one. The central flame holder 160 includes the carrying tower 350 who is on the central hub 260 of the main radial swirler 240 sitting. The carrying tower 350 engages with the outer support bar 273 and the inner support bar 274 the cylindrical bearing hub of the central hub 260 into each other, around the central flame holder 160 to support axially and radially. The support arm 355 of the carrying tower 300 lies on the outer support bar 273 and the inner support bar 274 on. A central cavity 280 in the tower 295 and the central hub 285 can the gas pilot nozzle 150 take up.

In 8 sitzen auf dem Tragturm 295 der Entdraller 280 und das konzentrische, auf der Nabe montierte, konische, v-Rinnen-Flammenhalterbündel. Der Entdraller 280 umfasst eine Vielzahl ringförmiger Abteilungen 345 zwischen der Zentralnabe 285 und dem inneren Brennerrohr 295. Die ringförmigen Abteilungen 345 sind an dem stromauf liegenden Eintritt 347 und dem stromab liegenden Austritt 348 offen für das Brennstoff-Luft-Gemisch. Eine Radialschaufel 360 ist jeweils zwischen den einzelnen ringförmigen Abteilungen 345 vorgesehen, wobei die Radialschaufel sich von der Zentralnabe 285 zum inneren Brennerrohr 295 erstreckt.In 8th sit on the support tower 295 the derangler 280 and the concentric, hub-mounted, conical, v-groove flameholder bundles. The Entdraller 280 includes a plurality of annular compartments 345 between the central hub 285 and the inner burner tube 295 , The annular compartments 345 are at the upstream entrance 347 and the downstream exit 348 open to the fuel-air mixture. A radial blade 360 is in each case between the individual annular compartments 345 provided, with the radial blade extending from the central hub 285 to the inner burner tube 295 extends.

Jede Radialschaufel 360 wölbt sich von einer eher flachen Steigung an dem stromauf liegenden Eintritt 347 zu einer steilen Steigung an dem stromab liegenden Austritt 348 der ringförmigen Abteilung 345. Die flache axiale Steigung an dem stromauf liegenden Zutritt ermöglicht die Aufnahme der wirbelnden Umfangsströmung des Brennstoff-Luft-Gemisches von den Hauptdrallschaufeln 250 des Hauptradialdrallkörpers 140. Circa 30% des Brennstoff-Luft-Gemisches aus dem ringförmigen Drallvolumen 255 des Hauptradialdrallkörpers 140 strömen in die ringförmigen Abteilungen 345 des Entdrallers 280. Die sich ändernde Steigung der Radialschaufeln 360 lenkt die Umfangsströmung in eine axial ausgerichtete Strömung um, die jede einzelne ringförmige Abteilung 360 erregt. Die umgelenkte Axialströmung sorgt, wie zuvor beschrieben, für die Lüftung der zentralen Rückführzone (ZRZ), wie zuvor beschrieben.Every radial blade 360 arched from a rather flat slope at the upstream entrance 347 to a steep slope at the downstream exit 348 the annular section 345 , The shallow axial slope at the upstream inlet allows the swirling circumferential flow of the fuel-air mixture to be captured by the main swirl vanes 250 of the main radial swirler 140 , Approximately 30% of the fuel-air mixture from the annular swirl volume 255 of the main radial swirler 140 flow into the annular compartments 345 the Entdrallers 280 , The changing slope of the radial blades 360 deflects the circumferential flow into an axially directed flow, which is each individual annular compartment 360 excited. The deflected axial flow, as previously described, provides for the ventilation of the central return zone (ZRZ) as previously described.

In 3B und 8 definiert eine ringförmige Spitze 380 der Zentralnabe 285 eine ebene Oberfläche I. Eine ringförmige Spitze des inneren Brennerrohrs 295 definiert eine ebene Oberfläche II. Die ebene Oberfläche I liegt stromab der ebenen Oberfläche II. Die Radialschaufeln 360 des Entdrallers 280 bilden an ihren stromab liegenden Enden eine geneigte Kante zwischen der Spitze 380 der Zentralnabe 285 und der Spitze 385 des inneren Brennerrohrs 300, die eine Steigung von circa 30% aufweist.In 3B and 8th defines an annular tip 380 the central hub 285 a flat surface I. An annular tip of the inner burner tube 295 defines a flat surface II. The flat surface I lies downstream of the flat surface II. The radial blades 360 the Entdrallers 280 Form at their downstream ends a sloped edge between the tip 380 the central hub 285 and the top 385 of the inner burner tube 300 which has a slope of about 30%.

Eine v-Rinne 290 ist an dem stromab liegenden Ende jeder Radialschaufel 360 vorgesehen. Die v-Rinne 290 umfasst ein v-förmiges Element 375, dessen offenes Ende 376 stromab ausgerichtet ist. Ein Scheitelpunkt 377 des v-förmigen Elements 376 ist an der ringförmigen Spitze 380 der Zentralnabe befestigt und erstreckt sich durch diese, entlang der stromab liegenden Kante der radialen Wand 360 und durch die Spitze 385 des inneren Brennerrohrs 300.A v-gutter 290 is at the downstream end of each radial blade 360 intended. The v-gutter 290 includes a v-shaped element 375 , its open end 376 is aligned downstream. A vertex 377 of the V-shaped element 376 is at the annular top 380 attached to the central hub and extends therethrough, along the downstream edge of the radial wall 360 and through the top 385 of the inner burner tube 300 ,

Ein äußerer Flammenhalter 170 umfasst ein im Allgemeinen zylinderförmiges äußeres Brennerrohr 175, das sich an einem stromauf liegenden Ende aufweitet, um eine ringförmige Aufsitzfläche zum Ineinandergreifen mit dem Hauptdrallkörper zu bilden. Das zylinderförmige Rohr umschließt die Brennkammer radial und erstreckt sich ihr über den zentralen Flammenhalter 160 hinaus. Das stromab liegende Ende 190 des äußeren Brennerrohrs 175 ist verstärkt. Die Leiste 195 bietet eine Aufsitzfläche für das Ineinandergreifen mit dem konischen Dom 111 (2) der Brennkammer. Eine ringförmige Aufsitzfläche 180 des äußeren Brennerrohrs 175 weitet sich an seinem stromauf liegenden Ende radial nach außen auf. Die Aufsitzfläche 180 bildet ein Dach über den Hauptdrallkörpern 250 des Hauptradialdrallkörpers 140 und beschränkt dadurch den Austrittsweg für das Brennstoff-Luft-Gemisch aus dem Hauptradialdrallkörper 140 auf die stromab liegenden Strömungswege 402 und 405. Die Aufsitzfläche 180 kann bei den Hauptdrallschaufeln am Kopfende jedes Schaufelblatts mit einer Vielzahl von Schrauben – eine Schraube für jede Gewindebohrung – auf dem Schaufelblatt befestigt sein. Der ringförmige Raum zwischen dem inneren Brennerrohr 295 des zentralen Flammenhalters 160 und dem äußeren Brennerrohr 175 des äußeren Flammenhalters 170 dient dem Strom 405 der verbleibenden 70% des Brennstoff-Luft-Gemisches von dem Hauptradialdrallkörper 140 zum Verbrennungsraum.An outer flame holder 170 includes a generally cylindrical outer burner tube 175 expanding at an upstream end to form an annular seating surface for engagement with the main swirler. The cylindrical tube radially encloses the combustion chamber and extends beyond the central flame holder 160 out. The downstream end 190 of the outer burner tube 175 is reinforced. The bar 195 provides a seating surface for engagement with the conical dome 111 ( 2 ) of the combustion chamber. An annular seating surface 180 of the outer burner tube 175 widens at its upstream end radially outward. The seating surface 180 forms a roof over the main swirl bodies 250 of the main radial swirler 140 and thereby limits the exit path for the fuel-air mixture from the Hauptradialdrallkörper 140 on the downstream Strö mung routes 402 and 405 , The seating surface 180 For example, the main swirl vanes at the head of each airfoil may be secured to the airfoil by a plurality of bolts, one screw for each threaded hole. The annular space between the inner burner tube 295 of the central flame holder 160 and the outer burner tube 175 the outer flame holder 170 serves the stream 405 the remaining 70% of the fuel-air mixture from the main radial swirler 140 to the combustion chamber.

