DE102014103085A1

DE102014103085A1 - System mit Vielrohr-Brennstoffdüse mit Brennstoffdüsengehäuse

Info

Publication number: DE102014103085A1
Application number: DE102014103085.0A
Authority: DE
Inventors: Jason Thurman Stewart; Christopher P. Keener; Heath Michael Ostebee
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140338344A1; US9303873B2; JP2014181900A; JP6483957B2; CH707843A2; CN104048323A; CH707843A8

Abstract

Ein System enthält mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen, die jeweils mehrere Rohre aufweisen, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, wobei jedes Rohr von den mehreren Rohren einen Lufteinlass, einen Brennstoffeinlass und einen Brennstoff-Luft-Mischungsauslass aufweist, und ein Brennstoffdüsengehäuse mit einer Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse erstreckt, mehreren radialen Wänden, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse hin erstrecken, mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen, die innerhalb der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen in den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen angeordnet sind, einer Befestigungsstruktur, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft eine Gasturbine und insbesondere eine Brennstoffdüse für einen Brenner der Gasturbine.
Eine Gasturbine weist allgemein eine Turbine und einen Brenner mit einer Brennstoffdüse auf. Eine Mischung aus Brennstoff und Luft wird in dem Brenner verbrannt, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die Turbinenschaufeln in der Turbine und wiederum eine Welle drehend antreiben, die mit einer Last, beispielsweise einem elektrischen Generator, verbunden ist. Die Brennstoff-Luft-Mischung (z.B. die Gleichmäßigkeit der Brennstoff-Luft-Mischung im Brenner) kann die Leistungsausgabe, den Wirkungsgrad und die Abgasemissionen der Gasturbine erheblich beeinflussen. Außerdem kann die Verbrennung der Brennstoff-Luft-Mischung in dem Brenner eine Verbrennungsdynamik, Vibration und Wärmegradienten erzeugen, die sich auf die Leistung und die Lebensdauer verschiedener Brennerkomponenten, beispielsweise die Brennstoffdüse, auswirken können. Zum Beispiel kann die Brennstoffdüse wegen ihrer großen Nähe zu den heißen Verbrennungsprodukten einer wärmebedingten Ausdehnung unterworfen sein. Diese mit der Verbrennung verbundenen Auswirkungen können das Design von Gasturbinen, insbesondere der Brenner und Brennstoffdüsen, komplizierter machen.
KURZBESCHREIBUNG
Bestimmte Ausführungsformen, die mit der ursprünglich beanspruchten Erfindung im Einklang stehen, sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Umfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken; vielmehr sollen diese Ausführungsformen lediglich einen kurzen Überblick über mögliche Formen der Erfindung geben. In der Tat kann die Erfindung eine Reihe von Formen umfassen, die den unten aufgeführten Ausführungsformen ähnlich oder davon verschieden sein können.
In einer Ausführungsform enthält ein System mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen, die jeweils mehrere Rohre aufweisen, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, wobei jedes Rohr von den mehreren Rohren einen Lufteinlass, einen Brennstoffeinlass und einen Brennstoff-Luft-Mischungsauslass aufweist, und ein Brennstoffdüsengehäuse, das eine Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse erstreckt, mehrere radiale Wände, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse hin erstrecken, mehrere Brennstoffdüsenaufnahmen, die innerhalb der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen in den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen angeordnet sind, und eine Befestigungsstruktur enthält, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.
Bei jeder Brennstoffdüse von den mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen können die mehreren Rohre um einen Umfangsrand der entsprechenden Brennstoffdüse herum frei liegen, und das Brennstoffdüsengehäuse erstreckt sich um den Umfangsrand jeder Brennstoffdüse.
Die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen jedes der oben genannten Systeme kann eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme umfassen, und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen können eine erste Vielrohr-Brennstoffdüse, die in der ersten Aufnahme angeordnet ist, und eine zweite Vielrohr-Brennstoffdüse, die in der zweiten Aufnahme angeordnet ist, umfassen.
Die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen jedes der oben genannten Systeme können eine dritte Aufnahme umfassen, und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen umfassen eine dritte Vielrohr-Brennstoffdüse, die in der dritten Aufnahme angeordnet ist.
Die erste Aufnahme jedes der oben genannten Systeme kann einen ersten tortenstückförmigen Umfangsrand aufweisen, der zumindest zum Teil von der Außenwand und einer ersten und zweiten radialen Wand der mehreren radialen Wände definiert ist, die zweite Aufnahme kann einen zweiten tortenstückförmigen Umfangsrand aufweisen, der zumindest zum Teil von der Außenwand und der zweiten und einer dritten radialen Wand von den mehreren radialen Wänden definiert ist, und die dritte Aufnahme weist einen dritten tortenstückförmigen Umfangsrand auf, der zumindest zum Teil von der Außenwand und der ersten und dritten radialen Wand von den mehreren radialen Wänden definiert ist.
Die Außenwand jedes der oben genannten Systeme kann eine äußere ringförmige Wand aufweisen, die eine kreisförmige Region umgibt, wobei der erste, zweite und dritte tortenstückförmige Umfangsrand jeweils einen Sektor von etwa 120 Grad der kreisförmigen Region umfassen.
Das Brennstoffdüsengehäuse jedes der oben genannten Systeme kann eine Innenwand aufweisen, die zu der Außenwand im Wesentlichen koaxial ist, wobei die Innenwand mit den mehreren radialen Wänden verbunden ist.
Das System jeder der oben genannten Arten kann eine mittlere Brennstoffdüse aufweisen, die in einem mittleren Kanal angeordnet ist, der sich durch die Innenwand erstreckt.
Jede Aufnahme von den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen jedes der oben genannten Systeme kann mit einem Brennstoffkanal über mindestens einen Arm von den mehreren radialen Stützarmen verbunden sein.
Jede Wand von den mehreren radialen Wänden jedes der oben genannten Systeme kann mindestens eine Öffnung aufweisen, die sich zwischen benachbarten Aufnahmen von den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen erstreckt.
Mindestens ein Arm von den mehreren radialen Stützarmen jedes der oben genannten Systeme kann einen Brennstoffkanal aufweisen, der sich zu einer von den mehreren Aufnahmen erstreckt.
Jeder Arm von den mehreren radialen Stützarmen jedes der oben genannten Systeme kann einen tragflächenprofilförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Befestigungsstruktur jedes der oben genannten Systeme kann einen äußeren Flansch aufweisen, der sich in Umfangsrichtung um die Außenwand herum erstreckt, wobei sich die mehreren Stützarme radial zwischen dem äußeren Flansch und der Außenwand erstrecken.
Das System jeder der oben genannten Arten kann einen Brennstoffflansch aufweisen, der mit dem äußeren Flansch verbunden ist, wobei sich ein Brennstoffkanal durch den Brennstoffflansch, durch den äußeren Flansch, durch einen Arm von den mehreren Stützarmen, durch die Außenwand hindurch und in eine Aufnahme von den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen hinein erstrecken kann.
Die Außenwand jedes der oben genannten Systeme kann eine erste Halterung, die konfiguriert ist, um einen Einlassströmungskonditionierer zu halten, und eine zweite Halterung aufweisen, die konfiguriert ist, um eine hintere Plattenanordnung zu halten, wobei die erste und zweite Halterung axial zueinander versetzt sein können.
Die erste und zweite Halterung jedes der oben genannten Systeme können jeweils mehrere radiale Öffnungen in der Außenwand, mehrere radiale Stifte, die mit der Außenwand verbunden sind, oder eine Kombination davon aufweisen.
Das System jeder der oben genannten Arten kann einen Brenner, eine Gasturbine oder eine Kombination davon mit den mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen und dem Brennstoffdüsengehäuse aufweisen.
In einer weiteren Ausführungsform enthält ein System ein Brennstoffdüsengehäuse, das eine Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse herum erstreckt, mehrere radiale Wände, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse erstrecken, mehrere Brennstoffdüsenaufnahmen, die in der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen konfiguriert sind, um mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen zu halten, und eine Befestigungsstruktur enthält, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.
Demgemäß kann das System aufweisen: ein Brennstoffdüsengehäuse, das aufweist: eine Außenwand, die sich längs des Umfangs um eine Mittelachse herum erstreckt; mehrere radiale Wände, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse hin erstrecken; mehrere Brennstoffdüsenaufnahmen, die in der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen konfiguriert sind, um mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen zu halten; eine Befestigungsstruktur, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.
Die Befestigungsstruktur des oben genannten Systems kann einen äußeren Flansch aufweisen, der sich längs des Umfangs um die Außenwand herum erstreckt, wobei sich die mehreren radialen Stützarme radial zwischen dem äußeren Flansch und der äußeren Wand erstrecken und mindestens ein Arm von den mehreren radialen Stützarmen einen Brennstoffkanal aufweist, der sich zu einer von den mehreren Aufnahmen erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsformen ist ein Verfahren geschaffen, das beinhaltet: Halten mehrerer Vielrohr-Brennstoffdüsen in einem Brennstoffdüsengehäuse, wobei das Brennstoffdüsengehäuse eine Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse herum erstreckt, mehrere radiale Wände, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse hin erstrecken, und mehrere Brennstoffdüsenaufnahmen aufweist, die in der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen, wobei die mehreren Brennstoffdüsen in den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen angeordnet sind, und Befestigen des Brennstoffdüsengehäuses mit einer Befestigungsstruktur, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich werden, wenn die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Zeichen Teile bezeichnen, die in allen Zeichnungen gleich sind, worin:
1 ein Blockdiagramm eines Turbinensystems mit einem Mikromischersystem gemäß einer Ausführungsform ist;
2 eine seitliche perspektivische Querschnittsdarstellung eines Brenners mit dem Mikromischersystem von 1 gemäß einer Ausführungsform ist;
3 eine Seitenansicht eines Mikromischersystems gemäß einer Ausführungsform ist;
4 eine perspektivische Querschnitts-Explosionsansicht eines Mikromischersystems gemäß einer Ausführungsform ist;
5 eine perspektivische Querschnitts-Explosionsansicht eines Brennstoffdüsengehäuses und von Vielrohr-Brennstoffdüsen gemäß einer Ausführungsform ist;
6 eine Frontansicht eines Brennstoffdüsengehäuses gemäß einer Ausführungsform ist;
7 eine Frontansicht eines Brennstoffdüsengehäuses gemäß einer Ausführungsform ist;
8 eine Frontansicht eines Brennstoffdüsengehäuses gemäß einer Ausführungsform ist;
9 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Mikromischersystems gemäß einer Ausführungsform ist;
10 eine Schnittansicht des Mikromischersystems von 9 entlang einer Linie 10-10 und ist, die eine Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung darstellt;
11 eine Endseitenansicht einer Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung mit einer sektorförmigen Gestaltung, die sich für die Sektorbrennstoffdüsen von 4 und 5 eignet, ist;
12 eine Schnittansicht der Brennstoffdüse von 9 entlang einer Linie 10-10 ist, die eine Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung mit einer einzigen Biegung oder Krümmung darstellt;
13 eine Schnittansicht der Brennstoffdüse von 9 entlang einer Linie 10-10 ist, die eine Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung mit mehreren Biegungen oder Krümmungen darstellt;
14 eine Schnittansicht der Brennstoffdüse von 9 entlang einer Linie 10-10 ist, die eine Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung mit mehreren Biegungen oder Krümmungen darstellt, die einen Dichtungsbalg definieren;
15 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer rückseitigen Plattenanordnung gemäß einer Ausführungsform ist;
16 eine Schnittansicht des Mikromischersystems in 9 entlang einer Linie 16-16 gemäß einer Ausführungsform ist;
17 eine Schnittansicht einer rückseitigen Platte gemäß einer Ausführungsform ist;
18 eine perspektivische Rückseitenansicht eines Einlassströmungskonditionierers einer Brennstoffdüse gemäß einer Ausführungsform ist;
19 eine perspektivische Frontansicht eines Einlassströmungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform ist;
20 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Einlassströmungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform ist;
21 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Einlassströmungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform ist; und
22 eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Einlassströmungskonditionierers gemäß einer Ausführungsform ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, sind möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung aufgeführt. Man beachte, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Implementierung, beispielsweise in einem Konstruktions- oder Designprojekt, zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die jeweiligen Ziele des Entwicklers zu erreichen, beispielsweise die Einhaltung systembedingter und unternehmensbedingter Zwänge, die bei jeder Implementierung anders sein können. Darüber hinaus ist zu beachten, dass ein solches Entwicklungsunternehmen komplex und zeitaufwändig sein kann, aber für einen Durchschnittsfachmann, der sich auf diese Offenbarung stützen kann, trotzdem eine routinemäßige Design-, Fabrikations- und Herstellungsaufgabe sein würde.
Wenn Elemente von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das erste Mal genannt werden, sollen die Artikel „ein, eine“, „der, die, das“ und „dieser, diese, dieses“ bedeuten, dass eines oder mehrere von den Elementen vorhanden sind. Die Begriffe „umfassen“, „beinhalten“ und „aufweisen“ sollen inklusiv sein und bedeuten, dass weitere Elemente außer den aufgeführten Elementen vorhanden sein können.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben ein Mikromischersystem, das einen Einlassströmungskonditionierer, eine rückseitige Plattenanordnung, eine Vielrohr-Brennstoffdüse (z.B. eine zylindrische oder sektorförmige Brennstoffdüse), eine elastische metallische Dichtung (z.B. einen metallischen Dichtungsbalg) und ein Brennstoffdüsengehäuse aufweist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Vielrohr-Brennstoffdüse 5 bis 1000, 10 bis 500, 20 bis 250 oder 30 bis 100 Mischrohre aufweisen, die im Allgemeinen parallel zueinander in einer oder mehreren Gruppen (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Gruppen) angeordnet sind. Jedes Mischrohr kann einen Durchmesser von etwa 0,25 bis 5, 0,5 bis 3 oder 1 bis 2 Zentimetern aufweisen. Die mehreren Mischrohre der Vielrohr-Brennstoffdüse ermöglichen eine Mischung von Brennstoff und Luft im kleinen Umfang (z.B. ein Mikromischen), was dazu beiträgt, die Gleichmäßigkeit der Brennstoff-Luft-Mischung in dem Brenner zu verbessern.
