DE102015119750A1

DE102015119750A1 - Bündelrohr-Brennstoffdüse

Info

Publication number: DE102015119750A1
Application number: DE102015119750.2A
Authority: DE
Inventors: David William Cihlar; Kassy Moy Lum
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-06-02
Also published as: US20160146469A1; US9631816B2; JP2016099106A; CN105627364A

Abstract

Eine Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält einen Brennstoffverteilungskörper. Der Brennstoffverteilungskörper enthält eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist, einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist, und eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt. Die profilierte Vorderwand und die Rückwand definieren einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält ferner mehrere Einspritzrohre, die mit dem Brennstoffsammelraum in Fluidverbindung stehen. Jedes Einspritzrohr erstreckt sich von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers und definiert einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Brennkammer, die eine Bündelrohr-Brennstoffdüse aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Brennstoffverteilungskörper für eine Bündelrohr-Brennstoffdüse, der dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsdynamik innerhalb der Brennkammer abzuschwächen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Brennkammern werden üblicherweise in industriellen und kommerziellen Betrieben zur Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung von Verbrennungsgasen mit hoher Temperatur und Druck verwendet. Beispielsweise enthalten Gasturbinen und andere Turbomaschinen typischerweise eine oder mehrere Brennkammern, um Leistung oder Schub zu erzeugen. Eine zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendete typische Gasturbine enthält einen Axialverdichter im vorderen, mehrere Brennkammern im mittigen und eine Turbine im hinteren Bereich. Umgebungsluft tritt in den Verdichter als ein Arbeitsfluid ein, und der Verdichter verleiht dem Arbeitsfluid zunehmend kinetische Energie, um ein verdichtetes Arbeitsfluid in einem hochenergetischen Zustand zu erzeugen.
Das verdichtete Arbeitsfluid verlässt den Verdichter und strömt durch eine oder mehrere Brennstoffdüsen und/oder Rohre in die Brennkammern, wo sich das verdichtete Arbeitsfluid mit Brennstoff vermischt, bevor es gezündet wird, Verbrennungsgasen hoher Temperatur und hohen Drucks zu erzeugen. In bestimmten Konfigurationen enthält jede Brennkammer mehrere Bündelrohr- oder mikromischerartige Brennstoffdüsen. Die mehreren Bündelrohr- oder mikromischerartigen Brennstoffdüsen sind dazu eingerichtet, ein Vorvermischen von Brennstoff und Arbeitsfluid (d.h. Luft) stromaufwärts von einer Brennkammer vor der Verbrennung zu ermöglichen. Die Verbrennungsgase strömen zu der Turbine, wo sie zur Erzeugung von Arbeit expandieren. Beispielsweise kann die Expansion der Verbrennungsgase in der Turbine eine Welle drehen, die mit einem Generator zur Erzeugung von Elektrizität verbunden ist.
Unter bestimmten Betriebsbedingungen können einige Brennkammern Verbrennungsinstabilitäten erzeugen, die sich aus einer Wechselwirkung oder Kopplung des Verbrennungsprozesses oder der Flammendynamik mit einer oder mehreren akustischen Resonanzfrequenzen der Brennkammer ergeben. Beispielsweise kann ein Mechanismus von Verbrennungsinstabilitäten auftreten, wenn die akustischen Druckpulsationen eine Massenstromfluktuation an einem Brennstoffanschluss bewirken, was dann zu einer Fluktuation des Brennstoff/Luft-Verhältnisses in der Flammenzone führt. Wenn die sich ergebende Fluktuation des Brennstoff/Luft-Verhältnisses und die akustischen Druckpulsationen ein bestimmtes Phasenverhalten haben (z. B. phasengleich oder nahezu phasengleich sind), ergibt sich eine selbsterregte Rückkopplungsschleife. Dieser Mechanismus und die daraus resultierende Größe der Verbrennungsdynamik hängen von der Verzögerungszeit zwischen der Einspritzung des Brennstoffes und dem Zeitpunkt ab, in dem dieser die Flammenzone erreicht, was im Fachgebiet als „Konvektionszeit“ (Tau) bezeichnet wird. Im Allgemeinen besteht ein umgekehrtes Verhältnis zwischen der Konvektionszeit und der Frequenz:
d.h., wenn die Konvektionszeit zunimmt, nimmt die Frequenz der Verbrennungsinstabilitäten ab, und wenn die Konvektionszeit abnimmt, nimmt die Frequenz der Verbrennungsinstabilitäten zu. In dem Fall einer Bündelrohr-Brennstoffdüse wird die Konvektionszeit im Allgemeinen als die Zeit gemessen, die benötigt wird, bis der Brennstoff und die Luft einen Auslass des Rohrs erreichen, wie dies von einem Punkt innerhalb jedes Rohrs bestimmt wird, an dem der Brennstoff eingespritzt wird.
Es wurde beobachtet, dass in einigen Fällen die Verbrennungsdynamik die Nutzungslebensdauer einer oder mehrerer Brennkammern und/oder stromabwärtiger Komponenten reduzieren kann. Beispielsweise kann die Verbrennungsdynamik Druckimpulse innerhalb der Brennstoffdüsen und/oder der Brennräume hervorrufen, welche die hochzyklische Ermüdungslebensdauer dieser Komponenten, die Stabilität der Verbrennungsflamme, die Auslegungsgrenzwerte der Flammenhaltung und/oder unerwünschte Emissionen nachteilig beeinflussen können. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbrennungsdynamik bei speziellen Frequenzen mit ausreichenden Amplituden, die phasengleich und kohärent sind, unerwünschte Mitschwingungen in der Turbine und/oder anderen stromabwärtigen Komponenten hervorrufen.