8 zeigt den zentralen Flammenhalter, den Gaspilotringraum und die Mittelpatrone einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse. 8th shows the central flame holder, the Gaspilotringraum and the central cartridge of an embodiment of the large Einzelradialdüse according to the invention.

Ein Luftströmungsweg für die verbleibenden 5% einströmender Luft aus dem Einlassluftplenum speist den zentralen Hohlraum 260 der Düse 140 durch eine Vielzahl radialer Durchführungen 275 (12 in dieser Ausführungsform) von der Umfangskante 257 der Rückwand 240.An air flow path for the remaining 5% of incoming air from the intake plenum feeds the central cavity 260 the nozzle 140 through a variety of radial feedthroughs 275 (12 in this embodiment) from the peripheral edge 257 the back wall 240 ,

Als Einrichtung für das Anspringen, zur Brennkammer-Regelung, und zur Stabilitätsverbesserung befindet sich eine zentrale Gaspilotdüse 150 in dem konischen Flammenhaltervolumen an dem stromauf liegenden Ende mit dem kleinsten Durchmesser. Die Gaspilotdüse 150 ist mit einer Mittelpatrone 155 versehen, die eine Zündvorrichtung/einen Flammendetektor und einen Flüssiggaspiloten umfassen kann.As a device for starting, for combustion chamber control, and to improve stability is a central Gaspilotdüse 150 in the conical flame holder volume at the smallest diameter upstream end. The gas pilot nozzle 150 is with a center cartridge 155 which may include an igniter / flame detector and a LPG pilot.

Die ungefähr 5% des Luftstroms zur Radialdüse, die durch radiale Strömungsöffnungen 275 in der Umfangsoberfläche 257 der Rückwand 240 des Hauptradialdrallkörpers 140 eintreten, werden intern aufgeteilt. Circa 80% dieser Luft strömen durch einen Luftzufuhrringraum zwischen der Innenwand des zentralen Hohlraums 265 der Zentralnabe und einer Außenfläche 812 eines ringförmigen Gehäuses 810 der Gaspilotdüse 150 vorwärts zu einem ringförmigen Axialdrall-Gas-Pilotvormischer 855. Die verbleibende Luft strömt durch eine Vielzahl radialer Einspeisöffnungen 875 in dem ringförmigen Gehäuse 810 in die Mittelpatrone und wird für die Flüssigpilot-Zerstäubung und -Kühlung sowie die Spülung der Mittelpatronenspitze genutzt.The approximately 5% of the air flow to the radial nozzle, through radial flow openings 275 in the peripheral surface 257 the back wall 240 of the main radial swirler 140 enter, are divided internally. About 80% of this air flows through an air supply annulus between the inner wall of the central cavity 265 the central hub and an outer surface 812 an annular housing 810 the gas pilot nozzle 150 forward to an annular axial spiral gas pilot premixer 855 , The remaining air flows through a plurality of radial feed openings 875 in the annular housing 810 in the center cartridge and is used for the liquid pilot atomization and cooling as well as the flushing of the center cartridge tip.

9A und 9B zeigen den Düsenkörper der Gaspilotdüse einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen großen Einzelradialdüse. 9A and 9B show the nozzle body of the gas pilot nozzle of an embodiment of the large single radial nozzle according to the invention.

Die Gaspilotdüse 150 umfasst einen Körper 805 mit einem ringförmigen Gehäuse 810, der von hinten in den zentralen Hohlraum 203 der Düse 140 durch die Endabdeckungsplatte 205 eingesetzt werden kann. Das ringförmige Gehäuse 810 umfasst an seinem hinteren Ende den hinteren Flansch 815 mit einer Vielzahl von Schraubenlöchern 816 für die Montage seiner vorderen Oberfläche 817 an die Aufsitzfläche 210 in dem zentralen Hohlraum 203 der Endabdeckung 205. Der hintere Flansch 815 ist auch mit einer mittleren Öffnung 818 zum Einsetzen der Mittelpatrone 155 versehen und umfasst eine erhöhte Oberfläche 819 auf der hinteren Oberfläche 820 um den zentralen Hohlraum, mit Gewindebohrungen 821 zum Schrauben der Mittelpatrone 155 an den hinteren Flansch 815 des Gaspiloten. Der hintere Flansch 815 ist auch mit einer Durchführung 230 für die Verbindung mit einer Pilotgasbrennstoff-Zuführung für den Betrieb des Gaspiloten versehen.The gas pilot nozzle 150 includes a body 805 with an annular housing 810 from the rear into the central cavity 203 the nozzle 140 through the end cover plate 205 can be used. The annular housing 810 includes at its rear end the rear flange 815 with a variety of screw holes 816 for mounting its front surface 817 to the seating surface 210 in the central cavity 203 the end cover 205 , The rear flange 815 is also with a middle opening 818 for inserting the center cartridge 155 provided and includes a raised surface 819 on the back surface 820 around the central cavity, with threaded holes 821 for screwing the center cartridge 155 to the rear flange 815 the gas pilot. The rear flange 815 is also with an implementation 230 provided for connection to a pilot gas fuel supply for the operation of the gas pilot.

Der Gaspilotdüsenkörper 805 erstreckt sich durch die zentralen Hohlräume 203, 265, 278 der Düse 120 und in die zylinderförmige Nabe 370 des zentralen Flammenhalters 160. Das ringförmige Gehäuse 810 des Gaspiloten verjüngt sich stufenweise vom Hinterende zum Vorderende. Das ringförmige Gehäuse 810 umfasst ein unteres Gehäuse 835, ein sich verjüngendes Gehäuse 840, ein zentrales Gehäuse 845 und einen sich verjüngenden Kopf 850.The gas pilot nozzle body 805 extends through the central cavities 203 . 265 . 278 the nozzle 120 and in the cylindrical hub 370 of the central flame holder 160 , The annular housing 810 The gas pilot gradually tapers from the rear end to the front end. The annular housing 810 includes a lower housing 835 , a tapered housing 840 , a central housing 845 and a rejuvenating head 850 ,

Ein ringförmiger Gaspiloten-Luftströmungsraum 864 ist auch zwischen der Innenwand 368 der zylinderförmigen Nabe 370 und der Innenwand 296 des Tragturms 295 mit den Außenflächen 842, 847 des sich verjüngenden Gehäuses 840 und des zentralen Gehäuses 845 definiert. Luft aus den inneren radialen Enden 277 der zentralen radialen Zu führöffnungen 275 in der Rückwand 240 tritt in den Gaspiloten-Luftströmungsraum 864 ein und strömt axial vorwärts zu dem Axialdrall-Gaspilot-Vormischer 855.An annular gas pilot airflow space 864 is also between the inner wall 368 the cylindrical hub 370 and the inner wall 296 of the carrying tower 295 with the outer surfaces 842 . 847 the tapered housing 840 and the central housing 845 Are defined. Air from the inner radial ends 277 the central radial access openings 275 in the back wall 240 enters the gas pilot airflow space 864 and flows axially forward to the axial swirl gas pilot premixer 855 ,

Die Durchdringung 230 für Pilotgasbrennstoff in dem hinteren Flansch 815 versorgt die inneren Pilotgasbrennstoff-Hohlräume 862 in dem ringförmigen Gehäuse 810. Die inneren Pilotgasbrennstoff-Hohlräume 842 in dem unteren Gehäuse 835 versorgen den ringförmigen Pilotgasraum 866 zwischen der Innenwand des ringförmigen Gehäuses 810 und der Außenfläche 872 der Mittelpatrone 155 mit Pilotgasbrennstoff. Der sich verjüngende Kopf 850 erstreckt sich in nächster Nähe der zylinderförmigen Nabe 370 und bildet dadurch einen Gaspilotbrennerringraum 825 zwischen der Außenfläche 830 des sich verjüngenden ringförmigen Kopfes 850 und der Innenfläche 368 der zylinderförmigen Nabe. Eine Vielzahl von Pilotgasbrennstofflöchern 860 erstreckt sich radial durch das ringförmige Gehäuse an dem stromauf liegenden Eintritt zwischen benachbarten axialen Mischschaufeln 857 und bietet Einspritzpunkte für Pilotgasbrennstoff. Der vordere Teil des zentralen Gehäuses 845 nimmt eine Vielzahl axialer Mischschaufeln 857 mit im Wesentlichen Schaufelblattform auf der Außenoberfläche 847 auf, die zur Mischung von Gaspilotbrennstoff und Luft dienen, die sich stromab in dem Luftströmungsraum 864 bewegen, wodurch der ringförmige axial-verdrallte Gaspilot-Vormischer 855 entsteht.The penetration 230 for pilot gas fuel in the rear flange 815 supplies the inner pilot gas fuel cavities 862 in the annular housing 810 , The inner pilot gas fuel cavities 842 in the lower case 835 supply the annular pilot gas space 866 between the inner wall of the annular housing 810 and the outer surface 872 the central cartridge 155 with pilot gas fuel. The rejuvenating head 850 extends in close proximity to the cylindrical hub 370 and thereby forms a gas pilot burner ring space 825 between the outer surface 830 the tapered annular head 850 and the inner surface 368 the cylindrical hub. A variety of pilot gas fuel holes 860 extends radially through the annular housing at the upstream entrance between adjacent axial mixing vanes 857 and provides injection points for pilot gas fuel. The front part of the central housing 845 takes a variety of axial mixing blades 857 having a substantially blade blade shape on the outer surface 847 which serve to mix gas pilot fuel and air downstream in the air flow space 864 move, whereby the annular axially-twisted Gaspi lot premixer 855 arises.