Das Brennstoffdüsengehäuse stützt das Mikromischersystem durch Verbinden des Einlassströmungskonditionierers und der rückseitigen Plattenanordnung; und durch Aufnehmen der Vielrohr-Brennstoffdüsen. Nach dem Zusammenbau bedecken der Einlassströmungskonditionierer und die rückseitige Plattenanordnung die Vielrohr-Brennstoffdüsen durch Verbindung mit den einander entgegengesetzten Enden des Brennstoffdüsengehäuses. In bestimmten Ausführungsformen kann das Brennstoffdüsengehäuse eine erste Ringstruktur (d.h. eine innere Ringstruktur) und eine zweite Ringstruktur (d.h. eine äußere Ringstruktur) aufweisen, die durch Streben miteinander verbunden sind. Das Brennstoffdüsengehäuse kann die Vielrohr-Brennstoffdüsen innerhalb der inneren Ringstruktur aufnehmen und Brennstoff radial an die Vielrohr-Brennstoffdüsen liefern. Genauer kann das Brennstoffdüsengehäuse so gestaltet sein, dass es Brennstoff in einer allgemein radialen Richtung durch die äußere Ringstruktur, die innere Ringstruktur und durch die Streben, die die innere Ringstruktur mit der äußeren Ringstruktur verbinden, liefert. Durch die radiale Abgabe des Brennstoffs kann das Gasturbinensystem eine einfache Endplatte am Ende des Brenners aufweisen (z.B. eine Endplatte mit minimalen oder gar keinen Brennstoffabgabeöffnungen). Die radiale Brennstoffabgabe kann auch die Raumausnutzung durch die Brennstoffdüsen innerhalb des Brenners erhöhen (d.h. die Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen können den Raum einnehmen, der zuvor für die Brennstoffabgabe durch die Endplatte genutzt wurde.
Die Streben im Brennstoffdüsengehäuse können Brennstoff transportierende Streben und/oder keinen Brennstoff transportierende Streben umfassen. Die Streben des Brennstoffdüsengehäuses ermöglichen eine radiale Brennstoffabgabe und können die Vibrationsbeständigkeit (z.B. gegen eine Resonanzschwingung des Mikromischersystems) erhöhen. Zum Beispiel können die Streben die Steifigkeit des Brennstoffdüsengehäuses erhöhen und/oder die Resonanzfrequenz des Mikromischersystems ändern. Außerdem können die Streben aerodynamisch geformt sein (z.B. tragflügelförmig), um den Sog von Druckluft, die zwischen der äußeren Ringstruktur und der inneren Ringstruktur strömt, zu verringern. Eine Verringerung des Nachlaufs kann auch die Vibration im Mikromischersystem verringern, die dadurch entsteht, dass verdichtete Luft durch den Brenner strömt.
Schließlich ermöglicht das Brennstoffdüsengehäuse ein modulares Mikromischersystem. Zum Beispiel kann das Brennstoffdüsengehäuse mehrere radiale Öffnungen aufweisen, die einen einfachen Ein- und Ausbau des Mikromischersystems ermöglichen. Genauer können die Öffnungen Stifte oder andere Befestigungsmittel aufnehmen, mit denen der Einlassströmungskonditionierer und die rückseitige Plattenanordnung am Brennstoffdüsengehäuse befestigt werden. Ein einfacher Ein- und Ausbau des Einlassströmungskonditionierers und der rückseitigen Plattenanordnung ermöglichen einen einfachen Zugriff auf die Vielrohr-Brennstoffdüsen, den Einlassströmungskonditionierer, die rückseitige Plattenanordnung und die federnde metallische Dichtung sowie deren einfache Wartung und einfachen Austausch.
Im Betrieb mischt das Mikromischersystem Luft und Brennstoff in einer Vielrohr-Brennstoffdüse, um eine Brennstoff-Luft-Mischung zu erzeugen. Die Brennstoff-Luft-Mischung verbrennt in dem Brenner, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine Turbine antreiben. Die Vielrohr-Brennstoffdüse kann eine erste Platte mit einer ersten Gruppe von Durchtrittsöffnungen, eine zweite Platte mit einer zweiten Gruppe von Durchtrittsöffnungen und mehrere Rohre aufweisen, die sich durch die Gruppen von Durchtrittsöffnungen in der ersten und zweiten Platte erstrecken. Jedes Rohr von den Rohren kann einen Lufteinlass an einem ersten axialen Ende, einen Brennstoffeinlass zwischen dem ersten und einem zweiten axialen Ende und einen Brennstoff-Luft-Mischungsauslass an dem zweiten axialen Ende aufweisen. Insbesondere ist jedes Rohr, wie nachstehend erörtert, so gestaltet, dass es Brennstoff und Luft innerhalb des jeweiligen Rohrs mischt (z.B. in einem kleineren Umfang, oder als Mikromischung) und dann eine Brennstoff-Luft-Mischung zur Verbrennung in einem Brenner (z.B. einen Turbinenbrenner einer Gasturbine) ausgibt. Die Temperatur der Luft, die in die Vielrohr-Brennstoffdüse eintritt, kann weben der Arbeit, die durch Verdichtung an der Luft vorgenommen wird, etwas erhöht sein, z.B. etwa 200 bis 500 Grad Celsius betragen, während der Brennstoff, der in die Rohre eintritt, erheblich kühler sein kann, z.B. ungefähr 20 bis 250 Grad Celsius aufweist. Außerdem können die Rohre wegen ihrer Nähe zur Verbrennungsreaktion einer Erwärmung durch die heißen Verbrennungsprodukte unterliegen. Daher können während des Betriebs (z.B. einer Verbrennung in einer Brennkammer) verschiedene Komponenten der Vielrohr-Brennstoffdüse, der Gehäusestruktur, des Brenners, der Brennstoffzuleitungen, Halterungen usw. in verschiedenem Umfang eine Wärmeausdehnung durchmachen, wodurch bewirkt wird, dass die sich stärker ausdehnenden Komponenten Kräfte auf gegen sich langsamer ausdehnende Komponenten ausüben. Zum Beispiel können sich die mehreren Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüse in größerem Umfang ausdehnen als die umgebende Brennstoffgehäusestruktur, die Halterungen, der Brenner und/oder andere Strukturen.
Um die eingebrachten Spannungen zu mildern, die durch thermisch bedingte Ausdehnung und/oder Kontraktion der Materialien der Komponenten verursacht werden, kann das Mikromischersystem eine nachgiebige metallische Dichtung (z.B. einen metallischen Dichtungsbalg) aufweisen. Zum Beispiel kann der metallische Dichtungsbalg eine Wand (z.B. eine ringförmige oder nicht-ringförmige Wand) aufweisen, die um einen Raum herum angeordnet ist, der die Platten- und Rohranordnung enthält, wobei die Wand eine oder mehrere Biegungen oder Krümmungen aufweist (z.B. ein Wellen-, Schwingungs- oder Zickzackmuster), die in der Lage sind, sich federnd zusammenzufalten und zu entfalten, um eine Ausdehnung und Kontraktion der Wand des metallischen Dichtungsbalgs zu ermöglichen. Somit ermöglicht die federnde Anpassungsfähigkeit (z.B. ein Zusammenfalten und Entfalten der Wand) dem metallischen Dichtungsbalg die Bewältigung einer thermisch bedingten Ausdehnung und Kontraktion zwischen der Platte, der Rohranordnung und den umgebenden Komponenten. Ohne die federnde metallische Dichtung (z.B. den metallischen Dichtungsbalg) könnte eine axiale Verlagerung zu Spannungen innerhalb der Komponenten der Vielrohr-Brennstoffdüsen, zu Brennstoff-/Luftlecks, einem Druckverlust innerhalb des Brenners oder anderen negativen Effekten führen. Wenn sie zwischen der ersten Platte und der Gehäusestruktur angeordnet ist, kann sich die federnde metallische Dichtung (z.B. der metallische Dichtungsbalg) in einer axialen Richtung ausdehnen und zusammenziehen, um die Wirkungen einer thermisch bedingten Ausdehnung oder Kontraktion der Rohre zu verringern, während sie eine kontinuierlich Arbeitsdichtung zwischen Kammern innerhalb der Düse aufrechterhält. Außerdem kann die Verwendung der federnden metallischen Dichtung zu einem stärker modularen Design und somit zu einem einfacheren Aufbau, erleichterten Montage-/Demontageabläufen, einem kostengünstigen Ersatz von Ausrüstungsteilen und weniger wartungsbedingtem Stillstand führen.
Das Mikromischersystem kann außerdem die rückseitige Plattenanordnung aufweisen, um einen zusätzlichen Schutz für die Vielrohr-Brennstoffdüsen (d.h. eine Beständigkeit gegen Wärmespannungen) bereitzustellen. Genauer kann die rückseitige Plattenanordnung einen direkten Kontakt zwischen der Verbrennungsreaktion in dem Brenner und den Vielrohr-Brennstoffdüsen verhindern und außerdem eine Luftkühlungskammer zur konvektiven Kühlung der Vielrohr-Brennstoffdüsen bereitstellen. Während die Luftkühlungskammer die Vielrohr-Brennstoffdüsen konvektiv kühlt, blockiert die rückseitige Plattenanordnung einen direkten Kontakt zwischen der Verbrennungsreaktion und den Vielrohr-Brennstoffdüsen. Genauer weist die rückseitige Plattenanordnung eine rückseitige Platte mit Öffnungen auf, die einen Austritt der Brennstoff-Luft-Mischung aus den Vielrohr-Brennstoffdüsen ermöglichen, während gleichzeitig die Vielrohr-Brennstoffdüsen bedeckt werden, um einer Übertragung von Wärme aus der Verbrennungsreaktion entgegenzuwirken. In manchen Ausführungsformen kann die rückseitige Platte einen wärmedämmenden Überzug aufweisen, um die Temperaturbeständigkeit gegenüber der Verbrennungsreaktion zu erhöhen. In noch anderen Ausführungsformen kann die rückseitige Platte Effusionskühlungsöffnungen aufweisen, die einen Luftstrom aus der Luftkühlungskammer empfangen. Die Effusionskühlungsöffnungen bilden eine kühlende Schicht an der rückseitigen Platte, wodurch die rückseitige Platte geschützt wird und die Wärmeübertragung verringert wird. In anderen Ausführungsformen kann die rückseitige Plattenanordnung eine Prallplatte aufweisen, die so gestaltet ist, dass ein kühlender Luftstrom auf die Platte trifft, bevor der Luftstrom aus den Effusionskühlungsöffnungen austritt, wodurch der Wärmeschutz der rückseitigen Plattenanordnung erhöht wird und die Wärmeübertragung auf die Vielrohr-Brennstoffdüsen verringert wird. Im Betrieb beschleunigt die Prallplatte den kühlenden Luftstrom, wenn dieser durch Pralllöcher strömt. Die Pralllöcher lenken den kühlenden Luftstrom in Kontakt mit der rückseitigen Platte, wo der kühlende Luftstrom Wärme absorbiert, bevor er durch die rückseitige Platte strömt (d.h. durch die Effusionskühlungsöffnungen und/oder den Raum zwischen der rückseitigen Platte und den Rohren der Vielrohr-Brennstoffdüsen).
Schließlich kann das Mikromischersystem den Einlassströmungskonditionierer aufweisen. Der Einlassströmungskonditionierer ist so gestaltet, dass er einen Luftstrom, der in das Mikromischersystem eintritt, filtert und den Luftstrom schließlich auf die einzelnen Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen verteilt. Um den Luftstrom in das Mikromischersystem zu filtern, kann der Einlassströmungskonditionierer Öffnungen aufweisen, die kleiner sind als die Öffnungen in den Rohren der Vielrohr-Brennstoffdüsen. Somit kann Abrieb, der in die Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüse gelangen kann, vom Einlassströmungskonditionierer abgeblockt werden. Wie oben angegeben, kann der Einlassströmungskonditionierer den Luftstrom gleichmäßig auf die einzelnen Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen verteilen. Genauer kann der Einlassströmungskonditionierer radiale Öffnungen und Umlenkeinrichtungen aufweisen, die den Luftstrom in die äußersten Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen kanalisieren. Jedoch kann der Einlassströmungskonditionierer in anderen Ausführungsformen angewinkelte Öffnungen aufweisen, entweder in Kombination mit oder ohne Umlenkeinrichtungen, um den Luftstrom in die äußersten Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen zu kanalisieren. Durch eine gleichmäßige Verteilung des Luftstroms auf die Rohre der Vielrohr-Brennstoffdüsen mischen und verteilen die Vielrohr-Brennstoffdüsen die Brennstoff-Luft-Mischung in einem geeigneten Verhältnis für eine optimale Verbrennung, optimale Emissionswerte, Kraftstoffverbrauchswerte und Leistungsausgabe. Genauer kann das Mikromischersystem Anteile von unerwünschten Emissionen (z.B. NOx, CO, CO₂, usw.) aus einem Gasturbinensystem verringern.
1 ist ein Blockdiagramm eines Gasturbinensystems 10. Wie nachstehend ausführlich beschrieben ist, kann das offenbarte Turbinensystem 10 eine oder mehrere radial gelagerte Brennstoffdüsen (z.B. Vielrohr-Brennstoffdüsen) aufweisen. Das Turbinensystem 10 kann flüssigen oder gasförmigen Brennstoff verwenden, beispielsweise Erdgas und/oder ein wasserstoffreiches synthetisches Gas, um das Turbinensystem 10 anzutreiben. Wie dargestellt, saugt der Brenner 12 eine Brennstoffzufuhr 14 an, mischt den Brennstoff mit Luft zur Verteilung und Verbrennung im Brenner 12. Genauer weist der Brenner 12 ein Mikromischersystem 16 auf, das Vielrohr-Brennstoffdüsen radial stützt und mit Brennstoff versorgt. In bestimmten Ausführungsformen weist das Mikromischersystem 16 Vielrohr-Brennstoffdüsen auf, um eine mittlere Brennstoffdüse herum angeordnet sind. Die Vielrohr-Brennstoffdüsen mischen und verteilen die Brennstoff-Luft-Mischung ein einem geeigneten Verhältnis für eine optimale Verbrennung, optimale Emissionswerte und Kraftstoffverbrauchswerte und eine Leistungsausgabe. Genauer verringert das Mikromischersystem 16 Anteile von unerwünschten Emissionen (z.B. NOx, CO, CO₂, usw.) aus einem Gasturbinensystem 10.
Während des Betriebs verbrennt die Brennstoff-Luft-Mischung in einer Kammer im Brenner 12, wodurch heiße, unter Druck stehende Abgase erzeugt werden. Der Brenner 12 lenkt die Abgase durch eine Turbine 18 zu einem Abgasauslass 20. Wenn die Abgase durch die Turbine 18 strömen, erzwingen die Gase eine Drehung der Turbinenschaufeln, um eine Welle 22 entlang einer Achse des Turbinensystems 10 rotieren zu lassen. Wie dargestellt, kann die Welle 22 mit verschiedenen Komponenten des Turbinensystems 10 verbunden sein, einschließlich eines Kompressors 24. Der Kompressor 24 weist ebenfalls Schaufeln auf, die mit der Welle 22 verbunden sind. Wenn sich die Welle 22 dreht, drehen sich die Schaufeln im Kompressor 24 ebenfalls, wodurch Luft aus einem Einlass bzw. einer Luftansaugung 26 durch den Kompressor 24 verdichtet wird und die Luft in die Vielrohr-Brennstoffdüsen und/oder den Brenner gelenkt wird. Die Welle 22 kann auch mit einem Verbraucher 28 verbunden sein, der ein Fahrzeug oder eine stationäre Last sein kann, beispielsweise ein elektrischer Generator in einem Kraftwerk oder ein Propeller an einem Flugzeug. Der Verbraucher 28 kann jede geeignete Vorrichtung umfassen, die durch die Rotationsleistung des Turbinensystems 10 angetrieben werden kann.
