DE102014114554A1

DE102014114554A1 - Turbomaschinen-Brennkammer mit extern brennstoffversorgtem Spät-Mager-Einspritzsystem

Info

Publication number: DE102014114554A1
Application number: DE201410114554
Authority: DE
Inventors: Jason Thurman Stewart; Thomas Edward Johnson; Christopher P. Keener; Heath Michael Ostebee
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-10-18
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2015-04-23
Also published as: US20150107255A1; JP2015078831A; CN104566468A; CH708788A2

Abstract

Eine Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) enthält eine Brennkammeranordnung (22), die einen Brennkammergrundkörper aufweist (52), der sich von einem Kopfende (54) durch eine Verbrennungszone (58) zu einem zweiten Ende (56) erstreckt. Wenigstens ein Injektor (60) ist dazu eingerichtet und angeordnet, an dem Kopfende (54) des Brennkammergrundkörpers (52) ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone (58) einzuspeisen. Mindestens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) (90–92) ist dazu eingerichtet und angeordnet, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen. Ein äußeres Fluidzufuhrsystem (40) ist strömungstechnisch mit dem wenigstens einen LLI (90–92) verbunden. Das externe Fluidzufuhrsystem (40) weist mindestens eine Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende (112), das mit dem LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende (113) erstreckt, das außerhalb der Brennkammereinrichtung (20) der Turbomaschine (3) angeordnet ist. Das zweite Ende (113) ist dazu eingerichtet und angeordnet, das zweite entzündbare Gemisch dem LLI (90–92) zuzuführen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Gebiet der Turbomaschinen und speziell eine Turbomaschinen-Brennkammer mit extern brennstoffversorgtem Spät-Mager-Einspritzsystem.
Turbomaschinen weisen einen Verdichterabschnitt auf, der über eine gemeinsame Verdichter-/Turbinenwelle und eine Brennkammereinrichtung mit einem Turbinenabschnitt verbunden ist. Ein Einlassluftstrom wird durch eine Luftansaugöffnung in Richtung des Verdichterabschnitts geleitet. In dem Verdichterabschnitt wird der Einlassluftstrom durch mehrere aufeinander folgende Stufen in Richtung der Brennkammereinrichtung verdichtet. In der Brennkammereinrichtung mischt sich der verdichtete Luftstrom mit einem Brennstoff, um ein entzündbares Gemisch zu bilden, das in eine Brennkammer einer Brennkammeranordnung geleitet wird. Das entzündbare Gemisch wird in der Brennkammer verbrannt, um Heißgase zu erzeugen. Die heißen Gase werden durch mehrere Turbinenstufen hindurch expandiert, wobei sie auf Turbinenschaufeln, die an Rädern befestigt sind, eine Kraft ausüben, um Arbeit zu verrichten, die ausgegeben wird, um beispielsweise einen Generator, eine Pumpe oder ein Fahrzeug anzutreiben. Von dem Turbinenabschnitt stammende Abgase werden häufig zu einem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger geleitet, der einen Dampfstrom erzeugt, der zu einem Dampfturbinenabschnitt weitergeleitet wird.
