DE102011051366A1

DE102011051366A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Mischen von Brennstoff in einer Gasturbinendüse

Info

Publication number: DE102011051366A1
Application number: DE102011051366A
Authority: DE
Inventors: Thomas Edward Johnson; Jonathan D. Berry; Willy Steve Ziminsky
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: DE102011051366B4; CH703765A2; CN102401397B; JP2012057930A; CH703765B1; US8800289B2; CN102401397A; JP5860621B2; US20120055167A1

Abstract

Eine Düse (12) enthält eine Brennstoffkammer (44) und eine Luftkammer (48) stromabwärts von der Brennstoffkammer (44). Ein primärer Brennstoffkanal (32) enthält einen Einlass (54) in Strömungsverbindung mit der Brennstoffkammer (44) und eine primäre Luftöffnung (56) in Strömungsverbindung mit der Luftkammer (48). Sekundäre Brennstoffkanäle (34) radial außen von dem primären Brennstoffkanal (32) enthalten eine sekundäre Brennstofföffnung (62) in Strömungsverbindung mit der Brennstoffkammer (44). Ein Mantel (30) umgibt die sekundären Brennstoffkanäle (34) am Umfang. Ein Verfahren zum Vermischen von Brennstoff und Luft in einer Düse (12) vor einer Verbrennung enthält ein Strömenlassen von Brennstoff zu einer Brennstoffkammer (44) und Strömenlassen von Luft zu einer Luftkammer (48) stromabwärts von der Brennstoffkammer (44). Das Verfahren enthält ferner ein Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer (44) durch einen primären Brennstoffkanal, Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer (44) durch sekundäre Brennstoffkanäle und Injizieren von Luft aus der Luftkammer (48) durch den primären Brennstoffkanal.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zuführung von Brennstoff zu einer Gasturbine. Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung eine Düse, die verwendet werden kann, um Brennstoff einer Brennkammer in einer Gasturbine zuzuführen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Gasturbinen sind in Industrie- und Energieerzeugungsbetriebsanwendungen weit verbreitet. Eine typische Gasturbine enthält einen Axialverdichter vorne, eine oder mehrere Brennkammern in etwa in der Mitte und eine Turbine hinten. Umgebungsluft tritt in den Verdichter ein, und rotierende Laufschaufeln sowie stationäre Leitschaufeln in dem Verdichter verleihen dem Arbeitsfluid (der Luft) zunehmend kinetische Energie, um ein komprimiertes Arbeitsfluid in einem energiereichen Zustand zu schaffen. Das komprimierte Arbeitsfluid verlässt den Verdichter und strömt durch Düsen in den Brennkammern hindurch, wo es sich mit einem Brennstoff vermischt und entzündet, um Verbrennungsgase mit hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase expandieren in der Turbine, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann die Expansion der Verbrennungsgase in der Turbine eine Welle drehen, die mit einem Generator verbunden ist, um Strom zu erzeugen.
Es ist weit bekannt, dass der thermodynamische Wirkungsgrad einer Gasturbine steigt, wenn die Betriebstemperatur, nämlich die Verbrennungsgastemperatur, steigt. Falls jedoch der Brennstoff und die Luft vor der Verbrennung nicht gleichmäßig miteinander vermischt werden, können örtlich begrenzte heiße Stellen in der Brennkammer in der Nähe der Düsenausgänge vorliegen. Die örtlich begrenzten heißen Stellen erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Flammenrückschlag und Flammenhalten auftritt, was die Düsen beschädigen kann. Obwohl ein Flammenrückschlag und ein Flammenhalten bei jedem beliebigen Brennstoff auftreten können, treten diese eher bei hochreaktiven Brennstoffen, wie beispielsweise Wasserstoff, auf, die eine höhere Reaktivität und einen weiteren Entflammbarkeitsbereich aufweisen. Die örtlich begrenzten heißen Stellen können auch die Erzeugung von Stickoxiden, Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen steigern, die alle unterwünschte Abgasemissionen darstellen.