Die Mittelpatrone 155 umfasst den zylinderförmigen Körper 405, der auf einen hinteren Flansch 224 montiert ist. Die Mittelpatrone 155 ist in den zentralen Hohlraum 203 des Gaspilotdüsenkörpers 805 eingesetzt und durch den hinteren Flansch 224 auf die erhöhte hintere O berfläche 820 geschraubt. Der hintere Flansch 224 weist eine axiale Durchdringung für Anschlüsse an eine Zündvorrichtung und einen Flammendetektor 236 und auf seinen Umfangsoberflächen eine radiale Durchdringung 232 für Pilotflüssigbrennstoff und eine radiale Durchdringung 234 für einen Luftstrom auf. Die Mittelpatrone 155 fluchtet mit der Mittelachse 200 der Düse.The middle cartridge 155 includes the cylindrical body 405 standing on a rear flange 224 is mounted. The middle cartridge 155 is in the central cavity 203 of the gas pilot nozzle body 805 inserted and through the rear flange 224 on the raised rear surface 820 screwed. The rear flange 224 has an axial penetration for connections to an igniter and a flame detector 236 and on its peripheral surfaces a radial penetration 232 for pilot liquid fuel and a radial penetration 234 for a flow of air. The middle cartridge 155 Aligns with the central axis 200. the nozzle.

10 zeigt einen axialen Kopfend-Abschnitt der Mittelpatrone 155 für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düse. Die Mittelpatrone 155 ist radial von einer Patronenwand 872 und an dem stromab liegenden Ende von einer Endspitze 885 umschlossen. Die Zündvorrichtung 875 erstreckt sich in Axialrichtung von dem Mittelpatronenflansch 224 zur Endspitze 885. Der Flüssigbrennstoff-Pilot 880 erstreckt sich von dem Mittelpatronenflansch 224 zur Endspitze 885. Der Lufthohlraum 873 nimmt Luft zur Verwendung innerhalb der Mittelpatrone auf. Luft für die Mittelpatrone tritt aus den radialen Zuführöffnungen 275 in der Rückwand 240 ein und durch die Öffnungen 277 in den Raum 864 zwischen der Pilotdüse 150 und der Innenoberfläche 368 des Tragturms 270 aus. Ein Teil der in den Raum 864 einströmenden Luft tritt in die Mittelpatrone 155 durch Patronenzuführöffnungen 870 ein, füllt den Lufthohlraum um die Zündvorrichtung 875 und den Flüssigbrennstoffpiloten 880 und erstreckt sich nach vorn zu einem Spitzen-Prallschild 865. Das Spitzen-Prallschild 865 dichtet das obere Ende des Hohlraums ab und umfasst eine Vielzahl von Spitzenöffnungen 867 (18 Öffnungen in der vorliegenden Ausführungsform). Luft wird von dem Spitzen-Prallschild 865 zu einem ringförmigen Luftkanal 876 am stromab liegenden Ende der Zündvorrichtung 875 geleitet, um die Zündung zu unterstützen. Luft von dem Spitzen-Prallschild 865 wird auch dem konischen Ringraum 881 um einen Hitzeschild 882 auf dem Flüssigbrennstoff-Piloten 880 zugeführt. Eine Vielzahl von versetzten Druckluft-Öffnungen 883 sind in dem Luftzerstäubergehäuse 884 vorgesehen. Der flüssige Pilotbrennstoff wird durch einen zylinderförmigen Hohlraum 890 in dem Körper des Flüssigbrennstoff-Piloten 891 zugeführt. Ein kegelstumpfförmiger Ringraum einer Drallkammerwand 892 an der Spitze definiert eine Drallkammer 893 für den Flüssigbrennstoff. Ein ringförmiger Luftspalt 894 ist zur thermischen Isolierung um den Körper 891 des Flüssigbrennstoffpiloten vorgesehen. Um den ringförmigen Luftspalt 894 ist ein Luftunterstützungs-Ringraum 895 vorgesehen, der mit der Luftunterstützungs-Zuführung in dem Flansch 224 der Mittelpatrone 155 verbunden ist. In dem Luftunterstützungs-Ringraum 895 befindet sich ein Luftunterstützungs-Drallkörper 896 (die Ausführungsform umfasst 8 Drallschaufeln 897). Die Drallschaufeln 897 bewirken eine Drallbewegung der in die Drallkammer 893 eingeführten Unterstützungsluft. 10 shows an axial head end portion of the center cartridge 155 for an embodiment of the nozzle according to the invention. The middle cartridge 155 is radial from a cartridge wall 872 and at the downstream end of a tip end 885 enclosed. The ignition device 875 extends axially from the center cartridge flange 224 to the end point 885 , The liquid fuel pilot 880 extends from the center cartridge flange 224 to the end point 885 , The air cavity 873 takes in air for use inside the center cartridge. Air for the center cartridge emerges from the radial feed ports 275 in the back wall 240 in and through the openings 277 in the room 864 between the pilot nozzle 150 and the inner surface 368 of the carrying tower 270 out. Part of the room 864 incoming air enters the center cartridge 155 through cartridge feed openings 870 a, fills the air cavity around the ignition device 875 and the liquid fuel pilot 880 and extends forward to a peak baffle 865 , The lace baffle 865 seals the top of the cavity and includes a plurality of tip openings 867 (18 openings in the present embodiment). Air is from the peak baffle 865 to an annular air duct 876 at the downstream end of the ignition device 875 directed to assist the ignition. Air from the peak baffle 865 is also the conical annulus 881 around a heat shield 882 on the liquid fuel pilot 880 fed. A variety of offset compressed air openings 883 are in the air atomizer housing 884 intended. The liquid pilot fuel is passed through a cylindrical cavity 890 in the body of the liquid fuel pilot 891 fed. A frustoconical annulus of a swirl chamber wall 892 at the top defines a swirl chamber 893 for the liquid fuel. An annular air gap 894 is for thermal insulation around the body 891 provided the liquid fuel pilot. Around the annular air gap 894 is an air support annulus 895 provided with the air assist feeder in the flange 224 the central cartridge 155 connected is. In the air support annulus 895 There is an air assist swirler 896 (The embodiment includes 8 swirl vanes 897 ). The swirl blades 897 cause a swirling movement of the swirl chamber 893 introduced support air.