Derzeitige Systeme und/oder Verfahrensweisen zur Abschwächung der Verbrennungsdynamik enthalten Dämpfungssysteme, die entworfen sind, um eine bestimmte Frequenz und/oder einen begrenzten Frequenzbereich abzuschwächen. Andere mit Bündelrohr-Brennstoffdüsen in Beziehung stehende Systeme umfassen eine Variation der Länge der einzelnen Rohre stromabwärts von einem Brennstoffsammelraumabschnitt der Bündelrohr-Brennstoffdüse, wodurch sie bewirken, dass die Konvektionszeit das Auftretens bestimmter Frequenzen innerhalb der Brennkammer verringert oder verhindert. Die derzeitigen Systeme sind jedoch im Allgemeinen komplex und können teuer herzustellen und instandzuhalten sein. Dementsprechend würde eine verbesserte Bündelrohr-Brennstoffdüse, die dazu eingerichtet ist, die Verbrennungsdynamik innerhalb einer Brennkammer abzuschwächen, nützlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung dargelegt oder können aus der Beschreibung offensichtlich werden, oder sie können durch die Ausübung der Erfindung erfahren werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Bündelrohr-Brennstoffdüse. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält einen Brennstoffverteilungskörper. Der Brennstoffverteilungskörper enthält und/oder definiert eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist, einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist und eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt. Die profilierte Vorderwand und die Rückwand definieren einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält ferner mehrere Einspritzrohre, die mit dem Brennstoffsammelraum in Fluidverbindung stehen. Jedes Einspritzrohr erstreckt sich von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers und definiert einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand.
In der zuvor erwähnten Bündelrohr-Brennstoffdüse kann die profilierte Vorderwand von dem Brennstoffschaftkragen zu der Rückwand bezüglich einer axialen Mittellinie der Bündelrohr-Brennstoffdüse radial nach außen divergieren.
In einer Konfiguration kann die profilierte Vorderwand zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand wellenförmig ausgebildet sein.
In der Bündelrohr-Brennstoffdüse einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann jedes Einspritzrohr eine Brennstofföffnung enthalten, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt.
In einer Konfiguration kann eine erste Brennstofföffnung eines ersten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu einer zweiten Brennstofföffnung eines zweiten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre axial versetzt angeordnet sein, wobei die erste und die zweite Brennstofföffnung für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem ersten und dem zweiten Einspritzrohr der mehreren Einspritzrohre sorgen kann.
Außerdem kann eine dritte Brennstofföffnung eines dritten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu zumindest einer von der ersten und der zweiten Brennstofföffnung axial versetzt angeordnet sein.
Die Bündelrohr-Brennstoffdüse einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen Brennstoffschaft aufweisen, der mit einem Ende mit dem Brennstoffschaftkragen verbunden ist, wobei der Brennstoffschaft mit einer Brennstoffquelle in Fluidverbindung stehen kann.
In einer Konfiguration kann die Bündelrohr-Brennstoffdüse ferner mehrere Rohre aufweisen, die parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sind, wobei jedes Rohr ein Einlassende aufweist, das von einem Auslassende axial getrennt ist, wobei jedes Rohr mit einem zugehörigen Vormischdurchgang konzentrisch ausgerichtet sein kann, wobei jedes Rohr der mehreren Rohre mit dem entsprechenden Vormischdurchgang in Fluidverbindung stehen kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Bündelrohr-Brennstoffdüse. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält einen Brennstoffverteilungskörper, der eine im Wesentlichen flache Rückwand aufweist und/oder definiert, die eine Innenfläche enthält, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist. Eine Umfassungswand umgibt einen Außenumfang der Rückwand, und ein Brennstoffschaftkragen ist von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet. Eine profilierte Vorderwand erstreckt sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Umfassungswand. Die profilierte Vorderwand, die Umfassungswand und die Rückwand definieren einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers. Mehrere Einspritzrohre erstrecken sich axial von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand. Jedes Einspritzrohr endet an oder entlang einer Außenfläche der profilierten Vorderwand. Jedes Einspritzrohr definiert einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand hindurch. Jedes Einspritzrohr enthält auch zumindest eine Brennstofföffnung, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt.
In der zuletzt erwähnten Bündelrohr-Brennstoffdüse kann die profilierte Vorderwand von dem Brennstoffschaftkragen zu der Umfassungswand bezüglich einer axialen Mittellinie der Bündelrohr-Brennstoffdüse radial nach außen divergieren.
Die profilierte Vorderwand kann zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Umfassungswand wellenförmig ausgebildet sein.
In einer Konfiguration der zuletzt erwähnten Ausführungsform der Bündelrohr-Brennstoffdüse kann eine erste Brennstofföffnung eines ersten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu einer zweiten Brennstofföffnung eines zweiten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre axial versetzt sein.
Die Bündelrohr-Brennstoffdüse der zuletzt erwähnten Ausführungsform einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen Brennstoffschaft aufweisen, der mit einem Ende mit dem Brennstoffschaftkragen verbunden ist, wobei der Brennstoffschaft mit einer Brennstoffquelle in Fluidverbindung stehen kann.
Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann die Bündelrohr-Brennstoffdüse ferner mehrere Rohre aufweisen, die parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sind, wobei jedes Rohr ein Einlassende aufweist, das von einem Auslassende axial getrennt ist, wobei jedes Rohr mit einem zugehörigen Vormischdurchgang konzentrisch ausgerichtet sein kann.
Weiter zusätzlich kann jedes Rohr der mehreren Rohre mit einem zugehörigen Vormischdurchgang der mehreren Vormischdurchgänge des Brennstoffverteilungskörpers in Fluidverbindung stehen.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Brennkammer. Die Brennkammer enthält eine Endabdeckung, die mit einem Außengehäuse verbunden ist, und eine Bündelrohr-Brennstoffdüse. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält einen Brennstoffverteilungskörper, der mit der Endabdeckung über einen Brennstoffschaft strömungsmäßig verbunden ist, und mehrere Rohre, die parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sind. Jedes Rohr enthält ein Einlassende, das von einem Auslassende axial getrennt ist. Der Brennstoffverteilungskörper enthält eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist, einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist und der mit dem Brennstoffschaftkragen verbunden ist, und eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt. Die profilierte Vorderwand und die Rückwand definieren zumindest teilweise einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers. Der Brennstoffverteilungskörper enthält ferner mehrere Einspritzrohre, die mit dem Brennstoffsammelraum in Fluidverbindung stehen. Jedes Einspritzrohr erstreckt sich von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand und definiert einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand hindurch. Jedes Einspritzrohr enthält eine Brennstofföffnung, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt. Jedes Rohr der mehreren Rohre erstreckt sich stromabwärts von einem zugehörigen Vormischdurchgang des Brennstoffverteilungskörpers.