Allgemein werden die verdichtete Luft und der Brennstoff über eine oder mehrere Brennstoffdüsen durch ein Kopfende der Brennkammeranordnung eingespeist. Das entzündbare Gemisch verbrennt in einer Verbrennungszone der Brennkammeranordnung und strömt durch ein Übergangsstück zu dem Turbinenabschnitt. In manchen Fällen wird stromabwärts der Verbrennungszone ein zusätzliches entzündbares Fluid in die Brennkammer eingeführt. In anderen Fällen kann das zusätzliche entzündbare Fluid in das Übergangsstück eingespeist werden. Wenn das zusätzliche entzündbare Fluid verbrannt wird, kann es unverbrannte Komponenten des entzündbaren Gemisches verbrennen, so dass Emissionen der Turbomaschine verbessert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt eines Ausführungsbeispiels beinhaltet eine Turbomaschinen-Brennkammeranordnung eine Brennkammeranordnung, die einen Brennkammergrundkörper aufweist, der sich von einem Kopfende durch eine Verbrennungszone zu einem zweiten Ende erstreckt. Wenigstens ein Injektor ist dazu eingerichtet und angeordnet, ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone an dem Kopfende des Brennkammergrundkörpers einzuspeisen. Mindestens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) ist dazu eingerichtet und angeordnet, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen. Ein äußeres Fluidzufuhrsystem ist mit dem wenigstens einen LLI strömungstechnisch verbunden. Das externe Fluidzufuhrsystem weist mindestens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende, das mit dem LLI strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende erstreckt, das außerhalb der Turbomaschinenbrennkammereinrichtung angeordnet ist. Das zweite Ende ist dazu eingerichtet und angeordnet, dem LLI das zweite entzündbare Gemisch zuzuführen.
Weiter kann die oben erwähnte Turbomaschinen-Brennkammeranordnung enthalten: eine Brennstoffzufuhrleitung, die sich von einem ersten Endabschnitt, der mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem äußeren Vorrat von entzündbarem Fluid verbunden ist.
Die Turbomaschinen-Brennkammeranordnung jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Brennstoffzufuhrleitung angeordnet ist.
Die Turbomaschinen-Brennkammeranordnung jeder oben erwähnten Bauart kann zudem eine Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid aufweisen, die sich von einem ersten Endabschnitt, der mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem Vorrat von nicht entzündbarem Fluid verbunden ist.
Die Turbomaschinen-Brennkammeranordnung jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid angeordnet ist.
Der zweite Endabschnitt der Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid jeder oben erwähnten Turbomaschinen-Brennkammer kann strömungstechnisch mit einem Verdichterauslassgehäuse verbunden sein.
Die wenigstens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid jeder oben erwähnten Turbomaschinen-Brennkammer kann enthalten: eine erste Zufuhrleitung für entzündbares Fluid, die mit einem ersten LLI strömungstechnisch verbunden ist, eine Zufuhrleitung für ein zweites entzündbares Fluid, das mit einem zweiten LLI strömungstechnisch verbunden ist, und eine Zufuhrleitung für ein drittes entzündbares Fluid, das mit einem dritten LLI strömungstechnisch verbunden ist, wobei sämtliche Zufuhrleitungen für das erste, zweite und dritte entzündbare Fluid strömungstechnisch mit einem Verbindungsglied verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels kann zu einer Turbomaschine gehören: ein Verdichterabschnitt, ein Turbinenabschnitt, der betriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt verbunden ist, und eine Brennkammereinrichtung, die strömungstechnisch mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt verbunden ist. Die Brennkammereinrichtung kann eine Brennkammeranordnung enthalten, die einen Brennkammergrundkörper aufweist, der sich ausgehend von einem Kopfende durch eine Verbrennungszone zu einem zweiten Ende erstreckt. Wenigstens ein Injektor kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, an dem Kopfende des Brennkammergrundkörpers ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone einzuspeisen. Mindestens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen. Ein äußeres Fluidzufuhrsystem kann strömungstechnisch mit wenigstens einem LLI verbunden sein. Das externe Fluidzufuhrsystem kann mindestens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid enthalten, die sich ausgehend von einem ersten Ende, das strömungstechnisch mit dem LLI verbunden ist, zu einem zweiten Ende erstreckt, das außerhalb der Turbomaschinenbrennkammereinrichtung angeordnet ist. Das zweite Ende kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, dem LLI das zweite entzündbare Gemisch zuzuführen.
Das Turbotriebwerk des oben erwähnten Typs kann zudem eine Brennstoffzufuhrleitung enthalten, die sich von einem ersten Endabschnitt, der mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem äußeren Vorrat von entzündbarem Fluid verbunden ist.
Das Turbotriebwerk jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Brennstoffzufuhrleitung angeordnet ist.
Das Turbotriebwerk jeder oben erwähnten Bauart kann zudem eine Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid enthalten, die sich von einem ersten Endabschnitt, der strömungstechnisch mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem Vorrat von nicht entzündbarem Fluid verbunden ist.
Das Turbotriebwerk jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid angeordnet ist.
Der zweite Endabschnitt der Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann strömungstechnisch mit einem Verdichterauslassgehäuse verbunden sein.
Die wenigstens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann enthalten: eine erste Zufuhrleitung für entzündbares Fluid, die strömungstechnisch mit einem ersten LLI verbunden ist, eine Zufuhrleitung für ein zweites entzündbares Fluid, die strömungstechnisch mit einem zweiten LLI verbunden ist, und eine Zufuhrleitung für ein drittes entzündbares Fluid, die strömungstechnisch mit einem dritten LLI verbunden ist, wobei sämtliche Zufuhrleitungen für das erste, zweite und dritte entzündbare Fluid mit einem Verbindungsglied strömungstechnisch verbunden sind.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt des Ausführungsbeispiels können zu einem Turbomaschinensystem gehören: ein Verdichterabschnitt, ein Turbinenabschnitt, der betriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt verbunden ist, eine mechanische Last, die antriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt verbunden ist, und ein Ansaugsystem, das strömungstechnisch mit dem Verdichterabschnitt verbunden ist. Das Ansaugsystem kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, ein Fluid zu konditionieren, das in einen Einlass des Verdichterabschnitts eintritt. Eine Brennkammereinrichtung kann strömungstechnisch mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt verbunden sein. Die Brennkammereinrichtung kann eine Brennkammeranordnung enthalten, die einen Brennkammergrundkörper aufweist, der sich ausgehend von einem Kopfende durch eine Verbrennungszone zu einem zweiten Ende erstreckt. Wenigstens ein Injektor kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, an dem Kopfende des Brennkammergrundkörpers ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone einzuspeisen. Mindestens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen. Ein äußeres Fluidzufuhrsystem kann strömungstechnisch mit dem wenigstens einen LLI verbunden sein. Das externe Fluidzufuhrsystem kann mindestens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid enthalten, die sich ausgehend von einem ersten Ende, das strömungstechnisch mit dem LLI verbunden ist, zu einem zweiten Ende erstreckt, das außerhalb der Turbomaschinenbrennkammereinrichtung angeordnet ist. Das zweite Ende kann dazu eingerichtet und angeordnet sein, dem LLI das zweite entzündbare Gemisch zuzuführen.
Das oben erwähnte Turbomaschinensystem kann zudem eine Brennstoffzufuhrleitung enthalten, die sich von einem ersten Endabschnitt, der mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem äußeren Vorrat von entzündbarem Fluid verbunden ist.
Das Turbomaschinensystem jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Brennstoffzufuhrleitung angeordnet ist.
Das Turbomaschinensystem jeder oben erwähnten Bauart kann außerdem eine Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid enthalten, die sich von einem ersten Endabschnitt, der mit dem zweiten Ende der wenigstens einen Zufuhrleitung für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt zu einem zweiten Endabschnitt erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt strömungstechnisch mit einem Vorrat von nicht entzündbarem Fluid verbunden ist.
Das Turbomaschinensystem jeder oben erwähnten Bauart kann zudem ein Ventil enthalten, das in dem Zwischenabschnitt der Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid angeordnet ist.
