DE102015122924A1 - Pilot nozzle in a gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine enthält: einen länglichen Mittelkörper; eine längliche Umfangswand, die um den Mittelkörper herum ausgebildet ist, um einen primären Strömungsringraum dazwischen zu definieren; eine primäre Brennstoffzuführung und eine primäre Luftzuführung in Fluidverbindung mit einem stromaufwärtigen Ende des primären Strömungsringraums; und eine Pilotdüse. Die Pilotdüse kann in dem Mittelkörper ausgebildet sein und enthalten: axiale längliche Mischrohre, die innerhalb einer Mittelkörperwand definiert sind; eine Brennstofföffnung, die an den Mischrohren zum Anschluss jedes an eine sekundäre Brennstoffzuführung angeordnet ist; und eine sekundäre Luftzuführung, die eingerichtet ist, um mit einem Einlass jedes der Mischrohre strömungsmäßig zu kommunizieren. Mehrere der Mischrohre können als schräggestellte Mischrohre ausgebildet sein, die zur Herbeiführung einer wirbelnden stromabwärtigen Strömung eingerichtet sind, während mehrere der Mischrohre entgegengesetzt schräggestellte Mischrohre sein können.A fuel nozzle for a gas turbine includes: an elongate centerbody; an elongated peripheral wall formed about the central body to define a primary flow annulus therebetween; a primary fuel supply and a primary air supply in fluid communication with an upstream end of the primary flow annulus; and a pilot nozzle. The pilot nozzle may be formed in the centerbody and include: axial elongated mixing tubes defined within a centerbody wall; a fuel port disposed on the mixing tubes for connection to each of a secondary fuel supply; and a secondary air supply configured to communicate with an inlet of each of the mixing tubes in fluid communication. Several of the mixing tubes may be formed as inclined mixing tubes that are adapted to create a swirling downstream flow, while a plurality of the mixing tubes may be oppositely inclined mixing tubes.
Description
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Gasturbine, die einen mit Luft vermischten Kohlenwasserstoffbrennstoff verbrennt, um einen Hochtemperaturgasstrom zu erzeugen, der Turbinenlaufschaufeln antreibt, um eine Welle, die mit den Laufschaufeln verbunden ist, in Drehung zu versetzen. Insbesondere, aber nicht als Einschränkung, betrifft die Erfindung Brennkammerbrennstoffdüsen, die Pilotdüsen enthalten, die einen Brennstoff und Luft vorvermischen, um geringere Stickoxidwerte zu erzielen. The present invention relates generally to a gas turbine combusting an air-mixed hydrocarbon fuel to produce a high-temperature gas stream that drives turbine blades to rotate a shaft connected to the blades. In particular, but not by way of limitation, the invention relates to combustor fuel jets containing pilot nozzles which premix a fuel and air to achieve lower nitrogen oxide levels.
Gasturbinen werden weithin verwendet, um für zahlreiche Anwendungen Leistung zu erzeugen. Eine herkömmliche Gasturbine umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. In einer typischen Gasturbine führt der Verdichter der Brennkammer verdichtete Luft zu. Die in die Brennkammer eintretende Luft wird mit Brennstoff vermischt und verbrannt. Heiße Verbrennungsgase werden aus der Brennkammer ausgelassen und strömen in die Laufschaufeln der Turbine, um die mit den Laufschaufeln verbundene Welle der Turbine in Drehung zu versetzen. Ein Teil dieser mechanischen Energie der rotierenden Welle treibt den Verdichter und/oder sonstige mechanische Systeme an.Gas turbines are widely used to produce power for many applications. A conventional gas turbine includes a compressor, a combustor and a turbine. In a typical gas turbine, the compressor introduces compressed air to the combustion chamber. The entering into the combustion chamber air is mixed with fuel and burned. Hot combustion gases are exhausted from the combustion chamber and flow into the blades of the turbine to rotate the turbine shaft connected to the blades. Part of this mechanical energy of the rotating shaft drives the compressor and / or other mechanical systems.
Da behördliche Bestimmungen die Freisetzung von Stickoxiden in die Atmosphäre missbilligen, wird angestrebt, deren Erzeugung als Nebenprodukte des Betriebs von Gasturbinen unterhalb zulässiger Pegel zu halten. Ein Ansatz, um solche Bestimmungen einzuhalten, besteht darin, von Diffusionsflammen-Brennkammern zu Brennkammern zu wechseln, die magere Brennstoff-Luft-Gemische in einem vollständig vorvermischten Betriebsmodus verwenden, um Emissionen von beispielsweise Stickoxiden (üblicherweise mit NOx bezeichnet) und Kohlenstoffmonoxid (CO) zu reduzieren. Diese Brennkammern sind verschiedentlich auf dem Fachgebiet als Dry Low NOx (DLN)(trockene Nieder-NOx-), Dry Low Emissions (DLE) (trockene emissionsarme) oder Lean Premixed(LPM)-(magere Vormisch-)Verbrennungssysteme bekannt.Because government regulations disapprove of the release of nitrogen oxides into the atmosphere, it is desirable to keep their production as by-products of gas turbine operation below acceptable levels. One approach to meeting such regulations is to switch from diffusion flame combustors to combustors that use lean fuel-air mixtures in a fully premixed mode of operation to control emissions of, for example, nitrogen oxides (commonly denoted NOx) and carbon monoxide (CO). to reduce. These combustors are variously known in the art as dry low NOx (DLN) (dry low NO x), dry low emission (DLE) (dry low emission) or lean premixed (LPM) (lean premix) combustion systems.