2 ist eine perspektivische Querschnittsdarstellung eines Brenners 12 gemäß einer Ausführungsform; Wie in 2 dargestellt ist, erstreckt sich eine axiale Richtung oder Achse 40 der Länge nach entlang einer Mittelachse 41 des Brenners 12, erstreckt sich eine radiale Richtung oder Achse 42 zur Mittelachse 41 hin oder von dieser weg (z.B. senkrecht zur Achse 40) und erstreckt sich eine Umfangsrichtung 44 um die axiale Achse 40 und die Mittelachse 41. Der Brenner 12 weist ein stromabwärtiges Ende 46 und ein stromaufwärtiges Ende oder Kopfende 48 auf. Das stromabwärtige Ende 46 liegt nahe der ersten Stufe der Turbine 18, während das stromaufwärtige Ende 48 dem stromabwärtigen Ende 46 entgegengesetzt ist und weiter weg von der ersten Stufe der Turbine 18 liegt. Der Brenner 12 weist mehrere Gehäuse und Wände auf, die den Brenner 12 einschließen und die verdichtete Luft und den Brennstoff enthalten. Vom stromaufwärtigen Ende 48 aus gesehen weist der Brenner 12 zunächst ein Endgehäuse 52 auf, das mit einer Endplatte 54 verbunden ist. Wie dargestellt kann die Endplatte 54 eine einfache Endplatte sein, die eine einzige Brennstoffdüsenöffnung 58 aufweist. Jedoch weist in manchen Ausführungsformen die Endplatte 58 keine Brennstoffdüsenöffnung 58 auf. Die Endplatte 54 kann auf verschiedene Weise mit dem Endgehäuse 52 verbunden sein, einschließlich von Befestigungsmitteln oder durch Schweißen. Gegenüber der Endplatte 54 ist das Endgehäuse 52 mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden. Zur Verbindung mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 weist das Endgehäuse 52 einen Flansch 60 auf, der eine Befestigung des Endgehäuses 52 am Brennstoffdüsengehäuse 56 ermöglicht. Zum Beispiel kann das Endgehäuse 52 mit Befestigungsmitteln (z.B. Schraubbefestigungsmitteln wie beispielsweise Bolzen), die durch mehrere Öffnungen im Flansch 60 und im Brennstoffdüsengehäuse 56 hindurch verlaufen, mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden sein.
Weiter in Richtung 40 weist der Brenner 12 ein hinteres Gehäuse 62 auf. Das hintere Gehäuse 62 weist einen ersten Flansch 64 und einen zweiten Flansch 66 auf. Der erste Flansch 64 ermöglicht eine Verbindung des hinteren Gehäuses 62 mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56. Genauer kann der erste Flansch 64 mehrere Öffnungen 68 aufweisen, die eine Verbindung des hinteren Gehäuses mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 mittels Befestigungsmitteln (z.B. Schraubbefestigungsmitteln wie beispielsweise Bolzen) ermöglichen. Gegenüber dem ersten Flansch 64 ist das hintere Gehäuse an einer Durchflusshülse 70 befestigt oder steht mit dieser in Kontakt, was die Kühlung der Komponenten des Brenners 16 unterstützt. Weiter innen in der radialen Richtung 42 befindet sich ein Brennkammereinsatz 72. Es ist der Brennkammereinsatz 72, der die Verbrennungsreaktion enthält. Ein leerer Raum ist zwischen der Strömungshülse 70 und dem Brennkammereinsatz 72 angeordnet und kann als Ringraum 74 bezeichnet werden. Der Einsatz 72 erstreckt sich in Umfangsrichtung 44 um die Achse 41 des Brenners 12, der Ringraum 74 erstreckt sich in Umfangsrichtung 44 um den Einsatz 72, und die Strömungshülse 72 erstreckt sich in Umfangsrichtung 44 um den Ringraum 74. Der Ringraum 74 lenkt einen Luftstrom zum stromaufwärtigen Ende 48 des Brenners. Genauer tritt während des Betriebs der Luftstrom 76 aus dem Kompressor 24 in einen Luftberuhigungsraum bzw. ein Luftplenum ein, das die Strömungshülse 70 umgibt. Die Strömungshülse 70 weist radiale Einspritzöffnungen 78 auf, die es dem verdichteten Luftstrom 76 ermöglichen, durch die Strömungshülse 70 und in den Ringraum 74 zu strömen. Nachdem die Luft 76 durch die Öffnungen 78 getreten ist, kanalisiert der Ringraum 74 die verdichtete Luft 76 in Richtung auf das stromaufwärtige Ende 48. Im stromaufwärtigen Ende 48 kann die verdichtet Luft 76 umgekehrt oder auf eine oder mehrere der Brennstoffdüsen 80 umgelenkt werden. Die Brennstoffdüsen 80 sind so gestaltet, dass sie Luft und Brennstoff teilweise vormischen, um eine Brennstoff-Luft-Mischung 82 zu bilden. Die Brennstoffdüse 80 entlässt die Brennstoff-Luft-Mischung 82 in eine Verbrennungszone 84, wo eine Verbrennungsreaktion stattfindet. Die Verbrennungsreaktion erzeugt heiße, unter Druck stehende Verbrennungsprodukte 86. Diese Verbrennungsprodukte 86 bewegen sich dann durch ein Übergangsstück 88 zur Turbine 18, wodurch sie die Turbinenblätter antreiben, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Wie oben erläutert, weist der Brenner ein Mikromischersystem 16 auf. Das Mikromischersystem 16 weist das Brennstoffdüsengehäuse 56, die Brennstoffdüsen 80, einen Einlassströmungskonditionierer 90 und eine hintere Plattenanordnung 92 auf. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, dient das Mikromischersystem 16 dazu, Vielrohr-Brennstoffdüsen 80 vor Abrieb und thermisch bedingter Ausdehnung/Wärmegradienten zu schützen; und stellt für jede von den Mikromischerrohren der Düsen 80 geeignete Verhältnisse von Luftstrom und Brennstoff bereit, wodurch unerwünschte Emissionen verringert werden. Das Mikromischersystem 16 kann mehrere Brennstoffdüsen 80 aufweisen, die Vielrohr-Brennstoffdüsen und/oder andere Brennstoffdüsen (z.B. Dralldüsen) aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weist das Mikromischersystem 16 Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 auf, die vom Brennstoffdüsengehäuse 56 gelagert werden, und eine mittlere Brennstoffzünddüse 96. Die Brennstoffdüsen 80 kombinieren Brennstoff und Luft, eine Brennstoff-Luft-Mischung zur Verbrennung in der Verbrennungszone 84 zu erzeugen. Die Zünddüse 96 kombiniert ebenso wie die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 Brennstoff und Luft, um eine Brennstoff-Luft-Mischung zur Verbrennung zu bilden. Jedoch kann die Zünddüse 96 dazu beitragen, die Verbrennungsflamme für die übrigen Brennstoffdüsen 94 zu halten.
3 ist eine Seitenansicht eines Mikromischersystems 16 gemäß einer Ausführungsform. Wie oben erläutert ist, weist das Mikromischersystem 16 ein Brennstoffdüsengehäuse 56, einen Einlassströmungskonditionierer 90 und eine Plattenanordnung 92 auf. Das Brennstoffdüsengehäuse 56 stützt die Vielrohr-Brennstoffdüsen 80 radial (d.h. innerhalb des Brennstoffdüsengehäuses 56) und sorgt für einen Verbindungspunkt für den Einlassströmungskonditionierer 90 und die rückseitige Plattenanordnung 92. Außerdem ermöglicht das Brennstoffdüsengehäuse 56 eine radiale Brennstoffzufuhr (d.h. in radialer Richtung 42) zu den Brennstoffdüsen 80. Durch die radiale Stützung und Brennstoffabgabe kann für den Brenner 12 eine einfache Endplatte 54 verwendet werden und kann die nutzbare Oberfläche für die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 vergrößert werden.
Das Brennstoffdüsengehäuse 56 weist eine erste Ringstruktur 120 (z.B. eine Außenwand) und eine zweite Ringstruktur oder Befestigungsstruktur 122 (z.B. einen äußeren Flansch) auf. Wie oben erläutert, ist das Brennstoffdüsengehäuse 56 mit dem Endgehäuse 52 und dem hinteren Gehäuse 62 verbunden. Genauer ist die zweite Ringstruktur 122 mit dem Endgehäuse 52 und dem hinteren Gehäuse 62 verbunden, wodurch das Mikromischersystem 16 im Brenner 12 gesichert wird. Die erste Ringstruktur 120 und die zweite Ringstruktur 122 können miteinander konzentrisch sein und mittels mehrerer Streben 124 (z.B. radialer Stützarme oder tragflächenprofilförmiger Leitbleche) miteinander verbunden sein. Die Streben 124 können einstückig mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 ausgebildet sein. Zum Beispiel können die erste Ringstruktur 120, die zweite Ringstruktur 122 und die Streben 124 aus dem Vollen herausgearbeitet, gegossen oder anhand eines additiven Prozesses aufgebaut worden sein. In anderen Ausführungsformen können die erste Ringstruktur 120, die zweite Ringstruktur 122 und die Streben 124 durch Schweißen, Löten, Schrauben bzw. Bolzen oder andere Befestigungsmittel aneinander gefügt sein. Wie dargestellt, können die Streben 124 aerodynamisch geformt sein. Zum Beispiel können die Streben 124 eine Tragflächenform oder eine andere Art von aerodynamischer Form aufweisen. Durch die aerodynamische Form können die Streben 124 einen Luftnachlauf verringern, wenn ein Luftstrom zwischen der ersten Ringstruktur 120 und der zweiten Ringstruktur 122 strömt. Eine Verringerung des Nachlaufs verringert die Vibration und verbessert den Luftstrom in den Einlassströmungskonditionierer 90. Die Streben 124) können auch eine radiale Brennstoffabgabe an die Brennstoffdüsen 94 ermöglichen. Genauer können die Streben 124 eine Öffnung aufweisen, die mit Öffnungen in der zweiten Ringstruktur 122 und der ersten Ringstruktur 124 in Fluidverbindung steht. Somit kann dann Brennstoff von einer externen Quelle 125, die mit Brennstoffflanschen 126 verbunden ist, durch das Brennstoffdüsengehäuse 56 und in die Brennstoffdüsen 94 strömen, anstatt durch eine Endplatte 54. Das Brennstoffdüsengehäuse 56 kann auch Kühlöffnungen 128 aufweisen. Die Kühlöffnungen 128 ermöglichen einen Strom eines Kühlluftstroms in das Brennstoffdüsengehäuse 56 (z.B. in radialer Richtung 42), um die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und die rückseitige Plattenanordnung 92 zu kühlen, wodurch die Nutzungsdauer der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und der rückseitigen Plattenanordnung 92 verlängert wird.
4 ist eine perspektivische Querschnitts-Explosionsansicht eines Mikromischersystems 16. Wie dargestellt, kann das Mikromischersystem 16 ein modulares System sein, das den Ein- und Ausbau von Komponenten erleichtert. Genauer kann das Mikromischersystem 16 den Einlassströmungskonditionierer 90 und die rückseitige Plattenanordnung 92 lösbar einbauen und aus dem Brennstoffdüsengehäuse 56 ausbauen. Die Fähigkeit, den Einlassströmungskonditionierer 90 und die rückseitige Plattenanordnung 92 ein- und auszubauen, sorgt für einen einfachen Zugang zu den Brennstoffdüsen 94 für eine Wartung oder einen Austausch. Ferner kann die erhöhte Modularität zu einfacheren Montage-/Demontageabläufen, zu zeitsparenden Wartungsabläufen, weniger umfangreichen Austauscharbeiten und erhöhter Leistung führen.
Wie dargestellt, erstreckt sich der Einlassströmungskonditionierer 90 in Umfangsrichtung 44 um die Achse 41 und kann eine im Allgemeinen ringförmige Wand mit einem Außendurchmesser 150 aufweisen, der kleiner ist als ein Innendurchmesser 152 der ersten Ringstruktur 120. Der Unterschied in den Durchmessern ermöglicht ein Gleiten des Einlassströmungskonditionierers 90 in axialer Richtung 40 in die erste Ringstruktur 120. Der Einlassströmungskonditionierer 90 kann dann an einer ersten Halterung 153 befestigt oder angebaut werden. Die erste Halterung 153 kann die erste Ringstruktur 120, mehrere Befestigungsmittel 154, Öffnungen 156 in der ersten Ringstruktur 120 und Öffnungen 158 im Einlassströmungskonditionierer 90 aufweisen. Die Befestigungsmittel 154 verbinden den Einlassströmungskonditionierer 90 mit der ersten Ringstruktur 120 durch Öffnungen 156 in der ersten Ringstruktur 120 und die entsprechenden Öffnungen 158 im Einlassströmungskonditionierer 90. Die Befestigungsmittel 154 können Bolzen, Nieten, Stifte oder andere entfernbare Befestigungsmittel sein. Alternativ dazu kann der Einlassströmungskonditionierer 90 durch Schweißen, Löten oder auch Schweißen/Löten in Kombination mit Bolzen oder Nieten an der ersten Ringstruktur 120 befestigt werden. In noch anderen Ausführungsformen kann der Durchmesser 150 des Einlassströmungskonditionierers 90 größer sein als der Durchmesser 152 der ersten Ringstruktur 120, wodurch der Einlassströmungskonditionierer 90 über die Außenseite der ersten Ringstruktur 120 in axialer Richtung 40 gleiten und damit verbunden werden kann.
