DE102009026881A1 - Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren - Google Patents

Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE102009026881A1
DE102009026881A1 DE102009026881A DE102009026881A DE102009026881A1 DE 102009026881 A1 DE102009026881 A1 DE 102009026881A1 DE 102009026881 A DE102009026881 A DE 102009026881A DE 102009026881 A DE102009026881 A DE 102009026881A DE 102009026881 A1 DE102009026881 A1 DE 102009026881A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fuel
turbine
air
combustion chamber
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009026881A
Other languages
English (en)
Inventor
Horst Jan Dipl.-Ing. Moddemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AIR LNG GmbH
AIR-LNG GmbH
Original Assignee
AIR LNG GmbH
AIR-LNG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AIR LNG GmbH, AIR-LNG GmbH filed Critical AIR LNG GmbH
Priority to DE102009026881A priority Critical patent/DE102009026881A1/de
Priority to EP10722135A priority patent/EP2440852A1/de
Priority to US13/518,439 priority patent/US20130199199A1/en
Priority to PCT/EP2010/058050 priority patent/WO2010142709A1/de
Publication of DE102009026881A1 publication Critical patent/DE102009026881A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22Fuel supply systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/30Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
    • F23R3/32Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices being tubular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Turbine, und zwar insbesondere eine Flugzeugturbine, sowie ein Verfahren für den Betrieb einer solchen Turbine. Eine Flugzeugturbine ist eine Gasturbine, die ein Flugzeug beschleunigt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Flugzeug mit dem Antrieb für eine Turbine. Erfindungsgemäß ist ein Antrieb für eine Turbine mit einem Verdichter für das Verdichten von Luft, mit einer Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffes in die verdichtete Luft und mit einer Brennkammer für das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches versehen. Außerdem weist der Antrieb eine weitere Düse für das Einspritzen eines zweiten Kraftstoffs auf. Die Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs dient dem Start des Antriebs bzw. eines Turbinentriebwerks, umfassend den Antrieb, sowie eine Turbine, die durch das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches mechanische Energie bereitstellt. Der erste Kraftstoff ist daher ein konventioneller Kraftstoff, und zwar insbesondere Kerosin. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Triebwerk jederzeit gestartet werden kann, da dieses insoweit konventionell beschaffen ist oder zumindest beschaffen sein kann. Die zweite Düse dient für das Einspritzen eines neuen Kraftstoffes, bei dem es sich zumindest zunächst um ein Flüssiggas handelt. Als Flüssiggas wird insbesondere ein Gemisch aus Bio LNG mit hohem Brennwert eingesetzt, welches einem Tank entnommen und zur Brennkammer in einem isolierten Druckrohr geleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Turbine und zwar insbesondere eine Flugzeugturbine (auch Triebwerk genannt) sowie ein Verfahren für den Betrieb einer solchen Turbine. Eine Flugzugturbine ist eine Gasturbine, die ein Flugzeug beschleunigt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Flugzeug mit dem Antrieb für eine Turbine.
  • Ein Antrieb für eine Turbine umfasst Mittel für das Ansaugen von Luft. Die angesaugte Luft wird in einem Verdichter des Turbinenantriebs verdichtet. Ein Kraftstoff wird in einer nachgeschalteten Brennkammer zur verdichteten Luft hinzugefügt. Das Gemisch aus Kraftstoff und verdichteter Luft wird in der Brennkammer gezündet und verbrannt. Die Verbrennung bewirkt eine Temperaturerhöhung. Die aufgebaute Energie entspannt sich in der nachfolgenden Turbine. Die Turbine wandelt die thermische Energie in mechanische Energie um, die den Verdichter antreibt. Der verbleibende Gasenergie-Anteil kann ebenfalls über eine Arbeitsturbine in mechanische Energie transformiert werden, oder sie wird über eine Düse entspannt, indem die Masse des heißen Gases beschleunigt wird und damit Schub erzeugt. Die transformierte Energie wird in gewünschter Weise genutzt.
  • Luft wird vor dem Eintritt in einen Verdichter eines Flugzeugtriebwerks bereits aufgrund der Fluggeschwindigkeit verdichtet und so auf eine Stautemperatur von 120 bis 140 Grad Celsius erwärmt. Wird sehr schnell geflogen, so zum Beispiel Mach 6, so kann die Stautemperatur bis auf über 1000 Grad Celsius ansteigen.
  • Ein modernes Turbinen-Triebwerk für ein Flugzeug umfasst mehrere Axial- oder Radialverdichter, die die Luft auf 48 Bar verdichten und dabei entsprechend hoch erhitzen. Mit einer speziellen Sprühdüse wird anschließend Kraftstoff in die verdichtete Luft eingespritzt.
  • Als Kraftstoff wird bei einem Flugzeug derzeit Kerosin eingesetzt. Dieser Kraftstoff ist aber mengenmäßig begrenzt. Es besteht daher Bedarf, ein Flugzeugtriebwerk mit einem anderen Kraftstoff betreiben zu können.
  • Aus den Druckschriften DE 195 24 680 A1 sowie DE 195 24 681 A1 ist der Hinweis zu entnehmen, alternativ Wasserstoff oder Erdgas als Kraftstoff einzusetzen und diese Kraftstoffe in flüssiger, gekühlter Form zu transportieren und zu lagern. In diesen Druckschriften wird allerdings nur beschrieben, wie ein solcher verflüssigter Kraftstoff gelagert werden kann.