Es existieren vielfältige Techniken, um unter Minimierung örtlich begrenzter heißer Stellen und unerwünschter Emissionen höhere Betriebstemperaturen zuzulassen. Zum Beispiel sind verschiedene Düsen entwickelt worden, um einen Brennstoff höherer Reaktivität vor der Verbrennung mit dem Arbeitsfluid gleichmäßiger zu vermischen. Häufig enthalten jedoch die Düsen für Brennstoffe höherer Reaktivität mehrere Mischrohre, die einen größeren Differenzdruck an den Düsen zur Folge haben. Außerdem enthalten die Düsen für Brennstoffe höherer Reaktivität häufig keine Mischrohre in dem Mittelabschnitt der Düsen. Das Fehlen von Rohren in dem Mittelabschnitt steigert die Notwendigkeit eines höheren Differenzdrucks, um dem benötigten Massendurchsatz zu genügen. Demzufolge würden weitere Verbesserungen der Düsenkonstruktionen, die zunehmend höhere Verbrennungstemperaturen und höher reaktive Brennstoffe unterstützen können, nützlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung offensichtlich sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Düse, die eine Brennstoffkammer und eine Luftkammer stromabwärts von der Brennstoffkammer enthält. Wenigstens ein primärer Brennstoffkanal enthält einen Einlass in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer und eine primäre Luftöffnung in Fluidverbindung mit der Luftkammer. Mehrere sekundäre Brennstoffkanäle radial außen von dem wenigstens einen primären Brennstoffkanal enthalten eine sekundäre Brennstofföffnung in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer. Ein Mantel umgibt die mehreren sekundären Brennstoffkanäle am Umfang.
Eine weitere Ausführungsform ist eine Düse, die einen Mantel, der die Düse längs des Umfangs umgibt, und mehrere Barrieren im Innenraum des Mantels enthält, die sich radial über die Düse erstrecken und eine Brennstoffkammer und eine Luftkammer definieren. Die Luftkammer befindet sich stromabwärts von der Brennstoffkammer. Wenigstens ein primärer Brennstoffkanal enthält einen Einlass in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer und eine primäre Luftöffnung in Fluidverbindung mit der Luftkammer. Mehrere sekundäre Brennstoffkanäle radial außen von dem wenigstens einen primären Brennstoffkanal enthalten eine sekundäre Brennstofföffnung in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer.
Die vorliegende Erfindung enthält ferner ein Verfahren zum Vermischen von Brennstoff und Luft in einer Düse vor einer Verbrennung. Das Verfahren enthält ein Strömenlassen von Brennstoff zu einer Brennstoffkammer und Strömenlassen von Luft zu einer Luftkammer stromabwärts von der Brennstoffkammer. Das Verfahren enthält ferner ein Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer durch wenigstens einen primären Brennstoffdurchlass, wobei der wenigstens eine primäre Brennstoffdurchlass mit einer axialen Mittellinie der Düse in einer Linie ausgerichtet ist. Das Verfahren enthält auch ein Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer durch sekundäre Brennstoffdurchlässe, wobei die sekundären Brennstoffdurchlässe radial außen von den primären Brennstoffdurchlässen angeordnet sind, und Injizieren von Luft aus der Luftkammer durch den wenigstens einen primären Brennstoffdurchlass.
Fachleute auf dem Gebiet werden bei einer Durchsicht der Beschreibung die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und anderer besser erkennen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine umfassende und eine Umsetzung ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, für einen Fachmann auf dem Gebiet ist insbesondere in der restlichen Beschreibung gegeben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen zeigen:
1 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Düse gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 1 veranschaulichten Brennkammer;
6 eine ebene Ansicht einer Düse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 eine ebene Ansicht einer oberen Brennkammerkappe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
8 eine ebene Ansicht einer oberen Brennkammerkappe gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf die vorliegenden Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung nutzt Bezeichnungen mit Zahlen und Buchstaben, um auf Merkmale in den Zeichnungen zu verweisen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen.
Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang oder deren Rahmen abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen, umfassen soll.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen eine Düse, die mehrere Brennstoffkanäle aufweist, die Brennstoff und Luft vor einer Verbrennung miteinander vermischen. Allgemein strömt der Brennstoff in eine Brennstoffplenumkammer in der Düse hinein. Die Luft, die im Allgemeinen ein komprimiertes Arbeitsfluid von einem Verdichter aufweist, strömt in eine separate Luftplenumkammer stromabwärts von der Brennstoffkammer hinein. Brennstoff aus der Brennstoffkammer strömt anschließend in einen oder mehrere primäre Brennstoffkanäle, die mit einer axialen Mittellinie der Düse in einer Linier ausgerichtet sind, und mehrere sekundäre Brennstoffkanäle, die radial außen von den primären Brennstoffkanälen angeordnet sind, oder wird anschließend darin injiziert. Luft aus der Luftkammer strömt in die primären Brennstoffkanäle hinein oder wird in die primären Brennstoffkanäle injiziert, damit sie sich mit dem darin befindlichen Brennstoff vermischt, bevor sie die Düse verlässt. Luft, die außerhalb der Düse und außerhalb der Luftkammer strömt, strömt in die sekundären Brennstoffkanäle ein, damit sie sich vor dem Verlassen der Düse mit dem darin befindlichen Brennstoff vermischt. Auf diese Weise ergeben die primären und sekundären Brennstoffkanäle ein gleichmäßigeres Gemisch aus Brennstoff und Luft in Radialrichtung über die gesamte stromabwärtige Stirnfläche der Düse.
