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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet der Turbomaschinen und konkreter eine Düse mit einem Öffnungsstopfen für eine Gasturbomaschine.
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Turbomaschinen enthalten typischerweise einen Verdichterabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Der Verdichterabschnitt bildet einen Strom verdichteter Luft, der in den Turbinenabschnitt eingeleitet wird. In einer Gasturbomaschine vermischt sich ein Teil des Stroms verdichteter Luft mit Verbrennungsprodukten, wodurch ein Heißgasstrom gebildet wird, der durch ein Übergangsstück hindurch in den Turbinenabschnitt eingeleitet wird. Die Verbrennungsprodukte werden in einem Brennraum einer Brennkammer erzeugt. In der Brennkammer können Brennstoff und Luft durch eine Düse hindurch geleitet werden, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird verbrannt, um die Verbrennungsprodukte zu bilden.
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Der Heißgasstrom wirkt auf Turbomaschinenschaufelblätter ein, die in aufeinanderfolgenden Stufen entlang des Heißgaspfads angeordnet sind. Die Schaufelblätter sind im Allgemeinen mit einem Rad verbunden, welches wiederum mit einem Rotor verbunden sein kann. Der Rotor ist typischerweise mit einer Last wirkverbunden. Der Heißgasstrom übt eine Kraft auf die Schaufelblätter aus, wodurch er deren Drehung bewirkt. Die Drehung wird auf den Rotor übertragen. Der Turbinenabschnitt wandelt auf diese Weise Wärmeenergie aus dem Heißgasstrom in mechanische/Rotationsenergie um, die für den Antrieb der Last verwendet wird. Die Last kann vielfältige Formen annehmen, einschließlich eines Generators, einer Pumpe, eines Flugzeugs, einer Lokomotive oder dergleichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Gasturbomaschinendüse einen Basisabschnitt, der einen ersten Fluideinlass und einen zweiten Fluideinlass aufweist, und einen Auslassabschnitt, der einen oder mehrere Auslässe aufweist. Ein Verbindungsabschnittverbindet den Basisabschnitt und den Auslassabschnitt strömungsmäßig miteinander. Ein Öffnungsstopfen ist in dem Basisabschnitt an dem zweiten Fluideinlass angeordnet. Der Öffnungsstopfen enthält eine oder mehrere Öffnungen, die den zweiten Fluideinlass und den Verbindungsabschnitt strömungsmäßig miteinander verbinden.
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In der zuvor erwähnten Gasturbomaschinendüse kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt enthalten, wobei die eine oder mehreren Öffnungen in dem Basisabschnitt ausgebildet sind.
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In einer Ausführungsform kann der Basisabschnitt eine Basisoberfläche enthalten, die von einem ringförmigen äußeren Rand definiert ist, wobei der erste und der zweite Fluideinlass in der Basisoberfläche ausgebildet sind.
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Die Gasturbomaschinendüse gemäß der zuletzt erwähnten Ausführungsform kann ferner einen Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich mit einer Öffnung aufweisen, die in dem ringförmigen äußeren Rand ausgebildet ist.
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Zusätzlich kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt und einen Stopfenabschnitt enthalten, die durch einen Zwischenabschnitt verbunden sind, wobei sich der Stopfenabschnitt in die Öffnung hinein erstreckt und diese verschließt.
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Weiter zusätzlich können der Basisabschnitt und der Stopfenabschnitt einen ersten Durchmesser aufweisen, und der Zwischenabschnitt kann einen zweiten Durchmesser aufweisen, der kleiner als der erste Durchmesser ist.
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Die Gasturbomaschinendüse einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen ersten Durchgang, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt hindurch erstreckt, wobei der erste Durchgang mit dem ersten Einlass in Fluidverbindung steht, und einen zweiten Durchgang aufweisen, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt erstreckt, wobei der zweite Durchgang mit dem zweiten Fluideinlass in Fluidverbindung steht.