Die rückseitige Plattenanordnung 92 erstreckt sich in Umfangsrichtung 44 um eine Achse 41 und kann eine im Allgemeinen ringförmige Wand aufweisen, die mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden sein kann. Die rückseitige Plattenanordnung 92 kann einen Außendurchmesser 160 definieren, der kleiner ist als der Innendurchmesser 152 der ersten Ringstruktur 120. Der Unterschied in den Durchmessern ermöglicht ein Gleiten der rückseitigen Plattenanordnung 92 in axialer Richtung 40 in die erste Ringstruktur 120. Die rückseitige Plattenanordnung 92 ist mit einer zweiten Halterung 161 am Brennstoffdüsengehäuse 56 befestigt oder angebaut. Die zweite Halterung 161 kann die erste Ringstruktur 120, mehrere Befestigungsmittel 162, Öffnungen 164 und Öffnungen 166 in der rückseitigen Plattenanordnung 92 aufweisen. Die Befestigungsmittel 162 verbinden die rückseitige Plattenanordnung 92 mit der ersten Ringstruktur 120 durch Öffnungen 164 in der ersten Ringstruktur 120 und entsprechende Öffnungen 166 im Einlassströmungskonditionierer 92. Die Befestigungsmittel 162 können Bolzen, Nieten, Stifte oder andere entfernbare Befestigungsmittel sein. Alternativ dazu kann die rückseitige Plattenanordnung 92 durch Schweißen, Löten oder auch Schweißen/Löten in Kombination mit Bolzen oder Nieten an der ersten Ringstruktur 120 befestigt werden. Um Kühlluft daran zu hindern, zwischen der rückseitigen Plattenanordnung 92 und der ersten Ringstruktur 120 zu strömen, kann das Mikromischersystem 16 eine Dichtung 168 (z.B. eine Reifendichtung) zwischen der rückseitigen Plattenanordnung 92 und der ersten Ringstruktur 120 aufweisen. In noch anderen Ausführungsformen kann der Durchmesser 160 der rückseitigen Plattenanordnung 92 größer sein als der Durchmesser 152 der ersten Ringstruktur 120, wodurch die rückseitige Plattenanordnung 92 über die Außenseite der ersten Ringstruktur 120 in axialer Richtung 40 gleiten und damit verbunden werden kann.
5 ist eine perspektivische Vorderendansicht einer Ausführungsform des Brennstoffdüsengehäuses 56 und zeigt Brennstoffdüsen 94 (z.B. Vielrohr-Brennstoffdüsen). Genauer zeigt 5 Brennstoffdüsen 94 in verschiedenen Stadien des Einbaus in Brennstoffdüsenaufnahmen 190 des Brennstoffdüsengehäuses 56. Zum Beispiel ist in der dargestellten Ausführungsform eine von den Brennstoffdüsen 94 vollständig in eine Brennstoffdüsenaufnahme 190 eingebaut, während eine zweite Brennstoffdüse 94 bereit ist zum Einbau in eine benachbarte Brennstoffdüsenaufnahme 190. Die übrige Brennstoffdüsenaufnahme 190 ist zum Zwecke der Verdeutlichung leer (d.h. ohne eine eingebaute dritte Brennstoffdüse 94). In der dargestellten Ausführungsform weist jede Brennstoffdüsenaufnahme 190 einen abgestumpft tortenstückförmigen Außenrand 188 auf, der von einander entgegengesetzten gekrümmten Seiten 189 und einander entgegengesetzten aufeinander zulaufenden Seiten 191 definiert werden kann. Ferner weist das dargestellte Brennstoffdüsengehäuse 56 drei gleich große Brennstoffdüsenaufnahmen 190 auf, die jeweils den abgestumpft tortenstückförmigen Außenrand 188 aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das Brennstoffdüsengehäuse 56 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Brennstoffdüsenaufnahmen 190 mit abgestumpft tortenstückförmigen Außenrändern 188 aufweisen. Jedoch kann jede Brennstoffdüsenaufnahme 190 jeder Form gleichen, beispielsweise Kreisen, Rechtecken, Dreiecken, Tortenstücken oder jeder anderen geeigneten Geometrie.
Die dargestellte Brennstoffdüsen 94 weisen einen abgestumpft tortenstückförmigen Außenrand 91 auf, der von einander entgegengesetzten gekrümmten Seiten 93 und einander entgegengesetzten aufeinander zulaufenden Seiten 95 definiert werden kann. Der abgestumpft tortenstückförmige Außenrand 91 ist so konturiert oder geformt, dass er in den abgestumpft tortenstückförmigen Außenrand 188 der Aufnahme 190 passt. Die Brennstoffdüsen 94 weisen mehrere Mikromischerrohre 192 (z.B. Mischrohre) auf, die in Platten 194, 196 und 198 angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsformen kann die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 5 bis 1000, 10 bis 500, 20 bis 250 oder 30 bis 100 Rohre 192 aufweisen, die im Allgemeinen parallel zueinander entlang einer Achse 41 angeordnet sind. Jedes Rohr 192 kann einen Durchmesser von etwa 0,25 bis 5, 0,5 bis 3 oder 1 bis 2 Zentimeter aufweisen. Die Platten 194, 196 und 198 sind über Abstände 200 und 202 axial zueinander versetzt, um Kammern mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 zu bilden. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Stützplatten vorhanden, aber in anderen Ausführungsformen können zwei oder mehr Stützplatten vorhanden sein (z.B. 2, 3, 4, 5, 6 usw.). Auf diese Weise stützen, beabstanden und arrangieren die Platten 194, 196 und 198 die Mikromischerrohre 192 in einem vorgegebenen Muster. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Rohre 192 entlang den Seiten 93 und 95 jeder Brennstoffdüse 94 frei. Anders ausgedrückt weist nicht jede Brennstoffdüse 94 ein eigenes Gehäuse auf, sondern das Brennstoffdüsengehäuse 56 dient als gemeinsames oder geteiltes Gehäuse für die mehreren Brennstoffdüsen 94. Infolgedessen kann jede Brennstoffdüse 94 als Rohrbündel 192 beschrieben werden, das in axialer Richtung 40 in eine entsprechende Aufnahme 190 im Gehäuse 56 eingeführt und daraus herausgenommen werden kann.
6 ist eine Frontansicht des Brennstoffdüsengehäuses 56, das so gestaltet ist, dass es mehrere Brennstoffdüsen 80 (z.B. Vielrohr-Brennstoffdüsen 94, eine mittlere Brennstoffdüse 96 usw.) stützt und einen Verbindungspunkt für den Einlassströmungskonditionierer 90 und die rückseitige Plattenanordnung 92 bietet. Wie oben erläutert, weist das Brennstoffdüsengehäuse 56 die erste Ringstruktur 120 und die zweite Ringstruktur 122 auf. Um das Brennstoffdüsengehäuse 56 mit den benachbarten Brennergehäusen verbinden zu können, weist die zweite Ringstruktur 122 mehrere Öffnungen 220 auf. Die Öffnungen 220 können Befestigungsmittel (z.B. mit Gewinden versehene Befestigungsmittel oder Bolzen) auf, die eine Verbindung des Brennstoffdüsengehäuses 56 an Flanschen des hinteren Gehäuses 52 und des rückseitigen Gehäuses 62 des Brenners ermöglichen. Die erste Ringstruktur 120 und die zweite Ringstruktur 122 können konzentrisch miteinander um eine Achse 41 sein. Wie dargestellt, definiert die erste Ringstruktur 120 einen Außendurchmesser 222, der kleiner ist als der Innendurchmesser 224 der ersten Ringstruktur 122. Der Unterschied zwischen den Durchmessern 226 bildet Luftströmungskanäle 228 zwischen der ersten Ringstruktur und der zweiten Ringstruktur 122. Die Luftströmungskanäle 228 ermöglichen es der Luft, in Stromaufwärtsrichtung in Richtung auf die Endplatte 54 durch das Brennstoffdüsengehäuse 56 zu strömen.
Die Luftströmungskanäle 228 werden von Streben 124, die die erste Ringstruktur 120 mit der zweiten Ringstruktur 122 verbinden, getrennt. In der dargestellten Ausführungsform kann das Brennstoffdüsengehäuse 56 zwei Arten von Streben aufweisen: (1) Brennstoff transportierende Streben 230; und (2) Streben 232, die keinen Brennstoff transportieren. Die Streben können auch einstückig mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 ausgebildet sein und so gestaltet sein, dass sie Resonanzvibrationen im Brennstoffdüsengehäuse 56 verringern. Zum Beispiel können die Streben 124 aerodynamisch geformt sein, um den Nachlauf vom Luftstrom durch die Luftströmungskanäle 228 zu verringern. Außerdem können die Streben 124 den angemessenen Grad an Steifigkeit bereitstellen, um Resonanzvibrationen abzustellen oder um die Resonanzfrequenz des Brennstoffdüsengehäuses 56 zu ändern. Zum Beispiel weist das Brennstoffdüsengehäuse 56 in der vorliegenden Ausführungsform drei Brennstoffstreben 230 und drei Stützstreben oder strukturelle Streben 232 auf In anderen Ausführungsformen kann das Brennstoffdüsengehäuse 56 mehr Brennstoffstreben 230 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) oder mehr Stützstreben 232 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) oder mehr aufweisen. In anderen Ausführungsformen können einige oder alle von den Streben 124 länger und/oder steifer sein, um die Resonanzvibrationen abzustellen oder um zusätzliche Unterstützung an bestimmten Stellen innerhalb des Brennstoffdüsengehäuses 56 bereitzustellen.
Wie oben erläutert, ermöglicht das Brennstoffdüsengehäuse 56 eine Brennstoffabgabe an die Brennstoffdüsen 80 in radialer Richtung 42. Das Brennstoffdüsengehäuse 56 empfängt Brennstoff durch Brennstoffflansche 126, die mit einer Außenfläche 234 der zweiten Ringstruktur 122 verbunden sind. Wenn Brennstoff durch den Brennstoffflansch 126 strömt, tritt er an einer Öffnung 236 in die zweite Ringstruktur 122 ein. Nachdem er die Öffnung 236 passiert hat, tritt der Brennstoff in die Brennstoffstrebe 230 ein, die eine Öffnung 238 aufweist, die zu einer Öffnung 240 in der ersten Ringstruktur 120 führt. Wenn der Brennstoff durch die zweite Ringstruktur 120 strömt, tritt der Brennstoff in die Brennstoffdüsenaufnahme 190 ein und kann von den Brennstoffdüsen 80 verwendet werden. Wie oben erörtert, ermöglicht die radiale Stützung und Brennstoffabgabe durch das Brennstoffdüsengehäuse 56 eine Vereinfachung der Endplatte 54 und vergrößert die nutzbare Oberfläche für die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 (z.B. die Anzahl und/oder Größe der Mikromischerrohre 192) in der ersten Ringstruktur 120.
In der vorliegenden Ausführungsform sind auch drei Brennstoffdüsenaufnahmen 190 vorhanden, die von radialen Teilungswänden oder Platten 242 getrennt werden. Jedoch kann jede Anzahl von Brennstoffdüsenaufnahmen 190 vorhanden sein (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr). Wie dargestellt, liegen die Nicht-Brennstoffstreben 232 mit den Platten 242 auf einer Linie, wobei die Brennstoffstreben 230 mittig zwischen den Wänden 242 angeordnet sind. Jedoch können in anderen Ausführungsformen die Brennstoffstreben 230 und die Nicht-Brennstoffstreben 232 anderswo angeordnet sein. Die radialen Teilungswände oder Platten 242 sind mit der ersten Ringstruktur 120 und einer dritten Ringstruktur 244 (z.B. einer ersten Innenwand) verbunden. Die dritte Ringstruktur 244 kann konzentrisch sein mit der ersten Ringstruktur 120 und der zweiten Ringstruktur 122 und definiert eine mittlere Aufnahme 246. Die mittlere Aufnahme 246 kann so gestaltet sein, dass sie eine mittlere Brennstoffdüse oder Zünddüse 96 aufnimmt, die dazu beitragen kann, die Verbrennungsreaktion der umgebenden Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 zu verankern. Jedoch kann die mittlere Aufnahme 246 in anderen Ausführungsformen so gestaltet sein, dass sie eine runde Vielrohr-Brennstoffdüse aufnimmt. Darüber hinaus können andere Ausführungsformen eine größere, kleinere oder keine mittlere Aufnahme 246 aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Brennstoffdüsenaufnahmen 190 abgestumpft tortenstückförmige Außenränder 188 auf, und die mittlere Aufnahme 246 ist kreisförmig. Jedoch können die Brennstoffdüsenaufnahme 190 und die mittlere Aufnahme 246 jeder Form gleichen, beispielsweise Kreisen, Rechtecken, Dreiecken, Tortenstücken oder jeder anderen geeigneten Geometrie. Wie oben erläutert, bietet das Brennstoffdüsengehäuse 56 (d.h. die erste Ringstruktur 120, die dritte Ringstruktur 244 und die radiale Teilungswand 242) vorteilhafterweise ein Gehäuse für die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94. Demgemäß braucht nicht jede Brennstoffdüse 80 ihr eigenes unabhängiges Gehäuse zu haben und kann daher zu geringeren Kosten ausgetauscht werden.
7 ist eine Frontansicht eines Brennstoffdüsengehäuses 56 gemäß einer Ausführungsform. Wie dargestellt, ist das Brennstoffdüsengehäuse 56 radial mit sechs Brennstoffflanschen 126 verbunden. Das Brennstoffdüsengehäuse 56 empfängt Brennstoff von den Brennstoffflanschen 126 und liefert den Brennstoff in radialer Richtung 42 zu den Brennstoffdüsenaufnahmen 190, wo er von den Brennstoffdüsen 80 verwendet wird. Wie oben erläutert, strömt der Brennstoff durch Öffnungen in der zweiten Ringstruktur 122, den Brennstoffstreben 230 und der ersten Ringstruktur 120, bevor er in die Brennstoffdüsenaufnahmen 190 eintritt. In der dargestellten Ausführungsform wird jede Brennstoffdüsenaufnahme 190 von zwei Brennstoffflanschen 126 beschickt. Die beiden Brennstoffflansche 126 transportieren den Brennstoff von der zweiten Ringstruktur 122 zur ersten Ringstruktur 120 durch zwei entsprechende Brennstoffstreben 230. In anderen Ausführungsformen können zusätzliche Brennstoffflansche 126 für jede der Brennstoffdüsenaufnahmen (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr Brennstoffflansche 126) vorhanden sein, die Brennstoff durch eine entsprechende Anzahl von Brennstoffstreben 230) (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr Brennstoffstreben 230) abgeben.
Wie weiter aus 7 ersichtlich ist, können die radialen Platten 242 Öffnungen 248 aufweisen, die es dem Brennstoff ermöglichen, von einer Brennstoffdüsenaufnahme 190 zu einer benachbarten Brennstoffdüsenaufnahme 190 zu strömen. Zum Beispiel können die Öffnungen 248 über die Platten 242 verteilt sein, um dazu beizutragen, den Brennstoff gleichmäßiger auf die Rohre 192 der Brennstoffdüsen 92 zu verteilen. Als weiteres Beispiel können die Anzahl (z.B. 1 bis 1000), die Größe (z.B. der Durchmesser), die Form (z.B. kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch, sechseckig usw.), die Position der Öffnungen 248 in axialer Richtung 40 und ihre Position in radialer Richtung 42 variiert werden, um die Verteilung von Brennstoff auf die Aufnahmen 190 und somit auf die mehreren Rohre 192 der Brennstoffdüsen 94 zu steuern. In manchen Ausführungsformen weist jede der Platten 242 keine Öffnungen 248, mehr Öffnungen 248 (z.B. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25 oder mehr Öffnungen 248) auf die Platten 242 unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Öffnungen 248. Zum Beispiel kann eine der Platten 242 zwei Öffnungen 248 aufweisen, während die übrigen Platten fünf bzw. zehn Öffnungen 248 aufweisen. In einer Ausführungsform mit Öffnungen 248 in den Platten 242 können weniger Brennstoffflansche 126 und Brennstoffstreben 230 vorhanden sein, das Brennstoff frei zwischen den Brennstoffdüsenaufnahmen 190 strömen kann. Somit können ein einziger Brennstoffflansch 126 und eine einzige Brennstoffstrebe 230 den gesamten Brennstoff zu den Brennstoffdüsenaufnahmen 190 liefern. Ferner zeigt 7, dass die dritte Ringstruktur 244 Öffnungen 250 aufweisen kann. Die Öffnungen 250 gestatten es dem Brennstoff in den Brennstoffdüsenaufnahmen 190, in die mittlere Aufnahme 246 einzutreten. In der vorliegenden Ausführungsform sind drei Öffnungen 250 vorhanden, jedoch können in anderen Ausführungsformen andere Anzahlen von Öffnungen 250 vorhanden sein (z.B. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 oder mehr Öffnungen 250). In noch anderen Ausführungsformen kann die Ringstruktur 244 Öffnungen 250 aufweisen, die nur mit einigen von den Brennstoffdüsenaufnahmen 190 kommunizieren. Zum Beispiel kann es sein, dass die dritte Ringstruktur 244 nur Öffnungen 250 zwischen der mittleren Aufnahme 246 und einer von den Brennstoffdüsenaufnahmen 190 aufweist.
8 ist eine Frontansicht eines Brennstoffdüsengehäuses 56 gemäß einer Ausführungsform. In der dargestellten Ausführungsform kann das Brennstoffdüsengehäuse 56 drei Brennstoffdüsenaufnahmen 190 aufweisen: Jede von diesen Brennstoffdüsenaufnahmen 190 besetzt etwa 120 Grad von der Fläche in der ersten Ringstruktur 120. 8 zeigt eine Ausführungsform ohne mittlere Aufnahme wie sie in den vorherigen Figuren gezeigt worden ist. Obwohl 8 nur drei Brennstoffdüsenaufnahmen 190 zeigt, können andere Ausführungsformen anderen Anzahlen von Brennstoffdüsenaufnahmen 190 aufweisen (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Brennstoffdüsenaufnahmen 190), die von Platten 242 getrennt werden. Ferner kann jede von diesen Brennstoffdüsenaufnahmen 190 gleiche oder verschiedene Flächenanteile in der ersten Ringstruktur einnehmen. Zum Beispiel kann eine Brennstoffdüsenaufnahme 190 180 Grad von der ersten Ringstruktur 120 einnehmen, während die übrigen Brennstoffdüsenaufnahmen 190 jeweils 90 Grad einnehmen.
9 ist eine Teil-Querschnittsdarstellung eines Mikromischersystems 16 gemäß einer Ausführungsform. Wie oben erläutert, weist das Mikromischersystem 16 das Brennstoffdüsengehäuse 56, die Brennstoffdüsen 80, den Einlassströmungskonditionierer 90 und die hintere Plattenanordnung 92 auf. Das Brennstoffdüsengehäuse 56 stützt das Mikromischersystem 16 radial durch seine Verbindung mit dem Endgehäuse 52 und dem hinteren Gehäuse 62 oder genauer durch die Verbindung mit dem Flansch 60 des Endgehäuses 52 und dem ersten Flansch 64 des hinteren Gehäuses 62. Da das Brennstoffdüsengehäuse 56 mit dem Endgehäuse 52 und dem hinteren Gehäuse 62 verbunden ist, ist das Brennstoffdüsengehäuse 56 in der Lage, die Brennstoffdüsen 80 radial zu stützen und mit Brennstoff zu beliefern. Die Brennstoffdüsen 80 96 können Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 oder Vielrohr-Brennstoffdüse 94 in Kombination mit einer Brennstoffzünddüse 96 sein. In der dargestellten Ausführungsform stützt das Brennstoffdüsengehäuse 56 Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und eine mittlere Brennstoffzünddüse 96.
Im Betrieb kombinieren die Brennstoffdüsen 80 (z.B. die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und die Brennstoffzünddüsen 96) Brennstoff und Luft, um eine Brennstoff-Luft-Mischung zur Verbrennung in der Verbrennungszone 84 zu erzeugen. Die Brennstoffdüsen 80 empfangen Luftstrom vom Kompressor 24. Wie oben erörtert, entlässt der Kompressor 24 einen Luftstrom in ein Luftplenum, das das stromabwärtige Ende 46 des Brenners 12 umgibt. Die radialen Einspritzöffnungen 78 in der Strömungshülse 70 ermöglichen es dem Luftstrom 76, durch die Strömungshülse 70 zu strömen und in den Ringraum 74 einzutreten. Der Ringraum 74, der von der Strömungshülse 70 und dem Brennkammereinsatz 72 gebildet wird, lenkt den Luftstrom zum stromaufwärtigen Ende 48 des Brenners Im stromaufwärtigen Ende 48 tritt der Luftstrom 76 in den Einlassströmungskonditionierer 90 ein. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, ist der Einlassströmungskonditionierer 90 so gestaltet, dass er dazu beiträgt, den Luftstrom in Umfangsrichtung 44 um die Brennstoffdüsen 94 zu verteilen, wodurch er dabei hilft, eine gleichmäßigere Luftströmungsmenge in jedes Rohr 192 der Brennstoffdüsen 94 zu liefern. Außerdem kann der Einlassströmungskonditionierer 90 als Filter dienen, um dazu beizutragen, das Einströmen von teilchenförmigen Stoffen in die Aufnahmen 190 zu blockieren, wodurch er dazu beiträgt, das Verstopfen der Rohre 192 zu verringern. Nachdem sie den Einlassströmungskonditionierer 90 durchströmt hat, tritt die verdichtete Luft in die Rohre 192 der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 ein. Die Rohre 192 kombinieren die verdichtete Luft mit Brennstoff 260, um eine Brennstoff-Luft-Mischung 262 zu erzeugen, die in der Verbrennungszone 84 verbrennt. Der Brennstoff 260 tritt durch den Brennstoffflansch 126 radial in das Brennstoffdüsengehäuse 56 ein. Der Brennstoff 260 strömt dann durch die zweite Ringstruktur 122, die Brennstoffstrebe 230 und die erste Ringstruktur 120 durch die jeweiligen Öffnungen 236, 238 und 340. Wenn der Brennstoff 260 durch die erste Ringstruktur 120 strömt, tritt der Brennstoff 260 in die Brennstoffdüsenaufnahme 190 ein und kann von den Brennstoffdüsen 94 verwendet werden. Wie oben erörtert, ermöglicht die radiale Stützung und Brennstoffabgabe durch das Brennstoffdüsengehäuse 56 eine Vereinfachung der Endplatte 54 und vergrößert die nutzbare Oberfläche für die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 (z.B. die Anzahl und/oder Größe der Mikromischerrohre 192).
Die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 weist mehrere Rohre 192 auf, die sich durch Rohröffnungen 264, 266 und 268 in den jeweiligen Platten 194, 196, und 198 erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform weist die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 drei Platten 194, 196 und 198 auf, die axial zueinander versetzt sind, um Kammern 270 und 272 zu bilden. Wenn Brennstoff 206 in die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 eintritt, tritt der Brennstoff 260 zuerst in die Kammer 270 ein. Der Brennstoff 260 wird in der gesamten Kammer 270 verteilt, bevor der stromabwärts in die Kammer 272 strömt. Die Kammer 270 trägt auch dazu bei, den Druck und den Strom des Brennstoffs um sämtliche Rohre 192 herum auszugleichen. Wie dargestellt, weist die Platte 196 Öffnungen 274 auf, die es dem Brennstoff erlauben, die Kammer 270 zu verlassen und in die Kammer 272 einzutreten. In manchen Ausführungsformen können die Rohröffnungen 266 ausreichend Raum bilden, damit der Brennstoff aus der Kammer 270 um die Rohre 92 in die Kammer 272 strömen kann. In noch anderen Ausführungsformen können die Rohröffnungen 266 und die Öffnungen 274 dem Brennstoff 260 gestatten, aus der Kammer 270 in die Kammer 272 zu strömen. Die Öffnungen 266 und/oder 274 sind so gestaltet, dass sie dazu beitragen, den Brennstoff gleichmäßiger in der Kammer 272 zu verteilen, wodurch dann der Druck und der Strom des Brennstoffs ausgeglichen werden, bevor dieser in die Rohre 192 eintritt. In der Kammer 272 tritt der Brennstoff 260 durch die Brennstoffeinlässe oder Spalte 276 (z.B. 1 bis 100 Brennstoffeinlässe) in die Rohre 192 ein. Wenn der Brennstoff 260 durch die Brennstoffeinlässe 276 strömt, vermischt sich der Brennstoff 260 mit Luft 76, die durch die Lufteinlässe 278 strömt. Die Brennstoff-Luft-Mischung 262 strömt dann durch die Rohre 192, bevor sie durch die Auslässe 280 austritt. In der dargestellten Ausführungsform liegen die Brennstoffeinlässe 276 innerhalb der Kammer 272. Jedoch können die Brennstoffeinlässe 276 in anderen Ausführungsformen auch in der Kammer 270 oder in beiden Kammern 270 und 272 liegen. In noch anderen Ausführungsformen kann die Brennstoffdüse 94 keine Platte 196 aufweisen, und die Brennstoffeinlässe 276 können zwischen der Platte 194 und der Platte 198 liegen.
Wie oben erläutert, kann die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 die Platten 194, 196 und 198 aufweisen. Die Platten 194, 196 und 198 können in Bezug auf die Rohre 192, das Brennstoffdüsengehäuse 56 und/oder andere Stützstrukturen des Brenners 16 feststehend oder beweglich sein. Zum Beispiel können die Platten 194, 196 und 198 durch Schweißen, Löten, Verbolzen und/oder Erzeugen eines Presssitzes fest mit den Rohren 192 verbunden sein. Als weiteres Beispiel kann eine bewegliche Verbindung 282 (z.B. eine federnde metallische Dichtung) zwischen einer oder mehreren von den Platten 194, 196 und 198 und dem Brennstoffdüsengehäuse 56 angeordnet sein. Die bewegliche Verbindung 282 ermöglicht eine Bewegung einer oder mehrerer Platten 194, 196 und 198 in der axialen Richtung 40 als Reaktion auf eine thermisch bedingte Ausdehnung und Kontraktion der Rohre 192. In der dargestellten Ausführungsform sind die Platten 194, 196 und 198 fest mit den Rohren 52 verbunden, aber die Platten 194 und 198 weisen bewegliche Verbindungen 282 (z.B. die federnde elastische Dichtung) mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 auf. In einer anderen Ausführungsform kann die Platte 194 fest mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und den Rohren 192 verbunden sein, während die Platten 196 und 198 eine bewegliche Verbindung 282 mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 aufweist. In einer anderen Ausführungsform kann die Platte 198 fest mit den Rohren 192 verbunden sein und eine bewegliche Verbindung 282 (z.B. die federnde metallische Dichtung) mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 aufweisen, während die Platten 194 und 196 fest mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden sind und eine bewegliche Verbindung (z.B. Schubgelenke) mit den Rohren 192 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform ist die Platte 196 fest mit den Rohren 192 verbunden und weist eine bewegliche Verbindung (z.B. die federnde metallische Dichtung) mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 auf, während die Platten 194 und 198 fest mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden sind und eine bewegliche Verbindung (z.B. Schubgelenke) mit den Rohren 192 aufweisen. In einer noch anderen Ausführungsform kann jede von den Platten 194, 196 und 198 fest mit den Rohren 192 verbunden sein und eine bewegliche Verbindung (z.B. die federnde metallische Dichtung) mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 aufweisen. In jeder dieser Ausführungsformen sind die beweglichen Verbindungen 282 (z.B. die federnden metallischen Dichtungen) so gestaltet, dass sie sich als Reaktion auf eine thermisch bedingte Ausdehnung oder thermisch bedingte Kontraktion der Rohre 192, des Brennstoffdüsengehäuses 56 oder irgendeiner anderen Struktur des Brenners 16 ausdehnen oder zusammenziehen, wodurch temperaturbedingte Spannungen verringert werden und dennoch ein fluiddichter Verschluss aufrechterhalten wird.
Während des Betriebs des Systems 10 empfängt jedes Rohr 192 von der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 etwa gleich große Mengen an Luftstrom durch den Einlassströmungskonditionierer 90 und Brennstoff 260 durch die Brennstoffeinlässe 276 in der Kammer 272. Der Brennstoff und die Luft mischen sich in jedem Rohr 192 und werden dann als Brennstoff-Luft-Mischung 262 durch den Brennstoff-Luft-Mischungsauslass 280 ausgelassen und können im Brenner 16 verbrannt werden. Man beachte, dass die Temperatur in der Nähe der Auslässe 280 aufgrund der Verbrennung im Brenner 16 erhöht ist. Ferner kann die Temperatur des Luftstroms 284 wesentlich höher sein als die Temperatur des Brennstoffstroms 260. Zum Beispiel kann die Temperatur des Luftstroms 284 etwa 250 bis 500 Grad Celsius betragen, während die Temperatur des Brennstoffstroms 260 etwa 20 bis 250 Grad Celsius beträgt. Infolge dieser Temperaturgradienten, der Materialzusammensetzung der Teile (z.B. der Rohre 192, des Brennstoffdüsengehäuses 56 usw.) und anderer Faktoren können die Rohre 192 während des Betriebs des Mikromischersystems 16 eine thermisch bedingte Ausdehnung durchmachen. Die beweglichen Verbindungen 282 (z.B. die federnden metallischen Dichtungen) sind so gestaltet, dass sie diese thermisch bedingte Ausdehnung (und eine etwaige thermisch bedingte Kontraktion, z.B. während des Abschaltens) auffangen, um die verschiedenen Teile der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und des Brenners 16 zu schützen. Ohne die beweglichen Verbindungen 282 (z.B. die federnden metallischen Dichtungen) können die Rohre 192, das Brennstoffdüsengehäuse 56 und andere Stützstrukturen erheblichen temperaturbedingten Spannungen ausgesetzt sein, was zu vorzeitigem Verschleiß, Spannungsrissen und verkürzter Standzeit der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 führen kann. Somit können die beweglichen Verbindungen 282 (z.B. die federnden metallischen Dichtungen) dazu beitragen, das Betriebsverhalten, die Leistung und die Standzeit (z.B. verringerte Spannung und Materialermüdung) der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 zu verbessern. Zum Beispiel können die beweglichen Verbindungen 282 die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 in die Lage versetzen, viel größeren Temperaturunterschieden standzuhalten, wodurch Leistungssteigerungen möglich sind, ohne die Vielrohr-Brennstoffdüse 94 oder das Mikromischersystem 16 zu schädigen. Wie nachstehend ausführlicher erläutert wird, hält die bewegliche Verbindung 282 eine Arbeitsdichtung zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und den Platten 194 und 198 aufrecht, während sie trotzdem eine axiale Bewegung aufgrund der thermisch bedingten Ausdehnung oder Kontraktion der Rohre 192 ermöglicht.
10 ist eine Schnittansicht des Mikromischersystems von 16 9 entlang einer Linie 10-10 und stellt eine Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung 300 (z.B. eines metallischen Dichtungsbalgs 302) dar. Wie nachstehend erörtert, weist der metallische Dichtungsbalg 302 eine Wand 303 mit einer oder mehreren Krümmungen oder Biegungen auf, die sich in der axialen Richtung 304 ausdehnen und zusammenziehen kann. Wie in 10 dargestellt ist, erstreckt sich die federnde metallische Dichtung 300 (z.B. der metallische Dichtungsbalg 302) zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und der Platte 198 und bildet dadurch eine Arbeitsdichtung zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und der Platte 198. Die Platte 198 ist an den Rohren 192 fixiert, und somit bewegen sich die Platte 198 und die Rohre 192 zusammen als Reaktion auf eine thermisch bedingte Ausdehnung und Kontraktion, während sich die metallische Dichtung 300 (z.B. der metallische Dichtungsbalg 302) in der axialen Richtung 304 ausdehnt und zusammenzieht. In der dargestellten Ausführungsform ist die federnde metallische Dichtung 300 zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und der Platte 198 in einem Fach 306 (z.B. einem ringförmigen Fach oder sektorförmigen Fach) angeordnet, das von einer Nut 308 (z.B. einer Ringnut oder einer sektorförmigen Nut) im Brennstoffdüsengehäuse 56 gegenüber einem Umfangsrandabschnitt 310 der Platte 198 gebildet wird. Die Nut 308 kann zwischen einer Innenfläche 312 der zweiten Ringstruktur 120 und einem inneren Vorsprung oder Lippenabschnitt 314 (z.B. einer ringförmigen Lippe oder sektorförmigen Lippe) des Brennstoffdüsengehäuses 56 angeordnet sein. Das Fach 306 (das z.B. durch die Nut 308 und Abschnitte 310, 312 und 314 gebildet wird, erstreckt sich allgemein entlang der Grenzfläche zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und der Platte 198, wodurch eine Arbeitsdichtung bereitgestellt wird, die in der Lage ist, sich in der axialen Richtung 304 auszudehnen und zusammenzuziehen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die federnde metallische Dichtung 300 (z.B. der metallische Dichtungsbalg 302) in Bezug auf das Brennstoffdüsengehäuse 56 und/oder die Platte 198 fixiert oder nicht fixiert (d.h. frei beweglich sein). Zum Beispiel kann die Dichtung 300 einander entgegengesetzte erste und zweite Abschnitte 316 und 318 aufweisen, die an der Nut 308 und dem Umfangsrandabschnitt 310 durch Schweißen, Löten, Verbolzen oder anderweitig fixiert sein können. Jedoch kann einer oder können beide von den Endabschnitten 316 und 318 auch nicht an dem Brennstoffdüsengehäuse 56 oder der Platte 198 fixiert sein. Ferner kann die federnde metallische Dichtung 300 (z.B. der metallische Dichtungsbalg 302) eine oder mehrere flexible Krümmungen, Biegungen, Kurven, Falten oder allgemein axial anpassbare Krümmungen 320 in der Wand 303 aufweisen, so dass die Krümmungen 320 eine Ausdehnung und Kontraktion der Dichtung 300 in der axialen Richtung ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform weist die federnde metallische Dichtung 300 (z.B. der metallische Dichtungsbalg 302) mehrere abwechselnde Krümmungen 320 auf, die ein Wellenmuster 322 definieren. Zum Beispiel ändert die dargestellte Dichtung 300 ihre Richtung fünfmal, wodurch sie fünf axial anpassbare Krümmungen 320 in der Wand 303 definiert. Außerdem können die Endabschnitte 316 und 318 in der radialen Richtung 42 ausgerichtet sein. Wenn die Endabschnitte 316 und 318 in der radialen Richtung 42 ausgerichtet sind, kann die federnde metallische Dichtung 300 die Abdichtung zwischen der Platte 198 und dem Brennstoffdüsengehäuse 56 erleichtern. Genauer kann sich der metallische Dichtungsbalg 302 in der axialen Richtung 40 ausdehnen, wenn der Druck des Brennstoffs in der Kammer 270 den Druck der Luft gegenüber der Wand 198 des metallischen Dichtungsbalgs 302 übertrifft, wodurch die Dichtung aufrechterhalten bleibt. Wären die Endabschnitte 316 und 318 jedoch in der entgegengesetzten Richtung ausgerichtet, könnte sich der Dichtungsbalg 302 zusammenziehen, wenn der Druck des Brennstoffs in der Kammer 270 größer ist als der Druck der Luft auf der entgegengesetzten Seite der Platte 198, wodurch die Dichtkraft der metallischen Dichtung 300 herabgesetzt sein würde. Aus diesem Grund kann die Ausrichtung der Endabschnitte 316 und 318 abhängig von unterschiedlichen Fluiddrücken auf einander entgegengesetzten Seiten der Platten 194, 194, 198 wechseln. Zum Beispiel können die metallischen Dichtungen 300, die mit Platten 194 und 196 verbunden sind, ein metallischer Dichtungsbalg 302 mit Endabschnitten 316 und 318 sein, die entgegengesetzt zu der Darstellung in 10 ausgerichtet sind. Dadurch kann die Fähigkeit der metallischen Dichtungen 300, die mit den Platten 194 und 196 in Kontakt stehen, zur Aufrechterhaltung einer Dichtung mit dem Gehäuse 56, wenn die Fluiddrücke auf einander entgegengesetzten Seiten der Platten 194 und 196 verschieden sind, erhöht werden. In anderen Ausführungsformen kann die Dichtung 300 eine einzige axial anpassbare Krümmung 320 oder jede beliebige Anzahl von axial anpassbare Krümmungen 320 aufweisen (z.B. 1 bis 100 Krümmungen). So können die Krümmungen 320 der Dichtung 300 eine C-Form, eine U-Form, eine V-Form, eine W-Form, eine E-Form oder jede Art von oszillierendem Muster definieren. In anderen Ausführungsformen kann die Dichtung 300 eine O-Form oder eine J-Form aufweisen. Eine größere Anzahl von Krümmungen 320 in der federnden metallischen Dichtung 300 kann den Bereich der axialen Bewegung 304 vergrößern. Die federnde metallische Dichtung 300 kann aus jedem für Hochtemperaturanwendungen geeigneten Material bestehen, beispielsweise Edelstahl der Güte 321, Edelstahl der Güte 347, Edelstahl A-286, Nickellegierungen, Cobaltlegierungen und Superlegierungen auf Nickel-Chrom-Basis (z.B. Inconel^® X-750) oder beliebigen Kombinationen davon.
11 ist eine Frontansicht einer Ausführungsform einer federnden metallischen Dichtung 300 mit einer sektorförmigen Gestaltung 340 (z.B. einer abgestumpften Tortenstückform), die sich für die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 von 4–6 eignet. Wie dargestellt, weist die sektorförmige Gestaltung 340 eine Keilform oder eine abgestumpfte Tortenstückform auf mit zwei im Allgemeinen parallelen Seiten 342 und 344 und zwei nicht-parallelen Seiten 346 und 348. Die Seiten 342 und 344 sind bogenförmig, während die Seiten 346 und 348 linear sind (z.B. in radialer Richtung 350 auseinanderstreben). Jedoch kann die sektorförmigen Gestaltung 340 der Dichtung 300 in bestimmten Ausführungsformen andere Formen aufweisen, z.B. eine Tortenstückform mit drei Seiten. Ferner kann die Dichtung 300 in manchen Ausführungsformen als Kreis, als Rechteck, als Dreieck oder in einer anderen Geometrie ausgebildet sein. In der Ausführungsform von 8 können die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und die zugehörigen Dichtungen 300 in drei Sektoren um eine mittlere Brennstoffdüse 12 herum unterteilt sein. Jedoch können die äußeren Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und zugehörigen Dichtungen 300 in jede Anzahl von Sektoren aufgeteilt sein, z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Sektoren.
12, 13 und 14 sind seitliche Teil-Querschnittsdarstellungen der Vielrohr-Brennstoffdüse von 9 und zeigen Ausführungsformen der federnden metallischen Dichtung 300 (z.B. des metallischen Dichtungsbalgs 302) mit verschiedenen Anzahlen von axial anpassbaren Krümmungen 320 in der Wand 303. Zum Beispiel ist 12 eine seitliche Teil-Querschnittsdarstellung der Brennstoffdüse 12 von 9 und stellt eine Ausführungsform der federnden metallischen Dichtung 300 dar, die eine einzige Krümmung oder Biegung 320 aufweist (z.B. eine U-Form oder eine C-Form 352). 13 ist eine seitliche Teil-Querschnittsdarstellung der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 von 9 und stellt eine Ausführungsform der federnden metallischen Dichtung 300 dar, die mehrere Krümmungen oder Biegungen 320 aufweist (z.B. eine E-Form oder eine W-Form 354). 14 ist eine seitliche Teil-Querschnittsdarstellung der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 von 9 und stellt eine Ausführungsform der federnden metallischen Dichtung 300 dar, die mehrere Krümmungen oder Biegungen 320 aufweist, die ein noch größeres Wellenmuster 322 als 10 definieren. Genauer weist das Wellenmuster 322 von 14 9 Krümmungen oder Biegungen 320 auf, die als Wellen-, Schwingungs- oder Zickzackmuster 356 bezeichnet werden können. In anderen Ausführungsformen kann das Muster 356 jede Anzahl von Krümmungen oder Biegungen 320 aufweisen. Zum Beispiel kann in Anwendungen mit größeren Temperaturunterschieden eine federnde metallische Dichtung 300 (z.B. ein metallischer Dichtungsbalg 302) mit einer großen Anzahl von Krümmungen 320 verwendet werden, um eine größere axiale Bewegung zu ermöglichen und trotzdem eine Arbeitsdichtung zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse 56 und der Platte 198 der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 aufrechtzuerhalten. Wiederum können in jeder Ausführungsform von 12, 13 und 14 die einander entgegengesetzten Endabschnitte 316 und 318 in Bezug auf das Brennstoffdüsengehäuse 56 und die Platte 198 entweder fixiert oder unfixiert (d.h. beweglich) sein. Zum Beispiel kann einer der Endabschnitte 316 und 318 fixiert sein, während der andere Endabschnitt nicht fixiert ist, wodurch der Ein- und Ausbau der Brennstoffdüsen 12 erleichtert ist.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer rückseitigen Plattenanordnung 92. Die rückseitige Plattenanordnung 92 schirmt die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 gegen die Verbrennungsreaktion der Brennstoff-Luft-Mischung 262 in der Verbrennungszone 84 ab und kühlt sie, so dass die rückseitige Plattenanordnung 92 dazu beiträgt, die Nutzungsdauer der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 zu verlängern. Die rückseitige Plattenanordnung 92 weist eine rückseitige Platte 370; eine Prallplatte 372, einen ersten Zylinder 374 (z.B. eine Außenwand); einen zweiten Zylinder 376 (z.B. eine Innenwand); und eine erste Reifendichtung 378 (z.B. eine Hula-Dichtung) und eine zweite Reifendichtung 380 (z.B. eine Hula-Dichtung) auf. Die Reifendichtungen 378 und 380 sind allgemein ringförmige Dichtungen, die eine ringförmige Wand 377 aufweisen, deren Durchmesser zunimmt und dann abnimmt, um einen bogenförmigen Querschnitt oder ein Federelement 379 zu definieren Der exakte Querschnitt 379 trägt dazu bei, eine thermisch bedingte Ausdehnung und Kontraktion in einer radialen Richtung zu bewältigen, während eine Dichtung aufrechterhalten wird. Wie dargestellt, weisen die rückseitige Platte 370 und die Prallplatte 372 jeweils Rohröffnungen 382 und 384 auf, die eine Befestigung der rückseitigen Plattenanordnung 92 über den Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 ermöglichen. Die rückseitige Platte 370 und die Prallplatte 372 können auch jeweils mittlere Düsenöffnungen oder -kanäle 386 und 388 aufweisen. Die mittleren Düsenöffnungen 386 und 388 machen es möglich, dass sich der zweite Zylinder 376 durch die Prallplatte 372 und die rückseitige Platte 370 hindurch erstreckt, und dass die mittlere Brennstoffdüse oder Zünddüse 96 durch einen mittleren Kanal 385 aufgenommen wird. Die rückseitige Plattenanordnung 92 ist mit Stiften 162 (siehe 9), die durch Öffnungen 390 mit dem ersten Zylinder 374 verbunden sind (z.B. radiale Halterung am Brennstoffdüsengehäuse 56 befestigt. Die Stifte 162 ermöglichen eine axiale Ausdehnung der rückseitigen Plattenanordnung 92, aber blockieren eine Drehung oder Bewegung in Richtung auf das rückseitige Ende des Brenners 12. Ferner ermöglicht die mit Stiften befestigte Gestaltung eine leichte Auswechselung der rückseitigen Platte 370 oder anderer Abschnitte der rückseitigen Plattenanordnung 92.
In der dargestellten Ausführungsform nimmt jede von den Platten 370 und 372 alle Mischrohre 192 für die Brennstoffdüsen 94 in mehreren Aufnahmen (z.B. drei sektorenförmigen und/oder abgestumpft tortenstückförmigen Anordnungen) des Brennstoffdüsengehäuses 56 auf. Anders ausgedrückt wird nicht für jede von den Aufnahmen 190 eine separate Platte bereitgestellt, sondern in der dargestellten Ausführungsform sind die Platten 370 und 372 für alle Aufnahmen 190 da, wodurch eine vereinigte Platte 370 und eine vereinigte Platte 372 definiert werden. Die vereinigte rückseitige Platte 370 weist Rohröffnungen 382 auf, die im Wesentlichen über die gesamte Platte 370 in Sektoren (z.B. tortenstückförmigen Sektoren) angeordnet sind, die durch Sektorteiler 381 (z.B. radiale Teilungslücken) getrennt sind, die im Allgemeinen mit den Teilungswänden 242 zwischen den Aufnahmen 190 fluchten. Ebenso weist die vereinigte rückseitige Platte 372 Rohröffnungen 384 auf, die im Wesentlichen über die gesamte Platte 372 verteilt sind, mit Ausnahme von Sektorteilern 383, die im Allgemeinen mit den Teilungswänden 242 zwischen den Aufnahmen 190 fluchten. Somit trägt die vereinigte Konstruktion der rückseitigen Platte 370 und der Prallplatte 372 dazu bei, die Raumausnutzung der Rohröffnungen 382 für Mischrohre 192 zu verbessern und dabei die Anzahl möglicher Leckwege zu verringern. Die vereinigten Platten 370 und 370 vereinfachen außerdem die Konstruktion, den Ein- und Ausbau und die Wartung des Mikromischersystems 16 und insbesondere den Ein- und Ausbau der Rohre 192.