1 zeigt eine vereinfachte Querschnittansicht einer Brennkammer 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht, enthält die Brennkammer 10 allgemein eine oder mehrere Düsen 12, die in einer oberen Kappe 14 radial angeordnet sind. Ein Gehäuse 16 kann die Brennkammer 10 umgeben, um die Luft oder das komprimierte Arbeitsfluid, das aus dem (nicht veranschaulichten) Verdichter austritt, aufzunehmen. Eine Endkappe 18 und eine Auskleidung 20 können einen Brennraum 22 stromabwärts von den Düsen 12 definieren. Eine Strömungshülse 24 mit Strömungslöchern 26 kann die Auskleidung 20 umgeben, um einen ringförmigen Durchgang 28 zwischen der Strömungshülse 24 und der Auskleidung 20 zu definieren.
Wie in 2 veranschaulicht, enthält die Düse 12 allgemein einen Mantel 30, primäre oder innere Brennstoffkanäle 32 und sekundäre oder äußere Brennstoffkanäle 34. Der Mantel 30 umgibt die primären und sekundären Brennstoffkanäle 32, 34 am Umfang und kann eine oder mehrere Trennplatten oder Barrieren enthalten, die diskrete Kammern oder Bereiche im Innern der Düse 12 definieren. Zum Beispiel können sich, wie in 2 veranschaulicht, eine obere, eine mittlere und eine untere Barriere 36, 38, 40 im Innenraum des Mantels 30 radial über die Weite oder den Durchmesser der Düse 12 hinweg erstrecken. Auf diese Weise kann Brennstoff zum Beispiel durch eine Brennstoffleitung 42 in die Düse 12 eintreten und in eine Brennstoffplenumkammer 44 einströmen, die durch die obere und die mittlere Barriere 36, 38 definiert ist. In ähnlicher Weise kann Luft oder komprimiertes Arbeitsfluid aus dem Verdichter durch eine oder mehrere Luftöffnungen 46 in dem Mantel 30 in eine Luftplenumkammer 48 einströmen, die durch die mittlere und die untere Barriere 38, 40 definiert ist.
Die primären Brennstoffkanäle 32 weisen allgemein ein Rohr oder einen Durchlass 52, einen Einlass 54 und eine primäre Luftöffnung 56 auf. Das Rohr oder der Durchlass 52 kann rund, oval, quadratisch, dreieckig oder von einer beliebigen bekannten geometrischen Gestalt sein. Der Einlass 54 steht in Fluidströmungsverbindung mit der Brennstoffkammer 44 und kann einfach eine Öffnung in dem stromaufwärtigen Ende des Rohrs oder Durchlasses 52 aufweisen. Alternativ kann der Einlass 54 eine Durchgangsöffnung durch die mittlere Barriere 38 aufweisen. Z. B. kann, wie in den 2 und 3 veranschaulicht, die mittlere Barriere 38 mit der Oberseite der primären Brennstoffdurchlässe 32 zusammenfallen, so dass die Durchgangsöffnung durch die mittlere Barriere 38 als der Einlass 54 zu den primären Brennstoffkanälen 32 dient. Alternativ kann, wie in 4 veranschaulicht, die mittlere Barriere 38 höher als die Oberseite der primären Brennstoffdurchlässe 32 angeordnet sein. In jedem Fall kann der Einlass 54 einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen, so dass auf diese Weise ein Venturi-Effekt erzeugt wird, um die Brennstoffströmung durch die primären Brennstoffkanäle zu beschleunigen. Die primäre Luftöffnung 56 steht in ähnlicher Weise mit der Luftkammer 48 in Fluidströmungsverbindung. Luft oder komprimiertes Arbeitsfluid aus dem Verdichter kann somit durch die Luftöffnungen 46 in dem Mantel 30 hindurch in die Luftkammer 48 einströmen. Die Luft kann anschließend aus der Luftkammer 48 durch die primäre Luftöffnung 56 in die primären Brennstoffkanäle 32 strömen oder injiziert werden.