In der zuvor erwähnten Brennkammer kann die profilierte Vorderwand von dem Brennstoffschaftkragen aus in Richtung der Rückwand bezüglich einer axialen Mittellinie der Bündelrohr-Brennstoffdüse radial nach außen divergieren.
Die profilierte Vorderwand kann zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand wellenförmig verlaufen.
In einer Ausführungsform der Brennkammer kann eine erste Brennstofföffnung eines ersten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu einer zweiten Brennstofföffnung eines zweiten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre axial versetzt sein.
Außerdem kann eine dritte Brennstofföffnung eines dritten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu wenigstens einer von der ersten und der zweiten Brennstofföffnung axial versetzt sein.
Fachleute auf dem Fachgebiet werden die Merkmale und Aspekte solcher und anderer Ausführungsformen nach einer Durchsicht der Beschreibung besser erkennen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und befähigende Beschreibung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart, für einen Fachmann, ist nachstehend in dem Rest der Beschreibung detaillierter beschrieben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen enthält, in welchen:
1 eine Funktionsblockdarstellung einer beispielhaften Gasturbine ist, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegende Erfindung enthalten kann;
2 eine perspektivische Seitenansicht einer beispielhaften Brennkammer ist, wie sie verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten kann;
3 eine stromaufwärtige Ansicht eines Abschnitts der in 2 gezeigten Brennkammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine stromabwärtige perspektivische Ansicht einer beispielhaften Bündelrohr-Brennstoffdüse gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine vergrößerte geschnittene Seitenansicht der Bündelrohr-Brennstoffdüse, wie sie in 4 gezeigt ist, gemäß zumindest einer Ausführungsform ist;
6 eine geschnittene Seitenansicht des Brennstoffverteilungskörpers, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; und
7 eine geschnittene Seitenansicht eines beispielhaften Brennstoffverteilungskörpers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Zahlen- und Buchstabenbezeichnungen, um sich auf Merkmale in den Zeichnungen zu beziehen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen oder in der Beschreibung werden verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu bezeichnen. So wie hierin verwendet, können die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen keine Lage oder Bedeutung der einzelnen Komponenten anzeigen. Die Begriffe „stromaufwärts” und „stromabwärts” beziehen sich auf die relative Richtung bezüglich einer Fluidströmung in einem Fluidpfad. Beispielsweise bezieht sich „stromaufwärts“ auf die Richtung, von der das Fluid her strömt, und „stromabwärts“ bezieht sich auf die Richtung, in die das Fluid hin strömt.
Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung angegeben. Tatsächlich wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten an der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten beinhalten, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Veranschaulichung allgemein im Zusammenhang mit einer Bündelrohr-Brennstoffdüse für eine landgestützte leistungserzeugende Gasturbinenbrennkammer beschrieben sind, kann ein Fachmann auf dem Fachgebiet ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine beliebige Art oder einen beliebigen Typ einer Brennkammer einer Turbomaschine angewendet werden können und nicht auf Brennkammern oder Verbrennungssysteme für landgestützte leistungserzeugende Gasturbinen beschränkt sind, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
Die Erfindung, wie sie hierin geschaffen ist, enthält variierende Rohrlängen innerhalb eins profilierten Brennstoffverteilungskörperabschnitts einer Bündelrohr-Brennstoffdüse, um einen Multi-Tau-Ansatz zur Abschwächung der Verbrennungsdynamik vorzusehen. Der Brennstoffverteilungskörper kann an bestehenden Bündelrohr-Brennstoffdüsen ohne oder mit minimal erforderlichen Modifikationen nachgerüstet werden. Eine Variation der Einspritzrohrhöhe ermöglicht es, die Brennstofföffnungen entweder in derselben Ebene oder in verschiedenen Ebenen innerhalb des Brennstoffsammelraums bezüglich einer axialen Mittellinie des Brennstoffverteilungskörpers anzuordnen. Der profilierte Vorderwandabschnitt des Brennstoffverteilungskörpers erfordert weniger Material als herkömmliche Brennstoffverteilungskörper, so dass somit das Gesamtgewicht der Bündelrohr-Brennstoffdüse reduziert wird, wodurch die Kosten reduziert werden und die Robustheit der montierten Bündelrohr-Brennstoffdüse erhöht wird. Außerdem können variable Einspritzrohrlängen innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers mögliche Verbrennungsdynamikprobleme mindern und/oder verhindern. Außerdem können variierende Brennstofföffnungspositionierungen entlang der Einspritzrohre innerhalb des Brennstoffsammelraums eine erwünschte Konvektionszeit ergeben, wodurch die Verbrennungsdynamik unter Verwendung eines nicht einheitlichen, Multi-Tau-Ansatzes abgeschwächt wird. Außerdem ermöglicht die profilierte Vorderwand des Brennstoffverteilungskörpers Aufbauwinkel von 35 Grad oder mehr, im Gegensatz zu einer herkömmlichen Vorderwand mit flacher Stirnseite, die es erfordert, dass Koni oder Ausrundungen an der Vorderwandverbindungsstelle des Einspritzrohrs für eine flache Vorderseite gebildet werden, was Kosten und Gewicht erhöht.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente in allen Zeichnungen kennzeichnen, stellt 1 eine Funktionsblockdarstellung einer beispielhaften Gasturbine 10 dar, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegende Erfindung enthalten kann. Wie gezeigt, enthält die Gasturbine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12, der eine Reihe von Filtern, Kühlschlangen, Feuchtigkeitsabscheidern und/oder andere Vorrichtungen enthalten kann, um Luft 14 oder ein anderes Arbeitsfluid, das in die Gasturbine 10 eintritt, zu reinigen und anderweitig zu konditionieren. Die Luft 14 strömt zu einem Verdichterabschnitt, wo ein Verdichter 16 zunehmend kinetische Energie der Luft verleiht, um verdichtete Luft 18 zu erzeugen.