  • Aus der Druckschrift EP 0 779 469 A1 ist bekannt, Flüssiggas wie LNG zunächst zu verdampfen und das Gas einem Verbraucher zuzuführen, um so beispielsweise ein Fahrzeug anzutreiben. Die Druckschriften EP 1 112 461 B1 sowie DE 100 33 736 A1 offenbaren, eine Gasturbine mit Erdgas anzutreiben. Die Druckschrift US2006213488A betrifft einen Verbrennungsmotor, der mit LNG betrieben wird. LNG wird vor der Verbrennung verdampft.
  • LNG, auf minus 161 Grad Celsius gekühltes und verflüssigtes Erdgas bzw. verflüssigtes Methan ist zündunwillig, kann grundsätzlich nur mittels technischer Zerstäubung, spezieller Sprüh- und Mischdüsen verbrannt werden und ist daher ein Kraftstoff, der sehr sicher gelagert werden kann. Methangas (Bio-Methan) ist ein relativ schnell nachwachsender Rohstoff und steht daher im Unterschied zu Öl und Erdgas auch längerfristig zur Verfügung.
  • LNG gilt als schwer entflammbar und kann grundsätzlich nur in mechanisch verdüster Form entflammt werden. Verdüstes LNG weist einen Zündpunkt von 650 Grad Celsius auf, der damit wesentlich höher als der Zündpunkt von Dieselkraftstoff (250 Grad Celsius) oder Benzin (235 Grad Celsius) ist.
  • Um beispielsweise einen Dieselmotor so umzurüsten, dass er mit LNG betrieben werden kann, muss daher die Einspritzdüse modifiziert werden. Außerdem muss ein solcher Motor zunächst mit Dieselkraftstoff gestartet werden, um den Motor auf Betriebstemperatur zu bringen. Erst nach Erreichen der Betriebstemperatur liegt eine hinreichend hohe Temperatur vor, um einen konventionellen Dieselmotor mit LNG betreiben zu können.
  • Im Vergleich zu einem Dieselmotor sind bei einem Flugzeugtriebwerk weitergehende Anforderungen zu beachten. Ein Flugzeugtriebwerk muss aus Sicherheitsgründen in jeder operativen Höhe wieder gestartet werden können. Mit einer sich ändernden (Flug-)höhe verändern sich allerdings die Umgebungsbedingungen sehr stark. So können Temperaturen am Boden ohne weiteres 40 Grad Celsius betragen, wohingegen in einer üblichen Flughöhe die Außentemperatur –60 Grad Celsius betragen kann. Die Dichte der Luft verändert sich ebenfalls erheblich.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine mit einem verflüssigten Gas und zwar insbesondere mit einem besonders hoch methanhaltigen Gemisch aus LNG und/oder verflüssigtem Bio Methan (Bio LNG) betreiben zu können.
  • Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Antrieb für eine Turbine die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Verfahren für den Betrieb des Turbinentriebwerks umfasst die Merkmale des Nebenanspruchs.
  • Zur Lösung der Aufgabe ist ein Antrieb für eine Turbine mit einem Verdichter für das Verdichten von Luft, mit einer Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffes in die verdichtete Luft und mit einer Brennkammer für das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches versehen. Außerdem weist der Antrieb eine weitere Düse für das Einspritzen eines zweiten Kraftstoffs auf.
  • Die Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs dient dem Start des Antriebs bzw. eines Turbinentriebwerks umfassend den Antrieb sowie eine Turbine, die durch das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches mechanische Energie bereitstellt. Der erste Kraftstoff ist daher ein konventioneller Kraftstoff und zwar insbesondere Kerosin. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Triebwerk jederzeit gestartet werden kann, da dieses insoweit konventionell beschaffen ist oder zumindest beschaffen sein kann. Die zweite Düse dient für das Einspritzen eines neuen Kraftstoffes, bei dem es sich zumindest zunächst um ein Flüssiggas handelt. Als Flüssiggas wird insbesondere LNG eingesetzt, welches einem Tank entnommen und zur Brennkammer geleitet wird.
  • Ist der Antrieb mit einem konventionellen Kraftstoff wie Kerosin gestartet worden, so kann anschießend anstelle des ersten konventionellen Kraftstoffes für den weiteren Betrieb das Flüssiggas zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei auch, dass mit dem konventionellen Kraftstoff die Betriebstemperatur des Antriebs erreicht werden kann, ehe auf den zweiten Kraftstoff umgestellt wird. Weist der zweite Kraftstoff eine höhere Zündtemperatur im Vergleich zum konventionellen Kraftstoff auf, so ist die Zündung zumindest dann regelmäßig unproblematisch, wenn im Zeitpunkt der Umstellung der Antrieb seine Betriebstemperatur bereits erreicht hat.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Turbinenantrieb mit einem Verdichter für das Verdichten von Luft, mit einer Düse für das Einspritzen eines Kraftstoffes in die verdichtete Luft und mit einer Brennkammer für das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches gelöst, der einen Wärmetauscher für das Erwärmen des Kraftstoffes vor dem Einspritzen des Kraftstoffes in die verdichtete Luft umfasst. Wird ein verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigtes Methan (CH4) als Kraftstoff eingesetzt, so wird dieser Kraftstoff durch den Wärmetauscher erwärmt und insbesondere verdampft, bevor der Kraftstoff in die Brennkammer gelangt. Dies reduziert den technischen Aufwand, der betrieben werden muss, um anschließend das Luft-Kraftstoff-Gemisch zünden zu können.
  • In einer Ausgestaltung befindet sich der Wärmetauscher in einem Raum oder Bereich, in den die verdichtete und so erhitzte Luft eingeleitet wird. Die Temperatur der erhitzten Luft kann ohne weiteres 700°C betragen. Bei dieser Ausführungsform wird die verdichtete Luft abgekühlt, bevor diese mit dem Kraftstoff vermischt wird. Die Temperatur des zündfähigen Luft-Kraftstoff-Gemisches wird so gesenkt. Dadurch kann bei gleicher Verbrennungstemperaturdifferenz die Turbineneintrittstemperatur gesenkt werden, was die Bildung von Stickoxiden (NOX) reduziert. Hohe Verbrennungstemperaturen und Drücke bei modernen Triebwerken erhöhen zwar deren Wirkungsgrad, erhöhen gleichzeitig aber auch drastisch die NOx-Bildung in der Atmosphäre. Stickoxid in großen Höhen in Form des Spurengases Bromnitrat ist als ein Zerstörer der Ozonschicht der Erde bekannt. Die Bildung von Stickoxiden zu reduzieren ist daher von größter Bedeutung für die gesamte Luftfahrt und den Klimaschutz der Erde.