Die primären oder inneren Brennstoffkanäle 32 sind im Wesentlichen mit einer Mittellinie 50 der Düse 12 axial ausgerichtet oder zusammenfallend angeordnet und können einen einzigen Brennstoffkanal oder mehrere Brennstoffkanäle aufweisen, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Wie in den 2, 3 und 4 veranschaulicht, erstrecken sich alle primären Brennstoffkanäle im Wesentlichen parallel zueinander von der Brennstoffkammer 44 durch die Luftkammer 48 hindurch zu dem stromabwärtigen Ausgang der Düse 12. Infolgedessen kann jeder primäre Brennstoffkanal 32 je nach der Länge des primären Brennstoffkanals 32 durch eine oder mehrere von der mittleren und/oder unteren Barriere 38, 40 hindurchführen. Z. B. können, wie in 2 veranschaulicht, die primären Brennstoffkanäle 32 durch die mittlere und die untere Barriere 38, 40 hindurchführen. Auf diese Weise sind die primären Brennstoffkanäle 32 in der Lage, ein Gemisch aus Brennstoff und Luft zu dem Brennraum 22 durch den zentralsten Abschnitt der Düse 12 zu liefern.
Die sekundären Brennstoffkanäle 34 sind im Wesentlichen radial außen von den primären Brennstoffkanälen 32 angeordnet und umgeben die primären Brennstoffkanäle 32. Die sekundären Brennstoffkanäle weisen Rohre oder Durchlässe 52, wie sie vorstehend beschrieben sind, auf, die sich parallel zueinander durch eine oder mehrere Barrieren 36, 38, 40 hindurch entlang der axialen Längserstreckung der Düse 12 erstrecken können. Außerdem enthalten die sekundären Brennstoffkanäle 34 allgemein einen Einlass 58, einen Auslass 60 und eine sekundäre Brennstofföffnung 62. Der Einlass 58 und der Auslass 60 können einfach Öffnungen an dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der sekundären Brennstoffkanäle 34 aufweisen, die den freien Durchfluss von Luft durch die sekundären Brennstoffkanäle 34 gestatten. Die sekundäre Brennstofföffnung 62 steht in Fluidströmungsverbindung mit der Brennstoffkammer 44, so dass Brennstoff aus der Brennstoffkammer 44 in die sekundären Brennstoffkanäle strömen oder injiziert werden kann. Je nach den Entwurfsanforderungen können einige oder alle der sekundären Brennstoffkanäle 34 eine oder mehrere sekundäre Brennstofföffnungen 62 enthalten. Die sekundäre Brennstofföffnung 62 kann unter einem Winkel in Bezug auf die axiale Mittellinie 50 der Düse 12 ausgerichtet sein, um den Winkel zu variieren, unter dem der Brennstoff in die sekundären Brennstoffkanäle 34 eintritt, so dass auf diese Weise die Distanz variiert wird, um die der Brennstoff in die sekundären Brennstoffkanäle 34 hinein vordringt, bevor er sich mit der Luft vermischt. Der Brennstoff und die Luft vermischen sich somit in den sekundären Brennstoffkanälen 34, bevor sie aus der Düse 12 in den Brennraum 22 austreten.
5 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 1 veranschaulichten Brennkammer 10 mit Pfeilen zur Veranschaulichung der verschiedenen Strömungspfade der Luft oder des komprimierten Arbeitsfluids aus dem Verdichter. Wie veranschaulicht, kann die Luft durch die Strömungslöcher 26 in der Strömungshülse 24 in den ringförmigen Durchgang 28 eintreten. Die Luft kann dann durch den ringförmigen Durchgang 28 zu den Düsen 12 hin strömen. Wenn die Luft die Düsen 12 erreicht und entlang der Außenseite des Mantels 30 vorbeiströmt, kann ein Teil der Luft durch die Luftöffnungen 46 hindurch in die Luftkammer 48 einströmen. Wenn sie sich in der Luftkammer 46 befindet, kann die Luft durch die primären Luftöffnungen 56 hindurch in die primären Brennstoffkanäle 32 einströmen oder injiziert werden, wo sie sich mit dem Brennstoff vermischt, bevor sie aus der Düse 12 in den Brennraum 22 austritt. Der Rest der entlang der Außenseite des Mantels 30 vorbeiströmenden Luft erreicht die Endkappe 18, wo er seine Richtung umkehrt und in den Einlass 58 der sekundären Brennstoffkanäle 34 einströmt. Sobald sie sich in den sekundären Brennstoffkanälen 34 befindet, vermischt sich die Luft mit dem durch die sekundären Brennstofföffnungen 62 eintretenden Brennstoff, bevor sie aus der Düse 12 in den Brennraum 22 austritt.