Die verdichtete Luft 18 wird mit einem Brennstoff 20 aus einem Brennstoffversorgungssystem 22 vermischt, um ein brennbares Gemisch innerhalb einer oder mehrerer Brennkammern 24 zu bilden. Das brennbare Gemisch wird verbrannt, um Verbrennungsgase 26 zu erzeugen, die eine hohe Temperatur, einen hohen Druck und eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine 28 des Turbinenabschnitts, um Arbeit zu verrichten. Die Turbine 28 kann z.B. mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass eine Rotation der Turbine 28 den Verdichter 16 antreibt, um die verdichtete Luft 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Welle 30 die Turbine 28 mit einem Generator 32 zur Erzeugung von Elektrizität verbinden. Abgase 34 aus der Turbine 28 strömen durch einen Abgasabschnitt 36, der die Turbine 28 mit einem Abgasschacht 38 stromabwärts von der Turbine 28 verbindet. Der Abgasabschnitt 36 kann zum Beispiel einen Abhitzedampferzeuger (nicht gezeigt) zur Reinigung und Gewinnung zusätzlicher Wärme aus den Abgasen 34 vor der Freisetzung an die Umgebung beinhalten.
Die Brennkammer 24 kann eine Brennkammer jeglichen im Fachgebiet bekannten Typs sein, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeinen bestimmten Brennkammeraufbau beschränkt, sofern dies in den Ansprüchen nicht speziell angegeben ist. Die Brennkammer 24 kann beispielsweise eine ringrohrförmige oder eine ringförmige Brennkammer sein. 2 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Brennkammer 24, wie sie in der in 1 gezeigten Gasturbine 10 enthalten sein kann und wie sie eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten kann. 3 liefert eine stromaufwärtige Draufsicht auf einen Abschnitt der Brennkammer gemäß einer Ausführungsform.
In einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, ist die Brennkammer 24 zumindest teilweise von einem Außengehäuse 40 umgeben. Das Außengehäuse 40 steht mit einer Quelle verdichteter Luft, wie z.B. dem Verdichter 16, in Fluidverbindung. Die Brennkammer 24 kann eine oder mehrere Auskleidungen 42, wie z.B. ein Brennkammerflammrohr und/oder einen Übergangskanal, enthalten, die zumindest teilweise einen Brennraum 44 innerhalb des Außengehäuses 40 definieren. Die Auskleidung(en) 42 kann (können) auch teilweise einen Heißgaspfad 46 zur Leitung der Verbrennungsgase 26 in die Turbine 28 definieren. In bestimmten Konfigurationen können eine oder mehrere Außenhülsen 48, wie z.B. eine Strömungshülse oder eine Prallhülse, die Auskleidung(en) 44 zumindest teilweise umgeben. Die Außenhülse(n) 48 ist (sind) von der (den) Auskleidung(en) 42 radial beabstandet, um so einen kreisringförmigen Strömungspfad 50 zur Leitung eines Teils der verdichteten Luft 18 in Richtung auf den Kopfendabschnitt 52 der Brennkammer 24 zu definieren. Der Kopfendabschnitt 52 kann zumindest teilweise durch eine Endabdeckung 54 definiert sein, die mit dem Außengehäuse 40 fest verbunden ist.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Brennkammer 24 mehrere Bündelrohr-Brennstoffdüsen 100, die innerhalb des Außengehäuses 40 angeordnet oder von diesem umhüllt sind. Wie in den 2 und 3 gezeigt, können mehrere Bündelrohr-Brennstoffdüsen 100 ringförmig um eine gemeinsame axiale Mittellinie 102 herum angeordnet sein. In verschiedenen Ausführungsformen ist jede Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 über einen Brennstoffschaft 56 mit der Endabdeckung 54 verbunden. Der Brennstoffschaft 56 steht mit einer (nicht gezeigten) Brennstoffquelle, wie z.B. einer Brennstoffversorgung und/oder der Endabdeckung 54, in Fluidverbindung.
Wie in 3 gezeigt, können in bestimmten Ausführungsformen die Bündelrohr-Brennstoffdüsen 100 um eine zentrale Brennstoffdüse 104 herum, die mit der Mittellinie 102 im Wesentlichen koaxial ausgerichtet ist, ringförmig angeordnet sein. In bestimmten Konfigurationen kann, wie in 3 gezeigt, die zentrale Brennstoffdüse 104 ein Swozzle (Kombination aus Verwirbler und Düse) oder eine Vormischbrennstoffdüse sein, oder sie kann eine Bündelrohr- oder eine Mikromischer-Brennstoffdüse sein.
4 liefert eine stromabwärtige perspektivische Ansicht einer beispielhaften Bündelrohr-Brennstoffdüse 100, die einen Brennstoffschaft 56 enthält, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 5 liefert eine vergrößerte Querschnittseitenansicht der Bündelrohr-Brennstoffdüse 100, wie sie in 4 gezeigt ist, gemäß zumindest einer Ausführungsform. Wie in den 4 und 5 gezeigt, enthält die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 in bestimmten Ausführungsformen einen Brennstoffverteilungskörper 106, der mit dem Brennstoffschaft 56 in Fluidverbindung steht. In bestimmten Ausführungsformen enthält die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 mehrere Rohre 108, die zu einem Bündel angeordnet sind. Jedes Rohr 108 der mehreren Rohre 108 erstreckt sich parallel zu den anderen und stromabwärts von dem Brennstoffverteilungskörper 106.
Wie in 5 gezeigt, enthält jedes Rohr 108 ein Einlassende 110, das von einem Auslassende 112 axial getrennt ist. Wie in 3 gezeigt, können sich die Auslassenden 112 jedes Rohrs 108 durch oder zumindest teilweise durch eine Endkappe oder -platte 114 hindurch erstrecken. Wenn er in der Brennkammer 24 installiert ist, wie in 2 gezeigt, erstreckt sich der Brennstoffschaft 56 von der Endabdeckung 54 axial stromabwärts, während sich der Brennstoffverteilungskörper 106 von dem Brennstoffschaft 56 axial stromabwärts erstreckt und die mehreren Rohre 108 sich von dem Brennstoffverteilungskörper 106 stromabwärts erstrecken, wie in 4 gezeigt. Die Auslassenden 112 der Rohre 108 enden im Wesentlichen stromaufwärts von und/oder benachbart zu dem Brennraum 44 (2).