  • In einer Ausgestaltung grenzt der Wärmetauscher an die Brennkammer an, so dass der Kraftstoff durch die in der Brennkammer entstehende Wärme erwärmt wird. Durch diese Kühlung der Brennkammer wird verbessert sichergestellt, dass die Brennkammer nicht derart hohen Temperaturen ausgesetzt wird, dass hierdurch die Brennkammer beschädigt wird.
  • Vorzugsweise ist eine Brennkammer doppelwandig ausgeführt und ein Wärmetauscher befindet sich zwischen den beiden Wänden der Brennkammer. Der Wärmetauscher kann insgesamt wenigstens zwei Rohre aufweisen, in denen Flüssiggas wie LNG verdampft wird und die verdampftes LNG zu einer Düse weiterleiten. Die Rohre können mit regelbaren Durchströmventilen versehen sein, um den Durchfluss von Flüssiggas durch die Rohre steuern zu können. Hierdurch wird die Ausfallsicherheit verbessert. Die Zuleitung oder Zuleitungen für das Flüssiggas zur Düse können zunächst in ein Ringsammelrohr einmünden und von dem Ringsammelrohr zu einer oder mehreren Düsen weiter geleitet werden.
  • Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass verflüssigtes Gas zunächst verdampft wird. Mit Hilfe von Piezodüsen sowie einem sehr hohen Druck gelingt es beispielsweise, LNG so zu verdüsen, dass LNG direkt mit der verdichteten Luft gemischt und gezündet werden kann. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, wenn die Technik einfach sein soll und auf Wärmeaustauscher und dergleichen verzichtet werden soll.
  • Auch in diesem Fall wird es für das Starten des Antriebs regelmäßig erforderlich sein, zunächst einmal den Antrieb auf andere Weise zu starten, um den jederzeitigen Start sicherzustellen. Der Start erfolgt daher bevorzugt mit Hilfe eines zuvor verdampften Gases oder mit Hilfe eines konventionellen Brennstoffs wie Kerosin. Das Gas kann dem Tank entnommen worden sein, der das verflüssigte Gas enthält. In einem solchen Tank entsteht stets immer auch eine Dampfatmosphäre, die für den Start genutzt werden kann.
  • Bei Entstehen eines Überdrucks im Tank muss die Gasatmosphäre abgepumpt werden. Das abgepumpte Gas kann auch für den Betrieb einer Brennstoffzelle verwendet werden, mit der ein zugehöriges Flugzeug ausgestattet ist. Mit einer solchen Brennstoffzelle wird in einer Ausführungsform der Erfindung der elektrische Strom erzeugt und erforderlichenfalls mit Hilfe einer Batterie gespeichert, den das Flugzeug benötigt. Auf diese Weise gelingt es, die Stromerzeugung von dem Betrieb eines Triebwerks abzukoppeln und gleichzeitig so zu nutzen, dass Überdruck in einem LNG-Tank abgebaut wird.
  • Ein sich in einem Tank aufbauender Druck kann rasch den zulässigen Höchstdruck überschreiten. Der zulässige Druck kann relativ gering sein, so zum Beispiel lediglich zwei Bar, um beispielsweise aus Kevlar® bestehende Tanks einsetzen zu können. Solche Kevlar®-Tanks bestehen beispielsweise aus Hohlfasern, damit eine gewünschte Flexibilität gegeben ist und damit eine gewünschte Sicherheit gewährleistet wird. Baut sich in einem solchen Tank ein Überdruck auf, so kann dieser während des Aufenthalts am Boden auch dazu genutzt werden, um mit Hilfe von externen Brennstoffzellen elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser elektrische Strom kann beispielsweise in das Stromnetz eines Flughafens eingespeist werden, wenn ein Flugzeug gelandet ist und aus irgendwelchen Gründen nun dafür Sorge getragen werden muss, dass der Tankinhalt genutzt wird, ohne das Flugzeug enttanken zu müssen.
  • LNG, welches überwiegend aus Methan besteht, hat bei gleichem Energieinhalt wie Kerosin ca. 16 bis 20% weniger Gewicht. Es ergeben sich also Gewichtsvorteile, wenn ein Flugzeug mit LNG betankt und betrieben wird.
  • Bei gleichem Energiegehalt erzeugt LNG ca. 30% weniger CO2 und 80% weniger Stickoxyde als Kerosin. Außerdem fallen keine Aromate an. LNG verhält sich daher umweltfreundlicher.
  • Mit der Erfindung kann ein um 25% verbesserter Äußerer-Flugzeug-Wirkungsgrad im Vergleich zu einem Betrieb mit Kerosin erzielt werden. Mit einem Äußerern-Flugzeug-Wirkungsgrad ist der Transportwirkungsgrad eines Flugzeugs gemeint oder mit anderen Worten der Kraftstoffverbrauch pro Sitzmeile.
  • Durch die Erfindung können ferner Wartungskosten für das Triebwerk gesenkt werden, weil der Kraftstoff LNG schwefelfrei ist und sauberer als Kerosin verbrennt. Insbesondere die kleinen Turbinenkühlbohrungen der Turbinenschaufeln werden daher im Vergleich zur Kerosinverbrennung vermindert durch Verschmutzung verschlossen oder verkleinert, was die Wartungskosten beträchtlich zu reduzieren vermag. Die wärmegedämmten Tanks, die für das Betanken mit LNG benötigt werden, können an die vorhandenen Laderäume in einem Flugzeug angepasst werden, um Flugzeuge mit solchen Tanks nachrüsten zu können. Die Tanks können fest montiert werden oder austauschbar im Flugzeug untergebracht sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung mit Hilfe von Figuren näher erläutert.