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Der zweite Durchgang kann radial außen von dem ersten Durchgang angeordnet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Turbomaschine einen Verdichterabschnitt, wobei ein Turbinenabschnitt mit dem Verdichterabschnitt wirkverbunden ist, und eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt in Fluidverbindung steht. Die Brennkammeranordnung enthält wenigstens eine Brennkammer, die wenigstens eine Düse aufweist. Die wenigstens eine Düse enthält einen Basisabschnitt, der einen ersten Fluideinlass und einen zweiten Fluideinlass aufweist, einen Auslassabschnitt, der einen oder mehrere Auslässe aufweist, einen Verbindungsabschnitt, der den Basisabschnitt mit dem Auslassabschnitt strömungsmäßig verbindet, und einen Öffnungsstopfen, der in dem Basisabschnitt an dem zweiten Fluideinlass angeordnet ist. Der Öffnungsstopfen enthält eine oder mehrere Öffnungen, die den zweiten Fluideinlass mit dem Verbindungsabschnitt strömungsmäßig verbinden.
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In der zuvor erwähnten Turbomaschine kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt enthalten, wobei die eine oder mehreren Öffnungen in dem Basisabschnitt ausgebildet ist bzw. sind.
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In jeder beliebigen Turbomaschine gemäß dem zweiten Aspekt kann der Basisabschnitt eine Basisoberfläche, die von einem ringförmigen äußeren Rand definiert ist, wobei der erste und der zweite Fluideinlass in der Basisoberfläche ausgebildet sind, und einen Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich mit einer Öffnung enthalten, die in dem ringförmigen äußeren Rand ausgebildet ist.
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Außerdem kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt und einen Stopfenabschnitt enthalten, die durch einen Zwischenabschnitt verbunden sind, wobei sich der Stopfenabschnitt in die Öffnung hinein erstreckt und diese verschließt.
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Jede Turbomaschine gemäß dem zweiten Aspekt kann ferner einen ersten Durchgang, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt erstreckt, wobei der erste Durchgang mit dem ersten Einlass in Fluidverbindung steht, und einen zweiten Durchgang aufweisen, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt erstreckt, wobei der zweite Durchgang mit dem zweiten Fluideinlass in Fluidverbindung steht.
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Der zweite Durchgang kann insbesondere radial außen von dem ersten Durchgang angeordnet sein.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein Turbomaschinensystem einen Verdichterabschnitt, einen mit dem Verdichterabschnitt wirkverbundenen Turbinenabschnitt, ein Einlasssystem, das mit dem Verdichterabschnitt in Fluidverbindung steht, eine Last, die mit dem Verdichterabschnitt und/oder dem Turbinenabschnitt wirkverbunden ist, und eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt in Fluidverbindung steht. Die Brennkammeranordnung enthält wenigstens eine Brennkammer, die wenigstens eine Düse aufweist. Die wenigstens eine Düse enthält einen Basisabschnitt, der einen ersten Fluideinlass, einen zweiten Fluideinlass, einen Auslassabschnitt, der einen oder mehrere Auslässe aufweist, einen Verbindungsabschnitt, der den Basisabschnitt mit dem Auslassabschnitt strömungsmäßig verbindet, und einen Öffnungsstopfen aufweist, der in dem Basisabschnitt an dem zweiten Fluideinlass angeordnet ist. Der Öffnungsstopfen enthält eine oder mehrere Öffnungen, die den zweiten Fluideinlass mit dem Verbindungsabschnitt strömungsmäßig verbindet bzw. verbinden.
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In dem zuvor erwähnten Turbomaschinensystem kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt enthalten, wobei die eine oder mehreren Öffnungen in dem Basisabschnitt ausgebildet ist bzw. sind.
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In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Turbomaschinensystem kann der Basisabschnitt eine Basisoberfläche, die von einem ringförmigen äußeren Rand definiert ist, wobei der erste und der zweite Fluideinlass in der Basisoberfläche ausgebildet sind, und einen Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich mit einer Öffnung enthalten, die in dem ringförmigen äußeren Rand ausgebildet ist.