Die wenigstens eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid jedes oben erwähnten Turbomaschinensystems kann enthalten: eine erste Zufuhrleitung für entzündbares Fluid, die mit einem ersten LLI strömungstechnisch verbunden ist, eine Zufuhrleitung für ein zweites entzündbares Fluid, die mit einem zweiten LLI strömungstechnisch verbunden ist, und eine Zufuhrleitung für ein drittes entzündbares Fluid, die mit einem dritten LLI strömungstechnisch verbunden ist, wobei sämtliche Zufuhrleitungen für das erste, zweite und dritte entzündbare Fluid strömungstechnisch mit einem Verbindungsglied verbunden sind.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:
1 veranschaulicht schematisch eine Turbomaschine, die eine Turbomaschinen-Brennkammer mit extern brennstoffversorgtem Spät-Mager-Einspritzsystem enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 veranschaulicht schematisch eine Seitenansicht der Turbomaschinen-Brennkammer von 1; und
3 zeigt in einer axialen Stirnansicht eine Turbomaschinen-Brennkammer mit extern brennstoffversorgtem Spät-Mager-Einspritzsystem gemäß einem Aspekt des Ausführungsbeispiels.
Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In 1 ist ein Turbomaschinensystem gemäß einem Ausführungsbeispiel mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Das Turbomaschinensystem 2 enthält eine Turbomaschine 3 mit einem Verdichterabschnitt 4, der ein Verdichtergehäuse 6 und einen Turbinenabschnitt 8 aufweist, der ein Turbinengehäuse 10 umfasst. Das Verdichtergehäuse 6 und das Turbinengehäuse 10 sind vereinigt, um ein Gehäuse 12 zu bilden (2). Der Verdichterabschnitt 4 ist betriebsmäßig über eine gemeinsame Verdichter-/Turbinenwelle 16 mit dem Turbinenabschnitt 8 verbunden. Die Turbomaschine 3 enthält ferner eine Brennkammereinrichtung 20, die eine oder mehrere Brennkammeranordnungen 22 aufweist, die den Verdichterabschnitt 4 und den Turbinenabschnitt 8 strömungstechnisch verbinden. Ein Ansaugsystem 24 ist strömungstechnisch mit einem Einlass 26 des Verdichterabschnitts 4 verbunden. Weiter ist die Turbomaschine 3 antriebsmäßig verbunden mit einer mechanischen Last 30 gezeigt. Die mechanische Last 30 kann unterschiedliche Formen beinhalten, beispielsweise Pumpsysteme, Energieerzeugungssysteme sowie andere Arten mechanisch angetriebener Systeme. Die Turbomaschine 3 enthält zudem ein äußeres Fluidzufuhrsystem 40, das, wie weiter unten eingehender beschrieben, strömungstechnisch mit dem Brennkammeranordnung 22 verbunden ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Brennkammeranordnung 22 einen Brennkammergrundkörper 52 auf, der sich ausgehend von einem Kopfende 54 durch eine Verbrennungszone 58 zu einem zweiten Ende 56 erstreckt. An dem Kopfende 54 sind mehrere Injektoren 60 angeordnet. Die Injektoren 60 empfangen durch ein Brennstoffzufuhrsystem 62 Brennstoff und Luft von einem Verdichterauslassgehäuse 63, das im Inneren des Gehäuses 12 ausgebildet ist. Der Brennstoff und die Luft vermischen sich, um ein entzündbares Gemisch zu bilden, das in der Verbrennungszone 58 verbrannt wird, wobei Heißgase entstehen. Die heißen Gase strömen von der Brennkammeranordnung 22 durch ein Übergangsstück 65 und expandieren durch den Turbinenabschnitt 8 hindurch. Das Übergangsstück 65 erstreckt sich von einem ersten Endabschnitt 68 über einen Zwischenabschnitt 72 zu einem zweiten Endabschnitt 70. Der erste Endabschnitt 68 ist mechanisch mit dem zweiten Ende 56 der Brennkammer 22 verbunden, und der zweite Endabschnitt 70 ist strömungstechnisch mit dem Turbinenabschnitt 8 verbunden.