6, 7 und 8 zeigen verschiedene ebene Ansichten der oberen Kappe 14 mit Blick in stromaufwärtiger Richtung von dem Brennraum 22 aus. Zum Beispiel zeigt 6 eine ebene Ansicht der vorstehend beschriebenen und veranschaulichten Düse 12. Wie in 6 veranschaulicht, erscheinen die primären und sekundären Brennstoffkanäle 32, 34 als Kreise. Der Einlass 54 ist in den primären Brennstoffkanälen 32 sichtbar, und die sekundären Brennstoffkanäle 34 befinden sich radial außen von und umgeben die primären Brennstoffkanäle 32. Wie in den 7 und 8 veranschaulicht, können die Düsen 12 kreisförmig, dreieckig, quadratisch, oval oder praktisch mit jeder beliebigen Gestalt ausgebildet sein und können in der oberen Kappe 14 in verschiedenen Geometrien angeordnet sein. Zum Beispiel können die Düsen 12 in Form von sechs Düsen angeordnet sein, die eine einzelne Düse umgeben, wie dies in 7 veranschaulicht ist. Alternativ kann eine Reihe von tortenstückförmigen Düsen 64 eine kreisförmige Düse 12 umgeben, wie dies in 8 veranschaulicht ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet sollte verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf irgendeine bestimmte Geometrie einzelner Düsen oder irgendwelche bestimmten Düsenanordnungen oder irgendeine bestimmte Anzahl von Brennstoffkanälen beschränkt ist, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
Die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können verschiedene Vorteile gegenüber existierenden Düsen bieten. Zum Beispiel ermöglicht die Verwendung der primären und sekundären Brennstoffkanäle 32, 34 einen größeren Durchfluss von Brennstoff und Luft durch die Düse 12, wodurch der Druckabfall, den die Luft benötigt, um die Düse 12 zu durchströmen, reduziert wird. Außerdem können die primären und sekundären Brennstoffkanäle 32, 34 ein Gemisch aus Brennstoff und Luft über der gesamten stromabwärtigen Fläche der Düse 12 zu dem Brennraum 22 liefern. Dies ergibt einen gleichmäßigeren Zufluss aus Brennstoff und Luft zu dem Brennraum 22, wodurch jegliche Rezirkulationszonen an dem Ausgang der Düse 12 reduziert werden. Außerdem bietet die Strömung aus Brennstoff und Luft über einem größeren Abschnitt der Düse 12 eine zusätzliche Kühlung für die stromabwärtige Stirnfläche der Düse 12, wodurch die Notwendigkeit einer parasitären Kühlströmung zu der Stirnfläche der Düse 12 reduziert wird. Schließlich können die Düsen 12 innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung in existierenden Brennkammern eingebaut werden, wodurch kostengünstigere Modifikationen existierender Düsen ermöglicht werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltender Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Eine Düse 12 enthält eine Brennstoffkammer 44 und eine Luftkammer 48 stromabwärts von der Brennstoffkammer 44. Ein primärer Brennstoffkanal 32 enthält einen Einlass 54 in Strömungsverbindung mit der Brennstoffkammer 44 und eine primäre Luftöffnung 56 in Strömungsverbindung mit der Luftkammer 48. Sekundäre Brennstoffkanäle 34 radial außen von dem primären Brennstoffkanal 32 enthalten eine sekundäre Brennstofföffnung 62 in Strömungsverbindung mit der Brennstoffkammer 44. Ein Mantel 30 umgibt die sekundären Brennstoffkanäle 34 am Umfang. Ein Verfahren zum Vermischen von Brennstoff und Luft in einer Düse 12 vor einer Verbrennung enthält ein Strömenlassen von Brennstoff zu einer Brennstoffkammer 44 und Strömenlassen von Luft zu einer Luftkammer 48 stromabwärts von der Brennstoffkammer 44. Das Verfahren enthält ferner ein Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer 44 durch einen primären Brennstoffkanal, Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer 44 durch sekundäre Brennstoffkanäle und Injizieren von Luft aus der Luftkammer 48 durch den primären Brennstoffkanal.