6 liefert eine geschnittene Seitenansicht des Brennstoffverteilungskörpers 106, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 7 liefert eine geschnittene Seitenansicht des Brennstoffverteilungskörpers 106, wie er in den 4 und 5 gezeigt ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In verschiedenen Ausführungsformen enthält der Brennstoffverteilungskörper 106, wie in 6 gezeigt, eine im Wesentlichen flache Rückwand 116. Die Rückwand 116 enthält und/oder definiert eine Innenseite oder -fläche 118, die von einer Außenseite oder -fläche 120 bezüglich einer axialen Mittellinie 122 des Brennstoffverteilungskörpers 106 axial beabstandet ist. In bestimmten Ausführungsformen enthält und/oder definiert der Brennstoffverteilungskörper 106, wie in den 4 und 6 gezeigt, eine Umfassungswand 124, die einen Außenumfang der Rückwand 116 umgibt.
Wie in 6 gezeigt, enthält und/oder definiert der Brennstoffverteilungskörper 106 ferner in verschiedenen Ausführungsformen einen Brennstoffschaftkragen 126, der von der Innenfläche 118 der Rückwand 116 bezüglich der Mittellinie 122 axial beabstandet ist. Der Brennstoffschaftkragen 126 ist im Wesentlichen an einem stromaufwärtigen Ende oder Abschnitt 128 des Brennstoffverteilungskörpers 106 angeordnet. In bestimmten Ausführungsformen ist der Brennstoffschaft 56, wie in 5 gezeigt, über den Brennstoffschaftkragen 126 mit dem Brennstoffverteilungskörper 106 verbunden oder gekoppelt.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt, enthält und/oder definiert der Brennstoffverteilungskörper 106 in verschiedenen Ausführungsformen eine profilierte Vorderwand 130. Wie hierin verwendet, enthält der Begriff „profiliert“ eine Oberfläche oder Wand, die nicht im Wesentlichen flach ist, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, eine bogenförmige, geschwungene oder gewellte Oberfläche oder Wand. Wie am deutlichsten in den 5 und 6 gezeigt, erstreckt sich die profilierte Vorderwand 130 zwischen dem Brennstoffschaftkragen 126 und der Rückwand 116. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich die profilierte Vorderwand 130 zwischen dem Brennstoffschaftkragen 126 und der Umfassungswand 124. Obwohl die Umfassungswand 124 in den verschiedenen Figuren gezeigt ist, sollte die Erfindung, sofern dies in den Ansprüchen nicht besonders angegeben, nicht auf einen Brennstoffverteilungskörper 106 beschränkt sein, der eine Umfassungswand 124 aufweist. Die profilierte Vorderwand 130 kann sich beispielsweise von dem Brennstoffschaftkragen 126 bis zu der Rückwand 116 erstrecken. Wie in 6 gezeigt, divergiert die profilierte Vorderwand 130 in bestimmten Ausführungsformen bezüglich der Mittellinie 122 radial nach außen von dem Brennstoffschaftkragen 126 in Richtung der Rückwand 116. Wie in den 4 und 7 gezeigt, kann die profilierte Vorderwand 130 in bestimmten Ausführungsformen um den Brennstoffverteilungskörper 106 herum wellenförmig verlaufen oder in Umfangsrichtung (4) und/oder in Axialrichtung (7) ansteigen und fallen.
Wie in den 5 und 6 gezeigt, definieren die profilierte Vorderwand 130 und die Rückwand 116 zumindest teilweise einen Brennstoffsammelraum 132 innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers 106. In bestimmten Ausführungsformen definieren die profilierte Vorderwand 130, die Umfassungswand 124 und die Rückwand 116 zumindest teilweise den Brennstoffsammelraum 132 innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers 106.
Wie in 5 und 6 gezeigt, enthält und/oder definiert der Brennstoffverteilungskörper 106 in verschiedenen Ausführungsformen mehrere Einspritzrohre 134 in Fluidverbindung mit dem Brennstoffsammelraum 132. Jedes Einspritzrohr 134 erstreckt sich axial von der Rückwand 116 und/oder der Innenfläche 118 der Rückwand 116 in Richtung des Brennstoffschaftkragens 126 durch den Brennstoffsammelraum 132 hindurch. Jedes Einspritzrohr 134 kann an der profilierten Vorderwand 130 enden und/oder mit dieser verschmelzen. Eine erwünschte oder erforderliche axiale Länge A_L jedes einzelnen Einspritzrohrs 134 der mehreren Einspritzrohre 134 bestimmt im Wesentlichen die Form oder den Umriss der profilierten Vorderwand 130.
Obwohl die Einspritzrohre 134 in 6 in einem Muster derartigen angeordnet sind, dass von den Einspritzrohren 134, die dem Außenumfang oder der Umfassungswand 124 des Brennstoffverteilungskörpers 106 am nächsten sind, radial nach innen in Richtung der axialen Mittellinie 122 die axiale Länge A_L der Einspritzrohre 134 steigt, ist hierin in Gänze vorgesehen, dass die Einspritzrohre 134 in einem beliebigen Muster mit variierenden axialen Längen A_L der Einspritzrohre 134 eingerichtet sein können. Beispielsweise kann wenigstens ein Teil der Einspritzrohre 134, die der Mittellinie 122 am nächsten sind, eine axiale Länge A_L aufweisen, die kleiner als diejenige der Einspritzrohre 134 ist, die radial nach außen beabstandet sind. Im Ergebnis würde die profilierte Vorderwand 130 ein anderes Profil oder eine andere Form haben, die der axialen Länge A_L der verschiedenen Einspritzrohre 134 entspricht.
Wie in 6 gezeigt, definiert jedes Einspritzrohr 134 zumindest teilweise einen Vormischdurchgang 136, der für eine Fluidverbindung durch die profilierte Vorderwand 130, den Brennstoffsammelraum 132 und die Rückwand 116 sorgt. Beispielsweise ist in verschiedenen Ausführungsformen, wie in den 4 und 6 gezeigt, ein Einlassabschnitt 138 jedes Vormischdurchgangs 136 entlang einer Außenfläche 140 der profilierten Vorderwand 130 definiert. Der Einlassabschnitt 138 ist mit der Außenfläche 140 bündig oder im Wesentlichen bündig. Im Ergebnis ist der Einlassabschnitt im Wesentlichen länglich geformt.