Weiter enthält die Brennkammeranordnung 22 gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel einen ersten Spät-Mager-Injektor (LLI) 90, einen zweiten LLI 91 (3) und einen dritten LLI 92 (3), der an dem Brennkammergrundkörper 52 befestigt ist. Selbstverständlich können die Anzahl und der Ort der LLI variieren. Die LLI 90–92 erstrecken sich an einer zweiten Verbrennungszone 93 durch den Brennkammergrundkörper 54. Die zweite Verbrennungszone 93 ist stromabwärts der Verbrennungszone 58 angeordnet. Jeder LLI 90–92 weist einen entsprechenden Einlass für entzündbares Fluid 96–98 auf, der über das externe Fluidzufuhrsystem 40 ein entzündbares Fluid aufnimmt. Die LLI 90–92 führen der Brennkammeranordnung 22 ein zweites entzündbares Gemisch zu, das in der zweiten Verbrennungszone 93 verbrannt wird. Während eines Volllastbetriebs verkürzen die LLI 90–92 die Zeit, die die Verbrennungsprodukte bei einer endgültigen Brennkammerauslasstemperatur brauchen, um NO_x zu reduzieren. Bei Teillastbetrieb kann die Brennstoffzufuhr zu den LLI 90–92 wesentlich verringert oder vollständig abgeschaltet werden. In solchen Bedingungen wird an dem Kopfende 54 zusätzlicher Brennstoff bereitgestellt, um Temperaturen an dem Kopfende zu steigern, um CO zu oxidieren. Somit erfüllt die Turbomaschine die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte sowohl bei Voll- als auch bei Teillastbetrieb.
Weiter enthält das externe Fluidzufuhrsystem 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid, die sich ausgehend von einem ersten Ende 112, das mit dem Einlass 96 für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende 113 erstreckt, das außerhalb der Brennkammeranordnung 22 angeordnet ist. Eine Brennstoffzufuhrleitung 120 ist strömungstechnisch mit der Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid verbunden. Spezieller erstreckt sich die Brennstoffzufuhrleitung 120 von einem ersten Endabschnitt 123, der mit dem zweiten Ende 113 der Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt 125 zu einem zweiten Endabschnitt 124. Der zweite Endabschnitt 124 ist strömungstechnisch mit einem Brennstoffvorrat 126 verbunden. Der Brennstoffvorrat 126 stellt eine Brennstoffquelle bereit, die entzündbare Fluide, entzündbare Gase, Verdünnungsmittel und dergleichen enthalten kann. Entlang des Zwischenabschnitts 125 ist ein Ventil 130 angeordnet. Das Ventil 130 steuert den Durchlass von entzündbarem Fluid aus dem Brennstoffvorrat 126 zu einem oder mehreren LLI 90–92.
Weiter enthält das externe Fluidzufuhrsystem 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Zufuhrleitung 140 für nicht entzündbares Fluid. Die Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid 140 erstreckt sich von einem ersten Endabschnitt 143 über einen Zwischenabschnitt 145 zu einem zweiten Endabschnitt 144. Der erste Endabschnitt 143 ist strömungstechnisch mit dem zweiten Ende 113 der Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid verbunden. Der zweite Endabschnitt 144 der Zufuhrleitung 140 für nicht entzündbares Fluid ist strömungstechnisch mit einem Verdichterauslassgehäuse 63 verbunden, das in dem Gehäuse 12 bereitgestellt ist. Das Verdichterauslassgehäuse 63 stellt den LLI 90–92 eine Zufuhr von nicht entzündbarem Fluid bereit. Hier ist zu beachten, dass das nicht entzündbare Fluid für den Brennstoff als ein Oxidationsmittel wirkt und Luft, Sauerstoff, Verdünnungsmittel und dergleichen beinhalten kann. Darüber hinaus ist entlang des Zwischenabschnitts 145 der Zufuhrleitung 140 für nicht entzündbares Fluid ein Ventil 150 angeordnet.