Bezugszeichenliste

10: Brennkammer
12: Düsen
14: Obere Kappe
16: Gehäuse
18: Endkappe
20: Auskleidung
22: Brennraum
24: Strömungshülse
26: Strömungslöcher
28: Ringförmiger Durchgang
30: Mantel
32: Primäre Brennstoffkanäle
34: Sekundäre Brennstoffkanäle
36: Obere Barriere
38: Mittlere Barriere
30: Untere Barriere
42: Brennstoffleitung
44: Brennstoffplenum, Brennstoffkammer
46: Luftöffnung
48: Luftplenum, Luftkammer
50: Mittellinie
52: Zylindrischer Durchlass
54: Einlass
56: Primäre Luftöffnung
58: Einlass des sekundären Brennstoffkanals
60: Auslass des sekundären Brennstoffkanals
62: Sekundäre Luftöffnung
64: Tortenstückförmige Düsen

Claims

Düse (12), die aufweist: a) eine Brennstoffkammer (44); b) eine Luftkammer (48) stromabwärts von der Brennstoffkammer (44); c) wenigstens einen primären Brennstoffkanal (32), wobei der wenigstens eine primäre Brennstoffkanal (32) einen Einlass (54) in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer (44) und eine primäre Luftöffnung (56) in Fluidverbindung mit der Luftkammer (48) aufweist; d) mehrere sekundäre Brennstoffkanäle (34) radial außen von dem wenigstens einen primären Brennstoffkanal (32), wobei die mehreren sekundären Brennstoffkanäle (34) eine sekundäre Brennstofföffnung (62) in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer (44) enthalten; und e) einen Mantel (30), der die mehreren sekundären Brennstoffkanäle (34) in Umfangsrichtung umgibt.
Düse (12) nach Anspruch 1, die ferner mehrere primäre Brennstoffkanäle (32) aufweist.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–2, wobei der wenigstens eine primäre Brennstoffkanal (32) einen zylindrischen Durchlass (52) aufweist, der sich von der Brennstoffkammer (44) zu einem Ausgang der Düse (12) erstreckt.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–3, wobei der wenigstens eine Brennstoffkanal (32) mit einer Mittellinie (50) der Düse (12) axial ausgerichtet ist.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–4, wobei die mehreren sekundären Brennstoffkanäle (34) zylindrische Durchlässe (52) aufweisen, die sich zu einem Ausgang der Düse (12) erstrecken.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–5, wobei jeder der mehreren sekundären Brennstoffkanäle (34) eine sekundäre Brennstofföffnung (62) in Fluidverbindung mit der Brennstoffkammer (44) enthält.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–6, die ferner eine Barriere (38) im Innenraum des Mantels (30) aufweist, wobei die Barriere (38) die Luftkammer (48) von der Brennstoffkammer (44) trennt.
Düse (12) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–7, wobei der Mantel (30) wenigstens eine Luftöffnung (46) in Fluidverbindung mit der Luftkammer (48) enthält.
Verfahren zum Vermischen von Brennstoff und Luft in einer Düse (12) vor einer Verbrennung, das aufweist: a) Strömenlassen von Brennstoff zu einer Brennstoffkammer (44); b) Strömenlassen von Luft zu einer Luftkammer (48) stromabwärts von der Brennstoffkammer (44); c) Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer (44) durch wenigstens einen primären Brennstoffkanal (32) hindurch, wobei der wenigstens eine primäre Brennstoffkanal (32) mit einer axialen Mittellinie (50) der Düse (12) ausgerichtet ist; d) Injizieren von Brennstoff aus der Brennstoffkammer (44) durch sekundäre Brennstoffkanäle (34) hindurch, wobei die sekundären Brennstoffkanäle (34) radial außen von den primären Brennstoffkanälen (32) angeordnet sind; und e) Injizieren von Luft aus der Luftkammer (48) durch den wenigstens einen primären Brennstoffkanal (32) hindurch.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner ein Strömenlassen von Luft durch die sekundären Brennstoffkanäle (34) aufweist.