Wie in 6 gezeigt, ist entlang der Außenfläche 120 der Rückwand 116 ein Auslassabschnitt 142 jedes Vormischdurchgangs 136 definiert. Wie in 5 gezeigt, sind in bestimmten Ausführungsformen an dem Auslassabschnitt 142 die Einlassenden oder -abschnitte 110 jedes Rohrs 108 der mehreren Rohre 108 mit einem zugehörigen Vormischdurchgang 136 eines Einspritzrohrs 134 konzentrisch ausgerichtet. Jedes Rohr 108 der mehreren Rohre 108 steht mit dem zugehörigen Vormischdurchgang 136 in Fluidverbindung.
Wie in 6 gezeigt, kann zumindest ein Teil der Einspritzrohre 134 eine oder mehrere Brennstofföffnungen 144 enthalten. Die Brennstofföffnung(en) 144 ist (sind) im Wesentlichen an dem zugehörigen Einspritzrohr 134 innerhalb des Brennstoffsammelraums 132 definiert, und jede Brennstofföffnung 144 kann einen Strömungspfad zwischen dem Brennstoffsammelraum 132 und dem Vormischdurchgang 136 definieren. In bestimmten Ausführungsformen sind die Brennstofföffnungen 144 der verschiedenen Rohre bezüglich der Mittellinie 122 zueinander axial versetzt angeordnet. Beispielsweise ist in einer Ausführungsform eine erste Brennstofföffnung 146 eines ersten Einspritzrohrs 148 der mehreren Einspritzrohre 134 zu einer zweiten Brennstofföffnung 150 eines zweiten Einspritzrohrs 152 der mehreren Einspritzrohre 134 bezüglich der Mittellinie 122 axial versetzt, wobei die erste und die zweite Brennstofföffnung 146, 150 für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum 132 und dem ersten bzw. zweiten Einspritzrohr 148, 152 sorgen. In einer Ausführungsform ist eine dritte Brennstofföffnung 154 eines dritten Einspritzrohrs 156 der mehreren Einspritzrohre 134 zu wenigstens einer von der ersten und der zweiten Brennstofföffnung 146, 150 axial versetzt. In bestimmten Ausführungsformen wird die genaue axiale Position und/oder ein Versatzabstand der verschiedenen Brennstofföffnung(en) 144 basierend auf einer gewünschten Konvektionszeit und/oder einer bestimmten Frequenz, die innerhalb der Brennkammer 24 abgeschwächt oder beseitigt werden soll, bestimmt.
Im Betrieb strömt ein Teil der verdichteten Luft 18 in Richtung des Kopfendes 52 und/oder der Endabdeckung 54, wo er die Richtung umkehrt und in den Einlassabschnitt 140 jedes Vormischdurchgangs 136 einströmt. Der Brennstoff wird dem Brennstoffsammelraum 132 über den Brennstoffschaft 56 zugeführt. Der Brennstoff wird von dem Brennstoffsammelraum 132 in jeden der Vormischdurchgänge 136 über die Brennstofföffnung(en) 144 jedes zugehörigen Einspritzrohrs 134 eingespritzt. Der Brennstoff vermischt sich mit der verdichteten Luft 18 innerhalb jedes Vormischdurchgangs 136 vor, während er eine axiale Strecke A_D bezüglich der Mittellinie 122 in Richtung des Auslassabschnitts 142 jedes Vormischdurchgangs 136 zurücklegt. Das Brennstoff- und Luft-Gemisch verlässt den Auslassabschnitt jedes Vormischdurchgangs 136 und strömt das zugehörige Rohr 108 der mehreren Rohre 108 hinunter, bevor es in den Brennraum 44 austritt, in dem es verbrannt wird, um die Verbrennungsgase 26 zu erzeugen.
Die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Brennstoff in die einzelnen Vormischdurchgänge 136 eingespritzt wird, und dem Zeitpunkt, wenn er den Brennraum erreicht, ist herkömmlich als die „Konvektionszeit“ und/oder (Tau) bekannt. Es hat sich gezeigt, dass die Mechanismen, die Verbrennungsinstabilitäten zur Folge haben, und die resultierende Stärke der Verbrennungsdynamik zumindest teilweise von der Konvektionszeit abhängen. Im Allgemeinen besteht eine umgekehrte Beziehung zwischen der Konvektionszeit und der Frequenz. Z.B nimmt bei steigender Konvektionszeit die Frequenz der Verbrennungsinstabilität ab, und bei sinkender Konvektionszeit nimmt die Frequenz der Verbrennungsinstabilität zu. Es hat sich gezeigt, dass die Verbrennungsdynamik, in einigen Fällen mehrere Frequenzen, durch Variation der Konvektionszeit beeinflusst oder abgeschwächt werden kann bzw. können. Dies ist als ein dynamischer Multi-Tau-Dynamikansatz zur Verringerung der Verbrennungsdynamik bekannt.
In bestimmten Ausführungsformen kann die axiale Länge A_L jedes Einspritzrohrs 134 bestimmt oder ausgewählt werden, um die Konvektionszeit des Brennstoffs und der Luft, die durch die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 hindurch strömen, zu beeinflussen, wodurch mögliche Wirkungen der Verbrennungsdynamik über den dynamischen Multi-Tau-Dynamikansatz abgeschwächt werden. Beispielsweise kann ein erster Teil der Einspritzrohre 134 längere axiale Längen A_L als ein zweiter, dritter, vierter oder ein größerer Teil der Einspritzrohre 134 aufweisen. Zusätzlich oder in einer Alternative dazu kann der axiale Versatz zwischen den Brennstofföffnungen 144 der verschiedenen Einspritzrohre 134 angepasst oder bestimmt werden, um die Konvektionszeit von Brennstoff und Luft, die durch die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 strömen, zu erhöhen und/oder zu verkürzen, wodurch mögliche schädigende Wirkungen der mehrfrequenten Verbrennungsdynamik mittels eines dynamischen Multi-Tau-Ansatzes beseitigt oder reduziert werden.
Um Kosten und Gewicht zu reduzieren und um die kompliziert geformte profilierte Vorderwand 130 und/oder die Einspritzrohre 134 mit variierenden axialen Längen A_L und/oder die genaue axiale Positionierung der Brennstofföffnung(en) 144 des Brennstoffverteilungskörpers 106, wie beschrieben, bereitzustellen, kann der Brennstoffverteilungskörper 106 zumindest teilweise oder vollständig durch additive Herstellungsverfahren oder -prozesse hergestellt oder gebildet werden, wodurch eine höhere Genauigkeit und/oder feinere Details innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers 106 ermöglicht werden, als sie früher mit herkömmlichen Herstellungsprozessen erzeugt werden konnten. Wie hierin verwendet, umfassen die Begriffe „additiv hergestellt“ oder „additive Herstellungstechniken oder -prozesse“ beispielsweise verschiedene bekannte 3D-Druck-Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel Extrusionsabscheidungs-, Draht-, Granulatmaterialbindungs-, Pulverbett- und Tintenstrahlkopf-3D-Druck, Laminierung und Photopolymerisation, sind aber nicht auf diese beschränkt.
In einer Ausführungsform ist der additive Herstellungsprozess des Direkten Metalllasersinterns DMLS ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des hierin beschriebenen Brennstoffverteilungskörpers 106. DMLS ist ein bekannter Herstellungsprozess zum Fertigen von Metallkomponenten mittels dreidimensionaler Informationen, zum Beispiel eines dreidimensionalen Computermodells des Brennstoffverteilungskörpers 106. Die dreidimensionalen Informationen werden in mehrere Schichten (Slices) umgewandelt, wobei jede Slice einen Querschnitt der Komponente für eine zuvor festgelegte Höhe der Schicht definiert. Der Brennstoffverteilungskörper 106 wird dann Schicht um Schicht oder Lage um Lage „aufgebaut“, bis er fertiggestellt ist. Jede Schicht des Brennstoffverteilungskörpers 106 wird durch Aufschmelzen eines Metallpulvers mittels eines Lasers gebildet.
Obgleich die Verfahren zur Herstellung des Brennstoffverteilungskörpers 106, einschließlich der profilierten Vorderwand 130 und/oder der Einspritzrohre 134 variierender axialer Längen A_L und/oder der genauen Positionierung der Brennstofföffnung(en) 144, hierin unter Verwendung von DMLS als dem bevorzugten Verfahren beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet der Herstellung erkennen, dass auch beliebige sonstige geeignete Rapid-Manufacturing-Verfahren mit mit schichtweisem Aufbau oder mit additiver Fertigung verwendet werden können. Diese alternativen Rapid-Herstellungsverfahren umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, selektives Lasersintern (SLS), 3D-Drucken, wie beispielsweise mittels Tintenstrahlen und Laserstrahlen, Stereolithographie (SLS), Direktes Selektives Lasersintern (DSLS), Elektronenstrahlsintern (EBS), Elektronenstrahlschmelzen (EBM), Laser Engineered Net Shaping (LENS), Laser Net Shape Manufacturing (LNSM) und direkte Metallauftragsschweißung (DMD, Direct Metal Deposition).
Die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100, die hierin zur Abschwächung der Verbrennungsdynamik vorgesehen ist, weist im Vergleich zu bestehenden Verbrennungsdynamikabschwächungssystemen für Brennkammern, die Bündelrohr-Brennstoffdüsen aufweisen, einige technologische Vorteile auf. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse 100, insbesondere der darin vorgesehene Brennstoffverteilungskörper 106, optimiert beispielsweise das Brennstoffvolumen, die Konvektionszeit und die Rohrlänge über einen Multi-Tau-Ansatz unter Verwendung des Brennstoffverteilungskörpers 106, anstatt Komponenten stromabwärts von dem Brennstoffverteilungskörper 106 zu modifizieren.
Dieser Aufbau kann auch eine kosteneffektive Nachrüstung von bestehenden Bündelrohr-Brennstoffdüsen ermöglichen, um Verbrennungsdynamikfrequenzen in bestehenden Brennkammern abzuschwächen oder abzustimmen. Es ist beispielsweise im Allgemeinen erwünscht, eine konstante Länge der Rohre 108 der mehreren Rohre 108, die sich stromabwärts von dem Brennstoffverteilungskörper 106 erstrecken, beizubehalten weil diese Rohre 108 in einige andere Teile von Verbrennungsgerätetechnik, wie z.B., aber nicht darauf beschränkt, die Kappenplatte 114, integriert sind. Durch Modifikation der axialen Länge A_L der Einspritzrohre 134, kann die Konvektionszeit jedoch erhöht oder verkürzt werden, wie es erforderlich ist, um bestimmte Frequenzen innerhalb der Brennkammer anzugehen, ohne die gesamte axiale Länge der Bündelrohr-Brennstoffdüse 100 zu beeinflussen.
Außerdem ermöglicht der additive Herstellungsprozess zur Bildung des Brennstoffverteilungskörpers 106 ein reduziertes Bauteilgewicht, reduzierte Zeit und Kosten zur Bildung und ein reduziertes Materialvolumen aufgrund der Ungleichförmigkeit sowie eine größere Entwurfsflexibilität. Außerdem ermöglicht die hierin geschaffene Bündelrohr-Brennstoffdüse eine Reduktion sowohl hoch- als auch niedrigfrequenter Verbrennungsdynamik. Im Ergebnis werden die möglichen negativen Wirkungen der Verbrennungsdynamik verringert, und die Funktionsfähigkeit der Gasturbine wird erhöht.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der bevorzugten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen beliebigen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, wozu die Herstellung und die Verwendung jeglicher Einrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die sich Fachleuten erschließen. Derartige weitere Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von dem Wortsinngehalt der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht wesentlichen Unterschieden von dem Wortsinngehalt der Ansprüche aufweisen.

Eine Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält einen Brennstoffverteilungskörper. Der Brennstoffverteilungskörper enthält eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist, einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist, und eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt. Die profilierte Vorderwand und die Rückwand definieren einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers. Die Bündelrohr-Brennstoffdüse enthält ferner mehrere Einspritzrohre, die mit dem Brennstoffsammelraum in Fluidverbindung stehen. Jedes Einspritzrohr erstreckt sich von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers und definiert einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand. BEZUGSZEICHENLISTE

Bezugszeichen	Komponente
10	Gasturbine
12	Einlassabschnitt
14	Arbeitsfluid
16	Verdichter
18	verdichtetes Arbeitsfluid
20	Brennstoff
22	Brennstoffversorgung
24	Brennkammer
26	Verbrennungsgase
28	Turbine
30	Welle
32	Generator/Motor
34	Abgase
36	Auslassabschnitt
38	Abgasschacht
40	Außengehäuse
42	Auskleidung
44	Brennraum
46	Heißgaspfad
48	Außenhülse
50	ringförmiger Strömungspfad
52	Kopfende
54	Endabdeckung
56	Brennstoffschaft
57–99	NICHT VERWENDET

100	Bündelrohr-Brennstoffdüse
102	Axiale Mittellinie
104	Zentrale Brennstoffdüse
106	Brennstoffverteilungskörper
108	Rohr
110	Einlassende
112	Auslassende
114	Kappenplatte
116	Flache Rückwand
118	Innenseite/-fläche
120	Außenseite/-fläche
122	Mittellinie
124	Umfassungswand
126	Brennstoffschaftkragen
128	Stromaufwärtiges Ende/Stromaufwärtiger Abschnitt
130	Profilierte Vorderwand
132	Brennstoffsammelraum
134	Einspritzrohr
136	Vormischdurchgang
138	Einlassabschnitt
140	Außenfläche – Profilierte Vorderwand
142	Auslassabschnitt – Rückwand
144	Brennstofföffnung
146	Erste Brennstofföffnung
148	Erstes Einspritzrohr
150	Zweite Brennstofföffnung
152	Zweites Einspritzrohr
154	Dritte Brennstofföffnung
156	Drittes Einspritzrohr
157–199	NICHT VERWENDET

Claims

Bündelrohr-Brennstoffdüse, die aufweist; einen Brennstoffverteilungskörper, wobei der Brennstoffverteilungskörper aufweist: eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist; einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist; eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt, wobei die profilierte Vorderwand und die Rückwand einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers definieren; und mehrere Einspritzrohre in Fluidverbindung mit dem Brennstoffsammelraum, wobei sich jedes Einspritzrohr von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand erstreckt, wobei jedes Einspritzrohr einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand definiert.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei die profilierte Vorderwand von dem Brennstoffschaftkragen zu der Rückwand bezüglich einer axialen Mittellinie der Bündelrohr-Brennstoffdüse radial nach außen divergiert.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die profilierte Vorderwand zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand wellenförmig verläuft.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes Einspritzrohr eine Brennstofföffnung enthält, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei eine erste Brennstofföffnung eines ersten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu einer zweiten Brennstofföffnung eines zweiten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre axial versetzt ist, wobei die erste und die zweite Brennstofföffnung für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem ersten und zweiten Einspritzrohr der mehreren Einspritzrohre sorgen.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach Anspruch 5, wobei eine dritte Brennstofföffnung eines dritten Einspritzrohrs der mehreren Einspritzrohre zu wenigstens einer von der ersten und der zweiten Brennstofföffnung axial versetzt ist.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, die ferner einen Brennstoffschaft aufweist, der mit einem Ende mit dem Brennstoffschaftkragen verbunden ist, wobei der Brennstoffschaft mit einer Brennstoffquelle in Fluidverbindung steht.
Bündelrohr-Brennstoffdüse nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, die ferner mehrere Rohre auf- weist, die parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sind, wobei jedes Rohr ein Einlassende aufweist, das von einem Auslassende axial getrennt ist, wobei jedes Rohr mit einem zugehörigen Vormischdurchgang konzentrisch ausgerichtet ist, wobei jedes Rohr der mehreren Rohre mit dem zugehörigen Vormischdurchgang in Fluidverbindung steht.
Bündelrohr-Brennstoffdüse, die aufweist; einen Brennstoffverteilungskörper, wobei der Brennstoffverteilungskörper aufweist: eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist; eine Umfassungswand, die einen Außenumfang der Rückwand umgibt; einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist; eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Umfassungswand erstreckt, wobei die profilierte Vorderwand, die Umfassungswand und die Rückwand einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers definieren; und mehrere Einspritzrohre, die sich von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand axial erstrecken, wobei jedes Einspritzrohr an einer Außenfläche der profilierten Vorderwand endet, wobei jedes Einspritzrohr einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand hindurch definiert, wobei jedes Einspritzrohr eine Brennstofföffnung enthält, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt.
Brennkammer, die aufweist: eine Endabdeckung, die mit einem Außengehäuse gekoppelt ist; und eine Bündelrohr-Brennstoffdüse, die einen Brennstoffverteilungskörper, der über einen Brennstoffschaft mit der Endabdeckung strömungsmäßig verbunden ist, und mehrere Rohre enthält, die parallel zueinander zu einem Bündel angeordnet sind, wobei jedes Rohr ein Einlassende aufweist, das von einem Auslassende axial getrennt ist, wobei der Brennstoffverteilungskörper aufweist: eine im Wesentlichen flache Rückwand, die eine Innenfläche aufweist, die von einer Außenfläche axial beabstandet ist; einen Brennstoffschaftkragen, der von der Innenfläche der Rückwand axial beabstandet ist, wobei der Brennstoffschaft mit dem Brennstoffschaftkragen verbunden ist; eine profilierte Vorderwand, die sich zwischen dem Brennstoffschaftkragen und der Rückwand erstreckt, wobei die profilierte Vorderwand und die Rückwand einen Brennstoffsammelraum innerhalb des Brennstoffverteilungskörpers definieren; und mehrere Einspritzrohre in Fluidverbindung mit dem Brennstoffsammelraum, wobei sich jedes Einspritzrohr von der profilierten Vorderwand zu der Rückwand erstreckt, wobei jedes Einspritzrohr einen Vormischdurchgang durch die profilierte Vorderwand, den Brennstoffsammelraum und die Rückwand definiert, wobei jedes Einspritzrohr eine Brennstofföffnung enthält, die für eine Fluidverbindung zwischen dem Brennstoffsammelraum und dem Vormischdurchgang sorgt, und wobei sich jedes Rohr der mehreren Rohre stromabwärts von einem zugehörigen Vormischdurchgang des Brennstoffverteilungskörpers erstreckt.