Mittels dieser Anordnung können Brennstoff und Luft außerhalb der Brennkammer 22 gemischt und den LLI 90–92 zugeführt werden, bevor sie in den Brennkammergrundkörper 52 eingespeist werden. Durch das Mischen von Brennstoff und Luft außerhalb der Brennkammeranordnung 22 ist der Druck in der Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid geringer als der Druck der Verdichterauslassluft an dem Verdichterauslassgehäuse 63. Dementsprechend ist das Verdichterauslassgehäuse 63 im Falle eine Undichtigkeit von dem Brennstoff getrennt. D.h. es wird kein Brennstoff durch das Verdichterauslassgehäuse 63 in das Gehäuse 12 strömen. Darüber hinaus wird das Brennstoff/Luft-Gemisch, das durch die Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid strömt, einen Druckabfall erfahren, der im Wesentlichen einem Gesamtdruckabfall in dem Brennkammergrundkörper 52 entspricht. Infolgedessen wird die Ausgangsgeschwindigkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches angemessen sein, um Flammhaltung an den LLI 90–92 zu reduzieren. Außerdem kann das externe Fluidzufuhrsystem 40, wie es in 3 gezeigt ist, eine Zufuhrleitung für entzündbares Fluid 160, die mit der Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, sowie eine Zufuhrleitung für ein zweites entzündbares Fluid 163 und eine Zufuhrleitung 165 für ein drittes entzündbares Fluid aufweisen, die die LLI 90–92 über ein Verbindungsglied 168 strömungstechnisch miteinander verbinden. Außerdem sollte klar sein, dass jeder LLI eine eigene Zufuhr von nicht entzündbarem und entzündbarem Fluids aufweisen kann.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist vielmehr lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Eine Brennkammereinrichtung 20 für eine Turbomaschine 3 enthält eine Brennkammeranordnung 22, die einen Brennkammergrundkörper aufweist 52, der sich von einem Kopfende 54 durch eine Verbrennungszone 58 zu einem zweiten Ende 56 erstreckt. Wenigstens ein Injektor 60 ist dazu eingerichtet und angeordnet, an dem Kopfende 54 des Brennkammergrundkörpers 52 ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone 58 einzuspeisen. Mindestens ein Spät-Mager-Injektor LLI 90–92 ist dazu eingerichtet und angeordnet, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen. Ein äußeres Fluidzufuhrsystem 40 ist strömungstechnisch mit dem wenigstens einen LLI 90–92 verbunden. Das externe Fluidzufuhrsystem 40 weist mindestens eine Zufuhrleitung 110 für entzündbares Fluid auf, die sich ausgehend von einem ersten Ende 112, das mit dem LLI 90–92 strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende 113 erstreckt, das außerhalb der Brennkammereinrichtung 20 der Turbomaschine 3 angeordnet ist. Das zweite Ende 113 ist dazu eingerichtet und angeordnet, das zweite entzündbare Gemisch dem LLI 90–92 zuzuführen.
Bezugszeichenliste

2: Turbomaschinensystem
3: Turbomaschine
4: Verdichterabschnitt
6: Verdichtergehäuse
8: Turbinenabschnitt
10: Turbinengehäuse
12: Gehäuse
16: Gemeinsame Verdichter-/Turbinenwelle
20: Brennkammereinrichtung
22: Brennkammeranordnungen
24: Ansaugsystem
26: Einlass
30: Mechanische Last
40: Externes Fluidzufuhrsystem
52: Brennkammergrundkörper
54: Kopfende
56: Zweites Ende
58: Verbrennungszone
60: Mehrere Injektoren
62: Brennstoffzufuhrsystem
63: Auslassgehäuse
65: Übergangsstück
68: Erster Endabschnitt
70: Zweiter Endabschnitt
72: Zwischenabschnitt
90: Erster Spät-Mager-Injektor (LLI)
91: Zweiter LLI
92: Dritter LLI
93: Zweite Verbrennungszone
96: Einlass für entzündbares Fluid
97: Einlass für entzündbares Fluid
98: Einlass für entzündbares Fluid
110: Zufuhrleitung für entzündbares Fluid
112: Erstes Ende
113: Zweites Ende
120: Brennstoffzufuhrleitung
123: Erster Endabschnitt