11 zeigt eine alternative Ausführungsform des zentralen Flammenhalters der großen Einzelradialdüse 900. Der Flammenhalter 905 besteht hier aus einer perforierten Tasse 910. Die perforierte Tasse 910 umfasst eine Vielzahl von Löchern 920 um die Mittelachse 915, durch die 30% (circa) des aus der Ringregion kommenden Luft-Brennstoff-Gemisches 950 strömen, das sich zum Teil mit dem von der Pilotdüse 960 kommenden Pilotluft-Brennstoff-Gemisch 955 vermischt und zum Teil am Austritt der Löcher 920 verbrennt. Die Löcher 920 sind mit Ausrundungen 930 versehen, um die Eckablösung (corner separation) zu minimieren. Ein Ringband 940 ist um die Tasse 910 herum vorgesehen, um den Strom in die Tasse zu leiten. Das untere konvexe Ende 945 der Tasse 920 ist offen und dafür angepasst, das Pilotluft- Brennstoff-Gemisch 955 aus der Gaspilotdüse 960 aufzunehmen. Daher findet in diesem Fall die Wärmefreisetzung in drei Stufen statt. Die erste Stufe ist die Pilotzone. Die zweite Stufe ist das Luft-Brennstoff-Gemisch, das am Austritt der Löcher 920 verbrennt, und die dritte Stufe ist der Strom, der die perforierte Tasse 920 umgeht. 11 shows an alternative embodiment of the central flame holder of the large Einzelradialdüse 900 , The flame holder 905 consists of a perforated cup 910 , The perforated cup 910 includes a variety of holes 920 around the central axis 915 , by the 30% (circa) of the air-fuel mixture coming from the ring region 950 flow, in part with that of the pilot nozzle 960 upcoming pilot air-fuel mixture 955 mixed and partly at the exit of the holes 920 burns. The holes 920 are with fillets 930 provided to minimize the corner separation. A ring band 940 is around the cup 910 provided around to direct the current in the cup. The lower convex end 945 the cup 920 is open and adapted to the pilot air-fuel mixture 955 from the gas pilot nozzle 960 take. Therefore, in this case, the heat release takes place in three stages. The first stage is the pilot zone. The second stage is the air-fuel mixture at the exit of the holes 920 burns, and the third stage is the stream, which is the perforated cup 920 bypasses.

Im Vorangehenden wurde eine große Einzelradialdüse für eine Gasturbinenbrennkammer beschrieben, die gegenüber Mehrdüsen-Konstruktionen wesentliche Verbesserungen beim Betrieb bietet. Erstens ist die düseninterne Verbrennungsstufung durch die Konstruktion des Vormischers der Düse und insbesondere der konische, entdrallte, v-förmige Flammenhalter in Verbindung mit regelbaren Außenhauptgas- und Innenhauptgas-Brennstoffeinspritzwegen ein einzigartiger Gesichtspunkt dieser Konstruktion. Dieser Gesichtspunkt ermöglicht das Ersetzen mehrerer Düsen (per Brennkammer) durch eine einzige, was in einer erheblichen Kostenersparnis und Teilereduzierung resultiert. Zweitens wird auf neuartige Weise eine Verminderung der Verbrennungsdynamik/Verbrennungsschwingungen durch die Verteilung der Brennstofftransportzeiten und der Wärmefreisetzung in der Kammer erreicht. Diese einzigartige Eigenschaft könnte außerdem die Verbrennung einer größeren Bandbreite von Brennstoffen ermöglichen, ohne dass die Hardware modifiziert oder ersetzt werden müsste. Schließlich sorgen die Konstruktion des Brennkammer-Kopfendes und die Art, in der die Düse in den Brennkammerdom integriert ist – indem ein ringförmiger Dom-Diffusor geschaffen wird, der den Druck wiederherstellt, während er gleichzeitig die Rückseite des Flammrohrdoms kühlt, und das ohne die Einführung einer separaten Kühlluftquelle – für Funktionalität und erhöhte Einfachheit.In the foregoing, a large single radial nozzle for a gas turbine combustor has been described that provides substantial improvements in operation over multi-nozzle designs. First, nozzle-internal combustion staging through the design of the premixer of the nozzle, and in particular the conical, de-vorticated, V-shaped flame holders in conjunction with external controllable main gas and indoor main gas fuel injection paths, is a unique aspect of this design. This aspect allows the replacement of multiple nozzles (by combustion chamber) by a single, resulting in a considerable cost savings and part reduction. Secondly, a reduction in combustion dynamics / combustion vibrations is achieved in a novel way by the distribution of the fuel transport times and the heat release in the chamber. This unique feature could also allow the combustion of a wider range of fuels without having to modify or replace the hardware. Finally, the design of the combustor head end and the manner in which the nozzle is integrated into the combustor dome provide an annular dome diffuser which restores pressure while at the same time cooling the back of the fume tube dome, without the introduction a separate source of cooling air - for functionality and increased Simplicity.

Gegenwärtig ist die erfindungsgemäße Düse für das GE 9FB Hochleistungs-Industrie-Triebwerk bemessen; sie kann jedoch vergrößert oder verkleinert werden, um mit beinahe jeder Ringbrennkammer-Konstruktion zu funktionieren (z. B., 7H, 9H, 7FB, 7FA, 9FA, 6C, etc.). Die Konstruktion könnte bei einem existierenden Paket nachgerüstet oder als neues Produkt angeboten werden.Present is the nozzle according to the invention for the GE 9FB rated high performance industrial engine; she can, however enlarged or be scaled down to fit almost any annular combustor design to operate (e.g., 7H, 9H, 7FB, 7FA, 9FA, 6C, etc.). The construction could retrofitted to an existing package or as a new product Tobe offered.

Während hier nur bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, werden Fachleuten viele Abwandlungen und Änderungen einfallen. Es versteht sich von daher, dass die angefügten Ansprüche alle derartigen Abwandlungen und Änderungen abdecken sollen, die dem wahren Geist der Erfindung entsprechen.While here only certain features of the invention are shown and described professionals will find many modifications and changes come to mind. It is therefore to be understood that the appended claims all such modifications and changes to cover the true spirit of the invention.

Es wird eine mager vorgemischte, Radial-Mehrring-Stufendüse 120 zur Verfügung gestellt, um in einer Dual-Fuel-Rohrring-Gasturbinenbrennkammer 100 drei unabhängige Verbrennungszonen zu schaffen. Die Düse 120 umfasst eine Pilotzone Z1, die durch eine Gaspilotdüse 150 und die Mittelpatrone 155 mit Brennstoff versorgt wird; eine Flammenhalterzone Z2, die durch einen Innenhauptgasbrennstoff versorgt wird; eine Hauptflammenzone Z3, die durch einen Außenhauptgasbrennstoff versorgt wird; einen radialen Hauptdrallkörper 120 zum Mischen eines Teils der zur Düse 120 einströmenden Luft mit dem Innenhauptgasbrennstoff und dem Außenhauptgasbrennstoff sowie eine Endabdeckungsbaugruppe mit externen Einrichtungen für die Regelung eines zugeführten Innenhauptgasbrennstoffs und eines zugeführten Außenhauptgasbrennstoffs.It is a lean premixed, radial multi-ring stage nozzle 120 provided in a dual-fuel tubular gas turbine combustor 100 create three independent combustion zones. The nozzle 120 includes a pilot zone Z1 passing through a gas pilot nozzle 150 and the center cartridge 155 is supplied with fuel; a flame holding zone Z2 supplied by an inner main gas fuel; a main flame zone Z3 supplied by an outside main gas fuel; a radial main spin body 120 for mixing a part of the nozzle to the nozzle 120 inflow air with the inner main gas fuel and the outer main gas fuel and a Endabdeckungseinheit with external means for the control of a supplied Innenhauptgasbrunstoffs and a supplied outer main gas fuel.