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Außerdem kann der Öffnungsstopfen einen Basisabschnitt und einen Stopfenabschnitt enthalten, die durch einen Zwischenabschnitt verbunden sind, wobei sich der Stopfenabschnitt in die Öffnung hinein erstreckt und diese verschließt.
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Jedes beliebige vorstehend erwähnte Turbomaschinensystem kann ferner einen ersten Durchgang, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt erstreckt, wobei der erste Durchgang mit dem ersten Einlass in Fluidverbindung steht, und einen zweiten Durchgang aufweisen, der sich von dem Basisabschnitt zu dem Auslassabschnitt durch den Verbindungsabschnitt erstreckt, wobei der zweite Durchgang mit dem zweiten Fluideinlass in Fluidverbindung steht.
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Der zweite Durchgang kann radial außen von dem ersten Durchgang angeordnet sein.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der Gegenstand, der als die Erfindung betrachtet wird, ist besonders in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung angegeben und beansprucht. Die vorgenannten und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Turbomaschinensystems, das eine Brennkammer mit einer Düse enthält, die mit einem Öffnungsstopfen versehen ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
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2 eine quergeschnittene Teilansicht der Brennkammer und Düse aus 1;
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3 eine quergeschnittene Teilansicht der Düse aus 2; und
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4 eine perspektivische axial am Ende geschnittene Teilansicht der Düse aus 3.
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Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit deren Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter anfänglicher Bezugnahme auf die 1 und 2 ist ein Turbomaschinensystem mit 1 gekennzeichnet. Das Turbomaschinensystem 1 enthält eine Turbomaschine 2 mit einem Verdichterabschnitt 4, der durch eine Brennkammeranordnung 8, die wenigstens eine Brennkammer 9 enthält, mit einem Turbinenabschnitt 6 verbunden ist. Der Verdichterabschnitt 4 ist auch über eine gemeinsame Verdichter- / Turbinen-Welle 10 mit dem Turbinenabschnitt 6 verbunden. Ein Lufteinlasssystem 12 steht mit einem (nicht gesondert bezeichneten) Einlass des Verdichterabschnitts 4 in Fluidverbindung. Eine allgemein mit 14 bezeichnete Last ist mit dem Turbinenabschnitt 6 wirkverbunden. Die Last 14 kann vielfältige Formen annehmen, einschließlich von Generatoren, Pumpen, Lokomotivsystemen und anderen angetriebenen Lasten. Der Turbinenabschnitt 6 kann auch mit einem (nicht gezeigten) Auslasssystem verbunden sein.
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Der Verdichterabschnitt 4 enthält einen Diffusor 22 und einen Verdichterauslasssammelraum 24, die miteinander und mit der Brennkammeranordnung 8 in Fluidverbindung gekoppelt sind. Bei dieser Anordnung wird verdichtete Luft durch den Diffusor 22 und den Verdichterauslasssammelraum 24 hindurch in die Brennkammeranordnung 8 hinein geleitet. Die komprimierte Luft wird mit Brennstoff vermischt und verbrannt, um heiße Gase zu bilden. Die heißen Gase werden zu dem Turbinenabschnitt 6 geleitet. Der Turbinenabschnitt 6 wandelt Wärmeenergie aus den heißen Gasen in mechanische/Rotationsenergie um.
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Die Brennkammer 9 enthält einen Brennkammerkörper 30, der eine Brennkammerkappe 33 und ein Brennkammerflammrohr 36 aufweist. Wie gezeigt, ist das Brennkammerflammrohr 36 radial innen von dem Brennkammerkörper 30 angeordnet, um so einen Brennraum 38 zu definieren. Der Brennraum 38 erstreckt sich von einem Kopfende 39 bis zu einem Verdichterauslass 40. Das Brennkammerflammrohr 36 kann von dem Brennkammerkörper 30 beabstandet sein, wodurch ein Verdichterauslassgehäuse(CDC)-Luftströmungsdurchgang 43 gebildet wird. Ein Übergangsstück 45 verbindet die Brennkammeranordnung 8 mit dem Turbinenabschnitt 6. Das Übergangsstück 45 leitet die in dem Brennraum 38 erzeugten Verbrennungsgase stromabwärts in Richtung einer ersten Stufe 46 des Turbinenabschnitts 6. Das Übergangsstück 45 kann eine innere Wand 48 und eine äußere Wand 49 enthalten, die einen ringförmigen Durchgang 54 definieren, der mit dem CDC-Luftströmungsdurchgang 43 in Fluidverbindung steht. Die innere Wand 48 kann auch einen Führungshohlraum 56 definieren, der sich zwischen dem Brennraum 38 und dem Turbinenabschnitt 6 erstreckt. Eine Düsenanordnung 60 ist an dem Kopfende 39 des Brennkammerflammrohrs 36 angeordnet. Die Düsenanordnung 60 enthält eine oder mehrere Düsen, wie bspw. bei 62 angezeigt.