124: Zweiter Endabschnitt
125: Zwischenabschnitt
126: Brennstoffvorrat
130: Ventil
140: Zufuhrleitung für nicht entzündbares Fluid
143: Erster Endabschnitt
144: Zweiter Endabschnitt
145: Zwischenabschnitt
148: Verdichterentnahme
150: Ventil
160: Zufuhrleitung für ein entzündbares Fluid
163: Zufuhrleitung für ein zweites entzündbares Fluid
165: Zufuhrleitung für ein drittes entzündbares Fluid
168: Verbindungsglied

Claims

Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3), umfassend: eine Brennkammeranordnung (22), die einen Brennkammergrundkörper aufweist (52), der sich von einem Kopfende (54) durch eine Verbrennungszone (58) zu einem zweiten Ende (56) erstreckt; wenigstens einen Injektor (60), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, an dem Kopfende (54) des Brennkammergrundkörpers (52) ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone (58) einzuspeisen; wenigstens einen Spät-Mager-Injektor (LLI) (90–92), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen; und ein externes Fluidzufuhrsystem (40), das mit dem wenigstens einen LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, wobei zu dem äußeren Fluidzufuhrsystem (40) mindestens eine Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid gehört, die sich ausgehend von einem ersten Ende (112), das mit dem LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende (113) erstreckt, das außerhalb der Brennkammereinrichtung (20) der Turbomaschine (3) angeordnet ist, wobei das zweite Ende (113) dazu eingerichtet und angeordnet ist, das zweite entzündbare Fluid dem LLI (90–92) zuzuführen.
Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Brennstoffzufuhrleitung (120), die sich von einem ersten Endabschnitt (123), der mit dem zweiten Ende (113) der wenigstens einen Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt (125) zu einem zweiten Endabschnitt (124) erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt (124) mit einem äußeren Vorrat von entzündbarem Fluid strömungstechnisch verbunden ist.
Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) nach Anspruch 2, weiter mit einem Ventil (130), das in dem Zwischenabschnitt (125) der Brennstoffzufuhrleitung (120) angeordnet ist.
Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) nach Anspruch 2, zusätzlich mit einer Zufuhrleitung (140) für nicht entzündbares Fluid, die sich von einem ersten Endabschnitt (143), der mit dem zweiten Ende (113) der wenigstens einen Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt (145) zu einem zweiten Endabschnitt (144) erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt (144) strömungstechnisch mit einem Vorrat von nicht entzündbarem Fluid verbunden ist.
Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Ventil (150), das in dem Zwischenabschnitt (145) der Zufuhrleitung (140) für nicht entzündbares Fluid angeordnet ist; und/oder wobei der zweite Endabschnitt (144) der Zufuhrleitung (140) für nicht entzündbares Fluid strömungstechnisch mit einem Verdichterauslassgehäuse (63) verbunden ist.
Brennkammereinrichtung (20) für eine Turbomaschine (3) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid beinhaltet: eine erste Zufuhrleitung (160) für entzündbares Fluid, die mit einem ersten LLI (90) strömungstechnisch verbunden ist, eine Zufuhrleitung (163) für ein zweites entzündbares Fluid, die mit einem zweiten LLI (91) strömungstechnisch verbunden ist, und eine Zufuhrleitung (165) für ein drittes entzündbares Fluid, die mit einem drittem LLI (92) strömungstechnisch verbunden ist, wobei sämtliche Zufuhrleitungen (160, 163, 165) für das erste, zweite bzw. dritte entzündbare Fluid strömungstechnisch mit einem Verbindungsglied (168) verbunden sind.
Turbomaschine (3), zu der gehören: ein Verdichterabschnitt (4); ein Turbinenabschnitt (8), der betriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt (4) verbunden ist; und eine Brennkammereinrichtung (20), die strömungstechnisch mit dem Verdichterabschnitt (4) und dem Turbinenabschnitt (8) verbunden ist, wobei die Brennkammereinrichtung (20) aufweist: eine Brennkammeranordnung (22), die einen Brennkammergrundkörper aufweist (52), der sich von einem Kopfende (54) durch eine Verbrennungszone (58) zu einem zweiten Ende (56) erstreckt; wenigstens ein Injektor (60), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, an dem Kopfende (54) des Brennkammergrundkörpers (52) ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone (58) einzuspeisen; wenigstens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) (90–92), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen; und ein äußeres Fluidzufuhrsystem (40), das mit dem wenigstens einen LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, wobei zu dem äußeren Fluidzufuhrsystem (40) mindestens eine Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid gehört, die sich ausgehend von einem ersten Ende (112), das mit dem LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende (113) erstreckt, das außerhalb der Brennkammereinrichtung (20) der Turbomaschine (3) angeordnet ist, wobei das zweite Ende (113) dazu eingerichtet und angeordnet ist, das zweite entzündbare Fluid dem LLI (90–92) zuzuführen.
Turbomaschine (3) nach Anspruch 7, zu der außerdem gehören: eine Brennstoffzufuhrleitung (120), die sich von einem ersten Endabschnitt (123), der mit dem zweiten Ende (113) der wenigstens einen Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt (125) zu einem zweiten Endabschnitt (124) erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt (124) strömungstechnisch mit einem äußeren Vorrat von entzündbarem Fluid verbunden ist.
Turbomaschine (3) nach Anspruch 8, zu der zusätzlich gehören: ein Ventil (130), das in dem Zwischenabschnitt (125) der Brennstoffzufuhrleitung (120) angeordnet ist; und/ oder eine Zufuhrleitung (140) für nicht entzündbares Fluid, die sich von einem ersten Endabschnitt (143), der mit dem zweiten Ende (113) der wenigstens einen Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid strömungstechnisch verbunden ist, über einen Zwischenabschnitt (145) zu einem zweiten Endabschnitt (144) erstreckt, wobei der zweite Endabschnitt (144) strömungstechnisch mit einem Vorrat von nicht entzündbarem Fluid verbunden ist.
Turbomaschinensystem (2), zu dem gehören: ein Verdichterabschnitt (4); ein Turbinenabschnitt (8), der betriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt (4) verbunden ist; eine mechanische Last (30), die antriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt (4) und dem Turbinenabschnitt (8) verbunden ist; ein Ansaugsystem (24), das strömungstechnisch mit dem Verdichterabschnitt (4) verbunden ist, wobei das Ansaugsystem (24) dazu eingerichtet und angeordnet ist, ein Fluid zu konditionieren, das in einen Einlass (26) des Verdichterabschnitts (4) eintritt; und eine Brennkammereinrichtung (20), die mit dem Verdichterabschnitt (4) und dem Turbinenabschnitt (8) strömungstechnisch verbunden ist, wobei zu der Brennkammereinrichtung (20) gehören: eine Brennkammeranordnung (22), die einen Brennkammergrundkörper aufweist (52), der sich von einem Kopfende (54) durch eine Verbrennungszone (58) zu einem zweiten Ende (56) erstreckt; wenigstens ein Injektor (60), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, an dem Kopfende (54) des Brennkammergrundkörpers (52) ein erstes entzündbares Fluid in die Verbrennungszone (58) einzuspeisen; wenigstens ein Spät-Mager-Injektor (LLI) (90–92), der dazu eingerichtet und angeordnet ist, stromabwärts des ersten entzündbaren Fluids ein zweites entzündbares Fluid einzuspeisen; und ein äußeres Fluidzufuhrsystem (40), das mit dem wenigstens einen LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, wobei zu dem äußeren Fluidzufuhrsystem (40) mindestens eine Zufuhrleitung (110) für entzündbares Fluid gehört, die sich ausgehend von einem ersten Ende (112), das mit dem LLI (90–92) strömungstechnisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende (113) erstreckt, das außerhalb der Brennkammereinrichtung (20) der Turbomaschine (3) angeordnet ist, wobei das zweite Ende (113) dazu eingerichtet und angeordnet ist, das zweite entzündbare Fluid dem LLI (90–92) zuzuführen.