16 ist eine Schnittansicht des Mikromischersystems 16 entlang einer Linie 16-16 von 9 gemäß einer Ausführungsform; Wie dargestellt, wird die rückseitige Plattenanordnung 92 zusammengesetzt, wenn die rückseitige Platte 370 mit der Prallplatte 372 verbunden wird und die Prallplatte 372 mit dem ersten Zylinder 374 verbunden wird. Die rückseitige Platte 370, die Prallplatte 372 und der erste Zylinder 374 können durch Schweißen, Löten oder Befestigungsmittel (z.B. Schraubbefestigungsmitteln) verbunden werden. Nach dem Zusammenbau wird die rückseitige Plattenanordnung 92 mit Stiften 162, die durch Öffnungen 164 im Brennstoffdüsengehäuse 56 hindurch verlaufen, und Öffnungen 390 im ersten Zylinder 374 mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 verbunden. Der Luftstrom zwischen der rückseitigen Plattenanordnung 92 und dem Brennkammereinsatz 72 ist durch die Reifendichtung verhindert. Wie oben angegeben, ermöglicht die rückseitige Plattenanordnung 92 eine Kühlung kann einen direkten Kontakt zwischen der Verbrennung der ersten Brennstoff-Luft-Mischung 262 in der Verbrennungszone 84 und den Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 blockieren. Somit kann die rückseitige Platte 370 aus einem Material gefertigt sein, dass in der Lage ist, hohen Temperaturen über lange Zeit standzuhalten (z.B. Hastalloy X, Haynes 188, Cobalt Chrom, Inconnel usw.). Außerdem kann die rückseitige Platte 370 eine Beschichtung aufweisen, beispielsweise eine Wärmedämmschicht (TBC) 400, um für zusätzlichen Hitzeschutz zu sorgen, um den wärmebedingten Verschleiß der rückseitigen Platte 370 zu verringern und die Wärmeübertragung auf die Rohre 192 zu beschränken.
Die rückseitige Plattenanordnung 92 kann außerdem in Kombination mit der Platte 198 eine Kühlkammer 402 bilden. Wie oben erläutert, weist das Brennstoffdüsengehäuse 56 radiale Luftkühlungsöffnungen 128 auf, die es der verdichteten Luft 76 ermöglichen, durch den Ringraum 74 zu strömen und in die Luftkühlungskammer 402 einzutreten. Wenn der Luftstrom 76 in die Kammer 402 eintritt, wirbelt der Luftstrom 76 umher und kühlt die Rohre 192 konvektiv (d.h. er überträgt Wärme weg von den Rohren 192). Außerdem kann der Luftstrom 76 die Entfernung von Brennstoff 260 unterstützen, der möglicherweise zwischen den Rohren 192 und der Wand 198 in die Luftkühlungskammer 402 austritt, wodurch eine Brennstoffansammlung hinter der rückseitigen Platte 370 weitgehend verringert oder eliminiert wird. Die Kammer 402 lenkt den Kühlluftstrom 76 in Richtung 404 auf die Prallplatte 372. Wie dargestellt, ist die Prallplatte 372 zur rückseitigen Platte 370 versetzt, um einen Raum 406 zu bilden. Der Raum 406 erzeugt einen Druckabfall, um den Luftstrom 76 durch Prallöffnungen 408 hindurch anzuziehen. Wenn der Luftstrom 76 durch die Prallplatte 372 strömt, trifft der Luftstrom 76 auf eine Stirnseite 410 der rückseitigen Platte 370, wodurch die rückseitige Platte 370 prallgekühlt wird. Nach der Prallkühlung der Stirnflächenseite 410 der Prallplatte 370 kann der Luftstrom 76 durch Effusionskühlungsöffnung und/oder zwischen der rückseitigen Platte 370 und den Rohren 192 austreten. Wenn die Kühlluft 76 aus der rückseitigen Plattenanordnung 92 austritt, überträgt der Luftstrom 76 Wärme und möglicherweise Brennstoff in die Verbrennungszone 84, wodurch das Mikromischersystem 16 vor thermisch bedingtem Verschleiß geschützt wird.
In anderen Ausführungsformen muss die rückseitige Plattenanordnung 92 keine Prallplatte 372 aufweisen. Somit kann der Kühlluftstrom 76 die Stirnflächenseite 410 der rückseitigen Platte 370 direkt berühren und dann durch Lücken zwischen den Rohren 192 und der rückseitigen Platte 370 und/oder durch Effusionskühlungsöffnungen austreten. Trotz der Kühlung kann die rückseitige Platte 370 heißer werden als andere Komponenten in dem Mikromischersystem 16. Jedoch ermöglicht die Stiftbefestigung am Brennstoffdüsengehäuse 56 eine radiale Ausdehnung der rückseitigen Plattenanordnung 92, blockiert jedoch eine Drehung und axiale Bewegung stromabwärts. Somit verringert oder blockiert das Mikromischersystem 16 mechanische Belastungen und Spannungen zwischen der rückseitigen Plattenanordnung 92 und dem Brennstoffdüsengehäuse 56.
17 ist eine Schnittdarstellung einer rückseitigen Platte 370, einschließlich von Rohröffnungen 382 und Effusionskühlungsöffnungen 420. Wie oben erläutert, kann der Kühlluftstrom 76 durch Effusionskühlungsöffnungen 420 und/oder durch die Rohröffnungen 382 austreten, nachdem der Kühlluftstrom 76 gegen die Stirnflächenseite 410 der rückseitigen Platte 370 geprallt ist. Wie dargestellt, weisen die Rohröffnungen 382 eine Breite 422 auf, und die Rohre 192 weisen eine Breite 424 auf. Der Unterschied 426 zwischen den Breiten 422 und 424 erzeugt einen Ringraum 428, durch den der Kühlluftstrom 76 das Mikromischersystem 16 durch die rückseitige Platte 370 verlassen kann. Der Kühlluftstrom 76 kann auch durch Effusionskühlungsöffnungen 420 austreten. Die Effusionskühlungsöffnungen 420 können zwischen einigen oder allen von den Rohröffnungen 382 angeordnet sein. In manchen Ausführungsformen kann mehr als eine Effusionskühlungsöffnung 420 zwischen jedem von den angrenzenden Rohröffnungen 382 vorhanden sein (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr). Die Effusionskühlungsöffnungen 420 können senkrecht sein zur rückseitigen Platte 370 oder einen Winkel in Bezug auf eine Ebene 432 der rückseitigen Platte 370 bilden. Zum Beispiel können die Winkel 430 und 431 der Effusionskühlungsöffnungen ungefähr 30–150, 50–130, 70–110, 80–100, 30, 45, 60, 75 oder 90 Grad in Bezug auf die Ebene 432 sein. Im Betrieb machen es die Effusionskühlungsöffnungen 420 möglich, dass eine dünne Schicht aus Kühlluftstrom das rückseitige Ende 434 der rückseitigen Platte 370 kühlt. Die Kühlluftschicht kann den Schutz der rückseitigen Platte 370 gegen die Verbrennungsreaktion im Brenner 12 verbessern. Obwohl 17 eine rückseitige Platte 370 darstellt, können die gleichen Kühlungsmerkmale auch auf die Prallplatte 372 zutreffen. Genauer können die Prallöffnungen 408 der Prallplatte 372 einen Winkel in Bezug auf eine Ebene 432 der Prallplatte 372 bilden. Die Prallplatte 372 kann auch mehrere Prallöffnungen 408 zwischen den Rohröffnungen 384 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr Prallöffnungen) aufweisen, um die rückseitige Platte 370 wirksamer zu kühlen.
18 ist eine perspektivische Rückseitenansicht eines Einlassströmungskonditionierers 90. Wie oben erläutert, dient der Einlassströmungskonditionierer 90 als Filter, der verhindert, dass Abrieb in die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 eintritt, und der eine ungefähr gleichmäßige Verteilung von Luftstrom auf jedes von den Rohren 192 in den Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 ermöglicht. Der Einlassströmungskonditionierer 90 weist einen ersten Zylinder 450 (z.B. eine Außenwand), einen zweiten Zylinder 452 (z.B. eine Innenwand) und eine Platte 454 auf, die den ersten Zylinder 450 mit dem zweiten Zylinder 452 verbindet. Wie dargestellt, weist der erste Zylinder 450 Öffnungen 158 auf, die eine Verbindung des Einlassströmungskonditionierers 90 mit dem Brennstoffdüsengehäuse 56 ermöglichen. Außerdem kann der erste Zylinder 450 auch Luftstromöffnungen 456 (z.B. radiale Öffnungen) aufweisen, die in axialer Richtung 40 und in Umfangsrichtung 44 mit Abstand voneinander entlang des ersten Zylinders 450 angeordnet sind. Die Öffnungen 456 können einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als ein Durchmesser der Rohre 192 in der Vielrohr-Brennstoffdüse 94. Der Unterschied des Durchmessers ermöglicht es dem Einlassströmungskonditionierer 90, Abrieb in der verdichteten Luft 76 daran zu hindern, durch den Einlassströmungskonditionierer 90 zu strömen und in die Rohre 192 einzutreten. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Luftstromöffnungen 456 nahe an der Platte 454 angeordnet. Jedoch können die Luftstromöffnungen 456 in anderen Ausführungsformen am ersten Zylinder 450 gegenüber der Platte 454 angeordnet sein, oder die Luftstromöffnungen 456 können an jedem Punkt um den Umfang des ersten Zylinders 450 angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform sind die Luftstromöffnungen 456 kreisförmig; jedoch können die Luftstromöffnungen in anderen Ausführungsformen rechtwinklig, quadratisch oder oval sein. Ferner können die Öffnungen 456 in verschiedenen Mustern (z.B. Reihen) um den ersten Zylinder 450 angeordnet sein.
Die Platte 454 kann auch mehrere Luftstromöffnungen 458 (z.B. axiale Öffnungen) aufweisen. Ebenso wie die Öffnungen 456 können die Öffnungen 458 können einen Durchmesser aufweisen, der kleiner ist als ein Durchmesser der Rohre 192 in der Vielrohr-Brennstoffdüse 94. Der Unterschied des Durchmessers ermöglicht es dem Einlassströmungskonditionierer 90, Abrieb in der verdichteten Luft 76 daran zu hindern, durch den Einlassströmungskonditionierer 90 zu strömen und in die Rohre 192 einzutreten. Wie oben erläutert, liefert das Mikromischersystem 16 Brennstoff in radialer Richtung 42 zu den Vielrohr-Brennstoffdüsen 94. Daher kann die Fläche der Platte 454 im Wesentlichen mit Luftstromöffnungen 458 gefüllt werden, wodurch Druckverluste beim Strömen der Druckluft 76 durch den Einlassströmungskonditionierer 90 verringert werden. Wie die Luftstromöffnungen 456 können die Luftstromöffnungen 458 kreisförmig, rechteckig, quadratisch oder oval sein. Ferner können die Luftstromöffnungen 458 in Mustern (z.B. konzentrischen kreisförmigen Reihen) um den zweiten Zylinder 452 herum angeordnet sein. Jedoch können die Luftstromöffnungen 458 in anderen Ausführungsformen anders angeordnet sein. Der zweite Zylinder 452 liegt in der Platte 454 an und definiert eine mittlere Brennstoffdüsenöffnung 460. Die mittlere Brennstoffdüsenöffnung 460 ermöglicht einen Durchtritt einer mittleren Brennstoffdüse oder Brennstoffzünddüse 96 durch den Einlassströmungskonditionierer 90 und in das Brennstoffdüsengehäuse 56. In anderen Ausführungsformen muss der Einlassströmungskonditionierer 90 keine mittlere Brennstoffdüsenöffnung 460 aufweisen, sondern kann stattdessen zusätzliche Luftstromöffnungen 458 aufweisen, die verdichtete Luft 76 in die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 speisen.
19 ist eine perspektivische Frontansicht eines Einlassströmungskonditionierers 90 von 18. Wie dargestellt, weist der Einlassströmungskonditionierer 90 Teilungswände oder Stützplatten 470 (z.B. radiale Stützen) auf. Die Stützplatten 470 sind mit dem ersten Zylinder 450, dem zweiten Zylinder 452, der Platte 454 und zu Umlenkern 472 (z.B. Umlenkblechen, -prallplatten oder -wänden) verbunden. Die Stützplatten 470 können durch Schweißen, Löten oder Befestigungsmittel (z.B. Schraubbefestigungsmittel) verbunden sein, um eine zusätzliche Stütze für die Umlenker 472 und den zweiten Zylinder 452 bereitzustellen. Zusätzlich zur Bereitstellung einer Stützung können die Stützplatten 470 die Kanalisierung des Luftstroms, der durch die Öffnungen 458 in der Frontplatte 454 strömt, zu einer bestimmten Aufnahme 190 und Vielrohr-Brennstoffdüse 94 unterstützen. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Einlassströmungskonditionierer 90 drei Stützplatten 470 auf, die drei Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 im Brennstoffdüsengehäuse 56 entsprechen. Jedoch können in anderen Ausführungsformen zusätzliche Stützplatten 470 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) vorhanden sein, die der Anzahl der Aufnahmen 190 und Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 entsprechen können. Ferner können sich die Stützplatten 470 von der Platte 454 zu einem gegenüber liegenden Ende 474 des ersten Zylinders 450 erstrecken und somit den Luftstrom, der durch den Einlassströmungskonditionierer 90 strömt, auf die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 aufzuteilen.
Ebenso wie die Platten 370 und 372 der rückseitigen Plattenanordnung 92 kann der in 18 und 19 dargestellte Einlassströmungskonditionierer 90 eine vereinigte (z.B. einstückige) Struktur sein, die für die mehrere Aufnahmen 190, Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 und sämtliche Rohre 192 da ist. Anders ausgedrückt können die Öffnungen 458 im Wesentlichen die ganze Platte 454 abdecken, außer den Stützplatten 470, die im Allgemeinen mit den Teilungswänden 242 zwischen den Aufnahmen 190 fluchten. Somit können die Öffnungen 458 dazu beitragen, den Luftstrom im Wesentlichen gleichmäßig über der gesamten Platte 458 in einer axialen Richtung 40 in Richtung auf die Mischrohre 192 zu verteilen, während die Öffnungen 456 dazu beitragen, den Luftstrom im Wesentlichen gleichmäßig in einer radialen Richtung 42 um den ersten Zylinder 450 herum in Richtung auf die Mischrohre 192 zu liefern. Wiederum tragen die Öffnungen 456 und 458 dazu bei, den Luftstrom gleichmäßiger auf alle Rohre 192 zu verteilen, so dass jedes Rohr 192 eine im Wesentlichen gleiche Menge an Luftstrom erhält. Außerdem vereinfacht die vereinigte Konstruktion des Einlassströmungskonditionierers 90 die Konstruktion, den Ein- und Ausbau und die Wartung der Brennstoffdüsen 94 und der Mischrohre 192.