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Wie in 3 gezeigt, enthält die Düse 62 einen Basisabschnitt 70 und einen Auslassabschnitt 74, die durch einen Verbindungsabschnitt 78 miteinander verbunden sind. Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält der Basisabschnitt 70 eine Basisoberfläche 82, die durch einen äußeren ringförmigen Rand 84 definiert ist. Die Basisoberfläche 82 enthält einen ersten Fluideinlass 90 und einen zweiten Fluideinlass 92. Der erste Fluideinlass 90 ins mit einem ersten Durchgang 94 strömungsmäßig verbunden, der sich zentral von dem Basisabschnitt 70 zu dem Auslassabschnitt 74 durch den Verbindungsabschnitt 78 hindurch erstreckt. Der zweite Fluideinlass 92 ist mit einem zweiten Durchgang 96 strömungsmäßig verbunden, der sich von dem Basisabschnitt 70 zu dem Auslassabschnitt 74 durch den Verbindungsabschnitt 78 hindurch erstreckt. Der zweite Abschnitt 96 ist radial außen von dem ersten Durchgang 94 angeordnet. Der erste und der zweite Durchgang 94 und 96 führen zu einem oder mehreren Auslässen 99 (2), die in dem Auslassabschnitt 74 ausgebildet sind. Obwohl er als ein Flansch veranschaulicht ist, sollte verständlich sein, dass der Basisabschnitt 70 an einer beliebigen Stelle entlang der Düse 62 definiert sein kann, die den zweiten Fluideinlass 92 tragen und einen Zugang zu dem zweiten Durchgang 96 schaffen kann.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, enthält die Düse 62 einen Öffnungsstopfen 110, der in einem Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich 114 vorgesehen ist, der in dem Basisabschnitt 70 ausgebildet ist. Der Öffnungsstopfen 110 kann in dem Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich 114 durch vielfältige Verfahren, einschließlich Hartverlöten, Verschweißen, Eintreiben, Presspassung und dergleichen, befestigt sein. Der Öffnungsstopfen 110 ist in eine Öffnung 117, die in dem äußeren ringförmigen Rand 84 ausgebildet ist, eingesetzt. Der Öffnungsstopfen 110 enthält einen Basisabschnitt 124 und einen Stopfenabschnitt 128, die durch einen Zwischenabschnitt 130 miteinander verbunden sind. Der Basisabschnitt 124 und der Stopfenabschnitt 128 können eine erste Dimension enthalten, während der Zwischenabschnitt 130 eine zweite Dimension enthält. Die zweite Dimension ist kleiner als die erste Dimension, so dass der Öffnungsstopfen 110 eine sanduhrförmige Geometrie aufweist. Der Basisabschnitt 124 enthält mehrere Dosieröffnungen 134, die ein Fluid aus dem zweiten Einlass 92 in den zweiten Durchgang 96 liefern. Das Fluid kann sich mit einem Fluid vermischen, das durch den ersten Durchgang 94 hindurchtritt, an dem Auslassabschnitt 74 und kann zur Verbrennung in den Brennraum 38 ausgegeben werden.