1010
Gasturbinegas turbine
1212
Verdichtercompressor
1414
Brennkammercombustion chamber
1616
Turbinenschaufelturbine blade
1818
ÜbergangskanalTransition duct
2020
Zündkerzespark plug
2222
DurchzündrohreDurchzündrohre
2424
Brennkammergehäusecombustion chamber housing
2626
Turbinengehäuseturbine housing
2828
Schraubenscrew
3030
Endabdeckungsbaugruppeend cover
3232
BrennstoffdüsenbaugruppeFuel nozzle assembly
3434
Strömungshülseflow sleeve
3636
Außenwand des Übergangskanalsouter wall the transition channel
3838
Flammrohrflame tube
3939
Strebenpursuit
4242
FlammrohrdeckelanordnungLiner cap assembly
4444
Löcherholes
4646
Vormischrohrpremix
4747
Frontplattefront panel
4848
Schwimmhülsefloating bushing
4949
Rückwandrear wall
5050
Brennstoff-DrallkörperFuel swirler
5252
hinterer Zuführabschnittrear feeding
5454
vorderer Austrittsabschnittfront exit section
6666
radiale Brennstoffeinspritzdüsenradial fuel injectors
6969
Vormischzonepremixing
7070
Brennkammercombustion chamber
100100
Dual-Fuel-RohrringbrennkammerDual fuel pipe annular combustion chamber
105105
Brennkammergehäusecombustion chamber housing
106106
Strömungshülseflow sleeve
110110
Flammrohrflame tube
111111
konischer Domconical cathedral
112112
Verlängerungsteilextension part
113113
äußeres Brennerrohrouter burner tube
114114
Hauptbrennkammermain combustion chamber
115115
Ringraumannulus
116116
Diffusordiffuser
117117
Einlassplenuminlet plenum
118118
Verkleidungpaneling
120120
mager vorgemischte Radial-Mehrring-Stufendüse (große Einzelradialdüse)skinny Premixed radial multi-ring stage nozzle (large single radial nozzle)
130130
Endabdeckungsbaugruppeend cover
135135
hintere Oberflächerear surface
138138
Stirnseitefront
140140
HauptradialdrallkörperMain radial swirler
150150
GaspilotdüseGaspilotdüse
155155
Mittelpatroneagent cartridge
160160
zentraler Flammenhaltercentrally flame holder
170170
äußerer Flammenhalterouter flame holder
175175
äußeres Brennerrohrouter burner tube
178178
stromab liegendes Ende des Brennerrohrsdownstream lying end of the burner tube
179179
AuflageleisteSupport ledge
180180
Sockelabschnittbase section
183183
Schraubenscrew
185185
AußenhauptgaszuführungOutside the main gas supply
190190
InnenhauptgaszuführungInside the main gas supply
195195
FlüssiggaszufuhrLPG supply
200200
Mittelachsecentral axis
201201
hinterer Abschnittrear section
202202
vorderer Abschnittfront section
203203
zentraler Hohlraumcentrally cavity
204204
vordere Oberflächefront surface
205205
Endabdeckungsplatteend cap plate
206206
Brennkammer-SchraubenlochCombustor screw hole
207207
äußere Umfangsflächeouter peripheral surface
208208
Pilotlochpilot hole
209209
Schraubenlochscrew hole
210210
GaspilotdüsensitzGas pilot nozzle seat
212212
GaspilotdüsenflanschGaspilotdüsenflansch
214214
Schraube für hinteren Gaspilotdüsenflanschscrew for rear Gaspilotdüsenflansch
215215
Außenhauptgas-DurchführungOutside the main gas-carrying
220220
Innenhauptgas-DurchführungInside the main gas-carrying
223223
Mittelpatroneagent cartridge
224224
MittelpatronenflanschMittelpatronenflansch
225225
MittelpatronenflanschMittelpatronenflansch
230230
GaspilotanschlussGas pilot port
232232
FlüssigbrennstoffpilotanschlussLiquid fuel pilot port
234234
LuftunterstützungsanschlussAir Support Connection
236236
Zündvorrichtung/Flammendetektor-AnschlussIgniter / flame detector port
240240
Rückwandrear wall
241241
Sockeloberflächebase surface
242242
Montageoberflächemounting surface
243243
hintere Flüssigbrennstoffzuführungs-Durchdringungrear Liquid fuel supply penetration
244244
HauptflüssigbrennstoffkanalMain liquid fuel passage
245245
FlüssigbrennstoffeinspritzpunktLiquid fuel injection point
246246
Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführung EndabdeckungLiquid fuel spill pass-end cover
247247
Flüssigbrennstoffaustritts-Durchführung RückwandLiquid fuel outlet bushing rear wall
248248
Zerstäuberatomizer
249249
isolierte Auskleidungisolated lining
250250
Drallschaufelswirl blade
252252
Düsenspitzenozzle tip
255255
ringförmiges Drallvolumenannular swirl volume
257257
Umfangsrand der Rückwandcircumferential edge the back wall
260260
Zentralnabecenter hub
263263
Innenoberflächeinner surface
265265
zentraler Hohlraumcentrally cavity
270270
zylinderförmige Tragnabecylindrical carrier
273273
äußere Auflageleisteouter support bar
274274
innere Auflageleisteinner Support ledge
275275
radialer Luftkanalradial air duct
277277
Austrittexit
278278
zentraler Hohlraumcentrally cavity
280280
EntdrallerEntdraller
285285
Zentralnabecenter hub
290290
v-Rinnen-Bündelv-gutters bundle
295295
Tragturmsupporting tower
296296
Innenwand des Tragturmsinner wall of the carrying tower
300300
inneres Brennerrohrinner burner tube
310310
AußenhauptgaskanalOutside main gas passage
311311
Innenwandinner wall
312312
Außenwandouter wall
315315
oberes Endeupper The End
317317
Innenwandinner wall
318318
Außenwandouter wall
319319
oberes Endeupper The End
330330
InnenhauptgaskanalInside main gas passage
345345
ringförmige Abteilungannular department
347347
Eintritt der inneren Abteilungentry the inner department
348348
stromab liegender Austritt der ringförmigen Abteilungdownstream lying outlet of the annular compartment
350350
zylinderförmiger Tragturmcylindrical support tower
355355
TragarmBeam
360360
radiale Schaufelnradial shovel
365365
Wand des inneren Brennerrohrswall of the inner burner tube
366366
Innenwandinner wall
368368
Innenwand der zylinderförmigen Nabeinner wall the cylindrical one hub
370370
zylinderförmige Nabecylindrical hub
371371
Aussparungenrecesses
372372
Schraubenlöcherscrew holes
375375
v-förmiges ElementV-shaped element
376376
offenes EndeRestricted The End
377377
Scheitelpunktvertex
380380
Spitze des Ringraumstop of the annulus
381381
erste Aussparungfirst recess
382382
zweite Aussparungsecond recess
383383
dritte Aussparungthird recess
385385
Spitze des inneren Brennerrohrstop of the inner burner tube
390390
geneigte Kanteinclined edge
400400
Luftstrom vom Diffusorairflow from the diffuser
401401
Luftstrom vom Einlassplenum in den Hauptradialdrallkör perairflow from the inlet plenum in the Hauptradialdrallkör by
402402
Strom zur zentralen Flammenhalterzoneelectricity to the central flame holding zone
405405
Strom zur Hauptzoneelectricity to the main zone
605605
Umfangs-VormischraumPeripheral premix
610610
Schaufelblattairfoil
615615
Anströmkanteleading edge
620620
Abströmkantetrailing edge
625625
Achseaxis
630630
spitzer WinkelSharpener angle
635635
Radiusradius
640640
Seitenfläche mit EinspritzpunktSide surface with Injection point
642642
Seitenfläche ohne EinspritzpunktSide surface without Injection point
645645
untere Flächelower area
650650
Oberseitetop
655655
Außenhauptgasbrennstoff-EinspritzpunkteOuter main gas fuel injection points
657657
Außenhauptgasbrennstoff-EinspritzlöcherOuter main gas fuel injection holes
660660
Luftstromairflow
665665
Brennstoffhohlraumfuel cavity
670670
Gewindebohrungthreaded hole
680680
Innenhauptgaseinspritzungs-DurchführungenInside main gas injection bushings
685685
Öffnungopening
690690
Innenhauptgas-EinspritzpunktInside main gas injection point
695695
Düsenspitzenozzle tip
805805
Körperbody
810810
ringförmiges Gehäuseannular housing
815815
hinterer Flanschrear flange
816816
Schraubenlöcherscrew holes
817817
vordere Aufsitzflächefront seating surface
818818
Mittellochcenter hole
819819
erhöhte Oberflächeincreased surface
820820
hintere Oberflächerear surface
821821
Gewindebohrungenthreaded holes
825825
Gaspilot-RingraumGas pilot annulus
830830
Außenflächeouter surface
835835
unteres Gehäuselower casing
836836
Außenfläche des unteren GehäusesOutside surface of the lower housing
840840
sich verjüngendes Gehäuseyourself tapered casing
842842
Außenfläche des sich verjüngenden GehäusesOutside surface of the rejuvenating housing
845845
mittleres Gehäuseaverage casing
847847
äußere axiale Oberflächeouter axial surface
850850
sich verjüngender Kopfyourself tapered head
852852
Außenfläche des sich verjüngenden KopfesOutside surface of the rejuvenating head
855855
Gaspilot-VormischerGas pilot premixer
857857
Mischschaufelnmixing blades
860860
PilotgasöffnungPilot gas opening
862862
Innere Pilotgasbrennstoff-HohlräumeInner Pilot gas fuel cavities
864864
Gaspilot-LuftraumGas pilot airspace
865865
SpitzenprallschildTop baffle plate
866866
Spitzenlöcherlace holes
870870
Patronen-EinspeisöffnungenCartridge feed ports
872872
Außenfläche der MittelpatroneOuter surface of the agent cartridge
873873
Lufthohlraumcavity
875875
Zündvorrichtungdetonator
880880
FlüssigbrennstoffpilotLiquid fuel pilot
881881
komischer Ringraumstrangely annulus
882882
Hitzeschildheat shield
883883
Offset-Druckluft-ÖffnungenOffset air openings
884884
LuftzerstäuberringgehäuseLuftzerstäuberringgehäuse
885885
Endspitzeend tip
890890
zylinderförmiger Brennstoffhohlraumcylindrical fuel cavity
891891
FlüssigbrennstoffpilotkörperLiquid fuel pilot body
892892
DrallkammerwandSwirl chamber wall
893893
Drallkammerswirl chamber
894894
Luftringraum-SpaltAir annulus gap
895895
Luftunterstützungs-RingraumAir assist annulus
896896
Luftunterstützungs-DrallkörperAir Support swirler
900900
große Einzelradialdüselarge single radial nozzle
905905
zentraler Flammenhaltercentrally flame holder
910910
perforierte Tasseperforated Cup
915915
Mittelachsecentral axis
920920
Löcherholes
930930
Ausrundungenfillets
940940
Ringbandring band
945945
Wand des inneren Brennerrohrswall of the inner burner tube
950950
Eintritt eines 30% Brennstoff-Luft-Gemisches in den zentralen Flammenhalterentry a 30% fuel-air mixture into the central flame holder
955955
Pilot-Luft-Brennstoff-GemischPilot air-fuel mixture
960960
Pilotdüsepilot nozzle

Claims (10)

Mager vorgemischte, Radial-Mehrring-Stufendüse (120) für die Schaffung von drei unabhängigen Verbrennungszonen in einer Dual-Fuel-Rohrring-Gasturbinenbrennkammer (100), wobei die Düse umfasst: eine Pilotzone (Z1), die während des Flüssigbrennstoffbetriebs durch eine Mittelpatrone (223) mit Brennstoff versorgt wird, und die während des Gasbetriebs durch eine zentrale Gaspilotdüse (150) mit Brennstoff versorgt wird; eine zentrale Flammenhalterzone (Z2), die durch eine Innenhauptgasbrennstoff-Zuführung versorgt wird; eine Hauptflammenzone (Z3), die durch eine Außenhauptgasbrennstoff-Zuführung versorgt wird; einen Hauptradialdrallkörper (140) für die Mischung eines Teils der in die Düse (120) einströmenden Luft mit der Innenhauptgasbrennstoffzufuhr und der Außenhauptgasbrennstoffzufuhr, mit einer Rückwand (240), die axial mit einer Endabdeckung (130) fluchtet, an der sie mechanisch befestigt ist; eine Vielzahl von Drallschaufeln (250), die in ungefähr gleichem Abstand in einer kreisförmigen Anordnung um eine Mittelachse der Düse beabstandet sind; ein Vormischvolumen (205) in einem Umfangsraum zwischen den einzelnen Drallschaufeln (250); eine Zentralnabe (260), die einen zentralen Hohlraum (278) enthält, und ein ringförmiges Drallvolumen (255) zwischen der Vielzahl von Drallschaufeln (250) und der Zentralnabe (260) und Einrichtungen für die Regelung des Verhältnisses einer Innenhauptgasbrennstoff-Zufuhr (220) und einer Außenhauptgasbrennstoff-Zufuhr (215) und eine Endabdeckung (130).Lean premixed, radial multi-ring stage nozzle ( 120 ) for the creation of three independent combustion zones in a dual-fuel pipe-ring gas turbine combustor ( 100 ), the nozzle comprising: a pilot zone (Z1) passing through a center cartridge during liquid fuel operation ( 223 ) is supplied with fuel and during gas operation by a central gas pilot nozzle ( 150 ) is supplied with fuel; a central flame holding zone (Z2) supplied by an internal main gas fuel supply; a main flame zone (Z3) supplied by an outside main gas fuel supply; a main radial swirler ( 140 ) for the mixing of a part of the nozzle into the nozzle ( 120 ) with the inner main gas fuel supply and the outer main gas fuel supply, with a rear wall ( 240 ), which are axially connected to an end cover ( 130 ) is aligned, to which it is mechanically fixed; a variety of swirl vanes ( 250 ) spaced approximately equidistantly in a circular array about a central axis of the nozzle; a premix volume ( 205 ) in a circumferential space between the individual swirl blades ( 250 ); a central hub ( 260 ), which has a central cavity ( 278 ), and an annular swirl volume ( 255 ) between the plurality of swirl vanes ( 250 ) and the central hub ( 260 ) and means for controlling the ratio of an indoor main gas fuel supply ( 220 ) and an external main gas fuel supply ( 215 ) and an end cover ( 130 ). Düse (120) nach Anspruch 1, wobei der Hauptradialdrallkörper (140) umfasst: eine zylinderförmige Rückwand (240); eine Zentralnabe (260), die axial stromab aus einer stromab liegenden Oberfläche (242) der Rückwand (240) hervorragt, wobei die Zentralnabe (260) eine glatte konische Oberfläche (270) umfasst, die an einem stromab liegenden Ende kegelstumpfförmig ist; einen Hohlraum (665), der eine Außenhauptgasbrennstoff-Zuführung von der Endabdeckung (205) aus mit der Vielzahl von Drallschaufeln (250) verbindet; eine Vielzahl von Einspritzdüsen (690), die auf der stromab liegenden Oberfläche (242) der Rückwand (240) montiert ist; einen Hohlraum (680), der eine Innenhauptgasbrennstoff-Zuführung von der Endabdeckung (205) aus mit der Vielzahl von Einspritzdüsen (690) verbindet; eine Vielzahl von Flüssigbrennstoffzerstäubern (248), die auf der stromab liegenden Oberfläche (242) der Rückwand (240) angebracht sind; einen Hohlraum (247), der eine Flüssigbrennstoff-Zuführung von der Endabdeckung (205) aus mit der Vielzahl von Flüssigbrennstoffzerstäubern verbindet, und einen zentralen Hohlraum (278) entlang der Mittelachse (200) der Düse (120) und eine Vielzahl radial ausgerichteter Hohlräume (250), die eine äußere Umfangsoberfläche (275) der Rückwand mit dem zentralen Hohlraum (278) verbindet, um der Mittelpatrone (223) und der Gas-pilotdüse (150) Luft zuzuführen.Jet ( 120 ) according to claim 1, wherein the main radial swirl body ( 140 ) comprises: a cylindrical back wall ( 240 ); a central hub ( 260 ) axially downstream from a downstream surface ( 242 ) of the back wall ( 240 ), wherein the central hub ( 260 ) has a smooth conical surface ( 270 ) which is frusto-conical at a downstream end; a cavity ( 665 ) containing an outer main gas fuel supply from the end cover ( 205 ) with the plurality of swirl vanes ( 250 ) connects; a variety of injectors ( 690 ) located on the downstream surface ( 242 ) of the back wall ( 240 ) is mounted; a cavity ( 680 ) containing an internal main gas fuel supply from the end cover ( 205 ) with the plurality of injectors ( 690 ) connects; a variety of liquid fuel atomizers ( 248 ) located on the downstream surface ( 242 ) of the back wall ( 240 ) are attached; a cavity ( 247 ) containing a liquid fuel feed from the end cap ( 205 ) connects to the plurality of liquid fuel atomizers, and a central cavity ( 278 ) along the central axis ( 200. ) of the nozzle ( 120 ) and a plurality of radially aligned cavities ( 250 ) having an outer peripheral surface ( 275 ) of the rear wall with the central cavity ( 278 ) connects to the middle cartridge ( 223 ) and the gas pilot nozzle ( 150 ) To supply air. Düse (120) nach Anspruch 2, wobei jede der vielen Drallschaufeln (250) umfasst: ein Schaufelblatt (610), das axial stromab aus einer stromab liegenden Oberfläche (242) der Rückwand (240) in Richtung auf ein Verbrennungsende der Düse (120) hervorsteht, wobei eine Mittellinie (225) des Schaufelblatts (610) einen vorgegebenen Winkel (630) mit einem Radius (635) von der Mittelachse (200) der Düse (120) bildet und dadurch den Umfangsvormischraum (605) für einen Luftstrom von außerhalb des Hauptdrallkörpers (250) zu einem ringförmigen Drallvolumen (255) zwischen den Hauptdrallschaufeln (250) und der Zentralnabe (270) definiert; einen inneren Hohlraum (665) in jedem Schaufelblatt (610) für die Außenhauptgasbrennstoff-Zuführung in der Rückwand; eine Vielzahl von Gasbrennstoff-Einspritzlöchern (657) für die Verteilung der Außenhauptgasbrennstoff-Zufuhr aus dem inneren Hohlraum (665) zu dem Vormischraum (605).Jet ( 120 ) according to claim 2, wherein each of the plurality of swirl vanes ( 250 ) comprises: an airfoil ( 610 ) located axially downstream from a downstream surface ( 242 ) of the back wall ( 240 ) towards a combustion end of the nozzle ( 120 ), wherein a center line ( 225 ) of the airfoil ( 610 ) a predetermined angle ( 630 ) with a radius ( 635 ) from the central axis ( 200. ) of the nozzle ( 120 ) and thereby the circumferential premix space ( 605 ) for an air flow from outside the main spin body ( 250 ) to an annular swirl volume ( 255 ) between the main swirl blades ( 250 ) and the central hub ( 270 ) Are defined; an internal cavity ( 665 ) in each airfoil ( 610 ) for the outer main gas fuel supply in the rear wall; a plurality of gas fuel injection holes ( 657 ) for the distribution of the outer main gas fuel supply from the inner cavity ( 665 ) to the premix space ( 605 ). Düse (120) nach Anspruch 1, wobei die Endabdeckung umfasst: eine zylinderförmige Platte (205) mit einer äußeren radialen Montageoberfläche (207) zur mechanischen Montage an einer Brennkammer (100) und einer inneren radialen Montageoberfläche (204) für eine Montage an der Rückwand (240); einen Hohlraum, der eine Außenhauptgasbrennstoff-Zuführung (185) mit der Rückwand (240) verbindet; einen Hohlraum, der eine Innenhauptgasbrennstoff-Zuführung (190) mit der Rückwand (240) verbindet; eine Vielzahl von Hohlräumen (246), die eine Flüssigbrennstoffzuführung (195) mit der Rückwand (240) verbindet, und einen zentralen Hohlraum (203) mit einem Montageflansch (210) für die Aufnahme und Montage einer Gaspilotdüse (150).Jet ( 120 ) according to claim 1, wherein the end cover comprises: a cylindrical plate ( 205 ) with an outer radial mounting surface ( 207 ) for mechanical mounting to a combustion chamber ( 100 ) and an inner radial mounting surface ( 204 ) for mounting on the rear wall ( 240 ); a cavity containing an outer main gas fuel supply ( 185 ) with the rear wall ( 240 ) connects; a cavity containing an internal main gas fuel supply ( 190 ) with the rear wall ( 240 ) connects; a variety of cavities ( 246 ) containing a liquid fuel feed ( 195 ) with the rear wall ( 240 ), and a central cavity ( 203 ) with a mounting flange ( 210 ) for receiving and mounting a gas pilot nozzle ( 150 ). Düse (120) nach Anspruch 1, wobei die zentrale Flammenhalterzone (Z2) umfasst: eine Zentralnabe (285); eine innere Brennerrohrwand (365); einen Entdraller (280) für die Umwandlung einer sich in Umkreisrichtung bewegenden Strömung eines Brennstoff-Luft-Gemisches in dem ringförmigen Drallvolumen (255) des Hauptradialdrallkörpers (250) und die Umlenkung des Luftstroms in eine axiale Stromab-Richtung, mit einer Vielzahl segmentierter radialer Abteilungen (345), wobei jede Abteilung als ringförmiges Segment ausgebildet ist, das an einem Außenradius durch die innere Brennerrohrwand (365) und an einem Innenradius durch eine äußere Wand der Zentralnabe (385) begrenzt ist, wobei benachbarte Abteilungen (345) durch radiale Schaufeln (360) mit in Umfangsrichtung geneigten radialen Wänden getrennt sind, wobei die Neigung von einem stromauf liegenden Eintritt (347) in das Abteil (345) bis zu einem stromab liegenden Austritt (348) aus dem Abteil (345) progressiv zunimmt, um einen Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches in dem ringförmigen Drallvolumen (255) zu entdrallen, und einen v-förmigen Flammenbündelhalter (290) mit einer Vielzahl radial ausgerichteter Arme (360), die in Umfangsrichtung um die Wand des inneren Brennerrohrs (365) in etwa gleich beabstandet sind, wobei die Arme (360) an einem stromab liegenden Ende der zentralen Nabe (285) angebracht sind und sich von dort zu einem stromab liegenden axialen Ende des inneren Brennerrohrs (300) erstrecken, wobei eine Befestigungsstelle an der Wand (365) des inneren Brennerrohrs sich stromab einer Befestigungsstelle an einer Nabenverlängerung befindet und dadurch einen vorgegebenen radial-axialen Winkel (630) der radial ausgerichteten Arme (360) bildet, und eine konvexe Vertiefung in den radial ausgerichteten Armen (360), sowie einen in Stromaufrichtung zeigenden Scheitelpunkt (377) der konvexen Vertiefung (375).Jet ( 120 ) according to claim 1, wherein the central flame holding zone (Z2) comprises: a central hub ( 285 ); an inner burner tube wall ( 365 ); a deswister ( 280 ) for the conversion of a circumferentially moving flow of a fuel-air mixture in the annular swirl volume ( 255 ) of the main radial swirl body ( 250 ) and the deflection of the air flow in an axial downstream direction, with a plurality of segmented radial compartments ( 345 ), wherein each section is formed as an annular segment, which at an outer radius through the inner burner tube wall ( 365 ) and at an inner radius through an outer wall of the central hub ( 385 ), with adjacent departments ( 345 ) by radial blades ( 360 ) are separated with circumferentially inclined radial walls, wherein the inclination of an upstream inlet ( 347 ) in the compartment ( 345 ) to a downstream outlet ( 348 ) from the compartment ( 345 ) increases progressively to a portion of the fuel-air mixture in the annular swirl volume ( 255 ) and a V-shaped flame bundle holder ( 290 ) with a plurality of radially aligned arms ( 360 ), which in the circumferential direction around the wall of the inner burner tube ( 365 ) are approximately equidistant, with the arms ( 360 ) at a downstream end of the central hub ( 285 ) and from there to a downstream axial end of the inner burner tube ( 300 ), with an attachment point on the wall ( 365 ) of the inner burner tube is located downstream of an attachment point on a hub extension and thereby a predetermined radial-axial angle ( 630 ) of the radially aligned arms ( 360 ) and a convex depression in the radially aligned arms (FIG. 360 ), and a vertex pointing in the upward direction ( 377 ) of the convex depression ( 375 ). Düse nach Anspruch 5, wobei die Zentralnabe (285) umfasst: ein zylinderförmiges Rohr (295) mit einem zentralen Hohlraum (278), der eine irreguläre Form einer Innenoberfläche (296) des zylinderförmigen Rohrs (296) bildet, um die zentrale Gaspilotdüse (150) aufzunehmen, dafür eingerichtet, an einem stromauf liegenden Ende mit der Zentralnabe (260) des Hauptradialdrallkörpers (140) ineinanderzugreifen, und ferner eine Nabenverlängerung (380) an einem stromab liegenden axialen Ende des zylinderförmigen Rohrs (295), wobei die Nabenverlängerung (380) rundherum in gleichmäßigen Intervallen durch v-förmige Rinnen (290) unterbrochen wird.Nozzle according to claim 5, wherein the central hub ( 285 ) comprises: a cylindrical tube ( 295 ) with a central cavity ( 278 ), which has an irregular shape of an inner surface ( 296 ) of the cylindrical tube ( 296 ) to the central gas pilot nozzle ( 150 ), arranged at an upstream end with the central hub ( 260 ) of the main radial swirl body ( 140 ) and also a hub extension ( 380 ) at a downstream axial end of the cylindrical tube ( 295 ), whereby the hub extension ( 380 ) all around at regular intervals through v-shaped grooves ( 290 ) is interrupted. Düse (120) nach Anspruch 1, wobei die zentrale Gaspilotdüse (150) umfasst: einen im Allgemeinen zylinderförmigen Körper (805) mit einem zentralen Hohlraum und einem radial erweiterten Schraubflansch (815) an einem stromauf liegenden Ende, wobei der Düsenkörper (805) dafür eingerichtet ist, in einen zentralen Hohlraum (203, 270, 278) der Endabdeckung (205), der Rückwand (240) und einer Zentralnabe (285) der Flammenhalterzone zu passen; eine Vielzahl radialer Luft-Einspeisöffnungen (870), die axial auf dem Körper (805) ausgerichtet sind, um einen Luftstrom von der Rückwand (240) aufzunehmen; eine Mittelpatrone (155) in dem zentralen Hohlraum (203, 270, 278); einen Ringraum (864), der dafür eingerichtet ist, dem Gaspiloten Pilotgasbrennstoff aus einer Gaspilotdüse (150) an dem stromab liegenden Ende der Mittelpatrone (155) zuzuführen; eine Vielzahl Pilotmischschaufeln (857), die für das Mischen von Luft mit Pilotgasbrennstoff eingerichtet sind; eine Vielzahl radial verlaufender Löcher (860) durch eine Wand (872) der zentralen Patrone (155), stromauf zwischen benachbarten Pilotmischschaufeln (857), und einen Ringraum (825), der sich stromab der Pilotmischschaufeln (857) befindet und dafür eingerichtet ist, der Pilotzone (Z1) ein Pilotgas-Luftgemisch zuzuführen.Jet ( 120 ) according to claim 1, wherein the central gas pilot nozzle ( 150 ) comprises: a generally cylindrical body ( 805 ) with a central cavity and a radially widened screw flange ( 815 ) at an upstream end, wherein the nozzle body ( 805 ) is arranged in a central cavity ( 203 . 270 . 278 ) of the end cover ( 205 ), the back wall ( 240 ) and a central hub ( 285 ) of the flame retainer zone; a plurality of radial air inlets ( 870 ), which are axially on the body ( 805 ) to direct airflow from the rear wall (FIG. 240 ); a central cartridge ( 155 ) in the central cavity ( 203 . 270 . 278 ); an annulus ( 864 ), which is adapted to supply pilot gas fuel from a gas pilot nozzle to the gas pilot ( 150 ) at the downstream end of the central cartridge ( 155 ); a large number of pilot mixing blades ( 857 ), which are designed for the mixing of air with pilot gas fuel; a plurality of radially extending holes ( 860 ) through a wall ( 872 ) of the central cartridge ( 155 ), upstream between adjacent pilot mixing blades ( 857 ), and an annulus ( 825 ) located downstream of the pilot mixing blades ( 857 ) and adapted to supply a pilot gas-air mixture to the pilot zone (Z1). Düse nach Anspruch 7, wobei die Mittelpatrone umfasst: einen Flüssigbrennstoffpiloten (880); eine Luftunterstützungs-Zuführung (873) für den Flüssigbrennstoffpiloten (880) und eine Zündvorrichtung (875).The nozzle of claim 7, wherein the center cartridge comprises: a liquid fuel pilot ( 880 ); an air assist feeder ( 873 ) for the liquid fuel pilot ( 880 ) and an ignition device ( 875 ). Düse (120) nach Anspruch 1, wobei die Hauptflammenzone (Z3) ferner umfasst: eine zylinderförmige Wand (365) des inneren Brennerrohrs, die auf einer Mittelachse (200) der Düse (120) zentriert ist; ein zylinderförmiges äußeres Brennerrohr (175), das auf der Mittelachse (200) der Düse (120) zentriert ist, wobei das äußere Brennerrohr (175) stromab des Hauptradialdrallkörpers (140) axial hervorsteht und einen größeren Durchmesser aufweist als die Wand (365) des inneren Brennerrohrs; einen Sockelabschnitt (180) des äußeren Brennerrohrs (175), der sich an seinem stromauf liegenden Ende radial auswärts erstreckt, eine Umfangsoberfläche und ein Dach über der Vielzahl von Hauptdrallschaufeln (250) bildet und den Brennstoff und die Luft in die ringförmige Mischzone leitet.Jet ( 120 ) according to claim 1, wherein the main flame zone (Z3) further comprises: a cylindrical wall ( 365 ) of the inner burner tube, which on a central axis ( 200. ) of the nozzle ( 120 ) is centered; a cylindrical outer burner tube ( 175 ) located on the central axis ( 200. ) of the nozzle ( 120 ) is centered, wherein the outer burner tube ( 175 ) downstream of the main radial swirl body ( 140 ) protrudes axially and has a larger diameter than the wall ( 365 ) of the inner burner tube; a base section ( 180 ) of the outer burner tube ( 175 ) extending radially outwardly at its upstream end, a peripheral surface and a roof over the plurality of main swirl vanes (US Pat. 250 ) and directs the fuel and air into the annular mixing zone. Dual-Fuel-Ringrohrbrennkammer (100) für ein Gasturbinentriebwerk, umfassend: eine mager vorgemischte Radial-Mehrring-Stufendüse (120) mit einem inneren Brennerrohr (300), einem äußeren Brennerrohr (113) und einem Hauptradialdrallkörper (240) der auf eine Endabdeckung (130) eines Brennkammergehäuses (105) montiert ist; eine Hauptverbrennungszone (Z1), die sich stromab des äußeren Brennerrohrs (113) der Düse befindet; verdichtete Luft aus einem Verdichter; ein Lufteinlassplenum (117), das die Düse (120) radial umschließt und durch eine Gehäusewand (105) der Brennkammer radial begrenzt wird; einen Diffusor (116) für die verdichtete Luft, wobei der Diffusor (116) die verdichtete Luft auf einem umgekehrten Strömungsweg von dem Verdichter erhält und die verdichtete Luft mit einem wiederhergestellten Druck zu dem Einlassplenum (117) auslässt, wobei der Diffusor (116) eine Innenwand umfasst, die mit der Rückseite eines Doms (111) auf der Hauptverbrennungszone zusammenfällt, wodurch eine Kühlung des Doms (111) von der Rückseite durch die den Diffusor (116) passierende verdichtete Luft erreicht wird, und eine auf dem Hauptradialdrallkörper (240) montierte Verkleidung (118), die einen Teil des äußeren Brennerrohrs (113) umhüllt und zur Glättung des Luftstroms von dem Diffusor (116) zum Lufteinlassplenum (117) vorgesehen ist.Dual-fuel annular tube combustion chamber ( 100 ) for a gas turbine engine, comprising: a lean premixed radial multi-ring stage nozzle ( 120 ) with an inner burner tube ( 300 ), an outer burner tube ( 113 ) and a main radial swirl body ( 240 ) on an end cover ( 130 ) of a combustion chamber housing ( 105 ) is mounted; a main combustion zone (Z1) located downstream of the outer burner tube (Z1) 113 ) of the nozzle is located; compressed air from a compressor; an air intake plenum ( 117 ), which is the nozzle ( 120 ) radially encloses and through a housing wall ( 105 ) is limited radially of the combustion chamber; a diffuser ( 116 ) for the compressed air, the diffuser ( 116 ) receives the compressed air on a reverse flow path from the compressor and the compressed air at a restored pressure to the inlet plenum ( 117 ), whereby the diffuser ( 116 ) comprises an inner wall which is connected to the back of a dome ( 111 ) on the main combustion zone, whereby cooling of the dome ( 111 ) from the back through which the diffuser ( 116 ) passing compressed air, and one on the Hauptradialdrallkörper ( 240 ) mounted cladding ( 118 ), which forms part of the outer burner tube ( 113 ) and for smoothing the air flow from the diffuser ( 116 ) to the air intake plenum ( 117 ) is provided.
DE102008037480A 2007-10-29 2008-10-22 Lean premixed dual-fuel annular tube combustion chamber with radial multi-ring stage nozzle Withdrawn DE102008037480A1 (en)

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US11/926,449 US20090111063A1 (en) 2007-10-29 2007-10-29 Lean premixed, radial inflow, multi-annular staged nozzle, can-annular, dual-fuel combustor
US11/926,449 2007-10-29

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