Wie oben angegeben, weist der Einlassströmungskonditionierer 90 Umlenker 472 auf. Die Umlenker 472 können dazu beitragen, den Luftstrom zu den radial äußersten Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 zu lenken. Genauer können die Umlenker 472 Luftstrom von den Luftstromöffnungen 456 in den ersten Zylinder 450 lenken. In noch anderen Ausführungsformen können die Umlenker 472 Luftstrom von den Öffnungen 456 und 458 zu den radial äußersten Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 lenken, wodurch eine nahezu gleichmäßige Verteilung von Luftstrom auf jedes der Rohre 192 in den Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 möglich ist.
20 ist eine Schnittansicht eines Einlassströmungskonditionierers 90. Wie dargestellt, lenkt der Umlenker 472 Luftstrom um, der durch die Öffnungen 456 in den Einlassströmungskonditionierer 90 eintritt. Genauer berührt der Luftstrom 76 den Umlenker 472, wenn der Luftstrom durch die Öffnungen 456 in den Einlassströmungskonditionierer 90 eintritt. Der Umlenker 472 gibt dem Luftstrom 76 eine andere Richtung und lenkt in so, dass er entlang der Innenfläche 476 des Einlassströmungskonditionierers 90 strömt. Da der Luftstrom in der Nähe der Innenfläche 476 strömt, macht es der Einlassströmungskonditionierer 90 möglich, dass die radial äußersten Rohre 192 ungefähr die gleiche Menge an Luftstrom erhalten wie die radial innerste Rohre 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94. In der vorliegenden Ausführungsform ändert der Umlenker 472 Luftstrom die Richtung des Luftstroms, der durch die Öffnungen 456 in den Einlassströmungskonditionierer 90 eintritt. Jedoch kann der Umlenker 472 in anderen Ausführungsformen auch die Richtung von Luftstrom ändern, der durch einige von den Öffnungen 458 in der Platte 454 in den Einlassströmungskonditionierer 90 eintritt.
21 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Einlassströmungskonditionierers 90. In der dargestellten Ausführungsform weist der Einlassströmungskonditionierer 90 keinen Umlenker auf, der den Luftstrom in die radial äußersten Rohre 192 der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 kanalisiert. Stattdessen bilden die Luftstromöffnungen 456 Winkel 480, 482 und 484 mit dem ersten Zylinder 450, wobei die Winkel 480, 482 und 484 im Allgemeinen in der Stromabwärtsrichtung zu den Rohren 192 hin ausgerichtet sind. Der Winkel der Öffnungen 456 lenkt den Luftstrom um, der in den Einlassströmungskonditionierer 90 eintritt. Genauer unterstützt der Winkel der Öffnungen 456 den Luftstrom darin, in der Nähe der Innenfläche 476 des Einlassströmungskonditionierers 90 zu strömen, wodurch die radial äußersten Rohre 192 ungefähr die gleiche Menge an Luftstrom erhalten wie die radial innersten Rohre 192. Die Winkel 480, 482 und 484 können ungefähr 90–170, 110–150 oder 130–140 Grad betragen oder können größer sein als ungefähr 100, 120, 140 oder 160 Grad. In manchen Ausführungsformen können die Öffnungen 456 andere Winkel aufweisen und dadurch den Luftstrom durch verschiedene Öffnungen 456 dabei unterstützen, näher oder weiter weg von der Innenfläche 476 zu strömen. Zum Beispiel kann sich die Winkel 480, 482 und 484 jeweils unterscheiden, oder einige von den Winkeln 480, 482 und 484 können einander gleich sein. In einer anderen Ausführungsform können die Winkel 480, 482 und 484 in der axialen Richtung 40 allmählich von einer Öffnung 456 zu einer anderen größer werden. In einer noch anderen Ausführungsform können die Winkel 480, 482 und 484 in der axialen Richtung 40 allmählich von einer Öffnung 456 zu einer anderen kleiner werden. In jeder von diesen Ausführungsformen können die Winkel der Öffnung 456 dazu beitragen, die Mengen an Luftstrom zu den einzelnen Rohren 192 in der Vielrohr-Brennstoffdüse 94 ungefähr auszugleichen.
22 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform des Einlassströmungskonditionierers 90. Ebenso wie die Ausführungsform in 22 weist der Einlassströmungskonditionierer 90 von 22 keinen Umlenker auf. Stattdessen weist der Einlassströmungskonditionierer 90 Öffnungen 456 und 458 auf, die jeweils Winkel mit dem ersten Zylinder 450 und der Platte 454 bilden. Genauer bilden die Öffnungen 456 Winkel 480, 482 und 484 mit dem ersten Zylinder 450, während die Öffnungen 458 Winkel 490, 492, 494 und 496 bilden. In der vorliegenden Ausführungsform weisen zwei von den Öffnungen 456 Winkel auf, die größer sind als neunzig Grad, während die dritte Öffnung neunzig Grad in Bezug auf den ersten Zylinder 450 misst. Außerdem bilden einige von den Öffnungen 458 einen Winkel von größer als 90 Grad (z.B. Winkel 490 und 492) mit der Platte 454, während die übrigen Öffnungen 458 Neunziggradwinkel 494 und 496 bilden. Die Kombination der beiden Öffnungen 458 mit nichtsenkrechten Winkeln 490 und 492 und der Öffnungen 456, die nicht-senkrechte Winkel 482 und 484 bilden, die jeweils größer sind als 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160 oder 170 Grad, verstärkt den Luftstrom entlang der Innenfläche 476 des ersten Zylinders 450 zu den radial äußersten Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94. Somit können die Öffnungen 456 im ersten Zylinder 450 und die Öffnungen 458 entlang der Platte 454 den Luftstrom zu den radial äußersten Rohren 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 verstärken, wodurch es möglich ist, dass ungefähr gleiche Mengen an Luftstrom in die Rohre 192 der Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 gelangen. Die Winkel 480, 482, 484, 490, 492, 494 und 496 können ungefähr 90–170, 110–150, 130–140 Grad oder ungefähr 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160 oder 170 Grad betragen. In manchen Ausführungsformen können die Öffnungen 456 und 458 unterschiedliche Winkel aufweisen und dadurch den Luftstrom durch verschiedene Öffnungen 456 und 458 lenken, so dass dieser näher oder weiter weg von der Innenfläche 472 strömt. Zum Beispiel können die Winkel 480, 482, 484, 490, 492, 494 und 496 jeweils verschieden sein, oder sie können in Bezug auf einige von den Winkel 480, 482, 484, 490, 492, 494 und 496 verschieden sein. In einer anderen Ausführungsform können die Winkel 480, 482 und 484 in der axialen Richtung 40 allmählich von einer Öffnung zu einer anderen größer werden. In einer noch anderen Ausführungsform können die Winkel 480, 482 und 484 in der axialen Richtung 40 allmählich von einer Öffnung zu einer anderen kleiner werden. Die Winkel 490, 492, 494 und 496 können auch in der radialen Richtung 42 von einer Öffnung zu einer anderen allmählich ein größerer Winkel werden oder in der radialen Richtung 42 von einer Öffnung zur anderen allmählich ein kleinerer Winkel werden. Darüber hinaus kann es sein, dass nur manche von den Öffnungen 456 und 458 einen Winkel von mehr als 90 Grad bilden, während die übrigen Öffnungen Winkel von 90 Grad mit dem ersten Zylinder 450 und dem zweiten Zylinder 454 bilden. Da jedes der Rohre 192 ungefähr gleiche Mengen an Luftstrom über den Einlassströmungskonditionierer 90 erhält, mischen und verteilen die Vielrohr-Brennstoffdüsen 94 die Brennstoff-Luft-Mischung in einem geeigneten Verhältnis für eine optimale Verbrennung, optimale Emissionswerte, Kraftstoffverbrauchswerte und Leistungsausgabe. Genauer kann das Mikromischersystem 16 Anteile von unerwünschten Emissionen (z.B. NOx, CO, CO₂, usw.) aus einem Gasturbinensystem verringern.
Technische Wirkungen der Erfindung beinhalten ein modulares Mikromischersystem. Das modulare Mikromischersystem erleichtert die Inspektion, die Wartung und den Austausch von einzelnen Komponenten einschließlich der Vielrohr-Brennstoffdüsen, des Einlassströmungskonditionierers, der rückseitigen Plattenanordnung und der federnden metallischen Dichtung (z.B. des metallischen Dichtungsbalgs). Wie oben erläutert, stützt das Brennstoffdüsengehäuse die einzelnen Komponenten, während es radial Brennstoff zu den Vielrohr-Brennstoffdüsen liefert. Die radiale Brennstoffabgabe ermöglicht die Verwendung einer vereinfachten Endplatte am Brenner und vergrößert den verfügbaren Platz, der von den Rohren er Vielrohr-Brennstoffdüsen genutzt werden kann. Andere technische Wirkungen beinhalten, dass der Einlassströmungskonditionierer in der Lage ist, Abrieb aus verdichteter Luft zu filtern und zu ermöglichen, dass ungefähr gleiche Mengen an Luftstrom in jedes der Rohre in den Vielrohr-Brennstoffdüsen gelangt. Außerdem weist das Mikromischersystem die rückseitige Plattenanordnung auf, die so gestaltet ist, dass sie eine Kühlluftkammer erzeugt, die in der Lage ist, die Vielrohr-Brennstoffdüsen konvektiv zu kühlen und gleichzeitig die Vielrohr-Brennstoffdüsen gegen direkten Kontakt mit der Verbrennungsreaktion in der Verbrennungszone abzuschirmen. Schließlich verringert oder blockiert die federnde metallische Dichtung einen Verschleiß aufgrund von Temperaturgradienten in der Vielrohr-Brennstoffdüse. Genauer kann sich die federnde metallische Dichtung (z.B. der metallische Dichtungsbalg) in einer axialen Richtung ausdehnen und zusammenziehen, um die Wirkungen einer thermisch bedingten Ausdehnung oder Kontraktion der Rohre zu verringern, während sie eine kontinuierlich Arbeitsdichtung zwischen dem Brennstoffdüsengehäuse und den Vielrohr-Brennstoffdüsen aufrechterhält.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Weise zu ihrer Ausführung, zu beschreiben und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschließen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unerheblich unterscheiden.
Ein System enthält mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen, die jeweils mehrere Rohre aufweisen, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, wobei jedes Rohr von den mehreren Rohren einen Lufteinlass, einen Brennstoffeinlass und einen Brennstoff-Luft-Mischungsauslass aufweist, und ein Brennstoffdüsengehäuse mit einer Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse erstreckt, mehreren radialen Wänden, die sich von der Außenwand nach innen zu der Mittelachse hin erstrecken, mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen, die innerhalb der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen in den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen angeordnet sind, einer Befestigungsstruktur, die mehrere radiale Stützarme aufweist, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.

Claims

System, das aufweist: mehrere Vielrohr-Brennstoffdüsen, die jeweils mehrere Rohre aufweisen, die sich in einer axialen Richtung erstrecken, wobei jedes Rohr von den mehreren Rohren einen Lufteinlass, einen Brennstoffeinlass und einen Brennstoff-Luft-Mischungsauslass aufweist; und ein Brennstoffdüsengehäuse, aufweisend: eine Außenwand, die sich in Umfangsrichtung um eine Mittelachse herum erstreckt; mehrere radiale Wände, die sich von der Außenwand nach innen in Richtung auf die Mittelachse erstrecken; mehrere Brennstoffdüsenaufnahmen, die innerhalb der Außenwand angeordnet sind, wobei die mehreren radialen Wände die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen voneinander trennen und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen in den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen angeordnet sind; eine Befestigungsstruktur, die mehrere radiale Stützarme aufweisen, die sich von der Außenwand nach außen erstrecken.
System nach Anspruch 1, wobei jede Brennstoffdüse von den mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen die mehreren Rohre aufweist, die um einen Umfangsrand der jeweiligen Brennstoffdüse herum frei liegen, und das Brennstoffdüsengehäuse sich um den Umfangsrand jeder Brennstoffdüse herum erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen eine erste Aufnahme und eine zweite Aufnahme umfassen, und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen eine erste Vielrohr-Brennstoffdüse, die in der ersten Aufnahme angeordnet ist, und eine zweite Vielrohr-Brennstoffdüse, die in der zweiten Aufnahme angeordnet ist, umfassen.
System nach Anspruch 3, wobei die mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen eine dritte Aufnahme umfassen und die mehreren Vielrohr-Brennstoffdüsen eine dritte Vielrohr-Brennstoffdüse umfassen, die in der dritten Aufnahme angeordnet ist.
System nach Anspruch 4, wobei die erste Aufnahme einen ersten tortenstückförmigen Umfangsrand aufweist, der zumindest zum Teil von der Außenwand und einer ersten und zweiten radialen Wand der mehreren radialen Wände definiert ist, die zweite Aufnahme einen zweiten tortenstückförmigen Umfangsrand aufweist, der zumindest zum Teil von der Außenwand und der zweiten und einer dritten radialen Wand von den mehreren radialen Wänden definiert ist, und die dritte Aufnahme einen dritten tortenstückförmigen Umfangsrand aufweist, der zumindest zum Teil von der Außenwand und der ersten und dritten radialen Wand von den mehreren radialen Wänden definiert ist.
System nach Anspruch 5, wobei die Außenwand eine äußere ringförmige Wand aufweist, die eine kreisförmige Region umgibt, wobei der erste, zweite und dritte tortenstückförmige Umfangsrand jeweils einen Sektor von etwa 120 Grad der kreisförmigen Region umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei das Brennstoffdüsengehäuse eine Innenwand aufweist, die zu der Außenwand im Wesentlichen koaxial ist, wobei die Innenwand mit den mehreren radialen Wänden verbunden ist.
System nach Anspruch 7, das eine mittlere Brennstoffdüse aufweist, die in einem mittleren Kanal angeordnet ist, der sich durch die Innenwand erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei jede Aufnahme von den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen durch mindestens einen Arm von den mehreren radialen Stützarmen mit einem Brennstoffkanal verbunden ist
System nach Anspruch 1, wobei jede Wand von den mehreren radialen Wänden mindestens eine Öffnung aufweist, die sich zwischen benachbarten Aufnahmen von den mehreren Brennstoffdüsenaufnahmen erstreckt.