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Es sollte an dieser Stelle verständlich sein, dass die beispielhaften Ausführungsformen einen Öffnungsstopfen beschreiben, der eine sekundäre Öffnung für eine Turbomaschinendüse bildet. Anstatt in einer Endabdeckung aufgenommen zu sein, ist der Öffnungsstopfen gemäß der beispielhaften Ausführungsform direkt in die Düse integriert. Der Öffnungsstopfen ist insbesondere in einen Basisabschnitt der Düse integriert. Im Vergleich zu Öffnungsstopfen, die an einer Endabdeckung montiert sind, begrenzt der Öffnungsstopfen auf diese Weise nicht den Brennstofffluss oder schafft keine zusätzlichen Hindernisse. Die Integration des Öffnungsstopfens in der Düse beseitigt ferner die Notwendigkeit gesonderter Durchflussprüfungen für die Endabdeckungsanordnung und die Düsenanordnungen. Obwohl er gezeigt ist, wie er durch eine Öffnung hindurch montiert ist, die in einer ringförmigen Seitenwand des Basisabschnitts ausgebildet ist, kann der Öffnungsstopfen außerdem in dem Basisabschnitt mittels vielfältiger Mechanismen befestigt sein. Es sollte ferner verständlich sein, dass, obwohl gezeigt ist, dass er eine Sanduhrform aufweist, der Öffnungsstopfen abhängig von Installations- und betrieblichen Anforderungen vielfältige Geometrien aufweisen kann. Noch weiter sollte verständlich sein, dass der Öffnungsstopfen mit einer zylindrischen, ovalen, tropfenförmigen oder einer anderen Gestalt ausgebildet sein kann.
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Während die Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifikationen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Außerdem ist es zu verstehen, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
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Eine Düse 62 für eine Gasturbomaschine 2 enthält einen Basisabschnitt 70, der einen ersten Fluideinlass 90 und einen zweiten Fluideinlass 92 aufweist, und einen Auslassabschnitt 74, der einen oder mehrere Auslässe 99 aufweist. Ein Verbindungsabschnitt 78 verbindet den Basisabschnitt 70 strömungsmäßig mit dem Auslassabschnitt 74. Ein Öffnungsstopfen 110 ist in dem Basisabschnitt 70 an dem zweiten Fluideinlass 92 angeordnet. Der Öffnungsstopfen 110 enthält eine oder mehrere Öffnungen 117, die den zweiten Fluideinlass 92 mit dem Verbindungsabschnitt 78 strömungsmäßig verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbomaschinensystem
- 2
- Turbomaschine
- 4
- Verdichterabschnitt
- 6
- Turbinenabschnitt
- 8
- Brennkammeranordnung
- 9
- Brennkammer
- 10
- Gemeinsame Verdichter-/Turbinen-Welle
- 12
- Lufteinlasssystem
- 14
- Last
- 22
- Diffusor
- 24
- Verdichterauslasssammelraum
- 30
- Brennkammerkörper
- 33
- Brennkammerkappe
- 36
- Brennkammerflammrohr
- 38
- Brennraum
- 39
- Kopfende
- 40
- Verdichterauslass
- 43
- Verdichterauslassgehäuse(CDC)-Luftströmungsdurchgang
- 45
- Übergangsstück
- 46
- Erste Stufe
- 48
- Innere Wand
- 49
- Äußere Wand
- 54
- Ringförmiger Durchgang
- 56
- Führungshohlraum
- 60
- Düsenanordnung
- 62
- Düse
- 70
- Basisabschnitt
- 74
- Auslassabschnitt
- 78
- Verbindungsabschnitt
- 82
- Basisoberfläche
- 84
- Äußerer ringförmiger Rand
- 90
- Erster Fluideinlass
- 92
- Zweiter Fluideinlass
- 94
- Erster Durchgang
- 96
- Zweiter Durchgang
- 99
- Auslass
- 110
- Öffnungsstopfen
- 114
- Öffnungsstopfen-Aufnahmebereich
- 117
- Öffnung
- 124
- Basisabschnitt
- 128
- Stopfenabschnitt
- 130
- Zwischenabschnitt
- 134
- Mehrere Dosieröffnungen