Eine Brennstoff-Luft-Vermischung beeinflusst sowohl die Stickoxidpegel, die in den heißen Verbrennungsgasen einer Gasturbine erzeugt werden, als auch die Maschinenleistungsfähigkeit. Eine Gasturbine kann eine oder mehrere Brennstoffdüsen verwenden, um Luft und Brennstoff aufzunehmen, um die Brennstoff-Luft-Vermischung in der Brennkammer zu unterstützen. Die Brennstoffdüsen können in einem Kopfende der Brennkammer angeordnet sein und können dazu eingerichtet sein, eine Luftströmung aufzunehmen, der mit einem Brennstoffeintrag vermischt wird. Jede Brennstoffdüse kann typischerweise intern durch einen Mittelkörper gehaltert sein, der innerhalb der Brennstoffdüse angeordnet ist, und eine Pilotdüse kann an dem stromabwärtigen Ende des Mittelkörpers angeordnet sein. Wie beispielsweise in der
Verschiedene Parameter, die den Verbrennungsprozess in der Gasturbine beschreiben, korrelieren mit der Erzeugung von Stickoxiden. Höhere Gastemperaturen in der Verbrennungsreaktionszone sind beispielsweise für die Erzeugung höherer Stickoxidmengen verantwortlich. Eine Weise zur Verringerung dieser Temperaturen besteht darin, das Brennstoff-Luft-Gemisch vorzuvermischen und das Verhältnis von Brennstoff zu Luft, die verbrannt wird, zu reduzieren. Wenn das Verhältnis von Brennstoff zu Luft, die verbrannt wird, verringert wird, wird auch die Menge an Stickoxiden verringert. Es gibt jedoch einen Kompromiss bei der Leistungsfähigkeit der Gasturbine. Denn, wenn das Verhältnis von Brennstoff zu Luft, die verbrannt wird, verringert wird, besteht eine erhöhte Tendenz, dass die Flamme der Brennstoffdüse ausgeht und somit den Betrieb der Gasturbine instabil macht. Es ist eine Pilotdüse vom Diffusionsflammentyp zur besseren Flammenstabilisierung in einer Brennkammer verwendet worden, aber ihre Verwendung erhöht die NOx-Emissionen. Folglich bleibt ein Bedarf nach verbesserten Pilotdüsenanordnungen, die Flammenstabilisierungsvorteile bieten, während sie auch die NOx-Emissionen, die im Allgemeinen mit Pilotdüsen verbunden sind, minimieren.Various parameters describing the combustion process in the gas turbine correlate with the generation of nitrogen oxides. Higher gas temperatures in the combustion reaction zone are responsible, for example, for the generation of higher amounts of nitrogen oxide. One way to reduce these temperatures is to premix the fuel-air mixture and reduce the ratio of fuel to air that is burned. When the ratio of fuel to air that is burned is reduced, the amount of nitrogen oxides is also reduced. However, there is a trade-off in the performance of the gas turbine. For, if the ratio of fuel to air that is burned is reduced, there is an increased tendency for the flame of the fuel nozzle to go out, thus making the operation of the gas turbine unstable. A diffuser flame type pilot nozzle has been used for better flame stabilization in a combustor, but its use increases NOx emissions. Thus, there remains a need for improved pilot nozzle arrangements that provide flame stabilization benefits while also minimizing NOx emissions generally associated with pilot nozzles.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Die vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine. Die Brennstoffdüse kann enthalten: einen axial länglichen Mittelkörper; eine axial längliche Umfangswand, die um den Mittelkörper herum gebildet ist, um einen primären Strömungsringraum dazwischen zu definieren; eine primäre Brennstoffzuführung und eine primäre Luftzuführung in Fluidverbindung mit einem stromaufwärtigen Ende des primären Strömungsringraums; und eine Pilotdüse. Die Pilotdüse kann in dem Mittelkörper gebildet sein, der enthält: axial längliche Mischrohre, die innerhalb einer Mittelkörperwand definiert sind, wobei sich jedes der Mischrohre zwischen einem Einlass, der durch eine stromaufwärtige Stirnfläche der Pilotdüse definiert ist, und einem Auslass erstreckt, der durch eine stromabwärtige Stirnfläche der Pilotdüse gebildet ist; eine Brennstofföffnung, die zwischen dem Einlass und dem Auslass jedes der Mischrohre zur Verbindung jedes der Mischrohre mit einer sekundären Brennstoffzuführung angeordnet ist; und eine sekundäre Luftzuführung, die eingerichtet ist, um mit dem Einlass jedes der Mischrohre in Fluidverbindung zu stehen. Mehrere der Mischrohre können als schräggestellte Mischrohre ausgebildet sein, die eingerichtet, insbesondere bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse gewinkelt sind, um eine wirbelnde Strömung um die Mittelachse herum in einem gemeinsamen Auslass daraus herbeizuführen. Mehrere der Mischrohre können als entgegengesetzt schräggestellte Mischrohre ausgebildet sein, die eingerichtet, insbesondere bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse gewinkelt sind, um eine im Verhältnis zu der durch die schräggestellten Mischrohre herbeigeführten wirbelnden Strömung gegensinnig wirbelnde stromabwärtige Strömung in einem gemeinsamen Auslass daraus herbeizuführen.The present application thus describes a fuel nozzle for a gas turbine. The fuel nozzle may include: an axially elongated centerbody; an axially elongated peripheral wall formed about the centerbody to define a primary flow annulus therebetween; a primary fuel supply and a primary air supply in fluid communication with an upstream end of the primary flow annulus; and a pilot nozzle. The pilot nozzle may be formed in the centerbody including: axially elongated mixing tubes disposed within a centerbody wall each of the mixing tubes extending between an inlet defined by an upstream end surface of the pilot nozzle and an outlet formed by a downstream end surface of the pilot nozzle; a fuel port disposed between the inlet and the outlet of each of the mixing tubes for communicating each of the mixing tubes with a secondary fuel supply; and a secondary air supply configured to be in fluid communication with the inlet of each of the mixing tubes. Several of the mixing tubes may be formed as inclined mixing tubes which are arranged, in particular angled with respect to the center axis of the fuel nozzle, to induce a swirling flow about the central axis in a common outlet therefrom. Several of the mixing tubes may be formed as oppositely inclined mixing tubes, which are arranged, in particular with respect to the center axis of the fuel nozzle angled to bring about in relation to the induced by the inclined mixing tubes swirling flow counter-rotating swirling downstream flow in a common outlet thereof.
Bei der zuvor erwähnten Brennstoffdüse können die schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse tangential schräggestellt sein, und der gemeinsame Auslass kann einen kombinierten Brennstoff- und Luftauslass aus den mehreren schräggestellten Mischrohren aufweisen, und die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre können bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse tangential schräggestellt sein, und der gemeinsame Auslass kann einen kombinierten Brennstoff- und Luftauslass aus den mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohren aufweisen.In the aforementioned fuel nozzle, the inclined mixing tubes may be tangentially inclined with respect to the center axis of the fuel nozzle, and the common outlet may have a combined fuel and air outlet from the plurality of inclined mixing tubes, and the oppositely inclined mixing tubes may be tangentially skewed with respect to the center axis of the fuel nozzle and the common outlet may have a combined fuel and air outlet from the plurality of oppositely inclined mixing tubes.
In einer Ausführungsform kann jedes von den schräggestellten Mischrohren und den entgegengesetzt schräggestellten Mischrohren eine Austrittsrichtung aufweisen, die bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse tangential gewinkelt ist, wobei die schräggestellten Mischrohre derart eingerichtet sein können, dass die wirbelnde Strömung des gemeinsamen Auslasses in die gleiche Richtung wirbelt wie eine wirbelnde Strömung, die durch Verwirblerschaufeln des primären Strömungsringraums hervorgerufen wird.In one embodiment, each of the slanted mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes may have an exit direction that is tangentially angled with respect to the center axis of the fuel nozzle, wherein the slanted mixing tubes may be configured such that the swirling flow of the common outlet swirls in the same direction a swirling flow caused by swirl vanes of the primary flow annulus.
In einer weiteren Ausführungsform können die Mischrohre jeweils einen Auslassabschnitt aufweisen, der einen axial schmalen stromabwärtigen Abschnitt des Mischrohrs aufweist, der sich neben dem Auslass befindet, wobei der Auslassabschnitt eine Mittelachse dadurch definiert, wobei die schräggestellten Mischrohre derart eingerichtet sein können, dass eine Fortsetzung der Mittelachse des Auslassabschnitts einen spitzen tangentialen Austrittswinkel bezüglich einer stromabwärtigen Fortsetzung der Mittelachse der Brennstoffdüse aufweist, und wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre derart eingerichtet sein können, dass eine Fortsetzung der Mittelachse des Auslassabschnitts einen spitzen tangentialen Austrittswinkel bezüglich der stromabwärtigen Fortsetzung der Mittelachse der Brennstoffdüse aufweist.In a further embodiment, the mixing tubes may each have an outlet portion having an axially narrow downstream portion of the mixing tube located adjacent to the outlet, the outlet portion defining a central axis therethrough, wherein the inclined mixing tubes may be configured such that a continuation of the Central axis of the outlet portion has an acute tangential exit angle with respect to a downstream continuation of the center axis of the fuel nozzle, and wherein the oppositely inclined mixing tubes may be configured such that a continuation of the central axis of the outlet portion has an acute tangential exit angle with respect to the downstream continuation of the center axis of the fuel nozzle.
Bei der zuletzt erwähnten Brennstoffdüse können die schräggestellten Mischrohre der Pilotdüse jeweils eine parallele Anordnung bezüglich einander aufweisen, wobei der tangentiale Austrittswinkel der schräggestellten Mischrohre einen Winkel zwischen 10° und 70° aufweisen kann und wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre der Pilotdüse jeweils eine parallele Anordnung bezüglich einander aufweisen können und wobei der tangentiale Austrittswinkel der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre einen Winkel zwischen 10° und 70° aufweisen kann.In the last-mentioned fuel nozzle, the slanted mixing tubes of the pilot nozzle may each have a parallel arrangement with respect to each other, wherein the tangential exit angle of the slanted mixing tubes may have an angle between 10 ° and 70 ° and wherein the oppositely inclined mixing tubes of the pilot nozzle each have a parallel arrangement with respect to each other may have and wherein the tangential exit angle of the oppositely inclined mixing tubes may have an angle between 10 ° and 70 °.
Zusätzlich oder als eine Alternative dazu kann der Mittelkörper axial gestapelte Abschnitte aufweisen, die einen Vorderabschnitt, der eine sekundäre Brennstoffzuführung und eine sekundäre Luftzuführung aufweist, und einen Hinterabschnitt enthalten, der als die Pilotdüse eingerichtet ist, wobei der Vorderabschnitt des Mittelkörpers eine sich axial erstreckende zentrale Zuführleitung und einen um die zentrale Zuführleitung gebildeten sekundären Strömungsringraum aufweisen kann, der sich axial zwischen einer mit einer Luftquelle hergestellten Verbindung, die in Richtung eines stromaufwärtigen Endes des Mittelkörpers geschaffen ist, und der stromaufwärtigen Stirnfläche der Pilotdüse erstreckt, und wobei die Mittelkörperwand eine Außenwand des Mittelkörpers definieren kann und eine Außenbegrenzung des sekundären Strömungsringraums definieren kann.Additionally or alternatively, the centerbody may include axially stacked portions including a forward portion having a secondary fuel supply and a secondary air supply and a rear portion configured as the pilot nozzle, the forward portion of the centerbody having an axially extending central portion Supply line and a secondary flow annulus formed around the central supply line, which extends axially between a connection made with an air source, which is provided in the direction of an upstream end of the center body, and the upstream end face of the pilot nozzle, and wherein the center body wall is an outer wall of the Center body can define and define an outer boundary of the secondary flow annulus.
Weiter zusätzlich kann der der primäre Strömungsringraum eine Swozzle aufweisen, die mehrere Verwirblerschaufeln, die sich radial über den gesamten primären Strömungsringraum erstrecken, und Brennstoffdurchgänge aufweist, die sich durch die Verwirblerschaufeln hindurch erstrecken, um Brennstofföffnungen, die durch eine Außenfläche der Verwirblerschaufel gebildet sind, mit einem Brennstoffsammelraum zu verbinden, wobei die Verwirblerschaufeln eine schräge tangentiale Ausrichtung bezüglich der Mittelachse aufweisen können, um eine stromabwärtige Strömung daraus hervorzurufen, die um die Mittelachse herum in eine erste Richtung wirbelt, wobei die Brennstofföffnung jedes der schräggestellten Mischrohre und der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre eine seitliche Brennstofföffnung zur Einspritzung von Brennstoff durch eine Öffnung, die durch eine Seitenwand hindurch ausgebildet ist, aufweisen kann und die Brennstofföffnung für jedes der schräggestellten Mischrohre und der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre eine stromaufwärtige Position relativ zu einer Luftströmung durch diese hindurch aufweisen kann.Additionally, the primary flow annulus may include a swozzle having a plurality of swirler vanes extending radially across the entire primary annulus and fuel passages extending through the swirler vanes to fuel ports defined by an outer surface of the swirler vane to connect to a fuel plenum, wherein the swirler vanes may have an oblique tangential orientation with respect to the central axis to cause a downstream flow therefrom that swirls about the central axis in a first direction, the fuel opening of each of the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes may have a lateral fuel port for injecting fuel through an opening formed through a sidewall and the fuel port may have an upstream position relative to an air flow therethrough for each of the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes ,
In der zuletzt erwähnten Brennstoffdüse können die schräggestellten Mischrohre und die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils mehrere der Brennstofföffnungen aufweisen, wobei die mehreren der Brennstofföffnungen eine stromaufwärtige Konzentration relativ zu einer Luftströmung durch diese hindurch aufweisen können.In the last-mentioned fuel nozzle, the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes may each have a plurality of the fuel ports, wherein the plurality of fuel ports may have an upstream concentration relative to an air flow therethrough.
Zusätzlich oder als eine Alternative dazu können die schräggestellten Mischrohre und die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils dazu eingerichtet sein, eine Luftströmung durch den Einlass und eine Brennstoffströmung durch die Brennstofföffnung aufzunehmen, um eine Mischung daraus durch den Auslass hindurch auszugeben, wobei der Auslass mit einem Brennraum der Brennkammer in Fluidverbindung stehen kann, wobei die schräggestellten Mischrohre jeweils eine Mischlänge aufweisen können, die zwischen einer stromaufwärtigen Brennstofföffnung und dem Auslass definiert ist, wobei, hinsichtlich der Mischlänge, die schräggestellten Mischrohre jeweils eine segmentierte Konfiguration, einschließlich eines stromaufwärtigen Segmentes und eines stromabwärtigen Segmentes zu jeder Seite einer Verbindung, die einen Richtungswechsel für das schräggestellte Mischrohr markiert, aufweisen können, und wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils eine Mischlänge aufweisen können, die zwischen einer stromaufwärtigen Brennstofföffnung und dem Auslass definiert ist, und wobei, hinsichtlich der Mischlänge, die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils eine segmentierte Konfiguration, einschließlich eines stromaufwärtigen Segmentes und eines stromabwärtigen Segmentes zu jeder Seite einer Verbindung, die einen Richtungswechsel für das entgegengesetzt schräggestellte Mischrohr markiert, aufweisen können.Additionally or alternatively, the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes may each be configured to receive airflow through the inlet and fuel flow through the fuel aperture to dispense a mixture thereof through the outlet, the outlet having a combustion chamber Combustion chamber may be in fluid communication, wherein the inclined mixing tubes may each have a mixing length defined between an upstream fuel opening and the outlet, wherein, in terms of mixing length, the inclined mixing tubes each have a segmented configuration, including an upstream segment and a downstream segment each side of a compound that marks a change of direction for the inclined mixing tube may have, and wherein the oppositely inclined mixing tubes each have a Mischlän ge, which is defined between an upstream fuel port and the outlet, and wherein, with respect to the mixing length, the oppositely inclined mixing tubes each have a segmented configuration, including an upstream segment and a downstream segment to each side of a compound, which is a change of direction for the marked oppositely inclined mixing tube, may have.
In einer Ausführungsform der zuletzt erwähnten Brennstoffdüse können die schräggestellten Mischrohre und die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils eine Konfiguration aufweisen, in der das stromaufwärtige Segment linear ist und der stromabwärtige Abschnitt gekrümmt ist.In one embodiment of the last-mentioned fuel nozzle, the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes may each have a configuration in which the upstream segment is linear and the downstream portion is curved.
In einer weiteren Ausführungsform können die schräggestellten Mischrohre jeweils eine Konfiguration aufweisen, in der das stromaufwärtige Segment linear und axial ausgerichtet ist und das stromabwärtige Segment gekrümmt und um die Mittelachse der Brennstoffdüse herum spiralförmig ausgebildet ist, und wobei der stromaufwärtige Abschnitt weniger als die Hälfte der Mischlänge der schräggestellten Mischrohre aufweist, und wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils eine Konfiguration aufweisen können, in der das stromaufwärtige Segment linear und axial ausgerichtet ist und das stromabwärtige Segment gekrümmt und um die Mittelachse der Brennstoffdüse herum spiralförmig ausgebildet ist, und wobei der stromaufwärtige Abschnitt weniger als die Hälfte der Mischlänge der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre aufweist.In another embodiment, the inclined mixing tubes may each have a configuration in which the upstream segment is linear and axially aligned and the downstream segment is curved and spirally formed about the central axis of the fuel nozzle, and wherein the upstream portion is less than half the mixing length each of the inclined inclined mixing tubes, and wherein the oppositely inclined mixing tubes may each have a configuration in which the upstream segment is linear and axially aligned and the downstream segment is curved and spirally formed about the central axis of the fuel nozzle, and wherein the upstream portion is less than has half the mixing length of the oppositely inclined mixing tubes.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann der tangentiale Austrittswinkel der schräggestellten Mischrohre und der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre jeweils einen Winkel zwischen 20° und 55° aufweisen.In yet another embodiment, the tangential exit angle of the inclined mixing tubes and the oppositely inclined mixing tubes can each have an angle between 20 ° and 55 °.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die schräggestellten Mischrohre derart eingerichtet sein, dass die wirbelnde Strömung des gemeinsamen Auslasses in die erste Richtung wirbelt, wie sie durch die Richtung der wirbelnden stromabwärtigen Strömung definiert ist, die durch die Verwirblerschaufeln des primären Strömungsringraums erzeugt wird. In a preferred embodiment, the inclined mixing tubes may be configured such that the swirling flow of the common outlet swirls in the first direction as defined by the direction of the swirling downstream flow created by the swirler vanes of the primary flow annulus.
In der zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsform kann die Pilotdüse zwischen fünf und fünfundzwanzig der schräggestellten Mischrohre und zwischen fünf und fünfundzwanzig der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre aufweisen, wobei die schräggestellten Mischrohre innerhalb der Mittelkörperwand in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet sein können, wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre innerhalb der Mittelkörperwand in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet sein können und wobei die mehreren schräggestellten Mischrohre eine außenliegende Position bezüglich der mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre aufweisen können.In the last-mentioned preferred embodiment, the pilot nozzle may have between five and twenty-five of the inclined mixing tubes and between five and twenty-five of the oppositely inclined mixing tubes, wherein the inclined mixing tubes may be circumferentially spaced within the central body wall at regular intervals with the oppositely sloped mixing tubes within the Central body wall may be spaced at regular intervals in the circumferential direction and wherein the plurality of inclined mixing tubes may have an outward position with respect to the plurality of oppositely inclined mixing tubes.
Als eine Alternative kann die Pilotdüse zwischen fünf und fünfundzwanzig der schräggestellten Mischrohre und zwischen fünf und fünfundzwanzig der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre aufweisen, wobei die schräggestellten Mischrohre innerhalb der Mittelkörperwand in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet sein können, wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre innerhalb der Mittelkörperwand in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung beabstandet sein können und wobei die mehreren schräggestellten Mischrohre eine innenliegende Position bezüglich der mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre aufweisen können.As an alternative, the pilot nozzle may have between five and twenty five of the inclined mixing tubes and between five and twenty five of the oppositely inclined mixing tubes, wherein the inclined mixing tubes may be circumferentially spaced within the central body wall at regular intervals with the oppositely sloped mixing tubes within the central body wall at regular intervals Intervals may be spaced in the circumferential direction and wherein the plurality of inclined mixing tubes may have an internal position with respect to the plurality of oppositely inclined mixing tubes.
In der zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsform der Art, bei der die mehreren schräggestellten Mischrohre eine bezüglich der mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre außenliegende Position aufweisen, können die mehreren schräggestellten Mischrohre und die mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre dieselbe Anzahl der Mischrohre aufweisen, wobei die stromabwärtige Stirnfläche der Pilotdüse eine Anordnung der Auslässe aufweisen kann, in der die Auslässe der schräggestellten Mischrohre bezüglich der Auslässe der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre winkelmäßig registriert sind, und wobei die winkelmäßige Registrierung der Anordnung von Auslässen aufweisen kann, dass die Auslässe der schräggestellten Mischrohre bezüglich der Auslässe der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre winkelmäßig versetzt sind.In the last mentioned preferred embodiment of the type in which the plurality of inclined mixing tubes have an outboard position with respect to the plurality of oppositely inclined mixing tubes, the plurality of inclined mixing tubes and the plurality of oppositely inclined mixing tubes may be the same The plurality of mixing tubes, wherein the downstream end face of the pilot nozzle may have an arrangement of the outlets, in which the outlets of the inclined mixing tubes are angularly registered with respect to the outlets of the oppositely inclined mixing tubes, and wherein the angular registration of the arrangement of outlets may have Outlets of the inclined mixing tubes are angularly offset with respect to the outlets of the oppositely inclined mixing tubes.
Als eine Alternative können die mehreren schräggestellten Mischrohre und die mehreren entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre dieselbe Anzahl der Mischrohre aufweisen, wobei die stromabwärtige Stirnfläche der Pilotdüse eine Anordnung der Auslässe aufweisen kann, in der die Auslässe der schräggestellten Mischrohre bezüglich der Auslässe der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre winkelmäßig registriert sind, und wobei die winkelmäßige Registrierung der Anordnung der Auslässe aufweisen kann, dass die Auslässe der schräggestellten Mischrohre derart angeordnet sind, dass sie mit den Auslässen der entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre winkelmäßig zusammenfallen.As an alternative, the plurality of inclined mixing tubes and the plurality of oppositely inclined mixing tubes may have the same number of mixing tubes, wherein the downstream end face of the pilot nozzle may have an arrangement of the outlets in which the outlets of the inclined mixing tubes are angularly registered with respect to the outlets of the oppositely inclined mixing tubes and wherein the angular registration of the arrangement of the outlets may have the outlets of the inclined mixing tubes arranged to be angularly coincident with the outlets of the oppositely inclined mixing tubes.
In der zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsform einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräggestellt sein, wobei die schräggestellten Mischrohre radial zu einer Richtung nach außen hin von der Brennstoffdüse unter einem Winkel zwischen 0,1° und 20° schräg angestellt sein können.In the last-mentioned preferred embodiment of any kind mentioned above, the slanted mixing tubes may be radially inclined with respect to the center axis of the fuel nozzle, the slanted mixing tubes slanting radially outward from the fuel nozzle at an angle between 0.1 ° and 20 ° can be employed.
In einer Alternative können die schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräg angestellt sein, wobei die schräggestellten Mischrohre radial zu einer Richtung nach innen hin von der Brennstoffdüse unter einem Winkel zwischen 0,1° und 20° schräg angestellt sein können.In an alternative, the inclined mixing tubes may be made radially inclined with respect to the center axis of the fuel nozzle, wherein the inclined mixing tubes may be inclined radially to an inward direction of the fuel nozzle at an angle between 0.1 ° and 20 °.
Ferner können die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräggestellt sein, wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre radial zu einer Richtung nach außen hin von der Brennstoffdüse unter einem Winkel zwischen 0,1° und 20° schräg angestellt sein können.Further, the oppositely inclined mixing tubes may be radially inclined with respect to the center axis of the fuel nozzle, wherein the oppositely inclined mixing tubes may be inclined radially to an outward direction of the fuel nozzle at an angle between 0.1 ° and 20 °.
In einer Alternative können die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräg angestellt sein, wobei die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre radial zu einer Richtung nach innen hin von der Brennstoffdüse unter einem Winkel zwischen 0,1° und 20° schräg angestellt sein können.In an alternative, the oppositely inclined mixing tubes can be made radially obliquely with respect to the center axis of the fuel nozzle, wherein the oppositely inclined mixing tubes can be made radially obliquely to an inward direction of the fuel nozzle at an angle between 0.1 ° and 20 °.
In noch einigen Ausführungsformen können die schräggestellten Mischrohre bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräg angestellt sein, und die entgegengesetzt schräggestellten Mischrohre können bezüglich der Mittelachse der Brennstoffdüse radial schräg angestellt sein.In still some embodiments, the inclined mixing tubes may be radially inclined relative to the center axis of the fuel nozzle, and the oppositely inclined mixing tubes may be radially inclined with respect to the center axis of the fuel nozzle.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung ausgeführt oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden. Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Bezeichnungen in Form von Zahlen und Buchstaben, um auf Merkmale in den Zeichnungen zu verweisen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung können verwendet werden, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu verweisen.Aspects and advantages of the invention are set forth below in the following description, or may be obvious from the description, or may be learned by practice of the invention. Reference will now be made in detail to the present embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the accompanying drawings. The detailed description uses terms in the form of numbers and letters to refer to features in the drawings. The same or similar terms in the drawings and the description may be used to refer to the same or similar parts of the invention.
Wie man erkennen wird, ist jedes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von deren Umfang oder Rahmen abgewichen wird. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Es besteht somit die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen. Es versteht sich, dass hier erwähnte Bereiche und Begrenzungen alle Unterbereiche einschließen, die innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen angeordnet sind, inklusive der Grenzen selbst, sofern nicht etwas anderes angegeben ist.As will be appreciated, each example is provided to illustrate the invention, not for the purpose of limiting the invention. In fact, it will be apparent to those skilled in the art that modifications and changes may be made to the present invention without departing from the scope or scope thereof. For example, features that are illustrated or described as part of one embodiment may be used in another embodiment to yield a still further embodiment. Thus, it is intended that the present invention cover such modifications and changes as fall within the scope of the appended claims and their equivalents. It should be understood that the ranges and limitations mentioned herein include all sub-ranges located within the prescribed limits, including the limits themselves, unless otherwise specified.
Außerdem wurden bestimmte Begriffe ausgewählt, um die vorliegende Erfindung und ihre Komponentensubsysteme und Teile zu beschreiben. Soweit möglich, wurden diese Begriffe basierend auf der üblichen Terminologie auf dem Technologiegebiet ausgewählt. Man wird jedoch erkennen, dass solche Begriffe oft verschiedenen Interpretationen unterworfen werden. Was hierin beispielsweise als eine einzelne Komponente beschrieben werden kann, kann in einem anderen Zusammenhang als aus mehreren Komponenten bestehend bezeichnet werden, oder was hierin als mehrere Komponenten umfassend beschrieben werden kann, kann anderswo als nur eine einzige Komponente bezeichnet werden. Somit sollte bei dem Verständnis des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung Aufmerksamkeit nicht nur der speziellen Terminologie gewidmet werden, sondern auch der beigefügten Beschreibung und dem Zusammenhang, sowie der Struktur, dem Aufbau, der Funktion und/oder der Nutzung der Komponente, auf die Bezug genommen und die beschrieben wird, einschließlich der Weise, in der sich der Begriff auf die verschiedenen Figuren bezieht, sowie auch selbstverständlich auf die präzise Verwendung der Terminologie in den beigefügten Ansprüchen. Während ferner die folgenden Beispiele bezüglich eines bestimmten Typs einer Turbine beschrieben sind, kann die Technologie der vorliegenden Erfindung auch auf andere Typen von Turbinen anwendbar sein, wie ein Fachmann auf dem relevanten technologischen Gebiet verstehend würde.In addition, certain terms have been selected to describe the present invention and its component subsystems and parts. Wherever possible, these terms have been selected based on common terminology in the technology field. However, it will be appreciated that such terms are often subjected to different interpretations. For example, what may be described herein as a single component may be referred to in other context as consisting of multiple components, or what may be described herein as comprising a plurality of components may be referred to elsewhere as a single component. Thus, in understanding the scope of the present invention, attention should be given not only to the specific terminology but also to the accompanying description and context, as well as the structure, structure, function, and / or use of the component to which reference is made and which will be described, including the manner in which the term refers to the various figures, as well as, of course, to the precise use of the terminology in the appended claims. Further, while the following examples are described with respect to a particular type of turbine, the technology of the present invention may be applicable to other types of turbines, as one skilled in the art would understand in the relevant technological field.
Unter Berücksichtigung der Art eines Turbinenbetriebs können einige beschreibende Begriffe überall in dieser Anmeldung verwendet werden, um die Funktionsweise der Maschine und/oder einiger darin enthaltender Subsysteme oder Komponenten zu erläutern, und es kann sich als vorteilhaft erweisen, diese Begriffe am Beginn dieses Abschnittes zu definieren. Demzufolge sind diese Begriffe und ihre Definitionen, sofern nicht anders angegeben, wie folgt. Ohne weitere Spezifikation betreffen die Begriffe „vorne“ und „hinten“ Richtungen in Bezug auf die Ausrichtung der Gasturbine. D.h., „vorne“ bezieht sich auf das vordere oder Verdichterende der Gasturbine, und „hinten“ bezieht sich auf das hintere oder Turbinenende der Gasturbine. Man wird erkennen, dass jeder dieser Begriffe verwendet werden kann, um eine Bewegung oder eine relative Lage innerhalb der Turbine zu bezeichnen. Die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ werden verwendet, um eine Lage innerhalb einer spezifizierten Leitung bezüglich der allgemeinen Richtung der sich durch ihn bewegenden Strömung zu bezeichnen. (Man wird erkennen, dass sich diese Begriffe auf eine Richtung bezüglich einer erwarteten Strömung während normalen Betriebs beziehen, was jedem Fachmann sofort klar sein sollte.) Der Begriff „stromabwärts“ entspricht der Richtung, mit der ein Fluid durch die spezifizierte Leitung strömt, während sich „stromaufwärts“ auf die entgegengesetzte Richtung bezieht. Beispielsweise kann der primäre Strom des Arbeitsfluids durch eine Turbine, der aus der durch den Verdichter strömenden Luft besteht und der danach innerhalb der Brennkammer und über diese hinaus zu Verbrennungsgasen wird, somit als an einer stromaufwärtigen Stelle zu einem stromaufwärtigen oder vorderen Ende des Verdichters hin beginnend und an einer stromabwärtigen Stelle zu einem stromabwärtigen oder hinteren Ende der Turbine endend beschrieben sein. Hinsichtlich der Beschreibung der Strömungsrichtung innerhalb einer Brennkammer gängigen Typs, wie sie nachstehend detaillierter beschrieben ist, wird man erkennen, dass die Verdichterauslassluft typischerweise in die Brennkammer durch Aufprallkanäle einströmt, die sich (bezüglich der Längsachse der Brennkammer und der nachstehend beschriebenen Verdichter/Turbinen-Positionierung, die den Unterschied zwischen vorne und hinten definiert) gegen das hintere Ende der Brennkammer konzentrieren. Wenn sie sich einmal in der Brennkammer befindet, wird die verdichtete Luft von einem Strömungsringraum, der um eine innere Kammer herum in Richtung des vorderen Endes der Brennkammer ausgebildet ist, geführt, wo die Luftströmung in die innere Kammer einströmt und ihre Strömungsrichtung ändernd in Richtung des hinteren Endes der Brennkammer strömt. In einem noch anderen Zusammenhang können Kühlmittelströme durch Kühldurchgänge in dergleichen Weise behandelt werden. Taking into account the nature of turbine operation, some descriptive terms throughout this application may be used to explain the operation of the machine and / or any subsystems or components contained therein, and it may prove advantageous to define those terms at the beginning of this section , Accordingly, unless otherwise specified, these terms and their definitions are as follows. Without further specification, the terms "front" and "rear" refer to directions with respect to the orientation of the gas turbine engine. That is, "front" refers to the front or compressor end of the gas turbine, and "rear" refers to the rear or turbine end of the gas turbine. It will be appreciated that each of these terms can be used to refer to a movement or relative position within the turbine. The terms "downstream" and "upstream" are used to refer to a location within a specified conduit with respect to the general direction of the flow moving therethrough. (It will be appreciated that these terms refer to a direction with respect to expected flow during normal operation, which should be readily apparent to one skilled in the art.) The term "downstream" corresponds to the direction in which a fluid flows through the specified conduit during refers to "upstream" in the opposite direction. For example, the primary flow of working fluid through a turbine consisting of the air flowing through the compressor and subsequently becoming combustion gases within and beyond the combustion chamber may thus begin as an upstream location toward an upstream or forward end of the compressor and terminating at a downstream location to a downstream or aft end of the turbine. With regard to the description of the flow direction within a combustor of common type, as described in more detail below, it will be appreciated that the compressor discharge air typically enters the combustor through impingement ducts (in relation to the longitudinal axis of the combustor and the compressor / turbine positioning described below , which defines the difference between front and rear) to focus against the rear end of the combustion chamber. Once in the combustion chamber, the compressed air is directed from a flow annulus formed around an inner chamber toward the forward end of the combustion chamber where the air flow enters the inner chamber and changes its direction of flow in the direction of the rear end of the combustion chamber flows. In still another context, coolant flows may be treated by cooling passages in the same manner.
Außerdem können bei der gegebenen Konfiguration eines Verdichters und einer Turbine um eine gemeinsame Mittelachse herum als auch bei der zylindrischen Konfiguration, die vielen Brennkammertypen gemeinsam ist, hier Begriffe verwendet werden, die eine Position in Bezug auf eine Achse beschreiben. Diesbezüglich ist erkennbar, dass sich der Begriff „radial“ auf eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse bezieht. Bezogen darauf kann es erforderlich sein, einen relativen Abstand von der Mittelachse zu beschreiben. In diesem Falle wird, wenn sich eine erste Komponente näher an der Mittelachse befindet als eine zweite Komponente, hierin beschrieben, dass sich die erste Komponente „radial innerhalb von“ oder „innenliegend“ bezüglich der zweiten Komponente befindet. Wenn sich andererseits die erste Komponente von der Mittelachse weiter weg befindet als die zweite Komponente, wird hierin beschrieben, dass sich die erste Komponente „radial außerhalb von“ oder „außenliegend“ bezüglich der zweiten Komponente befindet. Zusätzlich wird erkennbar sein, dass sich der Begriff „axial“ auf eine Bewegung oder Position parallel zu einer Achse bezieht. Schließlich bezieht sich der Begriff „in Umfangsrichtung“ bzw. „längs des Umfangs“ auf eine Bewegung oder Position um eine Achse herum. Wie erwähnt, können diese Begriffe, obwohl diese Begriffe in Bezug auf eine gemeinsame Mittelachse angewendet werden können, die sich durch die Verdichter- und Turbinenabschnitte der Maschine erstreckt, auch in Bezug auf andere Komponenten oder Teilsysteme der Turbine angewendet werden. Beispielsweise kann in dem Falle einer zylindrisch gestalteten Brennkammer, welche für viele Turbinen üblich ist, die Achse, welche diesen Begriffen relative Bedeutung gibt, die Längsbezugsachse sein, die sich durch die Mitte der zylindrischen Querschnittsform erstreckt, die zuerst zylindrisch ist, aber in ein ringförmigeres Profil übergeht, wenn sie sich der Turbine nähert. In addition, given the configuration of a compressor and a turbine about a common centerline, as well as the cylindrical configuration common to many types of combustors, terms describing a position relative to an axis may be used herein. In this regard, it will be appreciated that the term "radial" refers to a movement or position perpendicular to an axis. Related to this, it may be necessary to describe a relative distance from the central axis. In this case, when a first component is closer to the central axis than a second component, it is described herein that the first component is "radially inboard" or "inboard" with respect to the second component. On the other hand, if the first component is farther away from the central axis than the second component, it will be described herein that the first component is "radially outward of" or "outboard" with respect to the second component. In addition, it will be appreciated that the term "axial" refers to a movement or position parallel to an axis. Finally, the term "circumferentially" refers to a movement or position about an axis. As noted, although these terms may be applied to a common centerline extending through the compressor and turbine sections of the engine, these terms may also be applied to other components or subsystems of the turbine. For example, in the case of a cylindrically shaped combustor, which is common to many turbines, the axis, which gives these terms relative importance, may be the longitudinal reference axis extending through the center of the cylindrical cross-sectional shape, which is first cylindrical but a more annular Profile goes over when approaching the turbine.
Bezugnehmend auf
Indem nun auf
Wie in den
Wie veranschaulicht, kann die Brennstoffdüse
Die Brennstoffdüse
Die primäre Brennstoffzuführung der Brennstoffdüse
Der Mittelkörper
Wie beschrieben, kann die Pilotdüse
Wie in
Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, können Leistungsvorteile für die Pilotdüse
Obwohl die in
Wie unter Bezugnahme auf einige nachstehend geschaffene alternative Ausführungsformen beschrieben, können die Mischrohre
Wie man erkennen wird, kann der außenliegende Brennstoffkanal
Ähnlich der in
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind mehrere Mischrohre
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist in
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wie in
Die axialen und schräggestellten Mischrohre können beide von denselben Luft- und Brennstoffquellen versorgt werden. Alternativ kann jeder der verschiedenen Typen von Mischrohren aus verschiedenen Versorgungszuführungen versorgt sein, so dass der Anteil von Brennstoff und Luft, die die Mischrohre erreichen, entweder beträchtlich unterschiedlich oder steuerbar ist. Wie man erkennen wird, ermöglicht insbesondere die Versorgung jedes Rohrtyps mit seinen eigenen steuerbaren Luft- und Brennstoffzuführungen eine Flexibilität beim Maschinenbetrieb, die eine Anpassung oder eine Abstimmung des Brennstoff-Luft- oder Äquivalenzverhältnisses innerhalb des Brennraums ermöglichen kann. Unterschiedliche Einstellungen können über den gesamten Bereich von Lasten oder Betriebsniveaus verwendet werden, was, wie durch die Anmelder der Offenbarung entdeckt, eine Möglichkeit bietet, bestimmte Problembereiche anzugehen, die bei verschiedenen Lastniveaus auftreten können. The axial and inclined mixing tubes can both be supplied by the same air and fuel sources. Alternatively, each of the different types of mixing tubes may be supplied from different supply leads so that the proportion of fuel and air reaching the mixing tubes is either significantly different or controllable. In particular, as will be appreciated, the supply of each type of pipe with its own controllable air and fuel feeds allows for flexibility in engine operation that may allow for adjustment or adjustment of the fuel-air or equivalence ratio within the combustion chamber. Different settings may be used across the entire range of loads or operating levels, which, as discovered by the assignee of the disclosure, provides a way to address certain problem areas that may occur at different load levels.
Beispielsweise ist in einem Teillastbetriebsmodus, wenn die Verbrennungstemperaturen relativ zu der Basislast niedrig sind, CO das primäre Emissionsproblem. In solchen Fällen können die Äquivalenzverhältnisse erhöht werden, um die Spitzenzonentemperaturen für einen verbesserten CO-Ausbrand zu erhöhen. D.h., weil die schräggestellten Mischrohre wirken, um die Reaktanten der übergeordneten Düse zurück zu der Düsenspitze anzuziehen, kann die Temperatur in der Spitzenzone (d.h. der Spitze der Düse) kühler bleiben, als wenn die Rohre nicht tangential abgewinkelt wären. In einigen Fällen kann dies zu Überschuss-CO in den Emissionen der Brennkammer führen. Indem durch die Hinzunahme der axialen Mischrohre (wie in
Gemäß anderen Ausführungsformen enthält die vorliegende Erfindung beispielsweise die Verwendung herkömmlicher Steuersysteme und -verfahren zur Manipulation von Luftdurchflussniveaus zwischen den zwei verschiedenen Typen von Mischrohren. Gemäß einer Ausführungsform kann die Luftströmung zu den axialen Mischrohren
Außerdem kann die Verbrennungsdynamik eine starke Korrelation zur Scherung in den Reaktionszonen aufweisen. Durch die Anpassung der Luftmenge, die durch jedes der verschiedenen Typen von Mischrohren (d.h. der schräggestellten und der axialen) geleitet wird, kann die Schermenge auf ein Niveau abgestimmt werden, das die Verbrennung positiv beeinflusst. Dies kann durch Einrichten von Drosselöffnungen erzielt werden, um ungleiche Luftmengen zu verschiedenen Typen von Mischrohren zu liefern. Alternativ können aktive Steuervorrichtungen installiert und über herkömmliche Verfahren und Systeme betätigt werden, um die Luftzuführungsniveaus während des Betriebs zu variieren. Ferner kann eine Steuerlogik und/ oder eine Regelungsrückkopplungsschleife erzeugt sein, so dass die Steuerung der Vorrichtungen auf einen Betriebsmodus oder einen gemessenen Betriebsparameter anspricht. Wie erwähnt, kann dies zu variierenden Steuerungseinstellungen gemäß dem Betriebsmodus der Maschine führen, z.B. wenn der Betrieb bei voller Last oder bei reduzierten Lastniveaus oder als Reaktion auf gemessene Bedienerparameteranzeigen erfolgt. Solche Systeme können auch dieselben Arten von Steuerverfahren hinsichtlich der Variation der Brennstoffmenge enthalten, die den verschiedenen Typen von Mischrohren zugeführt wird. Dies kann durch voreingerichtete Komponentenkonfigurationen erzielt werden, d.h. Blendengröße und dergleichen, oder durch aktivere Echtzeitsteuerung. Wie man erkennen wird, können Betriebsparameter, wie z.B. Temperaturen innerhalb des Brennraums, akustische Variationen, Reaktanzströmungsmuster und/ oder andere mit dem Brennkammerbetrieb im Zusammenhang stehende Parameter als Teil einer Rückkopplungsschleife in solch einem Steuersystem verwendet werden. In addition, the combustion dynamics may have a strong correlation with the shear in the reaction zones. By adjusting the amount of air passing through each of the different types of mixing tubes (i.e., the inclined and axial), the amount of shear can be tuned to a level that positively affects combustion. This can be achieved by establishing throttle openings to deliver unequal amounts of air to various types of mixing tubes. Alternatively, active control devices may be installed and operated via conventional methods and systems to vary the air supply levels during operation. Further, a control logic and / or a closed loop control loop may be generated such that the control of the devices is responsive to an operating mode or a measured operating parameter. As mentioned, this can lead to varying control settings according to the operating mode of the machine, e.g. when operating at full load or at reduced load levels or in response to measured operator parameter readings. Such systems may also include the same types of control method of varying the amount of fuel supplied to the different types of mixing tubes. This can be achieved by pre-set component configurations, i. Aperture size and the like, or by more active real-time control. As will be appreciated, operating parameters such as e.g. Temperatures within the combustion chamber, acoustic variations, reactance flow patterns, and / or other parameters related to combustor operation may be used as part of a feedback loop in such a control system.
Wie man erkennen wird, können diese Arten von Steuerverfahren und -systemen auch auf andere hier beschriebene Ausführungsformen anwendbar sein, einschließlich aller derjenigen, die die Kombination von Mischrohren in derselben Pilotdüse einbeziehen, die unterschiedliche Konfigurationen oder Wirbelrichtungen aufweisen (einschließlich beispielsweise der gegenläufig wirbelnden Ausführungsformen, die bezüglich der
Zusätzlich können solche Verfahren und Systeme auf Pilotdüsenkonfigurationen angewendet werden, bei denen alle der Mischrohre auf dieselbe Weise eingerichtet und die zueinander parallel ausgerichtet sind. In diesen Fällen können die Steuersysteme betrieben werden, um zur Beeinflussung von Verbrennungseigenschaften Verbrennungsprozesse durch Variation von Luft- und/oder Brennstoffaufteilungen zwischen der übergeordneten Düse und der Pilotdüse zu steuern. Gemäß anderen Ausführungsformen können die Steuerverfahren und -systeme dazu eingerichtet sein, Brennstoff- und/oder Luftzuführungsniveaus ungleichmäßig um den Umfang der Pilotdüse herum zu variieren, was beispielsweise verwendet werden kann, um bestimmte Strömungsmuster zu unterbrechen oder die Entstehung schädlicher Akustik zu verhindern. Solche Maßnahmen können prospektiv oder als Antwort auf eine erfasste Anomalität ergriffen werden. Die Brennstoff- und die Luftzuführung können beispielsweise zu einer bestimmten Untermenge der Mischrohre erhöht oder verringert werden. Diese Maßnahme kann auf einer vordefinierten periodischen Grundlage, als Antwort auf gemessene Betriebsparameter oder andere Bedingungen ergriffen werden.In addition, such methods and systems can be applied to pilot nozzle configurations where all of the mixing tubes are set up in the same way and are aligned parallel to each other. In these cases, the control systems may be operated to control combustion processes by varying air and / or fuel distributions between the parent nozzle and the pilot nozzle to affect combustion characteristics. According to other embodiments, the control methods and systems may be configured to vary fuel and / or air supply levels unevenly around the circumference of the pilot nozzle, which may be used, for example, to break certain flow patterns or prevent the generation of harmful acoustics. Such measures may be taken prospectively or in response to a detected abnormality. For example, the fuel and air supply may be increased or decreased to a particular subset of the mixing tubes. This action may be on a predefined periodic basis, in response to measured operating parameters or other conditions are taken.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Umfang der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche umfassen.In this written description, examples are used to disclose the invention, including the best mode, and also to enable any person skilled in the art to practice the invention, including making and using devices or systems and practicing methods contained therein. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples to which the person skilled in the art thinks. These other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal languages of the claims.
Eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine enthält:
einen länglichen Mittelkörper; eine längliche Umfangswand, die um den Mittelkörper herum ausgebildet ist, um einen primären Strömungsringraum dazwischen zu definieren; eine primäre Brennstoffzuführung und eine primäre Luftzuführung in Fluidverbindung mit einem stromaufwärtigen Ende des primären Strömungsringraums; und eine Pilotdüse. Die Pilotdüse kann in dem Mittelkörper ausgebildet sein und enthalten: axiale längliche Mischrohre, die innerhalb einer Mittelkörperwand definiert sind; eine Brennstofföffnung, die an den Mischrohren zum Anschluss jedes an eine sekundäre Brennstoffzuführung angeordnet ist; und eine sekundäre Luftzuführung, die eingerichtet ist, um mit einem Einlass jedes der Mischrohre strömungsmäßig zu kommunizieren. Mehrere der Mischrohre können als schräggestellte Mischrohre ausgebildet sein, die zur Herbeiführung einer wirbelnden stromabwärtigen Strömung eingerichtet sind, während mehrere der Mischrohre entgegengesetzt schräggestellte Mischrohre sein können.A fuel nozzle for a gas turbine includes:
an elongated central body; an elongated peripheral wall formed about the central body to define a primary flow annulus therebetween; a primary fuel supply and a primary air supply in fluid communication with an upstream end of the primary flow annulus; and a pilot nozzle. The pilot nozzle may be formed in the centerbody and include: axial elongated mixing tubes defined within a centerbody wall; a fuel port disposed on the mixing tubes for connection to each of a secondary fuel supply; and a secondary air supply configured to communicate with an inlet of each of the mixing tubes in fluid communication. Several of the mixing tubes may be formed as inclined mixing tubes that are adapted to create a swirling downstream flow, while a plurality of the mixing tubes may be oppositely inclined mixing tubes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |