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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Brennstoffdüsenanordnung zur Verwendung in einer Brennkammer einer Gasturbine. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Brennstoffdüsenanordnung, die eine Vormisch-Pilotdüse aufweist.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Eine Gasturbine enthält allgemein einen Einlassabschnitt, einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt, einen Turbinenabschnitt und einen Auslassabschnitt. Der Einlassabschnitt reinigt und konditioniert ein Arbeitsfluid (z.B. Luft) und liefert das Arbeitsfluid zu dem Verdichterabschnitt. Der Verdichterabschnitt erhöht zunehmend den Druck des Arbeitsfluids und liefert ein verdichtetes Arbeitsfluid zu dem Verbrennungsabschnitt. Das verdichtete Arbeitsfluid und ein Brennstoff werden innerhalb des Verbrennungsabschnitts miteinander vermischt und in einer Brennkammer verbrannt, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen. Die Verbrennungsgase werden durch einen Heißgaspfad hindurch in den Turbinenabschnitt geleitet, wo sie expandieren, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann die Expansion der Verbrennungsgase in dem Turbinenabschnitt eine Welle in Drehung versetzen, die mit einem Generator verbunden ist, um Elektrizität zu erzeugen.
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Der Verbrennungsabschnitt enthält im Allgemeinen mehrere Brennkammern, die ringförmig um ein Außengehäuse angeordnet sind. In Verbrennungssystemen der mager vorgemischten Art enthält jede Brennkammer eine oder mehrere Vormisch-Brennstoffdüsen. Eine typische Vormisch-Brennstoffdüse enthält einen Mittelkörper, der wenigstens teilweise von einem äußeren Rohr oder einer äußeren Hülse umgeben ist. Ein Vormischströmungsdurchgang ist zwischen der äußeren Hülse und dem Mittelkörper definiert. Mehrere Leitschaufeln oder Streben erstrecken sich zwischen dem Mittelkörper und der Außenhülse innerhalb des Vormischströmungsdurchgangs.
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Im Betrieb wird Brennstoff in verdichtete Luft injiziert, die durch den Vormischströmungsdurchgang strömt. Die Leitschaufeln verleihen der verdichteten Luft einen Drall in Umfangsrichtung, womit die Vermischung mit dem Brennstoff stromaufwärts von einer Verbrennungszone der Brennkammer verbessert wird. Das vorgemischte Brennstoff-Luft-Gemisch ist im Allgemeinen ein mageres Brennstoffgemisch. Das magere Brennstoffgemisch verbrennt effizienter, so dass folglich CO-Emissionen reduziert und weniger NOx-Emissionen als bei der Diffusionsflammentechnologie erzeugt werden.
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Wenigstens eine der Vormisch-Brennstoffdüsen kann eine Pilotdüse enthalten. Die Pilotdüse kann mit dem Mittelkörper der entsprechenden Brennstoffdüse stromaufwärts von der Verbrennungszone koaxial ausgerichtet und angeordnet sein. Während bestimmter Verbrennungsbetriebsmodi kann die Pilotdüse ein vorgemischtes Brennstoff- und Luftgemisch zu der Verbrennungszone liefern, um eine vorgemischte Pilotflamme zu erzeugen. Die vorgemischte Pilotflamme wird allgemein dazu verwendet, die Flammenstabilität sicherzustellen, während die Brennkammer in bestimmten Modi betrieben wird und/oder wenn die Brennkammer zwischen verschiedenen Betriebsmodi wechselt.
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Damit die Pilotdüse funktioniert, müssen Pilot- oder verdichtete Luft und Pilotbrennstoff durch den Mittelkörper der Pilotdüse hindurch zugeführt werden. Raumbeschränkungen innerhalb des Mittelkörpers können jedoch Möglichkeiten zur Leitung der Pilotluft und des Pilotbrennstoffs zu der Pilotdüse beschränken, wodurch möglicherweise die gesamten Effektivitäten der Pilotdüse begrenzt werden. Folglich würde eine verbesserte Brennstoffdüsenanordnung mit einer Pilotdüse in der Technologie nützlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffdüsenanordnung. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält einen Mittelkörper, der sich axial entlang einer Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung erstreckt. Der Mittelkörper enthält einen Pilotluftdurchgang und einen Pilotbrennstoffdurchgang, die darin definiert sind. Eine Pilotdüse ist innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts des Mittelkörpers angeordnet. Die Pilotdüse enthält und/oder definiert mehrere Vormischdurchgänge. Jeder Vormischdurchgang enthält einen Einlass, der mit dem Pilotluftdurchgang in Fluidverbindung steht, einen Auslass, der axial stromabwärts von dem Einlass positioniert ist, und eine Brennstofföffnung, die mit dem Pilotbrennstoffdurchgang in Fluidverbindung steht. Eine Außenhülse ist zu dem Mittelkörper koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet und definiert einen ringförmigen Durchgang dazwischen. Eine Strebe erstreckt sich von dem Mittelkörper radial nach außen zu der Außenhülse. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält ferner einen Einlassdurchgang, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht. Der Einlassdurchgang erstreckt sich durch die Außenhülse, die Strebe und den Mittelkörper hindurch.
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In der zuvor erwähnten Brennstoffdüsenanordnung kann eine Außenwand der Pilotdüse mit einer Innenfläche des Mittelkörpers gleitbeweglich in Eingriff stehen.
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In einer Ausführungsform kann die Strebe eine Verwirblerleitschaufel sein.
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In einer weiteren Ausführungsform können die mehreren Vormischdurchgänge kreisringförmig um eine axiale Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung zwischen einer Innenwand und einer Außenwand der Pilotdüse angeordnet sein.
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In der Brennstoffdüsenanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Pilotluftdurchgang zwischen einem Mittelrohr, das sich innerhalb des Mittelkörpers koaxial erstreckt, und einer Innenfläche des Mittelkörpers definiert sein.
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Ferner kann ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs gegen einen stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge abgedichtet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotbrennstoffdurchgang zwischen einem Innenrohr und einem Mittelrohr definiert sein, wobei das Innenrohr und das Mittelrohr sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des Pilotbrennstoffdurchgangs wenigstens teilweise zwischen einer Außenfläche des Innenrohrs und einer Innenwand der Pilotdüse definiert sein.
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Zusätzlich kann sich das Innenrohr wenigstens teilweise durch die Brennstoffdüse hindurch erstrecken.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkammer für eine Gasturbine. Die Brennkammer enthält allgemein eine Endabdeckung, die mit einem Außengehäuse verbunden ist. Die Endabdeckung und das Außengehäuse definieren oder bilden wenigstens teilweise einen Kopfendabschnitt der Brennkammer. Das Kopfende steht mit einem Verdichter der Gasturbine in Strömungsverbindung. Die Brennkammer enthält ferner eine Brennstoffdüsenanordnung, die mit der Endabdeckung verbunden ist und die sich axial innerhalb des Kopfendabschnitts der Brennkammer erstreckt. Die Brennstoffdüse enthält einen Mittelkörper, der sich axial entlang einer Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung erstreckt. Der Mittelkörper enthält einen Pilotluftdurchgang und einen Pilotbrennstoffdurchgang, die darin definiert sind. Die Pilotdüse ist innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts des Mittelkörpers angeordnet und enthält mehrere Vormischdurchgänge. Jeder Vormischdurchgang weist einen Einlass, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht, einen Auslass, der stromabwärts von dem Einlass angeordnet ist, und eine Brennstofföffnung auf, die mit dem Pilotbrennstoffdurchgang in Strömungsverbindung steht. Die Brennstoffdüse enthält ferner eine Außenhülse, die mit dem Mittelkörper koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet ist, um so einen ringförmigen Durchgang dazwischen zu definieren. Eine Strebe erstreckt sich von dem Mittelkörper aus radial nach außen zu der Außenhülse. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält ferner einen Einlassdurchgang, der mit dem Pilotluftdurchgang und dem Kopfendabschnitt der Brennkammer in Strömungsverbindung steht. Der Einlassdurchgang erstreckt sich durch die Außenhülse, die Strebe und den Mittelkörper hindurch.
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In der zuvor erwähnten Brennkammer kann eine Außenwand der Pilotdüse mit einer Innenfläche des Mittelkörpers gleitbeweglich in Eingriff stehen.
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In einer Ausführungsform kann die Strebe eine Verwirblerleitschaufel sein.
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In einigen Ausführungsformen können die mehreren Vormischdurchgänge um eine axiale Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung zwischen einer Innenwand und einer Außenwand der Pilotdüse kreisringförmig angeordnet sein.
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In der Brennkammer einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Pilotluftdurchgang zwischen einem Mittelrohr, das sich innerhalb des Mittelkörpers koaxial erstreckt, und einer Innenfläche des Mittelkörpers definiert sein.
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Zusätzlich kann ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs gegen einen stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge abgedichtet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotbrennstoffdurchgang zwischen einem Innenrohr und einem Mittelrohr definiert sein, wobei das Innenrohr und das Mittelrohr sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des Pilotbrennstoffdurchgangs wenigstens teilweise zwischen einer Außenfläche eines Innenrohrs und einer Innenwand der Pilotdüse definiert sein.
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Zusätzlich kann sich das Innenrohr wenigstens teilweise durch die Pilotdüse erstrecken.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennstoffdüsenanordnung. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält einen Mittelkörper, der sich axial entlang einer Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung erstreckt. Der Mittelkörper enthält einen ringförmigen Pilotluftdurchgang und einen ringförmigen Pilotbrennstoffdurchgang, die innerhalb des Mittelkörpers definiert sind. Der Pilotluftdurchgang ist radial außen von dem Pilotbrennstoffdurchgang definiert. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält ferner einen Basisabschnitt, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht und der eingerichtet ist, um Pilotluft von einer Endabdeckung einer Brennkammer zu empfangen. Eine Pilotdüse ist innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts des Mittelkörpers angeordnet. Die Pilotdüse enthält und/oder definiert mehrere Vormischdurchgänge. Jeder Vormischdurchgang enthält einen Einlass, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht, einen Auslass, der stromabwärts von dem Einlass angeordnet ist, und eine Brennstofföffnung, die mit dem Pilotbrennstoffdurchgang in Strömungsverbindung steht.
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In der zuvor erwähnten Brennstoffdüsenanordnung gemäß dem letzten Aspekt können die mehreren Vormischdurchgänge ringförmig um eine axiale Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung herum zwischen einer Innenwand und einer Außenwand der Pilotdüse angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotluftdurchgang zwischen einem Mittelrohr und einer Innenfläche des Mittelkörpers definiert sein, wobei sich das Mittelrohr koaxial innerhalb des Mittelkörpers von dem Basisabschnitt zu der Pilotdüse erstrecken kann.
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Zusätzlich kann ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs an einem stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge abgedichtet sein.
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Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann die Brennstoffdüsenanordnung gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt ferner ein Expansionselement aufweisen, wobei ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs mit einem stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse über das Expansionselement radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge verbunden sein kann.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotbrennstoffdurchgang zwischen einem Innenrohr und einem Mittelrohr definiert sein, wobei das Innenrohr und das Mittelrohr sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers von dem Basisabschnitt zu der Pilotdüse erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des Pilotbrennstoffdurchgangs wenigstens teilweise zwischen einer Außenfläche des Innenrohrs und einer Innenwand der Pilotdüse definiert sein.
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In den zuletzt erwähnten Ausführungsformen kann sich das Innenrohr wenigstens teilweise durch die Pilotdüse hindurch erstrecken.
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Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Innenrohr ein von hinten bestückter Einsatz sein.
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Weiter zusätzlich oder als eine weitere Alternative kann die Brennstoffdüsenanordnung gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt ferner eine Ringdichtung aufweisen, die sich in Umfangsrichtung rings um das Innenrohr erstreckt und die gegen die Innenwand der Pilotdüse abdichtet.
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Die Brennstoffdüsenanordnung gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Außenhülse, die mit dem Mittelkörper koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet ist, um einen ringförmigen Durchgang dazwischen zu definieren, und mehrere Verwirblerleitschaufeln aufweisen, die sich von dem Mittelkörper aus radial nach außen zu der Außenhülse erstrecken.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennkammer. Die Brennkammer enthält eine Endabdeckung, die mit einem Außengehäuse verbunden ist. Die Endabdeckung und das Außengehäuse bilden einen Kopfendabschnitt der Brennkammer. Die Brennkammer enthält ferner eine Brennstoffdüsenanordnung, die mit der Endabdeckung verbunden ist und die sich axial innerhalb des Kopfendabschnitts der Brennkammer erstreckt. Die Brennstoffdüse enthält einen Mittelkörper, der sich axial entlang einer Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung erstreckt. Der Mittelkörper enthält einen ringförmigen Pilotluftdurchgang und einen ringförmigen Pilotbrennstoffdurchgang, die innerhalb des Mittelkörpers definiert sind. Der Pilotluftdurchgang ist radial außen von dem Pilotbrennstoffdurchgang definiert. Die Brennstoffdüsenanordnung enthält ferner einen Basisabschnitt, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht und der eingerichtet ist, um Pilotluft von der Endabdeckung zu empfangen. Die Brennstoffdüse enthält ferner eine Pilotdüse, die innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts des Mittelkörpers angeordnet ist. Die Pilotdüse enthält oder definiert mehrere Vormischdurchgänge. Jeder Vormischdurchgang enthält einen Einlass, der mit dem Pilotluftdurchgang in Strömungsverbindung steht, einen Auslass, der stromabwärts von dem Einlass angeordnet ist, und eine Brennstofföffnung, die mit dem Pilotbrennstoffdurchgang in Strömungsverbindung steht.
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In der zuvor erwähnten Brennkammer gemäß dem letzten Aspekt können die mehreren Vormischdurchgänge ringförmig um eine axiale Mittellinie der Brennstoffdüsenanordnung zwischen einer Innenwand und einer Außenwand der Pilotdüse angeordnet sein.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotluftdurchgang zwischen einem Mittelrohr und einer Innenfläche des Mittelkörpers definiert sein, wobei das Mittelrohr sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers von dem Basisabschnitt zu der Pilotdüse erstrecken kann.
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Zusätzlich kann ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs gegen einen stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge abgedichtet sein.
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Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann die Brennkammer gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt ferner ein Expansionselement aufweisen, wobei ein stromabwärtiges Ende des Mittelrohrs mit einem stromaufwärtigen Abschnitt der Pilotdüse radial innen von den Einlässen der Vormischdurchgänge über das Expansionselement verbunden sein kann.
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In einigen Ausführungsformen kann der Pilotbrennstoffdurchgang zwischen einem Innenrohr und einem Mittelrohr definiert sein, wobei das Innenrohr und das Mittelrohr sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers von dem Basisabschnitt zu der Pilotdüse erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Abschnitt des Pilotbrennstoffdurchgangs wenigstens teilweise zwischen einer Außenfläche eines Innenrohrs und einer Innenwand der Pilotdüse definiert sein.
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Zusätzlich kann sich das Innenrohr wenigstens teilweise durch die Pilotdüse hindurch erstrecken.
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Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann das Innenrohr ein von hinten bestückter Einsatz sein.
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Jede beliebige Brennkammer gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt kann ferner eine Ringdichtung aufweisen, die sich längs des Umfangs um das Innenrohr herum erstreckt und die gegen die Innenwand der Pilotdüse abdichtet.
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Jede beliebige Brennkammer gemäß dem zuletzt erwähnten Aspekt kann ferner eine Außenhülse, die mit dem Mittelkörper koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet ist, um einen ringförmigen Durchgang dazwischen zu definieren, und mehrere Verwirblerleitschaufeln aufweisen, die sich von dem Mittelkörper aus radial nach außen zu der Außenhülse erstrecken.
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Fachleute auf dem Gebiet werden die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und anderer bei einer Durchsicht der Beschreibung besser erkennen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart, für Fachleute ist in der restlichen Beschreibung detaillierter erläutert, die eine Bezugnahme auf die begleitenden Figuren enthält, in denen zeigen:
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1 ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Gasturbine innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung;
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2 eine vereinfachte quergeschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Brennkammer, wie sie verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann;
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3 eine quergeschnittene Perspektivansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine quergeschnittene perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts der Brennstoffdüsenanordnung, wie sie in 3 veranschaulicht ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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5 eine quergeschnittene Perspektivansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine vergrößerte quergeschnittene Seitenansicht eines Abschnitts der Brennstoffdüsenanordnung, wie sie in 5 veranschaulicht ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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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 Zeichnungen in Form von Zahlen und Buchstaben, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen. In dem hierin verwendeten Sinne können die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sie sind nicht dazu gedacht, eine Lage oder Wichtigkeit der einzelnen Komponenten zu bedeuten. Die Ausdrücke „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ beziehen sich auf die relative Richtung in Bezug auf eine Fluidströmung in einem Fluidpfad. Zum Beispiel bezieht sich „stromaufwärts“ auf die Richtung, von der das Fluid aus strömt, und „stromabwärts“ bezieht sich auf die Richtung, in die das Fluid strömt.
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Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von deren Umfang oder Wesen abgewichen wird. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer einzelnen Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfassen soll, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Veranschaulichung allgemein in dem Kontext einer Vormisch-Brennstoffdüsenanordnung für eine Brennkammer einer landgestützten Gasturbine zur Energieerzeugung beschrieben ist, wird ein Fachmann auf dem Gebiet ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine beliebige Art oder einen beliebigen Typ von Brennkammer für eine Turbomaschine angewandt werden können und nicht auf Brennkammern oder Verbrennungssysteme für landgestützte Energieerzeugungs-Gasturbinen beschränkt sind, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen identische Bezugszeichen die gleichen Elemente durch die Figuren hinweg bezeichnen, zeigt 1 ein Funktionsblockschaltbild einer beispielhaften Gasturbine 10, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten kann. Wie veranschaulicht, enthält die Gasturbine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12, der eine Reihe von Filtern, Kühlschlangen, Feuchtigkeitsabscheidern und/oder anderen Vorrichtungen enthalten kann, um Luft 14 oder ein anderes Arbeitsfluid, die bzw. das in die Gasturbine 10 eintritt, zu reinigen oder in sonstiger Weise zu konditionieren. Die Luft 14 strömt zu einem Verdichterabschnitt, in dem ein Verdichter 16 der Luft 14 zunehmend kinetische Energie verleiht, um eine verdichtete Luft 18 zu erzeugen.
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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 mit einer hohen Temperatur, einem hohen Druck und einer hohen Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine 28 eines Turbinenabschnitts, um Arbeit zu verrichten. Z.B. kann die Turbine 28 mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass eine Drehung der Turbine 28 den Verdichter 16 antreibt, um die verdichtete Luft 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann die Welle 30 die Turbine 28 mit einem Generator 32 verbinden, um Elektrizität zu erzeugen. Abgase 34 aus der Turbine 28 strömen durch einen Auslassabschnitt 36, der die Turbine 28 mit einem Abgasschacht 38 stromabwärts von der Turbine 28 verbindet. Der Auslassabschnitt 36 kann z.B. einen (nicht veranschaulichten) Abhitzedampferzeuger zur Reinigung der Abgase 34 und zur Extraktion zusätzlicher Wärme aus diesen vor der Freisetzung in die Umgebung enthalten.
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Die Brennkammer 24 kann eine beliebige in der Technik bekannte Art einer Brennkammer sein, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Brennkammerkonstruktion beschränkt, sofern dies nicht in den Ansprüchen speziell angegeben ist. Z.B. kann die Brennkammer 24 eine Ringrohr- oder eine Rohrbrennkammer sein. 2 liefert eine perspektivische Seitenansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Brennkammer 24, wie sie in der in 1 veranschaulichten Gasturbine 10 enthalten sein kann und wie sie eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpern kann.
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In einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 2 veranschaulicht ist, ist die Brennkammer 24 wenigstens teilweise von einem Außengehäuse 40, wie beispielsweise einem Verdichterauslassgehäuse, umgeben. Das Außengehäuse 40 kann wenigstens teilweise ein Hochdruckplenum 42 definieren, das wenigstens teilweise die Brennkammer 24 umgibt, das Hochdruckplenum 42 steht mit dem Verdichter 16 (1) in Strömungsverbindung, um die verdichtete Luft 18 von diesem zu empfangen. Eine Endabdeckung 44 kann mit dem Außengehäuse 40 verbunden sein. Das Außengehäuse 40 und die Endabdeckung 44 können wenigstens teilweise einen Kopfendabschnitt 46 der Brennkammer 24 definieren.
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Eine oder mehrere Brennstoffdüsenanordnungen 48 erstrecken sich von der Endabdeckung 44 aus axial stromabwärts innerhalb des Kopfendes 46 und/oder durch dieses. Wenigstens einige der Brennstoffdüsenanordnungen können mit dem Brennstoffversorgungssystem 22 über die Endabdeckung 44 in Strömungsverbindung stehen. In bestimmten Ausführungsformen kann wenigstens eine der Brennstoffdüsenanordnungen 48 über die Endabdeckung 44 z.B. mit einer Abluftversorgung 50 in Strömungsverbindung stehen.
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Die Brennkammer 24 kann ferner eine oder mehrere Auskleidungen 52, wie beispielsweise ein Flammrohr und/oder einen Übergangskanal, enthalten, die wenigstens teilweise einen Brennraum 54 innerhalb des Außengehäuses 40 definieren. Die Auskleidung(en) 52 kann (können) ferner wenigstens teilweise einen Heißgaspfad 56 zur Leitung der Verbrennungsgase 26 in die Turbine 28 definieren. In bestimmten Konfigurationen kann eine oder können mehrere Strömungs- oder Prallhülsen 58 wenigstens teilweise die Auskleidung(en) 52 umgeben. Die Strömungshülse(n) 58 kann (können) von der (den) Auskleidung(en) 52 radial beabstandet sein, um so einen kreisringförmigen Strömungspfad 60 zur Leitung eines Teils der verdichteten Luft 18 zu dem Kopfendabschnitt 46 der Brennkammer 24 hin zu definieren.
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3 zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung 100 der Vormischbauart gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und wie sie in der Brennkammer 24, wie in 2 veranschaulicht, enthalten sein kann. Die Brennstoffdüsenanordnung 100 kann eine, beliebige oder alle der in 2 gezeigten Brennstoffdüsenanordnungen 58 repräsentieren, und sie ist nicht auf irgendeine bestimmte Lage oder Position entlang der Endabdeckung 44 oder innerhalb der Brennkammer 24 beschränkt, sofern nichts anderes in den Ansprüchen angegeben ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Brennstoffdüsenanordnung 100 als eine Brennstoffdüsenanordnung einer „Zweibrennstoff“-Bauart eingerichtet sein, so dass infolgedessen die Brennstoffdüsenanordnung 100, wie sie hierin vorgesehen ist, eingerichtet oder modifiziert sein kann, um entweder einen gasförmigen Brennstoff oder einen Flüssigbrennstoff zu verbrennen oder mit diesem zu arbeiten.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 3 veranschaulicht, enthält die Brennstoffdüsenanordnung 100 einen Mittelkörper 102, der sich axial entlang einer Mittellinie 104 der Brennstoffdüsenanordnung 100 erstreckt, eine Pilotdüse 106, die innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts 108 des Mittelkörpers 102 angeordnet ist, eine Außenhülse 110, die mit dem Mittelkörper 102 koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet ist, um einen ringförmigen Durchgang 112 dazwischen zu definieren, und wenigstens eine Strebe oder Verwirblerleitschaufel 114, die sich von dem Mittelkörper 102 aus radial nach außen zu der Außenhülse 110 erstreckt. Die Strebe 114 kann eingerichtet sein, um einen Drall in Umfangsrichtung einem Teil der verdichteten Luft 18 zu verleihen, die durch den ringförmigen Durchgang 112 strömt.
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Der Mittelkörper 102 ist im Wesentlichen kreisringförmig und kann ein Einzelrohr 116 oder mehrere Rohre 116 aufweisen, die miteinander verbunden sind, um einen einzigen oder kontinuierlichen Mittelkörper 102 zu bilden. Der Mittekörper 102 enthält allgemein einen stromaufwärtigen Endabschnitt 118, der von dem stromabwärtigen Endabschnitt 108 axial beabstandet ist. Der Mittelkörper 102 kann ferner eine Innenfläche 122 enthalten, die von einer Außenfläche 124 radial beabstandet ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist die Pilotdüse 106 im Wesentlichen kreisringförmig, und sie enthält ein stromaufwärtiges Ende oder einen stromaufwärtigen Abschnitt 126, das bzw. der von einem stromabwärtigen Ende oder Abschnitt 128 axial beabstandet ist. Die Pilotdüse 106 enthält ferner eine Innenwand 130, die von einer Außenwand 132 radial beabstandet ist. In bestimmten Ausführungsformen ist die Außenwand 132 der Pilotdüse 106 mit der Innenfläche 122 des Mittelkörpers 102 gleitbeweglich verbunden, was somit eine axiale Wärmeausdehnung oder -kontraktion der Pilotdüse 106 in Bezug auf den Mittelkörper 102 während eines Betriebs der Brennkammer 24 ermöglicht.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Pilotdüse 106 mehrere Vormischdurchgänge 134, die sich im Wesentlichen axial durch die Pilotdüse 106 hindurch erstrecken. Jeder Vormischdurchgang 134 enthält einen Einlass 136, der an dem stromaufwärtigen Endabschnitt 126 der Pilotdüse 106 definiert und/oder angeordnet ist, und einen Auslass 138, der an dem stromabwärtigen Endabschnitt 128 der Pilotdüse 106 definiert und/oder angeordnet ist. Der Auslass 138 ist stromabwärts von dem Einlass 136 ausgebildet. In bestimmten Ausführungsformen sind die mehreren Vormischdurchgänge 134 ringförmig um die Mittellinie 104 der Brennstoffdüsenanordnung 100 zwischen der Innenwand 130 und der Außenwand 132 der Pilotdüse 106 angeordnet. Jeder Vormischdurchgang 134 enthält wenigstens eine Brennstofföffnung 140, die zwischen dem entsprechenden Einlass 136 und Auslass 138 definiert ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Brennstoffdüsenanordnung 100 einen Pilotluftdurchgang 142 und einen Pilotbrennstoffdurchgang 144, die konzentrisch innerhalb des Mittelkörpers 102 definiert sind. In bestimmten Ausführungsformen ist der Pilotluftdurchgang 142 radial außen von dem Pilotbrennstoffdurchgang 144 angeordnet oder ausgebildet. Eine oder mehrere der Einlässe 136 der Vormischdurchgänge 134 stehen mit dem Pilotluftdurchgang 142 in Strömungsverbindung. In bestimmten Ausführungsformen ist der Pilotluftdurchgang 142 zwischen einem Mittelrohr 146 und dem Mittelkörper 102 definiert. Das Mittelrohr 146 erstreckt sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers 102. Z.B. kann der Pilotluftdurchgang 142 zwischen einer Außenfläche 148 des Mittelrohrs 146 und der Innenfläche 122 des Mittelkörpers 102 definiert sein. In bestimmten Ausführungsformen ist ein stromabwärtiges Ende 150 des Mittelrohrs 146 gegen den stromaufwärtigen Endabschnitt 126 der Pilotdüse 106 abgedichtet und/oder starr mit diesem verbunden. In einer Ausführungsform ist das stromabwärtige Ende 150 des Mittelrohrs 146 gegen den stromaufwärtigen Endabschnitt 146 der Pilotdüse 106 radial innen von den Einlässen 136 der Vormischdurchgänge 134 abgedichtet und/oder starr mit diesem verbunden.
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In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 3 veranschaulicht, ist der Pilotbrennstoffdurchgang 144 innerhalb des Mittelkörpers 102 zwischen einem Innenrohr 152 und dem Mittelrohr 146 definiert. Der Pilotbrennstoffdurchgang 144 steht mit den Vormischdurchgängen 134 über die Brennstofföffnungen 140 in Strömungsverbindung. Wie in 3 veranschaulicht, können sich das Innenrohr 152 und das Mittelrohr 146 koaxial im Innern des Mittelkörpers 102 erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich ein Abschnitt des Innenrohrs 152 wenigstens teilweise durch die Pilotdüse 106 hindurch.
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In einer Ausführungsform bildet ein stromabwärtiges Ende 154 des Innenrohrs 152 eine Abdichtung gegen eine Innenfläche 156 des stromabwärtigen Endes 128 der Pilotdüse 106. In dieser Konfiguration ist ein Abschnitt des Pilotbrennstoffdurchgangs 144 wenigstens teilweise zwischen einer Außenfläche 158 des Innenrohrs 152 und der Innenwand 130 der Pilotdüse 106 definiert. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich das Innenrohr axial von einem Basisabschnitt 160 der Brennstoffdüsenanordnung 110 aus. Der Basisabschnitt 160 kann eingerichtet sein, um mit der Endabdeckung 44 verbunden zu sein. In einer Ausführungsform steht der Pilotbrennstoffdurchgang 144 mit der Endabdeckung 44 (2) in Strömungsverbindung.
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4 zeigt eine quergeschnittene Perspektivansicht eines Abschnitts der Brennstoffdüsenanordnung 100, wie sie in 3 veranschaulicht ist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 4 veranschaulicht, enthält die Brennstoffdüsenanordnung 100 einen Einlassdurchgang 162, der mit dem Pilotluftdurchgang 142 in Strömungsverbindung steht. In bestimmten Ausführungsformen erstreckt sich der Einlassdurchgang 162 durch die Außenhülse 110, die Strebe 114 und den Mittelkörper 102 hindurch.
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Wie gemeinsam in den 3 und 4 gezeigt, strömt im Betrieb ein Teil der verdichteten Luft 18 aus dem Hochdruckplenum 42 (2) durch den Einlassdurchgang 162, um eine Pilotluftströmung, wie durch Pfeile 164 angezeigt, in den Pilotluftdurchgang 142 zu liefern. Die Pilotströmung 164 strömt in die Vormischdurchgänge 134 über die Einlässe 136 hinein. Pilotbrennstoff, wie durch Pfeile 166 angezeigt, wird dem Pilotbrennstoffdurchgang 144 über die Endabdeckung 44 (2) zugeführt. Der Pilotbrennstoff 166 strömt zu der Pilotdüse 106 hin und wird in die Vormischdurchgänge 134 über die Brennstofföffnungen 140 injiziert. Die Pilotluft und der Pilotbrennstoff vermischen sich im Inneren der Vormischdurchgänge 134. Ein vorgemischtes Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch, wie durch Pfeile 168 angezeigt, tritt aus den Auslässen 138 der Vormischdurchgänge 134 heraus. Das vorgemischte Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch 168 kann gezündet und verbrannt werden, wenn es die Auslässe 138 verlässt.
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5 zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Brennstoffdüsenanordnung 400 der Vormischbauart gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und wie sie in die Brennkammer 24, wie in 2 veranschaulicht, aufgenommen werden kann. Die Brennstoffdüsenanordnung 200 kann eine, beliebige oder alle der in 2 gezeigten Brennstoffdüsenanordnungen 48 repräsentieren und ist nicht auf irgendeine bestimmte Lage oder Position entlang der Endabdeckung 44 oder innerhalb der Brennkammer 24 beschränkt, sofern nichts anderes in den Ansprüchen angegeben ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Brennstoffdüsenanordnung 200 als eine Brennstoffdüsenanordnung einer „Zweibrennstoff“-Bauart eingerichtet sein, so dass infolgedessen die Brennstoffdüsenanordnung 200, wie sie hierin vorgesehen ist, eingerichtet oder modifiziert sein kann, um entweder gasförmigen Brennstoff oder flüssigen Brennstoff zu verbrennen oder mit diesem zu arbeiten.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 5 veranschaulicht, enthält die Brennstoffdüsenanordnung 200 einen Mittelkörper 202, der sich axial entlang einer Mittellinie 204 der Brennstoffdüsenanordnung 200 erstreckt, eine Pilotdüse 206, die innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts 208 des Mittelkörpers 202 angeordnet ist, eine Außenhülse 210, die mit dem Mittelkörper 200 koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet ist, um so einen ringförmigen Durchgang 212 dazwischen zu definieren, und wenigstens eine Strebe oder Verwirblerleitschaufel 214, die sich von dem Mittelkörper 202 aus radial nach außen zu der Außenhülse 210 erstreckt. Die Strebe 214 kann eingerichtet sein, um einem Teil der verdichteten Luft 18, die durch den ringförmigen Durchgang 212 strömt, einen Drall in Umfangsrichtung zu verleihen.
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Der Mittelkörper 202 ist im Wesentlichen kreisringförmig und kann ein einzelnes Rohr 216 oder mehrere Rohre 216, die miteinander verbunden sind, um einen einzelnen oder kontinuierlichen Mittelkörper 202 zu bilden, aufweisen. Der Mittelkörper 202 enthält allgemein einen stromaufwärtigen Endabschnitt 218, der von dem stromabwärtigen Endabschnitt 208 axial beabstandet ist. Der Mittelkörper 202 kann ferner eine Innenfläche 222 enthalten, die von einer Außenfläche 224 radial beabstandet ist.
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6 zeigt eine vergrößerte quergeschnittene Seitenansicht eines Abschnitts der Brennstoffdüsenanordnung 200, wie sie in 5 veranschaulicht ist, gemäß wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 6 veranschaulicht, ist die Pilotdüse 206 im Wesentlichen kreisringförmig, und sie enthält ein stromaufwärtiges Ende oder einen stromaufwärtigen Abschnitt 226, das bzw. der von einem stromabwärtigen Ende oder Abschnitt 228 axial beabstandet ist. Die Pilotdüse 206 enthält ferner eine Innenwand 230, die von einer Außenwand 232 radial beabstandet ist. In bestimmten Ausführungsformen ist die Pilotdüse 206 mit dem Mittelkörper 202 starr verbunden. Zum Beispiel kann die Pilotdüse 206 an den Mittelkörper 202 angeschweißt oder angelötet sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen enthält die Pilotdüse 206 mehrere Vormischdurchgänge 234, die sich im Wesentlichen axial durch die Pilotdüse 206 hindurch erstrecken. Jeder Vormischdurchgang 236 enthält einen Einlass 236, der an dem stromaufwärtigen Endabschnitt 226 der Pilotdüse 206 definiert und/oder angeordnet ist, und einen Auslass 238, der an dem stromabwärtigen Endabschnitt 228 der Pilotdüse 206 definiert und/oder angeordnet ist. Der Auslass 238 ist stromabwärts von dem Einlass 236 ausgebildet. In bestimmten Ausführungsformen sind die mehreren Vormischdurchgänge 234 ringförmig um die Mittellinie 204 der Brennstoffdüsenanordnung 200 zwischen der Innenwand 230 und der Außenwand 232 der Pilotdüse 206 angeordnet. Jeder Vormischdurchgang 234 enthält wenigstens eine Brennstofföffnung 240, die zwischen dem Einlass 236 und dem Auslass 238 des zugehörigen Vormischdurchgangs 234 definiert ist.
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In verschiedenen Ausführungsformen, wie in den 5 und 6 veranschaulicht, enthält die Brennstoffdüsenanordnung 200 einen Pilotluftdurchgang 242 und einen Pilotbrennstoffdurchgang 244, die konzentrisch innerhalb des Mittelkörpers 202 definiert sind. In bestimmten Ausführungsformen ist der Pilotluftdurchgang 242 radial außen von dem Pilotbrennstoffdurchgang 244 angeordnet oder ausgebildet. Einer oder mehrere der Einlässe 236 der Vormischdurchgänge 234 steht/stehen mit dem Pilotluftdurchgang 242 in Strömungsverbindung. In bestimmten Ausführungsformen ist der Pilotluftdurchgang 242 zwischen einem Mittelrohr 246 und dem Mittelkörper 202 definiert. Das Mittelrohr 236 erstreckt sich koaxial innerhalb des Mittelkörpers 202.
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Der Pilotluftdurchgang 242 kann zwischen einer Außenfläche 248 des Mittelrohrs 246 und der Innenfläche 222 des Mittelkörpers 202 definiert sein. In bestimmten Ausführungsformen ist ein stromabwärtiges Ende 250 des Mittelrohrs 246 gegen den stromaufwärtigen Endabschnitt 226 der Pilotdüse 206 abgedichtet und/oder starr mit diesem verbunden. In einer Ausführungsform ist das stromabwärtige Ende 250 des Mittelrohrs 246 gegen den stromaufwärtigen Endabschnitt 226 der Pilotdüse 206 radial innen von den Einlässen 236 der Vormischdurchgänge 234 abgedichtet und/oder starr mit dem stromaufwärtigen Endabschnitt 226 verbunden. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in den 5 und 6 veranschaulicht, ist der Pilotbrennstoffdurchgang 244 im Inneren des Mittelkörpers 202 zwischen einem Innenrohr 252 und dem Mittelkörper 246 definiert.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 5 veranschaulicht, ist das Innenrohr 252 ein Einsatz, der von hinten in den Mittelkörper 202 bestückt wird. Zum Beispiel kann der Einsatz ein Spülluft- oder Zweibrennstoff-Einsatz sein. Wie in 6 veranschaulicht, steht der Pilotbrennstoffdurchgang 244 über die Brennstofföffnungen 240 mit den Vormischdurchgängen 234 in Strömungsverbindung. Wie in 5 veranschaulicht, können sich das Innenrohr 252 und das Mittelrohr 246 koaxial im Inneren des Mittelkörpers 202 erstrecken. Das Innenrohr 252 und das Mittelrohr 246 erstrecken sich axial von einem Basisabschnitt 254 der Brennstoffdüsenanordnung 200 aus in Richtung und/oder bis zu der Pilotdüse 206. Der Basisabschnitt 254 kann eingerichtet sein, um mit der Endabdeckung 44 verbunden zu sein. In einer Ausführungsform stehen der Pilotbrennstoffdurchgang 244 und der Pilotluftdurchgang 242 mit der Endabdeckung 44 in Strömungsverbindung.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 6 veranschaulicht, erstreckt sich ein Abschnitt des Innenrohrs 252 wenigstens teilweise durch die Pilotdüse 206 hindurch. In bestimmten Ausführungsformen kann eine ringförmige oder radiale Dichtung 256 sich zwischen einer Außenfläche 258 des Innenrohrs 252 und der Innenwand 230 der Pilotdüse 206 erstrecken. Die Dichtung 256 kann eine Kolbendichtung, eine Lippendichtung oder eine beliebige Dichtung sein, die sich für ihren hierin vorgesehen Zweck eignet. Die Dichtung 256 erstreckt sich allgemein längs des Umfangs um die Außenfläche 258 des Innenrohrs 252 herum und dichtet gegen die Innenwand 230 der Pilotdüse 206 ab. In bestimmten Ausführungsformen ist der Pilotbrennstoffdurchgang 244 wenigstens teilweise zwischen der Innenwand 230 der Düsenspitze 206, der Außenfläche 258 des Innenrohrs 252 und der Dichtung 256 definiert.
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In bestimmten Ausführungsformen, wie in 6 veranschaulicht, enthält die Brennstoffdüsenanordnung 200 ein ringförmig gestaltetes Expansionselement 260, wie beispielsweise eine Balgfeder, die an einem Ende mit einem stromabwärtigen Ende 262 des Mittelrohrs 246 und an einem axial entgegengesetzten Ende mit dem stromaufwärtigen Endabschnitt 226 der Pilotdüse 206 verbunden ist. Das Expansionselement 260 kann radial innen von den Einlässen 236 der Vormischdurchgänge 234 angeordnet sein. Das Expansionselement 260 ermöglicht eine Wärmeausdehnung des Mittelrohres 246 entlang der Mittellinie 204 in Bezug auf die Pilotdüse 206 während eines Betriebs der Brennstoffdüsenanordnung 200.
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Im Betrieb, wie gemeinsam in den 5 und 6 veranschaulicht, wird Pilotluft, wie durch Pfeile 264 angezeigt, von der Abluftversorgung 50 durch die Endabdeckung 44 (2) hindurch und in den Pilotluftdurchgang 242 hinein geleitet. Wie in 6 veranschaulicht, strömt die Pilotluft 264 in die Vormischdurchgänge 234 über die Einlässe 236 der Brennstoffdüse 206 ein. Wie in 5 veranschaulicht, wird Pilotbrennstoff, wie durch Pfeile 266 angezeigt, dem Pilotbrennstoffdurchgang 244 über die Endabdeckung 44 (2) zugeführt. Erneut Bezug nehmend auf 6, strömt der Pilotbrennstoff 266 zu der Pilotdüse 206 hin, und er wird in die Vormischdurchgänge 234 über die Brennstofföffnungen 240 injiziert. Die Pilotluft 264 und der Pilotbrennstoff 266 vermischen sich im Inneren der Vormischdurchgänge 234. Wie in 6 veranschaulicht, tritt ein vorgemischtes Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch, wie durch Pfeile 268 angezeigt, aus den Auslässen 238 der Vormischdurchgänge 234 heraus. Das vorgemischte Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch 268 kann gezündet und verbrannt werden, wenn es die Auslässe 238 verlässt.
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Die Brennstoffdüsenanordnungen 100, 200 wie sie hierin vorgesehen sind, ergeben verschiedene technische Vorteile gegenüber existierenden Brennstoffdüsenanordnungen, die Pilotdüsen enthalten. Zum Beispiel schaffen das Innenrohr oder der Einsatz 152, 252 und das Mittelrohr 146, 246 Durchgänge, die erforderlich sind, um die Pilotluft 164, 264 und den Pilotbrennstoff 166, 266 der Pilotdüse 106, 206 zuzuführen. Das Expansionselement 260 in der Brennstoffdüsenanordnung 200 berücksichtigt eine Wärmeausdehnung aufgrund von Temperaturunterschieden in der Pilotluft 264 und dem Pilotbrennstoff 266. Hinsichtlich der Brennstoffdüsenanordnung 100 kann die Außenwand 132 der Pilotdüse 106 relativ zu dem Mittelkörper 102 gleiten oder sich bewegen, um die Wärmeausdehnung aufgrund von Temperaturunterschieden in der Pilotluft 164 und dem Pilotbrennstoff 166 zu berücksichtigen. Zusätzlich kann die Pilotdüse 106, 206 aus dem Mittelkörper 102, 202 entfernt werden, um eine Reparatur und/oder einen Austausch der Pilotdüse 106, 206 zu ermöglichen.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
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Eine Brennstoffdüsenanordnung
100,
200 enthält einen Mittelkörper
102,
202 mit einem Pilotluftdurchgang
142,
242 und einem Pilotbrennstoffdurchgang
144,
244, die darin definiert sind. Eine Pilotdüse
106,
206, die mehrere Vormischdurchgänge
134,
234 aufweist, ist innerhalb eines stromabwärtigen Endabschnitts
108,
208 des Mittelkörpers
102,
202 angeordnet. Jeder Vormischdurchgang
134,
234 enthält einen Einlass
136,
236, der mit dem Pilotluftdurchgang
142,
242 in Strömungsverbindung steht, einen Auslass
138,
238, der axial stromabwärts von dem Einlass
136,
236 positioniert ist, und eine Brennstofföffnung
140,
240, die mit dem Pilotbrennstoffdurchgang
144,
244 in Strömungsverbindung steht. Eine Außenhülse
110,
210 kann mit dem Mittelkörper
102,
202 koaxial ausgerichtet und von diesem radial beabstandet sein, um so einen ringförmigen Durchgang
112,
212 dazwischen zu definieren. Eine Strebe
114,
214 erstreckt sich von dem Mittelkörper
102,
202 aus radial nach außen zu der Außenhülse
110,
210. Die Brennstoffdüsenanordnung
200 kann ferner einen Einlassdurchgang
162 enthalten, der mit dem Pilotluftdurchgang
142 in Strömungsverbindung steht. Der Einlassdurchgang
162 erstreckt sich durch die Außenhülse
110, die Strebe
114 und den Mittelkörper
102 hindurch. Teileliste:
| Bezugszeichen | Teil |
| 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 | Gehäuse |
| 42 | Hochdruckplenum |
| 44 | Endabdeckung |
| 46 | Kopfende |
| 48 | Brennstoffdüsenanordnung |
| 50 | Abluftversorgung |
| 52 | Auskleidung |
| 54 | Brennraum |
| 56 | Heißgaspfad |
| 58 | Strömungs-/Prallhülse |
| 60 | Ringförmiger Strömungspfad |
| 61–99 | Nicht verwendet |
| 100 | Brennstoffdüsenanordnung |
| 102 | Mittelkörper |
| 104 | Mittellinie |
| 106 | Pilotdüse |
| 108 | Stromabwärtiger Endabschnitt – Mittelkörper |
| 110 | Außenhülse |
| 112 | Ringförmiger Durchgang |
| 114 | Strebe/Verwirblerleitschaufel |
| 116 | Rohr |
| 118 | Stromaufwärtiger Endabschnitt – Mittelkörper |
| 120 | Nicht verwendet |
| 122 | Innenfläche – Mittelkörper |
| 124 | Außenfläche – Mittelkörper |
| 126 | Stromaufwärtiger Endabschnitt – Pilotdüse |
| 128 | Stromabwärtiger Endabschnitt – Pilotdüse |
| 130 | Innenwand – Pilotdüse |
| 132 | Außenwand – Pilotdüse |
| 134 | Vormischdurchgang |
| 136 | Einlass |
| 138 | Auslass |
| 140 | Brennstofföffnung |
| 142 | Pilotluftdurchgang |
| 144 | Pilotbrennstoffdurchgang |
| 146 | Mittelrohr |
| 148 | Außenfläche – Mittelrohr |
| 150 | Stromabwärtiges Ende – Mittelrohr |
| 152 | Innenrohr |
| 154 | Stromabwärtiges Ende – Innenrohr |
| 156 | Innenfläche – stromabwärtiges Ende – Pilotdüse |
| 158 | Außenfläche – Innenrohr |
| 160 | Basisabschnitt – Brennstoffdüsenanordnung |
| 162 | Einlassdurchgang |
| 164 | Pilotluft |
| 166 | Pilotbrennstoff |
| 168 | Vorgemischtes Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch |
| 169–199 | Nicht verwendet |
| | |
| 200 | Brennstoffdüsenanordnung |
| 202 | Mittelkörper |
| 204 | Mittellinie |
| 206 | Pilotdüse |
| 208 | Stromabwärtiger Endabschnitt – Mittelkörper |
| 210 | Außenhülse |
| 212 | Ringförmiger Durchgang |
| 214 | Strebe/Verwirblerleitschaufel |
| 216 | Rohr |
| 218 | Stromaufwärtiger Endabschnitt – Mittelkörper |
| 220 | Nicht verwendet |
| 222 | Innenfläche – Mittelkörper |
| 224 | Außenfläche – Mittelkörper |
| 226 | Stromaufwärtiger Endabschnitt – Pilotdüse |
| 228 | Stromabwärtiger Endabschnitt – Pilotdüse |
| 230 | Innenwand – Pilotdüse |
| 232 | Außenwand – Pilotdüse |
| 234 | Vormischdurchgang |
| 236 | Einlass |
| 238 | Auslass |
| 240 | Brennstofföffnung |
| 242 | Pilotluftdurchgang |
| 244 | Pilotbrennstoffdurchgang |
| 246 | Mittelrohr |
| 250 | Außenfläche – Mittelrohr |
| 252 | Innenrohr |
| 254 | Basisabschnitt – Brennstoffdüsenanordnung |
| 256 | Dichtung |
| 258 | Außenfläche – Innenrohr |
| 260 | Balg/Expansionselement |
| 262 | Stromabwärtiges Ende – Mittelrohr |
| 264 | Pilotluft |
| 266 | Pilotbrennstoff |
| 268 | Vorgemisches Pilot-Brennstoff-Luft-Gemisch |