  • 1 skizziert einen Schnitt durch einen Abschnitt einer ringförmigen Brennkammer bzw. Antrieb für eine Turbine. Der Antrieb umfasst einen Verdichter 1, in dem angesaugte Luft verdichtet wird. Vom Verdichter 1 gelangt die auf ca. 48 bar verdichtete und auf ca. 700°C aufgeheizte Luft in einen Diffusorbereich 2 hinein, also einen Bereich, der sich räumlich erweitert. Im Diffusorbereich 2 verlangsamt sich die Strömungsgeschwindigkeit der erhitzten, verdichteten Luft. In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich ein Wärmetauscher 3 in diesem Diffusorbereich 2. Der Wärmetauscher 3 wird über ein Kraftstoffzuführungs-Ringrohr 4a mit mehreren Einlässen 4 gespeist. Über einen jeden solchen Einlass 4 wird LNG in den Wärmetauscher 3 eingeleitet und verdampft, was eine Abkühlung der im Diffusorbereich 2 vorhandenen Luft zur Folge hat. Das Kraftstoffzuführungs-Ringrohr 4a wird entweder im Außen- oder im Innenbereich des zugehörigen Triebwerks in Nähe des Außenmantels herumgeführt. Das Rohr des Wärmetauschers 3 weist aus strömungstechnischen Gründen in der aus der 1 ersichtlichen Weise einen ellipsenförmigen Querschnitt auf, damit Luft den Wärmetauscher 3 leicht zu durchströmen vermag. Die lange Seite der Ellipse verläuft also parallel zur Luftströmung.
  • Die gekühlte, verdichtete Luft wird über Wandöffnungen 5 und den Ejektor 5a entlang der Wanddüsen 7 und 14 in die Brennkammer 6 eingeleitet. Der Ejektor saugt die verdichtete Luft bedingt durch die hohen Düsen-Kraftstoffgeschwindigkeit in die Brennkammer, wo sich die Luft mit dem Kraftstoff vermischt. Das im Wärmetauscher 3 verdampfte LNG gelangt zu einer Gaseinspritzdüse 7, mit der das Gas in die Brennkammer 6 eingespritzt wird. Es entsteht so ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer, welches sich über eine nachfolgende, nicht gezeigte Turbine entlang des Pfeils 8 entspannt.
  • Der Antrieb umfasst außerdem einen Einlass 9 für Kerosin, über den Kerosin in ein Ringrohr 10 gelangt. Das Ringrohr 10 umringt die Gasdüse 7 als ein Funktionsbestandteil des Brennkammer-Ejektors. Der Antrieb umfasst eine Vielzahl solcher Düsen 7, die entsprechend der Ringform der Brennkammer 6 ringförmig verteilt angeordnet sind. Vom Ringrohr 10 aus wird Kerosin über mehrere Leitungen 12 in den Innenraum 13 des Mischdüsenbrenners 11 hinein gepumpt. Das Kerosin tritt über die Düse 14 in die Brennkammer 6 ein und wird dadurch verdüst. Es entsteht so ein anderes zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches sicherstellt, dass der Antrieb in jeder Situation, also auch in großen Höhen bei sehr tiefen Temperaturen von zum Beispiel –50°C gestartet werden kann.
  • Bei der in der 1 gezeigten Ausführungsform wird LNG mit ca. 200 Bar in die Diffusorkammer durch den Wärmetauscher hindurch in die Diffusorkammer eingespeist. Der Luftdruck in der Diffusorkammer beträgt ca. 48 Bar. Mit einem Druck von ca. 200 Bar wird verdampftes LNG durch die Düse 7 hindurch gepresst und so zerstäubt. Luft gelangt über den Ejektor und die Öffnungen 5 in der Wand der Brennkammer 6 in den Brennraum mit einem Druck von ca. 48 Bar. Die Düse 7 trägt dafür Sorge, dass durch den Ejektor und aus den Öffnungen 5 austretende Luft mitgerissen wird, so dass ein optimiertes Gemisch von Luft und Brennstoff im Bereich der Düse erzeugt wird. Luft wird so mit dem Brenn- bzw. Kraftstoff optimal verwirbelt.
  • Zwischen Wänden der Brennkammer einerseits und dem Mischdüsenbrenner 11, dem Ringrohr 10 für die Zuführung von Kerosin und den Düsen 14 für Kerosin besteht bevorzugt keine Schweiß-, Niet oder Schraubverbindung. Statt dessen gibt es dann lediglich Klemmverbindungen zwischen Ejektor-Einlaufblech und einem Kerosinzuführungsringrohr 10. In diesem Sinne ist ein jeder Mischdüsenbrenner 11 über das jeweilige Ejektor Ringrohr 10 hängend an mindestens drei Kerosin durchströmten Stegen 10a elastisch gelagert befestigt. Stabilitätsprobleme aufgrund von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen werden so vermieden.
  • 2 zeigt eine Abwandlung der in 1 gezeigten Ausführungsform mit einem Wärmetauscher 3a im äußeren Wandbereich der ringförmigen Brennkammer 6, die zugleich das Außengehäuse des Triebwerks bildet. Verflüssigtes Gas wird im Austrittsbereich der Brennkammer über einen Einlass 4 in den Wärmetauscher 3a eingeleitet. Der Wärmetauscher besteht aus mindestens zwei ineinander gewickelten Rohren, die spiralförmig in Richtung Eintrittsbereich der Brennkammer 6 verlaufen. Zwei Rohre werden in dieser Ausführungsform aus Sicherheitsgründen vorgesehen, um das verdampfte LNG über diesen kürzeren Weg schneller zu verteilen. Wird auf diese beiden Vorteile verzichtet, so genügt nur ein Rohr. In der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst der Einlass 4 ein Ringrohr im Außenbereich des Triebwerks, in das eine Zuführleitung hineinführt und von dem zwei Abführrohe zu den beiden Wärmetauscherrohren führen. Die Rohre können spiralförmig aufgewickelt und in die äußere Hülle der Brennkammer hineingebracht worden sein, um so den Wärmetauscher 3a zu installieren. Vom Wärmetauscher 3a aus wird das verflüssigte Gas über eine Leitung 3b in den Wärmetauscher 3 eingeleitet und gelangt schließlich in verdampfter Form zur Gasdüse 7. Durch die Gasdüse 7 wird das verdampfte Flüssiggas eingespritzt, mit der komprimierten bzw. verdichteten Luft vermischt und kontinuierlich verbrannt. Die Brennkammer wird bei dieser Ausführungsform von den Wärmetauscherrohren gekühlt. Die Wände der Brennkammer werden so vor zu hohen Temperaturen geschützt. Indem flüssiges Gas wie LNG entgegengesetzt zur Strömung in der Brennkammer 6 eingeleitet wird, wird der besonders gefährdete Austrittsbereich aus der Brennkammer besonders gut gekühlt. Im Austrittsbereich verbrennen nämlich noch restliche Kohlenwasserstoffe, die hier für eine besonders große Hitzeentwicklung sorgen.
  • 2 verdeutlicht, dass der Querschnitt des Rohres des Wärmetauschers 3 auch kreisrund sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann der Wärmetauscher 3 aber auch entfallen, so dass dann Luft vom Wärmetauscher 3a direkt in die Gasdüse 7 eingeleitet wird.
  • Da starke thermische Schwankungen auftreten, wird das spiralförmig verlaufende Rohr 3a vorteilhaft durch einen spiralförmig verlaufenden Abstandshalter 16 räumlich getrennt, um so thermische Spannungen zu vermeiden. Dieser Abstandshalter drückt mit seiner Spitze 16a benachbarte Rohrleitungen auseinander. Der Abstandshalter kann ebenfalls spiralförmig aufgewickelt in die äußere Hülle der Brennkammer hineingebracht worden sein, um so montiert zu werden. Benachbarte Rohrleitungen werden durch den Abstandshalter 16 verspannt. Dadurch wird vermieden, dass die Rohrleitungen des Rohres 3a schwingen können. Außerdem wird ein Abstand zwischen den Rohrleitungen eingestellt. Es handelt sich bei dem Abstandshalter 16 beispielsweise um ein spiralförmig verlaufendes gewinkeltes Band.
  • Es gibt darüber hinaus an beiden Enden des spiralförmig verlaufenden Abstandhalters nicht gezeigte Stoppelemente. Zum einen wird ein solches Stoppelement im Austrittsbereich aus der Kammer angeordnet. Zum anderen kann beispielsweise ein Rohrabschnitt des Wärmetauschers im Eintrittsbereich als Stoppelement wirken, um den Abstandshalter 16 zu fixieren.
  • 3 zeigt vergrößert die Düse 7, aus der verdampftes Gas austritt und von hier aus in das äußere Gehäuse 17 des Mischdüsenbrenners 11 gelangt. Auf der Austrittsseite des Mischdüsenbrenners tritt das verdüste Gas-Luftgemisch über Lochbleche 18 kontrolliert aus, wird hier mit weiterer außen zugeführter Brennkammerluft vermischt und gezündet. Kerosin gelangt über die Zuleitungen 12 in den abgeschirmten Bereich 13 hinein, tritt aus der Düsenöffnung 14 einer Einspritzdüse aus, wird anschließend mit verdichteter Luft, die über die äußere Seite des blütenförmigen Mischdüsenbrenners an die Einspritzdüse herangeführt wird, mit versprühtem Kerosin bestmöglich vermischt und in der Brennkammer gezündet.
  • 4 zeigt eine detailliertere, dreidimensionale Darstellung des Austrittsbereiches des Mischdüsenbrenners 11. Der Mischdüsenbrenner 11 verfügt hier beispielsweise über neun Austrittsöffnungen in Form von Lochblenden 18, aus denen das Flüssiggas in Gasform austritt. Diese Austrittöffnungen sind um eine Austrittsöffnung bzw. Düse 14, aus der der verdüste konventionelle Brennstoff bzw. Kraftstoff (Kerosin) austritt, herum gruppiert. In der 4 wird mit Hilfe des Pfeils angedeutet, in welche Richtung der jeweilige, verdüste Brennstoff austritt. Die Wandung 20 wird im Innenbereich vom LNG-Luftgemisch (Mischdüsenbrenner) und im äußeren Bereich von injizierter Luft blütenförmig zur zweiten Düse, der Kerosindüse, geführt. Somit sind zwei Austrittsöffnungen durch eine Wandung 20 voneinander getrennt, die von der Düsenöffnung 14 nach außen hin, nach unten bzw. in Richtung Eintritt in die Brennkammer abfällt. Über diese Wandungen 20 wird die verdichtete Luft unterstützt durch den Koandereffekt zu den Austrittsöffnungen für den Kraftstoff geführt. Die Austrittsöffnungen werden jeweils mit einem Lochblech 18 abgedeckt, um viele kleine kontrollierte Einzelgasflammen in der Brennkammer zu erzeugen.
  • 5a zeigt eine Ausführungsform eines Wärmetauschers 3a für einen Wärmetausch mit thermischer Energie, die in der Brennkammer auftritt. Bei dieser Ausführungsform wird auf eine innenbeschichteten Triebwerks-Außenwand im Brennkammerbereich ein mit Stegen 21 versehenes Blech aufgebracht, das die Innenwand 15 darstellt. Die in 5b vergrößert dargestellte Innenbeschichtung 22 der Außenwand dient der dichten Verbindung zwischen den Enden 23 der Stege 21. Die Enden 23 sind geriffelt, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten. Die Innenwand 15 weist innen eine gewellte Oberfläche 24 auf, um den Wärmeaustausch zu verbessern.
  • Soll eine Brennkammer mit einem Wärmetauscher 3a nachgerüstet werden, so besteht die vereinfachte Möglichkeit, ein Rohr spiralförmig um die Außenwand des Triebwerks im Brennkammerbereich herum aufzuwickeln und die Außenwärme der Brennkammer zur Verdampfung des Flüssiggases zu nutzen. Damit entfallen die Vorteile des Wandschutzes etc.
  • Die beschriebenen Erfindungen sind schalltechnisch günstig, da die Doppelwandung des Wärmetauschers den Verbrennungsschall dämpfen. Die besondere Ausgestaltung des Mischdüsenbrenners mit den mehreren Austrittsöffnungen 19, die um eine Austrittsöffnung 14 herum gruppiert sind, ermöglicht es, dass zwei unterschiedliche Kraftstoffe gleichzeitig oder nacheinander mit der verdichteten Luft vermischt und verbrannt werden können, wobei der Grad der Vermischung eine energieseitig abgestufte Verbrennung erlaubt. Die besondere Konstruktion des hängend elastisch gelagerten Mischdüsenbrenners 11, der eine Einheit bildet mit mindestens drei hohlen Kerosin durchströmten Verbindungsstegen 12, die wiederum eine Einheit bilden gemeinsam mit dem Kerosin Zuführungsringrohr 12 und der Kerosindüse 14, ermöglichen die hintereinander gestaffelte Dual-use-Fuel Technologie. Als ein Kraftstoff wird insbesondere LNG (Liquefied Natural Gas) oder Bio LNG (tiefgekühltes Methangas –161°C), ein erneuerbares Gas, das in großen Mengen auf der Erde zur Verfügung steht und nur geordnet eingesammelt werden muss, eingesetzt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19524680 A1 [0006]
    • - DE 19524681 A1 [0006]
    • - EP 0779469 A1 [0007]
    • - EP 1112461 B1 [0007]
    • - DE 10033736 A1 [0007]
    • - US 2006213488 A [0007]

Claims (12)

  1. Turbinenantrieb mit einem Verdichter (1) für das Verdichten von Luft, mit einer Düse (14) für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffes in die verdichtete Luft, mit einer Brennkammer (6) für das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine weitere Düse (7) für das Einspritzen eines zweiten Kraftstoffs umfasst.
  2. Turbinenantrieb insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Verdichter (1) für das Verdichten von Luft, mit einer Düse für das Einspritzen eines Kraftstoffes in die verdichtete Luft, mit einer Brennkammer für das Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (3, 3a) für das Erwärmen des Kraftstoffes vor dem Einspritzen des Kraftstoffes in die verdichtete Luft.
  3. Turbinenantrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen Raum oder Bereich (2) für die Einleitung von verdichteter Luft mit einem darin befindlichen Wärmetauscher (3) für das Erwärmen eines Kraftstoffes vor dem Einspritzen des Kraftstoffes in die verdichtete Luft.
  4. Turbinenantrieb nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher an die Brennkammer für den Austausch von Wärme angrenzt.
  5. Turbinenantrieb nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Mischdüsenbrenner (11) mit mehreren Austrittsöffnungen (18) für den Austritt eines zweiten Kraftstoffes, die um eine Austrittsöffnung (14) für einen ersten Kraftstoff herum gruppiert sind.
  6. Turbinenantrieb nach dem vorhergehenden Anspruch mit Wandungen (20), die zwei benachbarte Öffnungen (18) für den Austritt eines zweiten Kraftstoffes voneinander trennen und die von der Austrittsöffnung (14) für den ersten Kraftstoff nach außen hin in Richtung Eintritt in die Brennkammer (6) verlaufen.
  7. Turbinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Mischdüsenbrenner (11), der elastisch gelagert mit der Brennkammer (6) verbunden ist.
  8. Turbinenantrieb nach dem vorhergehenden Anspruch mit drei Zuleitungen (12), die einerseits mit einer Austrittsöffnung (14) für den ersten Kraftstoff und andererseits mit einem Ringrohr (10) verbunden ist.
  9. Turbinenantrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Austrittsöffnung für den ersten Kraftstoff eine Kerosindüse ist.
  10. Flugzeug mit einem Turbinenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Tank für flüssiges Gas sowie einer Brennstoffzelle für das Erzeugen von Strom aus dem Gas, welches sich in dem Tank bildet.
  11. Verfahren für den Turbinenantrieb nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei dem der Antrieb für eine Turbine mit einem ersten Kraftstoff begonnen wird und anschließend anstelle des ersten Kraftstoffs ein zweiter Kraftstoff dem Antrieb zugeführt wird, wobei die Zündtemperatur des zweiten Kraftstoffs vorzugsweise die Zündtemperatur des ersten Kraftstoffs übersteigt.
  12. Verfahren für den Turbinenantrieb nach einem der vorgehenden gegenständlichen Ansprüche, bei dem verflüssigtes Gas, insbesondere LNG durch einen Wärmetauscher geleitet wird, dadurch verdampft wird, das so erhaltene Gas mit verdichteter Luft gemischt wird und dieses Gas-Luft-Gemisch gezündet wird.
DE102009026881A 2009-06-10 2009-06-10 Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren Withdrawn DE102009026881A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009026881A DE102009026881A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren
EP10722135A EP2440852A1 (de) 2009-06-10 2010-06-09 Antrieb für eine turbine nebst antriebsverfahren
US13/518,439 US20130199199A1 (en) 2009-06-10 2010-06-09 Drive for a turbine and drive method
PCT/EP2010/058050 WO2010142709A1 (de) 2009-06-10 2010-06-09 Antrieb für eine turbine nebst antriebsverfahren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009026881A DE102009026881A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009026881A1 true DE102009026881A1 (de) 2010-12-16

Family

ID=42556829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009026881A Withdrawn DE102009026881A1 (de) 2009-06-10 2009-06-10 Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130199199A1 (de)
EP (1) EP2440852A1 (de)
DE (1) DE102009026881A1 (de)
WO (1) WO2010142709A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109948A1 (de) * 2011-08-10 2013-02-14 h s beratung GmbH & Co. KG Gasturbine

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012045029A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 General Electric Company Dual fuel aircraft engine control system and method for operating same
CA2812250A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 General Electric Company Dual fuel aircraft system and method for operating same
US8943827B2 (en) * 2011-05-31 2015-02-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Fuel air heat exchanger
EP2938917A1 (de) * 2012-12-28 2015-11-04 General Electric Company Verfahren zur verwaltung einer flüssigerdgas-verdampfung und anordnung zur verwaltung einer flüssigerdgas-verdampfung
US10458655B2 (en) * 2015-06-30 2019-10-29 General Electric Company Fuel nozzle assembly
US11118784B2 (en) 2016-01-28 2021-09-14 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Heat exchanger integrated with fuel nozzle
CN108386274B (zh) * 2018-04-04 2024-01-26 朱志胤 一种静地冲压燃气轮机及其使用方法和用途

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524681A1 (de) 1995-07-06 1997-01-09 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
DE19524680A1 (de) 1995-07-06 1997-01-09 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
EP0779469A1 (de) 1995-12-14 1997-06-18 Messer Griesheim Gmbh Einrichtung zum Versorgen eines Verbrauchers mit Kryokraftstoff aus einem Kryotank
DE10033736A1 (de) 2000-07-12 2002-01-24 Lennart Preu Klein-Gasturbine zum Antrieb eines Generators in einem Kraftfahrzeug-Hybridantrieb
EP1112461B1 (de) 1998-09-10 2004-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines brenners und brenneranordnung
US20060213488A1 (en) 2003-09-23 2006-09-28 Post Adrian J A high pressure gaseous fuel supply system for an internal combustion engine and a method of sealing connections between components to prevent leakage of a high pressure gaseous fuel

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB675092A (en) * 1949-01-25 1952-07-02 Rolls Royce Improvements relating to combustion systems of gas-turbine engines
US3101593A (en) * 1955-05-31 1963-08-27 Phillips Petroleum Co Method and apparatus for providing improved combustion in jet engines
US2955420A (en) * 1955-09-12 1960-10-11 Phillips Petroleum Co Jet engine operation
FR1436390A (fr) * 1964-06-06 1966-04-22 Bristol Siddeley Engines Ltd Dispositif de combustion alimenté en combustible fluide, pour aéronefs
US6880341B2 (en) * 2002-12-18 2005-04-19 Pratt & Whitney Canada Corp. Low cost combustor floating collar with improved sealing and damping
US7017329B2 (en) * 2003-10-10 2006-03-28 United Technologies Corporation Method and apparatus for mixing substances
CA2457609A1 (en) * 2004-02-13 2005-08-13 Alberta Research Council Inc. Heating solid oxide fuel cell stack
GB2443429A (en) * 2005-09-24 2008-05-07 Siemens Ind Turbomachinery Ltd Fuel Vaporisation Within a Burner Associated With a Combustion Chamber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19524681A1 (de) 1995-07-06 1997-01-09 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
DE19524680A1 (de) 1995-07-06 1997-01-09 Linde Ag Speicherbehälter für kryogene Medien
EP0779469A1 (de) 1995-12-14 1997-06-18 Messer Griesheim Gmbh Einrichtung zum Versorgen eines Verbrauchers mit Kryokraftstoff aus einem Kryotank
EP1112461B1 (de) 1998-09-10 2004-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines brenners und brenneranordnung
DE10033736A1 (de) 2000-07-12 2002-01-24 Lennart Preu Klein-Gasturbine zum Antrieb eines Generators in einem Kraftfahrzeug-Hybridantrieb
US20060213488A1 (en) 2003-09-23 2006-09-28 Post Adrian J A high pressure gaseous fuel supply system for an internal combustion engine and a method of sealing connections between components to prevent leakage of a high pressure gaseous fuel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109948A1 (de) * 2011-08-10 2013-02-14 h s beratung GmbH & Co. KG Gasturbine

Also Published As

Publication number Publication date
EP2440852A1 (de) 2012-04-18
US20130199199A1 (en) 2013-08-08
WO2010142709A1 (de) 2010-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009026881A1 (de) Antrieb für eine Turbine nebst Antriebsverfahren
DE19903770B4 (de) Vergasungsbrenner für einen Gasturbinenmotor
EP2326815B1 (de) Verbrennungsturbine mit diskontinuierlicher verbrennung
DE2103008C3 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Brennstoffes
EP3377815B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur einstellung der zündeigenschaft eines brennstoffs, insbesondere zur senkung des schadstoffausstosses von verbrennungseinrichtungen
DE112009001834T5 (de) System und Verfahren zum Betreiben eines Energieerzeugungssystems mit einem alternativen Arbeitsfluid
EP1990578A1 (de) Gasturbine mit Wassereinspritzung
DE1476785A1 (de) Verfahren und Einrichtung zur flammenlosen Verbrennung
DE102018113824A1 (de) System und Verfahren zur Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs in einer Gasturbinenbrennkammer
DE112019000871T5 (de) Brennkammer und damit ausgestattete gasturbine
WO2019179950A1 (de) Schiffsantriebssystem und umrüstungsverfahren für ein schiffsantriebssystem
DE69433910T2 (de) Dampferzeuger und dampfturbinenanlage die einen gasförmigen treibstoff, insbesondere wasserstoff, verwendet
DE112013003321T5 (de) Gasturbinenmotor (Turbomotor)
DE102010052268B4 (de) Pulsstrahl-Dampferzeuger
EP2644999A1 (de) Gasturbinenanlage mit Fluidic-Injektor
DE102010010265A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Raketentriebwerks und Raketentriebwerk
DE102005039024A1 (de) Dampfturbine mit geschlossenem Fluidkreislauf und Porenbrenner
DE202017004842U1 (de) System zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
DE2439873A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen wasserstoffreichen gases
DE102017106758A1 (de) Schubkammervorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Schubkammervorrichtung
DE854289C (de) Brennkammer fuer Gasturbinen
DE10033736A1 (de) Klein-Gasturbine zum Antrieb eines Generators in einem Kraftfahrzeug-Hybridantrieb
DE768004C (de) Strahlantrieb mit Zufuehrung und Verbrennung von zusaetzlichem Kraftstoff
DE102016122092A1 (de) Gemischbildungssystem zur simultanen Gas- und Wassereinspritzung in den Brennraum einer Brennkraftmaschine und zugehöriges Verfahren sowie ein Mischkammer-Konzept innerhalb des Gemischbildungssystems
DE10302041B4 (de) Injektor-Zentrifugen-Turbinen-Triebwerk und Injektor-Zentrifugen-Luftstrahl-Triebwerk

Legal Events

Date Code Title Description
R084 Declaration of willingness to licence

Effective date: 20110521

Effective date: 20110608

Effective date: 20110620

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee