DE102018110969A1

DE102018110969A1 - Dual-Brennstoff-Injektoren und Verfahren zur Verwendung in einer Gasturbinenbrennkammer

Info

Publication number: DE102018110969A1
Application number: DE102018110969.5A
Authority: DE
Inventors: Donald Timothy Lemon; Gilbert O. Kraemer; Wei Chen Left Ge; Marcus Byron Huffman; Ronnie Ray Pentecost
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2018-11-15
Also published as: US10502426B2; CN108870442A; US20180328588A1; JP2019023550A; CN108870442B; JP7146442B2

Abstract

Es ist ein Brennstoffinjektor für die radiale Einleitung einer Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser in eine Brennkammer geschaffen. Der Brennstoffinjektor weist einen Körper mit einem Rahmen, der einen Einlassabschnitt definiert, und einem Auslasselement auf, das einen Auslassabschnitt definiert. Ein Brennstoffplenum ist innerhalb des Auslasselementes definiert, und ein Brennstoffeinspritzkanal, der mit dem Brennstoffplenum in Verbindung steht, ist durch das Auslasselement hindurch definiert. Eine Brennstoffzufuhrleitung, die an dem Körper fixiert ist, stellt eine Verbindung zwischen einer Quelle für flüssigen Brennstoff und dem Brennstoffeinspritzkanal über das Brennstoffplenum her. Alternativ kann der Brennstoffinjektor eine drallerzeugende Vorrichtung, die mit dem Brennstoffeinspritzkanal in Verbindung stehend an dem Auslasselement montiert ist, und eine Brennstoffzufuhrleitung aufweisen, die an der drallerzeugenden Vorrichtung fixiert ist. In dieser Ausführungsform stellt die Brennstoffzufuhrleitun eine Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzkanal und einer Quelle für eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser über die drallerzeugende Vorrichtung her.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Brennstoffinjektoren für Gasturbinenbrennkammern und insbesondere Dual-Brennstoff-Injektoren zur Verwendung mit einem axialen Brennstoffstufungs(AFS, axial fuel staging)-System, das solchen Brennkammern zugeordnet ist.
HINTERGRUND
Eine Gasturbine weist allgemein einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt mit einer Brennkammer und einen Turbinenabschnitt auf. Der Verdichterabschnitt erhöht auf progressive Weise den Druck des Arbeitsfluids, um ein verdichtetes Arbeitsfluid zum Verbrennungsabschnitt zu liefern. Das verdichtete Arbeitsfluid wird durch und/oder um eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich innerhalb der Brennkammer erstreckt, geführt. Ein Brennstoff wird in den Strom des verdichteten Arbeitsfluids eingespritzt, um eine brennbare Mischung zu bilden. Die brennbare Mischung wird innerhalb eines Brennraums verbrannt, um Verbrennungsgase mit hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase strömen durch einen oder mehrere Flammrohre oder Kanäle, die einen Heißgasweg in den Turbinenabschnitt definieren. Die Verbrennungsgase dehnen sich aus, während sie durch den Turbinenabschnitt strömen, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann eine Ausdehnung der Verbrennungsgase im Turbinenabschnitt eine Welle drehen, die mit einem Generator verbunden ist, um Elektrizität zu erzeugen. Die Turbine kann auch den Verdichter über eine gemeinsame Welle oder einen gemeinsamen Rotor antreiben.
Die Temperatur der Verbrennungsgase beeinflusst direkt den thermodynamischen Wirkungsgrad, die Konstruktionsspielräume und die resultierenden Emissionen der Brennkammer. Zum Beispiel verbessern höhere Verbrennungsgastemperaturen im Allgemeinen den thermodynamischen Wirkungsgrad der Brennkammer. Jedoch können höhere Verbrennungsgastemperaturen die Dissoziationsrate von zweiatomigem Stickstoff erhöhen, wodurch die Produktion unerwünschter Emissionen, wie Stickoxide (NO_X) für eine bestimmte Verweilzeit in der Brennkammer erhöht wird. Umgekehrt verringert eine niedrigere Verbrennungsgastemperatur, die mit einem verringerten Brennstoffstrom und/oder einem Teillastbetrieb (Turndown) verbunden ist, im Allgemeinen die chemischen Reaktionsraten der Verbrennungsgase, wodurch die Produktion von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHCs) für die gleiche Verweilzeit in der Brennkammer erhöht wird.
Um die Gesamt-Emissionsleistung auszugleichen und gleichzeitig den thermischen Wirkungsgrad der Brennkammer zu optimieren, beinhalten bestimmte Brennkammer-Konstruktionen mehrere Brennstoffinjektoren, die stromabwärts von der primären Verbrennungszone um das Flammrohr angeordnet sind. Die Brennstoffinjektoren liefern ein zweites Brennstoff/LuftGemisch radial durch das Flammrohr hindurch, um für eine Strömungsverbindung mit dem Verbrennungsgasströmungsfeld zu sorgen. Diese Art von System ist in der Technik und/oder der Gasturbinenindustrie allgemein als axiales Brennstoffstufungs(AFS)-System bekannt.
Im Betrieb wird ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids durch und/oder um die einzelnen Brennstoffinjektoren und in das Verbrennungsgasströmungsfeld geführt. Ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff aus den Brennstoffinjektoren wird in den Strom des verdichteten Arbeitsfluids eingespritzt, um eine zweite brennbare Mischung bereitzustellen, die sich in einer sekundären Verbrennungszone spontan entzündet, wenn sie sich mit den heißen Verbrennungsgasen vermischt. Die Einleitung der brennbaren Mischung in die sekundäre Verbrennungszone erhöht die Brenntemperatur der Brennkammer, und weil die Brennstoffinjektoren stromabwärts von der primären Verbrennungszone angeordnet sind, weisen die Verbrennungsgase aus der primären Verbrennungszone eine erste Verweilzeitdauer auf, und die Verbrennungsgase aus der sekundären Verbrennungszone weisen eine zweite (kürzere) Verweildauer auf. Infolgedessen kann der gesamte thermodynamische Wirkungsgrad der Brennkammer erhöht werden, ohne Abstriche bei der Gesamtemissionsleistung zu machen.
Eine Schwierigkeit bei der Einspritzung eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld unter Verwendung existierender AFS-Systeme liegt darin, dass der Bewegungsimpuls der Verbrennungsgase im Allgemeinen ein ausreichendes radiales Eindringen des flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld verhindert. Aus diesem Grund kann es zu einer lokalen Verdampfung des flüssigen Brennstoffs entlang einer Innenfläche des Flammrohrs am oder nahe am Brennstoffeinspritzpunkt kommen, was zu einer Hochtemperaturzone und hohen Wärmespannungen führt. Eine weitere Schwierigkeit, die mit Injektoren für flüssigen Brennstoff verbunden ist, ist eine Tendenz der Brennstoffinjektoren, schon bei nur mäßig erhöhten Temperaturen zu verkoken.
Daher wäre ein verbessertes System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld für eine verbesserte Durchmischung von Vorteil.
KURZFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Dual-Brennstoff-AFS-Brennstoffinjektor zum Liefern einer brennbaren Mischung aus flüssigem Brennstoff und Luft in einer radialen Richtung von dem Brennstoffinjektor in eine Brennkammer, wodurch eine sekundäre Verbrennungszone erzeugt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt weist ein Brennstoffinjektor für eine Gasturbinenbrennkammer einen Körper auf, der einen Rahmen und ein Auslasselement umfasst, das sich stromabwärts von dem Rahmen erstreckt. Der Rahmen definiert einen Einlassabschnitt, und das Auslasselement definiert einen Auslassabschnitt. Der Körper definiert einen Luftströmungsweg von dem Einlassabschnitt durch den Auslassabschnitt, und das Auslasselement definiert in seinem Inneren eine Mischkammer. Ein Brennstoffsammelraum bzw. -plenum ist innerhalb des Auslasselementes definiert, und ein Brennstoffeinspritzkanal ist durch das Auslasselement hindurch definiert und steht mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung. Eine Brennstoffzufuhrleitung ist an dem Körper fixiert, wobei die Brennstoffzufuhrleitung in Strömungsverbindung zwischen einer Quelle für flüssigen Brennstoff und dem Brennstoffeinspritzkanal über das Brennstoffplenum angeordnet ist.
In dem oben genannten Brennstoffinjektor kann die Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff koaxiale Rohre umfassen, die ein erstes Rohr und ein zweites, das erste Rohr umgebendes Rohr einschließen, wobei das erste Rohr mit der Quelle für flüssigen Brennstoff in Strömungsverbindung stehen kann und das zweite Rohr mit einer Wasserquelle in Strömungsverbindung stehen kann.
Außerdem können das erste Rohr und das zweite Rohr mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung stehen, so dass eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser durch den Brennstoffeinspritzkanal in die Mischkammer befördert werden kann.
Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann der Brennstoffinjektor ferner ein in dem Auslasselement in der Nähe des Brennstoffplenums definiertes zweites Plenum und einen Fluideinspritzkanal umfassen, der durch das Auslasselement hindurch in axial beabstandeter Beziehung zu dem ersten Einspritzkanal definiert ist, wobei der Fluideinspritzkanal mit dem zweiten Plenum in Strömungsverbindung steht und das zweite Rohr mit dem zweiten Plenum in Strömungsverbindung steht.
Insbesondere kann der Fluideinspritzkanal in Bezug auf den Luftströmungsweg durch den Körper stromaufwärts von dem Brennstoffeinspritzkanal angeordnet sein.
In jedem der oben genannten Brennstoffinjektoren kann das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante definieren, wobei das Brennstoffplenum innerhalb der Vorderkante positioniert sein kann und der Brennstoffeinspritzkanal in der Nähe der Vorderkante angeordnet sein kann.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen von jedem der oben genannten Brennstoffinjektoren kann der Brennstoffeinspritzkanal mehrere Brennstoffeinspritzkanäle umfassen, wobei jeder Kanal von den mehreren Brennstoffeinspritzkanälen mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht.
In den oben genannten bevorzugten Ausführungsformen können die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle in einer axial beabstandeten Konfiguration in Bezug auf den Luftströmungsweg durch den Körper angeordnet sein.
Außerdem können die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle einen ersten Kanal mit einem ersten Durchmesser, einen zweiten Kanal mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der erste Durchmesser, und einen dritten Kanal mit einem dritten Durchmesser, der kleiner ist als der zweite Durchmesser, aufweisen, wobei der erste Kanal axial stromaufwärts von dem zweiten Kanal liegen kann und der zweite Kanal axial stromaufwärts von dem dritten Kanal liegen kann.
Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann sich das Brennstoffplenum in bevorzugten Konfigurationen in Umfangsrichtung durch wenigstens einen Abschnitt eines Umfangsrands des Auslasselementes erstrecken, wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle in dem entsprechenden wenigstens einen Abschnitt des Umfangsrands des Auslasselementes in Umfangsrichtung angeordnet sein können, wobei jeder von den mehreren Brennstoffeinspritzkanälen mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht.
In den zuvor genannten bevorzugten Konfigurationen kann das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante definieren; und die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle können um die Vorderkante herum verteilt sein.
Außerdem kann sich das Brennstoffplenum in Umfangsrichtung durch einen gesamten Umfangsrand des Auslasselementes herum erstrecken, wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle in der Umfangsrichtung um den gesamten Umfangsrand des Auslasselementes angeordnet sein können.
Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante und eine der Vorderkante entgegengesetzte Hinterkante definieren, und das Auslasselement kann ferner zwei Seitenwände zwischen der Vorderkante und der Hinterkante definieren, wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle um die Vorderkante in größerer Konzentration verteilt sein können als entlang der beiden Seitenwände und der Hinterkante.
In jedem der oben genannten Brennstoffinjektoren kann der Brennstoffeinspritzkanal in Bezug auf eine Innenfläche des Auslasselementes unter einem Winkel angeordnet sein.
Außerdem kann der Brennstoffeinspritzkanal mehrere Brennstoffeinspritzkanäle umfassen, wobei jeder Kanal der mehreren Brennstoffeinspritzkanäle mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht, wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle Brennstoffeinspritzkanäle mit in Bezug auf die Innenfläche des Auslasselementes unterschiedlichen Winkelausrichtungen umfassen können.
In manchen Ausführungsformen von jedem der oben genannten Brennstoffinjektoren kann der Rahmen in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine vordere Endwand und eine der vorderen Endwand entgegengesetzte hintere Endwand definieren, und der Rahmen kann ferner zwei Seitenwände zwischen der vorderen Endwand und der hinteren Endwand definieren, wobei der Einlassabschnitt ferner eine erste Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel umfassen kann, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand über den Rahmen erstreckt, so dass sich der Luftströmungsweg zwischen der Leitschaufel und den Seitenwänden des Rahmens erstreckt, wobei die Leitschaufel in ihrem Inneren ferner eine erste Brennstoffkammer definiert und eine Brennstoffeinspritzöffnung aufweist, die mit der Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht, und wobei eine Zufuhrleitung für gasförmigen Brennstoff über die erste Brennstoffkammer zwischen einer Quelle für gasförmigen Brennstoff und der Brennstoffeinspritzöffnung in Strömungsverbindung stehen kann.
Außerdem kann der Brennstoffinjektor ferner eine zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel umfassen, die sich von der vorderen Endwand zur hinteren Endwand parallel zu der ersten Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel über dem Rahmen erstreckt, wobei die zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel in ihrem Inneren eine zweite Brennstoffkammer definiert, die mit der Zufuhrleitung für gasförmigen Brennstoff in Strömungsverbindung steht, und ferner eine zweite Brennstoffeinspritzöffnung definiert, die mit der zweiten Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht.
Gemäß einem anderen Aspekt weist ein Brennstoffinjektor für eine Gasturbinenbrennkammer einen Körper auf, der einen Rahmen und ein Auslasselement umfasst, das sich stromabwärts von dem Rahmen erstreckt. Der Rahmen definiert einen Einlassabschnitt, und das Auslasselement definiert einen Auslassabschnitt. Der Körper definiert einen Luftströmungsweg von dem Einlassabschnitt durch den Auslassabschnitt, und das Auslasselement definiert in seinem Inneren eine Mischkammer. Ein Brennstoffeinspritzkanal ist durch das Auslasselement hindurch definiert und steht mit der Mischkammer in Strömungsverbindung. Eine drallerzeugende Vorrichtung ist an einer Außenfläche des Auslasselementes in Strömungsverbindung mit dem Brennstoffeinspritzkanal montiert, und eine Brennstoffzufuhrleitung ist an der drallerzeugenden Vorrichtung fixiert. Die Brennstoffzufuhrleitung steht zwischen dem Brennstoffeinspritzkanal und einer Quelle für eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser in Strömungsverbindung, so dass die Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser über die drallerzeugende Vorrichtung durch den Brennstoffeinspritzkanal in die Mischkammer geliefert wird.
In dem zuvor genannten Brennstoffinjektor gemäß dem zweiten Aspekt kann die drallerzeugende Vorrichtung mehrere Leitschaufeln umfassen, die an eine zentrale Nabe angefügt sind, so dass zwischen benachbarten Leitschaufeln Strömungswege definiert sind.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Auslasselement eine Vorderkante, eine der Vorderkante entgegengesetzte Hinterkante und zwei Seitenwände definieren, die sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken, wobei die Brennstoffeinspritzkanal an der Vorderkante angeordnet sein kann und die drallerzeugende Vorrichtung in der Nähe der Vorderkante montiert sein kann.
Weiter zusätzlich oder als eine Alternative kann der Rahmen in einer bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine vordere Endwand und eine der vorderen Endwand entgegengesetzte hintere Endwand definieren, wobei der Rahmen ferner zwei Seitenwände zwischen der vorderen Endwand und der hinteren Endwand definiert, wobei der Einlassabschnitt ferner eine erste Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel umfassen kann, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand über den Rahmen erstreckt, so dass sich der Luftströmungsweg zwischen der Leitschaufel und den Seitenwänden des Rahmens erstreckt, wobei die Leitschaufel in ihrem Inneren ferner eine erste Brennstoffkammer definiert und eine Brennstoffeinspritzöffnung aufweist, die mit der Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht, und wobei eine zweite Brennstoffzufuhrleitung über die erste Verbrennungsgaskammer zwischen einer Quelle für gasförmigen Brennstoff und der Brennstoffeinspritzöffnung in Strömungsverbindung stehen kann.
In der oben genannten bevorzugten Ausführungsform kann der Brennstoffinjektor ferner eine zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel umfassen, die sich von der vorderen Endwand zur hinteren Endwand parallel zu der ersten Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel über den Rahmen erstreckt, wobei die zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel in ihrem Inneren eine zweite Brennstoffkammer, die mit der zweiten Brennstoffzufuhrleitung in Strömungsverbindung steht, und eine zweite Brennstoffeinspritzöffnung definiert, das mit der zweiten Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht.
Figurenliste
Eine umfassende und befähigende Offenbarung der vorliegenden Produkte und Verfahren, einschließlich der besten Ausführungsform davon, die sich an einen Durchschnittsfachmann wendet, wird in der Beschreibung vorgelegt, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt:

1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbinenbaugruppe, die einen oder mehrere Brennstoffinjektoren verwenden kann, wie hierin beschrieben;
2 ist eine Querschnittsansicht einer Brennkammer, die in der Gasturbinenbaugruppe von 1 verwendet werden kann;
3 ist eine Draufsicht von oben auf einen Abschnitt der Brennkammer von 2;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Querschnittsansicht des Brennstoffinjektors von 4;
6 ist eine Ansicht von oben auf den Brennstoffinjektor von 4;
7 ist ein Querschnittsaufriss eines Auslassabschnitts des Brennstoffinjektors von 4, genommen entlang von 7-7 von 5;
8 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
10 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
11 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
12 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Brennstoffinjektors von 11, genommen entlang einer Längsebene des Brennstoffinjektors;
13 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
14 ist ein Querschnittsaufriss eines Auslassabschnitts eines Brennstoffinjektors entlang einer Linie 14-14 von 12 gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
15 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
16 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
17 ist eine Draufsicht auf eine drallerzeugende Vorrichtung, die mit dem Brennstoffinjektor von 16 verwendet werden kann.

Solange nichts anderes angegeben wird, zeigen die Querschnittsansichten die Vorderkante des jeweiligen Brennstoffinjektors (das heißt, die Figuren zeigen Ansichten entlang einer axialen Ebene von einer rückseitigen Position mit Blick in stromaufwärtiger Richtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsprodukte durch die Brennkammer).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung stellt verschiedene Brennstoffinjektoren, ihre Bauteile und Verfahren zu ihrer Herstellung anhand von Beispielen und ohne Beschränkung dar. Die Beschreibung ermöglicht einem Durchschnittsfachmann die Herstellung und Nutzung der Brennstoffinjektoren. Die Beschreibung gibt mehrere Ausführungsformen der Brennstoffinjektoren an, einschließlich dessen, was derzeit als die beste Art und Weise zur Herstellung und Nutzung der Brennstoffinjektoren betrachtet wird. Ein hierin beschriebenes Beispiel für einen Brennstoffinjektor ist in eine Brennkammer einer Hochleistungs-Gasturbinenbaugruppe, die zur Herstellung elektrischer Energie verwendet wird, eingefügt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die hierin beschriebenen Brennstoffinjektoren allgemein auf einen breiten Bereich von Systemen in verschiedenen Feldern außer der Erzeugung elektrischer Energie angewendet werden können.
Wie hierin verwendet, können die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen nicht den Ort oder die Bedeutung der einzelnen Komponenten bezeichnen. Die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ bezeichnen die relative Richtung in Bezug auf eine Fluidströmung in einem Fluidweg. Zum Beispiel bezeichnet „stromaufwärts“ die Richtung, aus der das Fluid strömt, und „stromabwärts“ bezeichnet die Richtung, in die das Fluid strömt.
Der Begriff „radial“ bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente verläuft, und der Begriff „axial“ bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente verläuft. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Radius“ (oder irgendeine Variante davon) eine Abmessung, die sich von einer Mitte irgendeiner geeigneten Form (z.B. eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Dreiecks usw.) auswärts erstreckt, und ist nicht auf eine Abmessung beschränkt, die sich von einer Mitte einer Kreisform aus nach außen erstreckt. Ebenso bezeichnet der Begriff „Umfang“ (oder irgendeine Variante davon), wie hierin verwendet, eine Abmessung, die sich um eine Mitte irgendeiner geeigneten Form (z.B. eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Dreiecks usw.) herum erstreckt, und ist nicht auf eine Abmessung beschränkt, die sich um eine Mitte einer Kreisform erstreckt.
Wenn hierin auf einen einzelnen Einspritzkanal Bezug genommen wird, sei klargestellt, dass damit eine oder mehrere Einspritzöffnungen, filmbildende Öffnungen oder Simplexdüsen gemeint sind. Einspritzkanäle innerhalb eines bestimmten Brennstoffinjektors können sich in der Zahl, der Größe, dem Typ und/oder der Winkelausrichtung (z.B. senkrecht oder schräg zur Oberfläche) unterscheiden. Auch wenn ein einzelner Einspritzkanal dargestellt sein mag, sei klargestellt, dass mehrere Durchlassöffnungen an dem dargestellten Kanal angeordnet sein können. Wenn mehrere Einspritzkanäle bereitgestellt sind, können die Kanäle ferner gleich groß oder verschieden groß sein und können in verschiedenen Mustern in Bezug auf den Luftstrom durch den Einlassabschnitt des Brennstoffinjektors angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Muster eine große Öffnung einschließen, auf die eine kleine Öffnung folgt, eine kleine Öffnung, auf die eine große Öffnung folgt, eine einzelne Öffnung für ein erstes Fluid, auf die mehrere Öffnungen für ein zweites Fluid folgen, mehrere Öffnungen für ein erstes Fluid, auf die eine einzelne Öffnung für das zweite Fluid folgt, und verschiedene andere Kombinationen, die auf Basis von Fachwissen und/oder aufgrund von routinemäßigen Versuchen bei der Umsetzung der vorliegenden Offenbarung in die Praxis ausgewählt werden können.
Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung, aber nicht der Beschränkung der Erfindung. Tatsächlich wird der Fachmann erkennen, dass Modifikationen und Variationen an den vorliegenden Brennstoffinjektoren vorgenommen werden können, ohne vom Bereich oder Gedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch andere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Offenbarung solche Modifikationen und Änderungen, die im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, umfassen. Auch wenn Ausführungsbeispiele der vorliegenden Brennstoffinjektoren zum Zwecke der Veranschaulichung allgemein im Kontext einer Brennkammer beschrieben sind, die in eine Gasturbine eingebaut ist, wird ein Durchschnittsfachmann ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf jede Brennkammer angewendet werden können, die in eine beliebige Turbomaschine eingebaut ist, und nicht auf eine Gasturbinenbrennkammer beschränkt sind, solange dies in den Ansprüchen nicht konkret so angegeben ist.
Nun wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Brennstoffinjektoren Bezug genommen, für die eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die ausführliche Beschreibung verwendet Nummern und Buchstaben als Bezeichnungen, 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 Bezug zu nehmen.
1 stellt ein funktionelles Blockschema eines Beispiels für eine Gasturbine 10 dar, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhalten kann. Wie gezeigt, weist die Gasturbine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12 auf, der eine Reihe von Filtern, Kühlschlangen, Feuchtigkeitsabscheidern und/oder anderen Vorrichtungen aufweisen kann, um ein Arbeitsfluid (z.B. Luft 14), das in die Gasturbine 10 eintritt, zu reinigen und anderweitig zu konditionieren. Das Arbeitsfluid 14 strömt zu einem Verdichterabschnitt, wo ein Verdichter 16 dem Arbeitsfluid 14 zunehmend kinetische Energie erteilt, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 18 zu erzeugen.
Das verdichtete Arbeitsfluid 18 wird mit einem gasförmigen Brennstoff 20 aus einem Zuführsystem 22 für gasförmigen Brennstoff und/oder einem flüssigen Brennstoff 21 aus einem Zuführsystem 23 für flüssigen Brennstoff gemischt, um eine brennbare Mischung innerhalb einer oder mehrerer Brennkammern 24 zu bilden. Die brennbare Mischung wird verbrannt, um Verbrennungsgase 26 mit hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine 28 eines Turbinenabschnitts, um Arbeit zu verrichten. Zum Beispiel kann die Turbine 28 mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass eine Drehung der Turbine 28 den Verdichter 16 antreibt, um das verdichtete Arbeitsfluid 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich dazu 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 (nicht gezeigt), der die Turbine 28 mit einem Abgasschacht stromabwärts von der Turbine verbindet. Der Auslassabschnitt kann beispielsweise einen Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger (nicht gezeigt) aufweisen, um die Abgase 34 zu reinigen und zusätzliche Wärme aus ihnen zu extrahieren, bevor sie an die Umgebung freigesetzt werden.
Die Brennkammern 24 können irgendeine Art von Brennkammer sein, die in der Technik bekannt ist, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Brennkammerkonstruktion beschränkt, solange dies in den Ansprüchen nicht konkret so angegeben ist. Zum Beispiel kann die Brennkammer 24 eine Rohr- oder ein Rohr-Ring-Brennkammer sein.
2 ist eine schematische Darstellung eines Brennkammerrohrs 24, wie es in einem Rohr-Ring-Verbrennungssystem für die Hochleistungs-Gasturbine 10 enthalten sein kann. In einem Rohr-Ring-Verbrennungssystem sind mehrere Verbrennungsrohre 24 (e.g., 8, 10, 12, 14, 16 oder mehr) in einer ringförmigen Gruppierung um die Welle 30, die den Verdichter 16 mit der Turbine 28 verbindet, positioniert.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Verbrennungsrohr 24 einen Einsatz bzw. ein Flammrohr 112 auf, der bzw. das Verbrennungsgase 26 enthält und zur Turbine befördert. Das Flammrohr 112 definiert einen Brennraum, in dem eine Verbrennung stattfindet. Das Flammrohr 112 kann einen zylindrischen Flammrohrabschnitt und einen konischen Übergangsabschnitt aufweisen, der von dem zylindrischen Flammrohrabschnitt getrennt ist, wie in vielen herkömmlichen Verbrennungssystemen. Alternativ dazu kann das Flammrohr 112 als einheitlicher Körper (oder „Unibody“) aufgebaut sein, bei dem der zylindrische Abschnitt und der konische Abschnitt eine Einheit bilden. Somit soll jegliche Erörterung des Flammrohrs 112 hierin sowohl herkömmliche Verbrennungssysteme mit einem separaten Flammrohr und Übergangsstück als auch solche Verbrennungssysteme mit einem Unibody-Flammrohr einschließen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung ebenso auf diejenigen Verbrennungssysteme angewendet werden, in denen das Übergangsstück und die Düse der Turbine zu einer einzigen Einheit integriert sind, die manchmal als „Übergangsdüse“ oder als „integriertes Austrittsstück“ bezeichnet werden.
Das Flammrohr 112 ist von einer Außenhülse 114 umgeben, die vom Flammrohr 112 nach außen beabstandet ist, um einen Ringraum 132 zwischen dem Flammrohr 112 und der Außenhülse 114 zu definieren. Die Außenhülse 114 kann einen Strömungshülsenabschnitt am vorderen Ende und einen Prallhülsenabschnitt am hinteren Ende aufweisen, wie bei vielen herkömmlichen Verbrennungssystemen. Alternativ dazu kann die Außenhülse 114 als einheitlicher Körper (oder „Unisleeve“) aufgebaut sein, bei dem der Strömungshülsenabschnitt und der Prallhülsenabschnitt in der axialen Richtung eine Einheit bilden. Wie zuvor soll jegliche Erörterung der Außenhülse 114 hierin sowohl herkömmliche Verbrennungssysteme mit einer separaten Strömungshülse und Prallhülse als auch Prallhülsen- und Verbrennungssysteme mit einer Unisleeve-Außenhülse einschließen.
Ein Kopfendabschnitt 120 des Verbrennungsrohrs 24 weist eine oder mehrere Brennstoffdüsen 122 auf. Die Brennstoffdüsen 122 können an einem stromaufwärts gelegenen (oder Einlass-)Ende einen Brennstoffeinlass 124 aufweisen. Die Brennstoffeinlässe 124 können durch eine Endabdeckung 126 hindurch an einem vorderen Ende des Verbrennungsrohrs 24 ausgebildet sein. Die stromabwärts gelegenen (oder Auslass-)Enden der Brennstoffdüsen 122 erstrecken sich durch eine Brennkammerkappe 128.
Der Kopfendabschnitt 120 des Verbrennungsrohrs 24 ist wenigstens zum Teil von einem vorderen Gehäuse 130 umgeben, das physisch mit einem Verdichterauslassgehäuse 140 gekoppelt ist und mit diesem in Strömungsverbindung steht. Das Verdichterauslassgehäuse 140 steht mit einem Auslass des Verdichters 16 in Strömungsverbindung und definiert ein unter Druck stehendes Luftplenum 142, das wenigstens einen Abschnitt des Verbrennungsrohrs 24 umgibt. Luft 18 strömt am hinteren Ende des Verbrennungsrohrs über Durchlässe, die in der Außenhülse 114 definiert sind, aus dem Verdichterauslassgehäuse 140 in den Ringraum 132. Da der Ringraum 32 mit dem Kopfendabschnitt 120 in Fluidaustausch steht, wandert der Luftstrom 18 vom hinteren Ende des Verbrennungsrohrs 24 zum Kopfendabschnitt 120, wo der Luftstrom 18 seine Richtung umkehrt und in die Brennstoffdüsen 122 eintritt.
Brennstoff 20 (und/oder 21) und verdichtete Luft 18 werden von den Brennstoffdüsen 122 in eine primäre Verbrennungszone 150 an einem vorderen Ende des Flammrohrs 112 eingeleitet, wo der Brennstoff und die Luft verbrannt werden, um Verbrennungsgase 26 zu bilden. In einer Ausführungsform werden der Brennstoff und die Luft innerhalb der Düsen 122 (z.B. in einer Brennstoffvormischungsdüse) gemischt. In anderen Ausführungsformen können der Brennstoff und die Luft separat in die primäre Verbrennungszone 150 eingeleitet und innerhalb der primären Verbrennungszone 150 vermischt werden (wie dies z.B. bei einer Diffusionsdüse stattfinden kann). Wenn hierin eine „erste Brennstoff/Luft-Mischung“ genannt wird, sollte dies als Beschreibung von sowohl einer vorgemischten Brennstoff/Luft-Mischung als auch einer Brennstoff/Luft-Mischung des Diffusionstyps interpretiert werden, die beide von Brennstoffdüsen 122 erzeugt werden können. Die Verbrennungsgase 26 wandern stromabwärts in Richtung auf ein hinteres Ende 118 des Verbrennungsrohrs 24, wobei das hintere Ende 118 von einem hinteren Rahmen des Verbrennungsrohrs 24 dargestellt wird.
Zusätzlicher Brennstoff und zusätzliche Luft werden von einem oder mehreren Brennstoffinjektoren 300 in eine sekundäre Verbrennungszone 160 eingeführt, wo der Brennstoff und die Luft durch die Verbrennungsgase aus der primären Verbrennungszone 150 entzündet werden, um einen kombinierten Verbrennungsgasproduktstrom 26 zu bilden. Solch ein Verbrennungssystem mit axial voneinander getrennten Verbrennungszonen wird als „axiales Brennstoffstufung“ (AFS)-System 200 beschrieben, und die stromabwärts gelegenen Injektoren 300 können als „AFS-Injektoren“ bezeichnet werden.
In der gezeigten Ausführungsform wird Brennstoff (z.B. flüssiger Brennstoff 21) für die einzelnen AFS-Injektoren 300 vom vorderen Ende des Verbrennungsrohrs 24 aus über einen jeweiligen Brennstoffeinlass 254 zugeführt. Jeder Brennstoffeinlass 254 ist mit einer Brennstoffzufuhrleitung 204 gekoppelt, die mit einem entsprechenden AFS-Injektor 300 gekoppelt ist. Man beachte, dass andere Verfahren zum Liefern von Fluid zu den AFS-Injektoren 300 verwendet werden können, einschließlich einer Zuführung von Brennstoff von einem Ringverteilerrohr oder von radial ausgerichteten Brennstoffzufuhrleitungen, die sich durch das Verdichterauslassgehäuse 140 hindurch erstrecken. Auch wenn 3 zeigt, dass sich sowohl die Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff als auch die Zufuhrleitung 202 für gasförmigen Brennstoff axial entlang einer Außenfläche des Verbrennungsrohrs 24 zu den Brennstoffinjektoren 300 erstrecken, sei klargestellt, dass der gasförmige Brennstoff 20 und/oder der flüssige Brennstoff 21 aus einem Ringverteilerrohr oder aus radial ausgerichteten Brennstoffzufuhrleitungen, die sich durch das Verdichterauslassgehäuse 140 erstrecken können, zugeführt werden kann bzw. können.
Die Brennstoffinjektoren 300 spritzen eine zweite Brennstoff/Luft-Mischung 156 in einer radialen Richtung entlang einer Einspritzachse 312 in das Verbrennungs-Flammrohr 112 ein, wodurch eine sekundäre Verbrennungszone 160 gebildet wird. Die kombinierten heißen Gase 26 aus der primären und der sekundären Verbrennungszone wandern stromabwärts durch das hintere Ende 118 des Verbrennungsrohrs 24 und in den Turbinenabschnitt hinein, wo sich die Verbrennungsgase 26 ausdehnen, um die Turbine 28 anzutreiben.
Man beachte, dass es anzustreben ist, dass der Brennstoffinjektor 300 separat oder gleichzeitig sowohl mit gasförmigen als auch mit flüssigen Brennstoffen 20, 21 funktioniert, um die Betreibbarkeit der Brennkammer 24 mit unterschiedlichen Brennstoffen zu verbessern. Der Brennstoffinjektor 300 kann jeweils nur mit einem einzigen Brennstoff (z.B. nur mit dem gasförmigen Brennstoff 20 oder nur mit dem flüssigen Brennstoff 21) betrieben werden, oder er kann beide gemeinsam verfeuern (Co-Firing), indem er gleichzeitig sowohl den gasförmigen Brennstoff 20 als auch den flüssigen Brennstoff 21 in die sekundäre Verbrennungszone 160 einleitet. Der Brennstoffinjektor 300 und/oder die Brennstoffzufuhrleitungen 202, 204 können durch eine Schutzabdeckung 206 vor Schäden geschützt werden. Alternativ dazu kann die Schutzabdeckung 206 nur den Brennstoffinjektor 300 umgeben und kann mehrere Öffnungen (nicht gezeigt) aufweisen, um den Strom der Luft 18 in den Brennstoffinjektor 300 zu konditionieren.
3 zeigt eine beispielhafte Anordnung für die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffs 20 und des flüssigen Brennstoffs 21 zum Brennstoffinjektor 300. Der gasförmige Brennstoff 20 aus der Einrichtung 22 zum Zuführen von gasförmigem Brennstoff kann durch ein stromaufwärts gelegenes Leitungs- oder Verteilerrohr 201 für gasförmigen Brennstoff, das mit der Zufuhrleitung 202 für gasförmigen Brennstoff in Fluidaustausch steht, befördert werden. Die Zufuhrleitung 202 für gasförmigen Brennstoff ist mit einem entsprechenden Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr für gasförmigen Brennstoff des Brennstoffinjektors 300 verbunden.
Der flüssige Brennstoff 21 aus der Einrichtung 23 zum Zuführen von flüssigem Brennstoff kann durch ein stromaufwärts gelegenes Leitungs- oder Verteilerrohr 203 für flüssigen Brennstoff, das mit der Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff in Fluidaustausch steht, befördert werden. Die Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff ist mit einem entsprechenden Anschlussstück 334 für das Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff des Brennstoffinjektors 300 verbunden. Das Verteilerrohr 203 für flüssigen Brennstoff 21 kann durch Wasser gekühlt werden, um die Wahrscheinlichkeit für ein Verkoken zu verringern.
Um die Installation zu erleichtern und um die Höhe des AFS-Systems 200 zu minimieren, sind die Brennstoffzufuhrleitungen 202, 204 in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet, aber stattdessen können auch andere Anordnungen für den gleichen Zweck verwendet werden. Zum Beispiel kann die Brennstoffzufuhrleitung 204 konzentrisch innerhalb der Brennstoffzufuhrleitung 202 angeordnet sein.
4 bis 15 stellen verschiedene Ausführungsformen des Brennstoffinjektors 300 dar, die im AFS-System 200 verwendet werden können. Um zwischen Brennstoffinjektoren mit verschiedenen Merkmalen zu unterscheiden, werden die Brennstoffinjektoren hierin und den begleitenden Zeichnungen mit Buchstaben (z.B. a, b, c usw.) ebenso wie mit der Zahl 300 bezeichnet. Man beachte, dass jeder Brennstoffinjektor 300 in den in 1, 2 und 3 gezeigten Brennkammern 24 verwendet werden kann. Ähnliche Merkmale werden ansonsten mit bekannten numerischen Bezeichnungen bezeichnet, soweit dies möglich ist.
4 bis 7 stellen konkret ein Beispiel für einen Brennstoffinjektor 300a zur Verwendung im oben beschriebenen AFS-System 200 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung dar. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Brennstoffinjektors 300a. 5 ist eine Querschnittsansicht des Brennstoffinjektors 300a von 4. 6 ist eine Draufsicht von oben auf den Brennstoffinjektor 300a von 4, während 7 ein Querschnittsaufriss eines Auslassabschnitts des Brennstoffinjektors 300a von 4 ist.
In dem Ausführungsbeispiel weist der Brennstoffinjektor 300a einen Montageflansch 302, einen Rahmen 304 und ein Auslasselement 310 auf, die miteinander gekoppelt sind. In einer Ausführungsform sind der Montageflansch 302, der Rahmen 304 und das Auslasselement 310 als einstückige, integrale Struktur gefertigt (das heißt, sie sind als Einheit miteinander ausgebildet). Alternativ dazu kann der Flansch 302 in anderen Ausführungsformen nicht integral mit dem Rahmen 304 und/oder dem Auslasselement 310 ausgebildet sein (z.B. kann der Flansch 302 mit dem Rahmen 304 und/oder dem Auslasselement 310 mittels eines geeigneten Befestigungsmittels gekoppelt sein). Darüber hinaus können der Rahmen 304 und das Auslasselement 310 als integrierte einstückige Einheit gefertigt sein, die separat an den Flansch 302 angefügt wird, z.B. auf dauerhafte Weise (wie etwa durch Schweißen) oder auf lösbare Weise (wie durch Verriegelungsmittel oder -merkmale).
Der Flansch 302 ist allgemein plan (d.h. „allgemein plan“ bedeutet, dass der Flansch 302 eine leichte Krümmung in der Umfangsrichtung aufweisen kann, die komplementär zur Form der äußeren Hülse 114 ist). Der Flansch 302 definiert mehrere Löcher 306, die jeweils so bemessen sind, dass sie ein Befestigungsmittel (nicht gezeigt) zum Koppeln des Brennstoffinjektors 300a mit der äußeren Hülse 114 aufnehmen können. Der Brennstoffinjektor 300a kann anstelle des Flansches 302 oder in Kombination damit jede geeignete Struktur aufweisen, die eine Kopplung des Rahmens 304 mit der Außenhülse 114 ermöglicht, so dass der Brennstoffinjektor 300a auf die hierin beschriebene Weise funktioniert.
Der Rahmen 304 definiert einen Einlassabschnitt 308 des Brennstoffinjektors 300a und ist ein Träger von mindestens einem Brennstoffeinspritzkörper 340, wie hierin noch näher erörtert wird. Der Rahmen 304 weist ein erstes Paar von einander entgegengesetzten Seitenwänden 326 und ein zweites Paar von einander entgegengesetzten Endwänden 328 auf, welche die Seitenwände 326 verbinden. Die Seitenwände 326 sind länger als die Endwände 328, wodurch der Rahmen 304 mit einem in der axialen Richtung im Allgemeinen rechtwinkligen Profil versehen ist. Der Rahmen 304 weist in der radialen Richtung ein im Allgemeinen trapezförmiges Profil auf (das heißt, die Seitenwände 326 verlaufen in Bezug auf den Flansch 302 unter einem Winkel.
Wie in 5 gezeigt ist, weist der Rahmen 304 ein erstes Ende 318 in der Nähe des Flansches 302 („ein proximales Ende“) und ein zweites Ende 320 entfernt vom Flansch 302 („ein distales Ende“) auf. Die ersten Enden 318 der Seitenwände 326 sind von einer Längsachse des Brennstoffinjektors 300 (L_INJ) weiter beabstandet als die zweiten Enden der Seitenwände 326, wenn man sie mit ihren jeweiligen Längsebenen vergleicht. In einem Ausführungsbeispiel kann das distale Ende 320 des Einlasselementes 308 breiter sein als das proximale Ende 318 des Rahmens 304, so dass der Rahmen 304 wenigstens zwischen dem distalen Ende 320 und dem proximalen Ende 318 konisch (oder trichterförmig) ist. Anders ausgedrückt können im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Seiten 326 in der Dicke vom distalen Ende 320 zum proximalen Ende 318 aufeinander zu verlaufen.
Das Auslasselement 310 erstreckt sich radial vom Flansch 302 aus auf einer Seite, die dem Rahmen 304 entgegengesetzt ist. Das Auslasselement 310 definiert in der radialen und in der axialen Richtung eine gleichmäßige oder im Wesentlichen gleichmäßige Querschnittsfläche. Das Auslasselement 310 stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Rahmen 304 und dem Inneren des Flammrohrs 112 bereit und liefert die zweite Brennstoff/Luft-Mischung 156 entlang einer Einspritzachse 312 (in 5 gezeigt) in die sekundäre Verbrennungszone 160. Das Auslasselement 310 weist ein erstes Ende 322 in der Nähe des Flansches 302 und ein zweites Ende 324 auf, das vom Flansch 302 entfernt ist (und dem Flammrohr 112 nahe ist), wenn der Brennstoffinjektor 300 installiert ist. Wenn der Brennstoffinjektor 300 installiert ist, liegt das Auslasselement 310 innerhalb des Ringraums 132 zwischen dem Flammrohr 112 und der Außenhülse 114, so dass sich der Flansch 302 auf einer Außenfläche der Außenhülse 114 befindet (wie in 2 und 3 gezeigt ist).
Auch wenn die Einspritzachse 312 in dem Ausführungsbeispiel allgemein linear ist, kann die Einspritzachse 312 in anderen Ausführungsformen nichtlinear sein. Zum Beispiel kann das Auslasselement 310 in anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) eine Bogenform aufweisen. Die Einspritzachse 312 stellt eine radiale Abmessung „R“ in Bezug auf die Längsachse 170 des Verbrennungsrohrs 10 (L_COMB) dar. Der Brennstoffinjektor 300a hat ferner eine Längsabmessung (dargestellt als Achse L_INJ), die im Allgemeinen senkrecht ist zur Einspritzachse 312, und eine Umfangsabmessung „C“, die sich um die Längsachse L_INJ herum erstreckt.
Somit erstreckt sich der Rahmen 304 radial vom Flansch 302 aus in einer ersten Richtung, und das Auslasselement 310 erstreckt sich radial einwärts vom Flansch 302 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung. Der Flansch 302 erstreckt sich in der Umfangsrichtung um den Rahmen 304 herum (das heißt er umringt ihn). Der Rahmen 304 und das Auslasselement 310 erstrecken sich in der Umfangsrichtung um die Einspritzachse 312 herum und stehen über den Flansch 302 in Strömungsverbindung miteinander.
Auch wenn die hierin dargestellten Ausführungsformen den Flansch 302 zwischen dem Rahmen 304 und dem Auslasselement 310 angeordnet zeigen, sei klargestellt, dass der Flansch 302 an irgendeiner anderen Stelle oder in einer irgendeiner anderen geeigneten Ausrichtung angeordnet sein kann. Zum Beispiel kann es sein, dass sich der Rahmen 304 und das Auslasselement 310 nicht in allgemein entgegengesetzte Richtungen vom Flansch 302 aus erstrecken.
In dem Ausführungsbeispiel weist der Brennstoffinjektor 300a ferner ein Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr für gasförmigen Brennstoff auf, das mit dem Brennstoffeinspritzkörper 340 in Strömungsverbindung steht. Wie gezeigt, ist das Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr für gasförmigen Brennstoff integral mit einer von den Endwänden 328 des Rahmens 304 ausgebildet, so dass sich das Anschlussstück 332 für eine Leitung für gasförmigen Brennstoff entlang der Längsachse (L_INJ) des Injektors 300 allgemein nach außen erstreckt. Das Anschlussstück 332 für eine Leitung für gasförmigen Brennstoff ist mit der Zufuhrleitung 204 für gasförmigen Brennstoff verbunden und empfängt aus dieser gasförmigen Brennstoff 20. Das Anschlussstück 332 für eine Leitung für gasförmigen Brennstoff kann jede geeignete Größe und Form haben und kann integral mit jedem geeigneten Abschnitt des Rahmens 304 ausgebildet oder mit einem solchen (mehreren solchen) gekoppelt sein, damit das Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr funktionieren kann, wie hierin beschrieben (z.B. kann das Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr in manchen Ausführungsformen als Einheit mit einer Seitenwand 326 ausgebildet sein).
Der Brennstoffeinspritzkörper 340 weist ein erstes Ende 336, das integral mit der Endwand 328 ausgebildet ist, von der das Anschlussstück 332 für eine Leitung für gasförmigen Brennstoff vorsteht, sowie ein zweites Ende 338 auf, das integral mit der Endwand 328 am entgegengesetzten Ende des Brennstoffinjektors 300a ausgebildet ist. Der Brennstoffeinspritzkörper 340, der sich allgemein linear über dem Rahmen 304 zwischen den Endwänden 328 erstreckt, definiert eine innere Brennstoffkammer 350 (in 5 gezeigt), die mit dem Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr in Strömungsverbindung steht. In anderen Ausführungsformen kann sich der Brennstoffeinspritzkörper 340 von irgendwelchen geeigneten Abschnitten des Rahmens 304 aus über den Rahmen 304 erstrecken, so dass der Brennstoffeinspritzkörper 340 funktionieren kann, wie hierin beschrieben (z.B. kann sich der Brennstoffeinspritzkörper 340 zwischen den Seitenwänden 326 erstrecken). Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Brennstoffeinspritzkörper 340 eine gekrümmte Form zwischen einander entgegengesetzten Wänden (326 oder 328) definieren.
Wie oben angegeben, weist der Brennstoffeinspritzkörper 340 mehrere Oberflächen auf, die eine hohle Struktur bilden, die die innere Brennstoffkammer 350 definiert und die sich zwischen den Endwänden 328 des Rahmens 304 erstreckt. Wenn man ihn in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse L_INJ betrachtet, wie in 5 gezeigt, weist der Brennstoffeinspritzkörper 340 (in der vorliegenden Ausführungsform) im Allgemeinen die Form eines umgekehrten Wassertropfens auf, mit einer gekrümmten Vorderkante 342, einer entgegengesetzt dazu angeordneten Hinterkante 344 und zwei einander entgegengesetzten Brennstoffeinspritzflächen 346, 348, die sich von der Vorderkante 342 zur Hinterkante 344 erstrecken. Die Brennkammer 350 erstreckt sich nicht in den Flansch 302 hinein oder innerhalb des Flansches 304 (anders als bei der Strömungsverbindung durch die Endwand 328 in das Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr) .
Der Brennstoffeinspritzkörper 340 ist so ausgerichtet, dass die Vorderkante 342 dem distalen Ende 320 der Seitenwände 326 nahe ist (d.h. die Vorderkante 342 ist vom proximalen Ende 318 der Seitenwände 326 abgewandt). Die Hinterkante 344 liegt in der Nähe des proximalen Endes 318 der Seitenwände 326 (d.h. die Hinterkante 344 ist vom distalen Ende 320 der Seitenwände 326 abgewandt). Somit ist die Hinterkante 344 dem Flansch 302 näher als die Vorderkante 342.
Jede Brennstoffeinspritzfläche 346, 348 ist einer entsprechenden Innenfläche 330 der Seitenwände 326 zugewandt und definiert somit zwei Strömungswege 352 (in 6 zu sehen), die einander stromabwärts von der Hinterkante 344 und stromaufwärts vom Auslasselement 310 und in demselben schneiden (5). Auch wenn gezeigt ist, dass die Strömungswege 352 vom distalen Ende 320 des Rahmens 304 zum proximalen Ende 318 des Rahmens 304 gleichmäßige Abmessungen aufweisen, sei klargestellt, dass die Strömungswege 352 vom distalen Ende 320 zum proximalen Ende 318 aufeinander zu verlaufen können, wodurch die Strömung beschleunigt wird.
Jede Brennstoffeinspritzfläche 346, 348 weist mehrere Brennstoffeinspritzkanäle 354 auf, die für eine Strömungsverbindung zwischen der Innenkammer 350 und den Strömungswegen 352 sorgen. Die Brennstoffeinspritzkanäle 354 sind beispielsweise entlang der Länge der Brennstoffeinspritzflächen 346, 348 (siehe 2) auf eine Weise voneinander beabstandet (z.B. in einer oder mehreren Reihen), die sich dafür eignet, den Brennstoffeinspritzkörper 340 in die Lage zu versetzen, zu funktionieren, wie hierin beschrieben.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, sind ferner die Seitenwände 326 des Rahmens 304 in einem Winkel in Bezug auf den Flansch 302 ausgerichtet, wodurch bewirkt wird, dass der Rahmen 304 vom distalen Ende 320 zum proximalen Ende 318 der Seitenwände 326 konvergiert. In manchen Ausführungsformen können die Endwände 328 auch oder stattdessen in einem Winkel in Bezug auf den Flansch 302 ausgerichtet sein. Die Seitenwände 326 und die Endwände 328 weisen ein allgemein lineares Querschnittsprofil auf. In anderen Ausführungsformen können die Seitensegmente 326 und die Endsegmente 328 jedes geeignete Querschnittsprofil aufweisen, das es ermöglicht, dass der Rahmen 304 zwischen dem distalen Ende 320 und dem proximalen Ende 318 wenigstens zum Teil konvergiert (z.B. kann mindestens eine Seitenwand 326 ein Querschnittsprofil aufweisen, das sich in Bogenform zwischen den Enden 320 und 318 erstreckt). Alternativ dazu kann es sein, dass der Rahmen 304 zwischen den Enden 320 und 318 nicht konisch ist (z.B. in anderen Ausführungsformen, wenn die Seitenwände 326 und die Endwände 328 jeweils ein im Wesentlichen lineares Querschnittsprofil aufweisen, das im Wesentlichen parallel zur Einspritzachse 312 ausgerichtet ist) .
7 stellt einen Querschnittsaufriss des Auslasselementes 310 des Brennstoffinjektors 300 entlang einer Linie 7-7 von 5 dar. Das Auslasselement 310 ist mit einer Vorderkante 411, einer Hinterkante 415, einer ersten Auslassseitenwand 416 und einer zweiten Auslassseitenwand 418 versehen. Die Auslassseitenwände 416, 418 sind länger als die Vorderkante 411 oder die Hinterkante 415, wodurch sie dem Auslasselement 310 eine allgemein längliche Form verleihen. Auch wenn die Vorderkante 411 und die Hinterkante 415 relativ linear dargestellt sind, sei klargestellt, dass eine oder beide von diesen Kanten 411 und 415 stattdessen bogenförmig oder gekrümmt sein kann/können. Auch wenn gezeigt ist, dass die Vorderkante 411 und die Hinterkante 415 ungefähr gleich lang sind, sei klargestellt, dass entweder die Vorderkante 411 oder die Hinterkante 415 länger sein kann als die entgegengesetzte Kante (415 bzw. 411), wodurch bewirkt wird, dass das Auslasselement 310 in der Längsrichtung (entlang L_INJ) konisch ist.
Das Auslasselement 310 weist eine Innenfläche 410, eine Außenfläche 412 und eine Bodenfläche 414 (in 5 gezeigt) auf. Die Innenfläche 410, die Außenfläche 412 und die Bodenfläche 414 definieren wenigstens zum Teil ein Plenum 360 für eine flüssige Brennstoffmischung, das mit dem Anschlussstück 334 für ein Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff in Strömungsverbindung steht. Das Plenum 360 für flüssige Brennstoffmischung nimmt eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser auf, die von der Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff empfangen werden. Das Plenum 360 für flüssige Brennstoffmischung liefert eine Mischung aus Wasser und flüssigem Brennstoff 20 zu einem Einspritzkanal 362 für flüssige Brennstoffmischung, der sich stromabwärts von der Hinterkante 344 des Einspritzkörpers 340 für (gasförmigen) Brennstoff befindet. Das Plenum 360 für flüssige Brennstoffmischung und der entsprechende Einspritzkanal 362 für flüssige Brennstoffmischung sind entlang einer Vorderkante 411 des Auslasselementes 310 angeordnet, wobei die Vorderkante 411 als in Bezug auf den Strom von Verbrennungsprodukten 26 durch das Flammrohr 112 stromaufwärts gelegener (oder Anström-) Abschnitt des Auslasselementes 310 definiert ist.
8 stellt eine alternative Konfiguration zum Einspritzen einer Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser in das Auslasselement 310 dar. Bei dieser Konfiguration ist ein Brennstoffinjektor 300b mit einem zweiten Einspritzkanal 364 für flüssige Brennstoffmischung und einem dritten Einspritzkanal 366 für flüssige Brennstoffmischung versehen, der stromabwärts vom Einspritzkanal 362 für flüssige Brennstoffmischung positioniert sind. In einer Ausführungsform weist der (erste) Einspritzkanal 362 für flüssige Brennstoffmischung, wie gezeigt, einen größeren Durchmesser auf als der zweite Einspritzkanal 364 für flüssige Brennstoffmischung, und der zweite Einspritzkanal 364 für flüssige Brennstoffmischung weist einen größeren Durchmesser auf als der dritte Einspritzkanal 366 für flüssige Brennstoffmischung. Durch die Verwendung von Einspritzkanälen 362, 364, 366 für eine flüssige Brennstoffmischung mit unterschiedlichen und abnehmenden Durchmessern werden Sprühbögen unterschiedlicher Längen erzeugt und unterschiedliche Strömungsvolumina zum Auslasselement 310 geliefert, was die Durchmischung der Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser mit der Luft 18, die durch die Strömungswege 352 strömt, fördern kann.
9 und 10 stellen zusätzliche Konfigurationen der vorliegenden Ausführungsform dar, bei denen flüssiger Brennstoff 21 und Wasser separat in das Auslasselement 310 eingespritzt werden. 9 stellt einen Brennstoffinjektor 300c dar, der einen einzelnen Brennstoffeinspritzkörper 340 aufweist, und 10 stellt einen Brennstoffinjektor 300d dar, der zwei Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b aufweist.
In diesen Ausführungsformen ist die Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff durch eine Rohr-in-Rohr-Baugruppe 210 ersetzt, in der eine Zufuhrleitung 216 für flüssigen Brennstoff 216 von einer Zufuhrleitung 218 für Wasser umgeben ist. Ebenso ist das Anschlussstück 334 für ein Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff durch ein Leitungsrohr-in-Leitungsrohr-Anschlussstück 374 ersetzt, in dem ein Leitungsrohr 376 für flüssigen Brennstoff innerhalb eines Wasserleitungsrohrs 378 angeordnet ist. Das Leitungsrohr 376 für flüssigen Brennstoff steht mit dem Plenum 380 für flüssigen Brennstoff in Strömungsverbindung, das den Einspritzkanal 382 für flüssige Brennstoffmischung speist. Das Wasserleitungsrohr 378 steht mit einem Wasserplenum 370, das einen Fluideinspritzkanal 372 speist, in Strömungsverbindung.
In einer alternativen Ausführungsform können die Wasserzufuhrleitung 218 und das Wasserleitungsrohr 378 durch eine Luftzufuhrleitung und ein Luftleitungsrohr (nicht separat dargestellt, aber vom Aufbau her gleich), das mit einer Quelle für verdichtete Luft 18 in Strömungsverbindung steht, ersetzt sein.
Durch die Verwendung konzentrischer Rohre 210 und Anschlussstücke 374 ist das Risiko einer Beschädigung aufgrund eines Austritts von flüssigem Brennstoff minimiert. In dem unwahrscheinlichen Fall eines Austritts von flüssigem Brennstoff wird der ausgetretene flüssige Brennstoff im äußersten Rohr 218 oder im Anschlussstück 378 gehalten und anschließend in den Brennstoffinjektor 300c, 300d befördert. Falls gewünscht, können Sensoren verwendet werden, um den Druck der Leitung 216 für die Zufuhr von flüssigem Brennstoff und/oder der Wasserzufuhrleitung 218 zu überwachen, um ein Leck in der Zufuhrleitung 216 für flüssigen Brennstoff und/oder der Wasserzufuhrleitung 218 zu erkennen, das sich auf die Leistung des Injektors 300c, 300d auswirken kann.
In einer Ausführungsform, wie oben beschrieben, sind sowohl der Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff als auch der Fluideinspritzkanal 372 stromabwärts von der Hinterkante 344 des Brennstoffeinspritzkörpers 340 angeordnet. In manchen Fällen kann es anzustreben sein, den Abstand zwischen dem Brennstoffeinspritzkanal 382 und der Hinterkante 344 zu minimieren, um die Zeit für die Durchmischung des flüssigen Brennstoffs 21 und der Luft 18 innerhalb des Auslasselementes 310 zu maximieren und gleichzeitig ein tieferes Eindringen der Tröpfchen des flüssigen Brennstoffs 21 in den quer strömenden Luftstrom zu erreichen.
In einer dargestellten Ausführungsform ist gezeigt, dass der Fluideinspritzkanal 372 stromaufwärts vom Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff liegt, was dazu beitragen kann, eine Verkokung der Brennstoffeinspritzkanal 362 zu minimieren. In anderen Fällen kann der Fluideinspritzkanal 372 jedoch stromabwärts vom Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff angeordnet sein.
Im Ausführungsbeispiel von 9 und 10 ist dargestellt, dass der Wassereinspritzkanal 372 und der Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff Durchmesser von gleicher Größe aufweisen. In anderen Fällen kann der Fluideinspritzkanal 372 jedoch kleiner oder größer sein als der Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff.
Im Ausführungsbeispiel von 9 und 10 ist ein einziger Fluideinspritzkanal 372 stromaufwärts von einem einzigen Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff angeordnet. In anderen Fällen können jedoch mehr als ein Fluideinspritzkanal 372 stromaufwärts von einem oder mehreren Brennflüssigkeitseinspritzkanälen 382 angeordnet sein. In noch anderen Fällen kann der Fluideinspritzkanal 372 stromaufwärts von mehr als einem Einspritzkanal 382 für flüssigen Brennstoff verwendet werden. Es wird in Betracht gezogen, dass dann, wenn mehrere Einspritzkanäle verwendet werden, die Kanäle 372 und/oder 382 in einer radialen Richtung oder in einer Umfangsrichtung angeordnet werden können (z.B. um die Vorderkante 411 des Auslasselementes 310 oder um den Umfangsrand des Auslasselementes 310) .
Wie in 10 gezeigt ist, kann der Einlassabschnitt 308 des Brennstoffinjektors 300d mehr als einen Brennstoffeinspritzkörper 340 aufweisen (das heißt Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b), die sich in jeder geeigneten Ausrichtung, die eine geeignete Anzahl von Strömungswegen 352 definiert, über dem Rahmen 304 erstrecken. Zum Beispiel weist in der Ausführungsform, die in 10 gezeigt ist, der Brennstoffinjektor 300d zwei einander benachbarte Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b auf, die drei voneinander beabstandete Strömungswege 352 innerhalb des Rahmens 304 definieren. In einer Ausführungsform sind die Strömungswege 352 gleichmäßig beabstandet, was sich daraus ergibt, das die Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b in Bezug auf die Einspritzachse 312 im gleichen Winkel ausgerichtet sind. Jeder Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b weist mehrere Brennstoffeinspritzkanäle 354 auf mindestens einer Brennstoffeinspritzfläche 346 oder 348 auf, wie oben beschrieben, so dass die Brennstoffeinspritzkanäle 354 mit einer entsprechenden Brennstoffkammer 350, die innerhalb von jedem der Brennstoffeinspritzkörper 340a, 340b definiert ist, in Strömungsverbindung stehen. Die Brennstoffkammern 350 stehen wiederum in Strömungsverbindung mit dem Anschlussstück 332 für ein Leitungsrohr, das gasförmigen Brennstoff 20 aus der Zufuhrleitung 202 für gasförmigen Brennstoff empfängt.
11 und 12 zeigen einen Brennstoffinjektor 300e, bei dem die Endwand 328 des Rahmens 304 und/oder der Montageflansch 302 in ihrem Inneren das Wasserplenum 370 und ein Mischplenum 390 definieren, in dem Wasser und Flüssigkeit vor dem Einspritzen vermischt werden. Wasser wird über eine oder mehrere Fluideinspritzkanäle 372 aus dem Wasserplenum 370 eingespritzt. Eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser wird aus dem Mischplenum 390 über einen oder mehrere Einspritzkanäle 392 für eine flüssige Brennstoffmischung eingespritzt.
Innerhalb der Endwand 328 des Brennstoffinjektors 300e hindert ein Durchflussbegrenzer 394 den flüssigen Brennstoff im Mischplenum 390 daran, in das Wasserplenum 370 zu strömen und durch den mindestens einen Fluideinspritzkanal 372 eingespritzt zu werden. Wasser aus dem Wasserleitungsrohr 378 strömt sowohl in das Wasserplenum 370 als auch das Mischplenum 390. Flüssiger Brennstoff strömt aus dem Leitungsrohr 376 für flüssigen Brennstoff in das Mischplenum 390, wo er sich mit Wasser vermischt. Eine Mischvorrichtung 396, die innerhalb des Mischplenums 390 angeordnet ist, fördert die Durchmischung des flüssigen Brennstoffs und des Wassers, ebenso wie eine Krümmung oder ein Bogen 398, die bzw. der zwischen der Mischvorrichtung 396 und dem mindestens einen Einspritzkanal 392 für flüssige Brennstoffmischung angeordnet ist.
In dem Ausführungsbeispiel liegt der Einspritzkanal 372 für flüssigen Brennstoff stromaufwärts von den Einspritzkanälen 392 für flüssige Brennstoffmischung. Durch Einführen von Wasser stromaufwärts vom flüssigen Brennstoff - und in manchen Ausführungsformen vor der Einführung der flüssigen Brennstoffmischung - werden die Temperatur der Luft, die durch den Einlassabschnitt 308 des Brennstoffinjektors 300e strömt, und die Temperatur der Oberflächen des Brennstoffinjektors 300e verringert, wodurch das Risiko für eine Selbstentzündung der flüssigen Brennstoffmischung verringert ist. Außerdem kann das Wasser einen Film entlang der Innenflächen der Wände 326, 328 und des Auslasselementes 310 erzeugen, was die Neigung des flüssigen Brennstoffs, entlang der Innenflächen zu verkoken, verringert.
13 stellt einen Brennstoffinjektor 300f dar, der eine weitere Variante des Brennstoffinjektors 300 ist. Im Brennstoffinjektor 300f ist das Plenum 1360 für flüssige Brennstoffmischung innerhalb des Auslasselementes 310 angeordnet und umgibt das Auslasselement 310 zum Teil oder ganz. Zum Beispiel kann sich das Plenum 360 für flüssige Brennstoffmischung entlang der Vorderkante 411, der Auslassseitenwände 416, 418 und der Hinterkante 415 erstrecken. Das Plenum 360 für flüssige Brennstoffmischung steht mit dem Anschlussstück 334 für ein Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff in Strömungsverbindung.
Eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser wird aus dem Plenum 1360 für flüssige Brennstoffmischung über mehrere Einspritzkanäle 1362 für flüssige Brennstoffmischung, die in der Umfangsrichtung entlang der Innenfläche 410 des Auslasselementes 310 verteilt sind, eingespritzt. Der Einlassabschnitt 308 des Brennstoffinjektors 300 kann einen einzigen Brennstoffeinspritzkörper 340, wie gezeigt, oder mehr als einen Brennstoffeinspritzkörper (z.B. 340a, 340b), wie in 10 gezeigt, aufweisen.
14 ist ein Querschnittsaufriss des Auslasselementes 310 des Brennstoffinjektors 300f von 13 entlang einer Linie 14-14. Die Einspritzkanäle 1362 für flüssige Brennstoffmischung sind um das Auslasselement 310 herum und in Strömungsverbindung mit dem Plenum 1360 für flüssige Brennstoffmischung angeordnet. Zur Vorderkante 411 des Auslasselementes 310 hin kann die Konzentration der Einspritzkanäle 1362 für flüssige Brennstoffmischung größer sein, wie dargestellt. Weniger und/oder kleinere Einspritzkanäle 1362 für eine flüssige Brennstoffmischung können entlang der Seiten und der Hinterkante 415 des Auslasselementes 310 angeordnet sein. Alternativ dazu können die Einspritzkanäle 1362 für flüssige Brennstoffmischung gleichmäßig um den Umfang des Auslasselementes 310 beabstandet sein.
15 ist eine Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors 300g. Bei dieser Konfiguration sind ein Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff und das Wasserplenum 1370 entlang der Seitenwand 416 und/oder der Seitenwand 418 des Auslasselementes 310 positioniert. Das Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff kann einen oder mehrere Einspritzkanäle 1382 für flüssigen Brennstoff entlang eines Umfangsabschnitts des Auslasselementes 310 speisen. Ebenso kann das Wasserplenum 1370 einen oder mehrere Fluideinspritzkanäle 1372 entlang desselben Umfangsabschnitts des Auslasselementes 310 speisen. Die Einspritzkanäle 1372 und/oder 1382 können den Strom senkrecht (d.h. „normal“) zur Innenfläche 410 des Auslasselementes 310 lenken oder können den Strom, wie gezeigt, in einem nichtrechten Winkel („gewinkelt“ oder „schräg“) in Bezug auf die Innenfläche 410 des Auslasselementes 310 lenken. Die Kanäle 1372 und/oder 1382 können in einer Aufwärtsrichtung oder einer Abwärtsrichtung in Bezug auf den Luftstrom durch den Einlassabschnitt 308 des Brennstoffinjektors 300g gewinkelt (unter einem Winkel angeordnet) sein. Die Kanäle 1372 können in einem ersten Winkel (einschließlich normal), der von der Ausrichtung der Kanäle 1382 verschieden ist, ausgerichtet sein. Alternativ dazu können die Kanäle 1372 und/oder 1382 in verschiedenen Abschnitten des Auslasselementes 310 in Winkeln ausgerichtet sein, die von anderen Kanälen 1372 und/oder 1382 jeweils verschieden sind.
Auch wenn in 15 dargestellt ist, dass das Wasserplenum 1370 und das Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff entlang beider Seitenwände 416, 418 des Auslasselementes 310 angeordnet sind, sei klargestellt, dass das Wasserplenum 1370 und das Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff entlang einer einzigen Seitenwand 416 oder 418 angeordnet sein können. Man beachte ferner, dass das Wasserplenum 1370 und das Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff ferner entlang oder innerhalb der Vorderkantenwand 411 und/oder Hinterkantenwand 415 angeordnet sein können. Anders ausgedrückt können das Wasserplenum 1370 und das Plenum 1380 für flüssigen Brennstoff innerhalb des Umfangs des Auslasselementes 310 angeordnet sein, wobei entsprechende Einspritzkanäle 1372, 1382 gleichmäßig oder ungleichmäßig (z.B. mehr zur Vorderkantenwand 411 hin) beabstandet sein können, wie oben erörtert.
16 stellt einen Brennstoffinjektor 300h dar, in dem eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser durch das Anschlussstück 334 für ein Leitungsrohr für flüssige Brennstoffmischung vor der Einspritzung durch eine Verwirblerbaugruppe (Drallerzeugerbaugruppe) 500 hindurch befördert wird. Die Verwirblerbaugruppe 500 ist an der Außenfläche 412 der Vorderkante 411 des Auslasselementes 310 befestigt. Die Verwirblerbaugruppe 500 (in 17 gezeigt) weist eine zentrale Nabe 502 auf, die von einem Verwirblergehäuse 504 umringt ist. Mehrere tragflächenförmige Verwirbelungsschaufeln 506 erstrecken sich zwischen der zentralen Nabe 502 und dem Verwirblergehäuse 504. Die Verwirbelungsschaufeln 506 teilen der Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser einen Impuls mit, wenn die Mischung durch einen Einspritzkanal 2362 für eine flüssige Brennstoffmischung befördert wird. Radial auswärts vom Verwirblergehäuse 504 befinden sich zwei Montageflansche 508, die verwendet werden, um die Verwirblerbaugruppe 500 am Auslasselement 310 zu befestigen.
Betrachtet man nun die Brennstoffinjektoren 300a bis 300h, so strömt während bestimmter Betriebsabläufe im Verbrennungsrohr 24 verdichtetes Gas 18 in den Rahmen 340 und durch die Strömungswege 352. Wenn der Brennstoffinjektor 300 (irgendeiner von 300a bis 300h) mit flüssigem Brennstoff betrieben wird, wird flüssiger Brennstoff 21 als Teil einer Flüssigkeit/Wasser-Mischung über das Anschlussstück 334 für ein Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff, das von der Zufuhrleitung 204 für flüssigen Brennstoff gespeist wird, am Brennstoffinjektor 300 bereitgestellt, oder als separate Lieferung aus dem Wasser, über eine Leitungsrohr-in-Leitungsrohr-Baugruppe 374, bei der das Leitungsrohr 376 für flüssigen Brennstoff von einer Zufuhrleitung 216 für flüssigen Brennstoff gespeist wird und das Wasserleitungsrohr 378 von der Wasserzufuhrleitung 218 gespeist wird. Der flüssige Brennstoff und das Wasser werden durch einen oder mehrere Einspritzkanäle (z.B. 354, 362, 364, 366, 372, 1362, 1372, 1382, 2362) in das Auslasselement 310 des Brennstoffinjektors 300 eingespritzt. Der flüssige Brennstoff wird durch die verdichtete Luft 18, die in den Rahmen 304 strömt, zerstäubt und wird durch das Auslasselement 310 und in die sekundäre Verbrennungszone 160 innerhalb der Brennkammerauskleidung 112 befördert (wie in 2 gezeigt ist).
In einem Co-Fire-Betrieb wird gasförmiger Brennstoff 20 durch die Zufuhrleitung 202 für gasförmigen Brennstoff und das Leitungsrohranschlussstück 332 in die inneren Brennstoffkammer(n) 350 des einen oder mehreren Brennstoffeinspritzkörper 340 befördert. Gasförmiger Brennstoff 20 strömt aus den Brennstoffkammern 350 durch die Brennstoffeinspritzkanäle 354 an den Brennstoffeinspritzflächen 346 und/oder 348 von jedem Brennstoffeinspritzkörper 340 im Wesentlichen in einer radialen Richtung in Bezug auf die Einspritzachse 312 und in die Strömungswege 352, wo sich der gasförmige Brennstoff 20 mit der verdichteten Luft 18 vermischt. Der gasförmige Brennstoff 20 und die verdichtete Luft 18 bilden eine Brennstoff/Luft-Mischung, die mit der flüssigen Brennstoffmischung durch das Auslasselement 310 in die sekundäre Verbrennungszone 160 eingespritzt wird (wie in 2 gezeigt).
Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme unterstützen die Einleitung eines flüssigen Brennstoffs in eine nachgelagerte Brennstoffstufe in einer Brennkammer. Insbesondere unterstützen die Verfahren und Systeme die Lieferung von flüssigem Brennstoff und Wasser durch einen Brennstoffinjektor auf solche Weise, dass die Verteilung des flüssigen Brennstoffs durch das gesamte verdichtete Gas hindurch verbessert wird. Die Verfahren und Systeme unterstützen somit eine Verbesserung der Gesamtbetriebsleistung einer Brennkammer, wie etwa einer Brennkammer in einer Turbinenbaugruppe. Dadurch wird die Ausgangsleistung erhöht und die Kosten in Verbindung mit dem Betrieb einer Brennkammer, wie beispielsweis einer Brennkammer in einer Turbinenbaugruppe, werden gesenkt. Darüber hinaus sorgen die vorliegenden Brennstoffinjektoren für eine größere Flexibilität im Betrieb, da die Brennstoffinjektoren dafür ausgelegt sind, sowohl flüssigen Brennstoff als auch Erdgas nacheinander oder gleichzeitig zu verbrennen.
Ausführungsbeispiele für Brennstoffinjektoren und Verfahren zu deren Herstellung sind die gleichen wie oben ausführlich beschrieben. Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme sind nicht auf die hierin konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern Komponenten der Verfahren und Systeme können vielmehr unabhängig und separat von anderen hierin beschriebenen Komponenten verwendet werden. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme andere Anwendungsmöglichkeiten haben, die nicht auf die Praxis im Zusammenhang mit Turbinenbaugruppen beschränkt sind, wie sie hierin beschrieben sind. Vielmehr können die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme in Verbindung mit verschiedenen anderen Industrien implementiert und verwendet werden.
Auch wenn die Erfindung im Hinblick auf verschiedene konkrete Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Gedankens und Schutzumfangs der Ansprüche ausgeführt werden kann.
Es ist ein Brennstoffinjektor für die radiale Einleitung einer Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser in eine Brennkammer geschaffen. Der Brennstoffinjektor weist einen Körper mit einem Rahmen, der einen Einlassabschnitt definiert, und einem Auslasselement auf, das einen Auslassabschnitt definiert. Ein Brennstoffplenum ist innerhalb des Auslasselementes definiert, und ein Brennstoffeinspritzkanal, der mit dem Brennstoffplenum in Verbindung steht, ist durch das Auslasselement hindurch definiert. Eine Brennstoffzufuhrleitung, die an dem Körper fixiert ist, stellt eine Verbindung zwischen einer Quelle für flüssigen Brennstoff und dem Brennstoffeinspritzkanal über das Brennstoffplenum her. Alternativ kann der Brennstoffinjektor eine drallerzeugende Vorrichtung, die mit dem Brennstoffeinspritzkanal in Verbindung stehend an dem Auslasselement montiert ist, und eine Brennstoffzufuhrleitung aufweisen, die an der drallerzeugenden Vorrichtung fixiert ist. In dieser Ausführungsform stellt die Brennstoffzufuhrleitun eine Verbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzkanal und einer Quelle für eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser über die drallerzeugende Vorrichtung her.
Bezugszeichenliste

Element	FIGUR(EN)	Beschreibung
10	1	Gasturbine
12	1	Einlassabschnitt des Verdichters
14	1	Arbeitsfluid (Luft)
16	1	Verdichter
18	1	Verdichtetes Arbeitsfluid
20	1	Gasförmiger Brennstoff
21	1	Flüssiger Brennstoff
22	1,3	Zufuhr von gasförmigem Brennstoff
23	1,3	Zufuhr von flüssigem Brennstoff
24	1	Brennkammern, Verbrennungsrohre
26	1	Verbrennungsgase
28	1	Turbine
30	1	Welle/Rotor
32	1	Generator
34	1	Abgase

		BRENNKAMMERKOMPONENTEN
112	2	Flammrohr, Einsatz
114	2,3	Außenhülse
118	2,3	Hinteres Ende
120	2	Kopfendabschnitt
122	2	Brennstoffdüsen am Kopfendabschnitt
124	2	Brennstoffeinlässe
126	2	Endabdeckung
128	2	Kappe
130	2,3	Vorderes Gehäuse
132	2	Ringraum zwischen Flammrohr und Außenhülse
140	2	Verdichterauslassgehäuse (CDC)
142	2	Luftplenum im CDC
150	2	Primäre Verbrennungszone
156	2	Zweite Brennstoff/Luft-Mischung
160	2	Sekundäre Verbrennungszone
170, L_COMB	2	Längsachse der Brennkammer (auch L_COMB)
R	2	Radiale Richtung relativ zu 170; siehe auch 312
C	2	Umfangsrichtung relativ zu 170
L_INJ	4	Längsachse des Injektors

200	2,3	AFS-System, axiales Brennstoffstufungssystem
202	2, 3, 4, 6, 7	Brennstoffzufuhrleitung zu AFS-Injektoren (Ersgas)
203	3	LF-Leitungs- oder Verteilerrohr
204	2,3,5,7	Brennstoffzufuhrleitung zu AFS-Injektoren (flüssiger Brennstoff) - flüssiger Brennstoff / Wasser
206	2	AFS-System-Schutzabdeckung
208		NICHT VERWENDET
210	9, 10	Rohr-in-Rohr-Baugruppe für separate Lieferung von Wasser/flüssigem Brennstoff
212		NICHT VERWENDET
214		NICHT VERWENDET
216	9, 10	Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff in Baugruppe 210
218	9, 10	Wasserzufuhrleitung in Baugruppe 210
254	2,3	Brennstoffeinlass in AFS-Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff

300	2, 3	Brennstoffinjektoren (AFS)
300a	4-7	Brennstoffinjektor mit Endwandeinspritzung aus einzelnem Plenum
300b	8	Brennstoffinjektor mit Endwandeinspritzung
		aus einzelnem Plenum (3 Kanäle)
300c	9	Brennstoffinjektor mit Endwandeinspritzung aus 2 Plenums
300d	10	Brennstoffinjektor mit Endwandeinspritzung aus 2 Plenums (2 Schaufeln)
300e	11, 12	Brennstoffinjektor mit Endwandeinspritzung aus Mischplenum
300f	13, 14	Brennstoffinjektor mit Seitenwandeinspritzung aus einzelnem Plenum
300g	15	Brennstoffinjektor mit Seitenwandeinspritzung aus 2 Plenums
300h	16	Brennstoffinjektor mit Verwirbelungsschaufeln am Brennstoffeinspritzkanal
302	4-7	Montageflansch
304	4,6	Rahmen
306	4, 6,7	Bohrungen (zum Montieren).
308	4	Einlassabschnitt
310	4,5,7	Auslasselement
312	2,4,5	AFS-Einspritzachse
314		NICHT VERWENDET
316		NICHT VERWENDET
318	4,5	Proximales Ende von Rahmenwänden (relativ zum Montageflansch)
320	4,5	Distales Ende von Rahmenwänden (relativ zum Montageflansch)
322	4,5	Proximales Ende vom Auslasselement (relativ zum Montageflansch)
324	4,5	Distales Ende vom Auslasselement (relativ zum Montageflansch)
326	4,5,6	Seitenwände des Rahmens
328	4,5,6	Endwände des Rahmens
330		NICHT VERWENDET
332	3, 4, 6, 7	Rohrleitungsanschlussstück für gasförmigen
		Brennstoff
334	3, 4, 5, 6, 7	Rohrleitungsanschlussstück für flüssigen Brennstoff
336	6	Erstes Ende des Brennstoffeinspritzkörpers 340 (zum Rohrleitungsanschlussstück 332 hin)
338	6	Zweites Ende des Brennstoffeinspritzkörpers 340
340	4,5,6	Brennstoffeinspritzkörper (NG)
342	5, 6	Vordere Kante des Brennstoffeinspritzkörpers 340
344	5,7	Hintere Kante des Brennstoffeinspritzkörpers 340
346	5	Brennstoffeinspritzfläche des Brennstoffeinspritzkörpers 340
348	5	Brennstoffeinspritzfläche des Brennstoffeinspritzkörpers 340
350	5	Innere Brennstoffkammer im Brennstoffeinspritzkörper 340
352	5, 6	Strömungswege durch Einlassabschnitt
354	4,5	Brennstoffeinspritzkanäle in Oberflächen 346, 348
356		NICHT VERWENDET
358		NICHT VERWENDET
360	5,7,8	Mischplenum für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300a
362	5,7,8	Mischungs-Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff (am weitesten stromaufwärts)
364	8	Zweiter Mischungs-Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff
366	8	Dritter Mischungs-Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff (am weitesten stromabwärts)
368		NICHT VERWENDET
370	9	Wasserplenum
372	9	Fluideinspritzkanal (Wasser)
374	9, 10	Leitungsrohr-in-Leitungsrohr-Baugruppe
376	9	Leitungsrohr für flüssigen Brennstoff (in Rohr-in-Rohr-Baugruppe 374)
378	9	Wasserleitungsrohr (in Rohr-in-Rohr-Baugruppe 374)
380	9	Plenum für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300c
382	9	Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300c, 300d
390	11, 12	Mischplenum in der Endwand des Brennstoffinjektors 300e
392	11, 12	Mischungs-Einspritzkanäle für flüssigen Brennstoff aus Mischplenum 390
394	12	Durchflussbegrenzer
396	12	Mischvorrichtung im Mischplenum 390
398	12	Krümmung/Bogen zwischen Mischvorrichtung und Brennstoffeinspritzkanal 392

		Teile des Auslasselementes 310
410	5,7	Innenfläche des Auslasselementes 310
411	7	Vorderkante des Auslasselementes 310
412	5,7	Außenfläche des Auslasselementes 310
414	5,7	Bodenfläche des Auslasselementes 310
415	12	Hinterkante des Auslasselementes 310
416	7	Erste Auslassseitenwand (auf Seite des Leitungsrohrs 334 für flüssigen Brennstoff)
418	7	Zweite Auslassseitenwand

500	14, 15	Verwirblerbaugruppe, Drallerzeugerbaugruppe
502	15	Zentrale Nabe
504	15	Verwirblergehäuse
506	15	Verwirblerschaufeln
508	15	Montageflansche

1360	11, 12	Mischplenum für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300e
1362	11, 12	Mischungs-Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff (am weitesten stromaufwärts)
1370	13	Wasserplenum im Brennstoffinjektor 300f
1372	13	Wassereinspritzkanal im Brennstoffinjektor 300f
1380	13	Plenum für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300f
1382	13	Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300f

2362	15	Mischungs-Einspritzkanal für flüssigen Brennstoff im Brennstoffinjektor 300g

Claims

Brennstoffinjektor für eine Gasturbinenbrennkammer, wobei der Brennstoffinjektor aufweist: einen Körper, der einen Rahmen, der einen Einlassabschnitt definiert, und ein Auslasselement aufweist, das sich stromabwärts von dem Rahmen erstreckt und einen Auslassabschnitt definiert, wobei der Körper einen Luftströmungsweg von dem Einlassabschnitt durch den Auslassabschnitt definiert und das Auslasselement in seinem Inneren eine Mischkammer definiert; ein Brennstoffplenum, das in dem Auslasselement definiert ist; einen Brennstoffeinspritzkanal, der durch das Auslasselement hindurch definiert ist und mit dem Mischplenum in Strömungsverbindung steht; und eine Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff, die an dem Körper fixiert ist, wobei die Brennstoffzufuhrleitung in Strömungsverbindung zwischen einer Quelle für flüssigen Brennstoff und dem Brennstoffeinspritzkanal über das Brennstoffplenum angeordnet ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, wobei die Zufuhrleitung für flüssigen Brennstoff koaxiale Rohre aufweist, die ein erstes Rohr und ein das erste Rohr umgebendes zweites Rohr umfassen, und wobei das erste Rohr mit der Quelle für flüssigen Brennstoff in Strömungsverbindung steht und das zweite Rohr mit einer Wasserquelle in Strömungsverbindung steht; wobei das erste Rohr und das zweite Rohr vorzugsweise mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung stehen, so dass eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser durch den Brennstoffeinspritzkanal in die Mischkammer befördert wird.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 2, das ferner ein in dem Auslasselement in der Nähe des Brennstoffplenums definiertes zweites Plenum und einen Fluideinspritzkanal aufweist, der durch das Auslasselement hindurch in axialer beabstandeter Beziehung zu dem ersten Einspritzkanal definiert ist, wobei der Fluideinspritzkanal mit dem zweiten Plenum in Strömungsverbindung steht und das zweite Rohr mit dem zweiten Plenum in Strömungsverbindung steht; wobei der Fluideinspritzkanal vorzugsweise stromaufwärts von dem Brennstoffeinspritzkanal in Bezug auf den Luftströmungsweg durch den Körper angeordnet ist.
Brennstoffinjektor nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante definiert; und wobei das Brennstoffplenum innerhalb der Vorderkante positioniert ist und der Brennstoffeinspritzkanal in der Nähe der Vorderkante angeordnet ist.
Brennstoffinjektor nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennstoffeinspritzkanal mehrere Brennstoffeinspritzkanäle aufweist, wobei jeder Kanal der mehreren Brennstoffeinspritzkanäle mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 5, wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle in einer axial beabstandeten Konfiguration in Bezug auf den Luftströmungsweg durch den Körper angeordnet sind; und/oder wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle einen ersten Kanal mit einem ersten Durchmesser, einen zweiten Kanal mit einem zweiten Durchmesser, der kleiner ist als der erste Durchmesser, und einen dritten Kanal mit einem dritten Durchmesser, der kleiner ist als der zweite Durchmesser, aufweisen; und wobei der erste Kanal axial stromaufwärts von dem zweiten Kanal angeordnet ist und der zweite Kanal axial stromaufwärts von dem dritten Kanal angeordnet ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 5, wobei sich das Brennstoffplenum in Umfangsrichtung durch wenigstens einen Abschnitt eines Umfangsrands des Auslasselementes erstreckt und wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle in Umfangsrichtung an dem entsprechenden wenigstens einen Abschnitt des Umfangsrandes des Auslasselementes angeordnet sind, wobei jeder von den mehreren Brennstoffeinspritzkanälen mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 7, wobei das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante definiert; und wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle um die Vorderkante herum verteilt sind; wobei sich das Brennstoffplenum vorzugsweise in Umfangsrichtung durch einen gesamten Umfangsrand des Auslasselementes erstreckt und wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle vorzugsweise in Umfangsrichtung um den gesamten Umfangsrand des Auslasselementes angeordnet sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 7, wobei das Auslasselement in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine Vorderkante und eine der Vorderkante entgegengesetzte Hinterkante definiert, wobei das Auslasselement ferner zwei Seitenwände zwischen der Vorderkante und der Hinterkante definiert; und wobei die mehreren Einspritzkanäle in einer größeren Konzentration um die Vorderkante herum als entlang der beiden Seitenwände und der Hinterkante verteilt sind.
Brennstoffinjektor nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennstoffeinspritzkanal unter einem Winkel in Bezug auf eine Innenfläche des Auslasselementes angeordnet ist; wobei der Brennstoffeinspritzkanal vorzugsweise mehrere Brennstoffeinspritzkanäle aufweist, wobei jeder Kanal der mehreren Brennstoffeinspritzkanäle mit dem Brennstoffplenum in Strömungsverbindung steht; und wobei die mehreren Brennstoffeinspritzkanäle vorzugsweise Brennstoffeinspritzkanäle mit in Bezug auf die Innenfläche des Auslasselementes unterschiedlichen Winkelausrichtungen aufweisen.
Brennstoffinjektor nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rahmen in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine vordere Endwand und eine hintere Endwand entgegengesetzt zu der vorderen Endwand definiert, wobei der Rahmen ferner zwei Seitenwände zwischen der vorderen Endwand und der hinteren Endwand definiert; wobei der Einlassabschnitt ferner eine erste Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel aufweist, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand über den Rahmen erstreckt, so dass sich der Luftströmungsweg zwischen der Leitschaufel und den Seitenwänden des Rahmens erstreckt, wobei die Leitschaufel ferner in ihrem Inneren eine erste Brennstoffkammer definiert und eine Brennstoffeinspritzöffnung aufweist, die mit der Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht; und wobei eine Zufuhrleitung für gasförmigen Brennstoff über die erste Brennstoffkammer zwischen einer Quelle für gasförmigen Brennstoff und der Brennstoffeinspritzöffnung in Strömungsverbindung steht.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 11, der ferner eine zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel aufweist, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand parallel zur ersten Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel über den Rahmen erstreckt, wobei die zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel in ihrem Inneren eine zweite Brennstoffkammer definiert, die mit der Zufuhrleitung für gasförmigen Brennstoff in Strömungsverbindung steht, und ferner eine zweite Brennstoffeinspritzöffnung in Strömungsverbindung mit der zweiten Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg definiert.
Brennstoffinjektor für eine Gasturbinenbrennkammer, wobei der Brennstoffinjektor aufweist: einen Körper, der einen Rahmen, der einen Einlassabschnitt definier, und ein Auslasselement aufweist, das sich stromabwärts von dem Rahmen erstreckt und einen Auslassabschnitt definiert, wobei der Körper einen Luftströmungsweg von dem Einlassabschnitt durch den Auslassabschnitt definiert und das Auslasselement in seinem Inneren eine Mischkammer definiert; einen Brennstoffeinspritzkanal, der durch das Auslasselement hindurch definiert ist und mit der Mischkammer in Strömungsverbindung steht; eine drallerzeugende Vorrichtung, die an einer Außenfläche des Auslasselementes in Strömungsverbindung mit dem Brennstoffeinspritzkanal montiert ist; und eine Brennstoffzufuhrleitung, das an der drallerzeugenden Vorrichtung fixiert ist, wobei die Brennstoffzufuhrleitung eine Strömungsverbindung zwischen dem Brennstoffeinspritzkanal und einer Quelle für eine Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser herstellt, so dass die Mischung aus flüssigem Brennstoff und Wasser über die drallerzeugende Vorrichtung durch den Brennstoffeinspritzkanal in die Mischkammer geliefert wird.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 13, wobei die drallerzeugende Vorrichtung mehrere Leitschaufeln aufweist, die an einer zentralen Nabe angefügt sind, so dass zwischen benachbarten Leitschaufeln Strömungswege definiert sind; und/oder wobei das Auslasselement eine Vorderkante, eine der Vorderkante entgegengesetzte Hinterkante und zwei Seitenwände definiert, die sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstrecken; und wobei der Brennstoffeinspritzkanal entlang der Vorderkante angeordnet ist und die drallerzeugende Vorrichtung in der Nähe der Vorderkante montiert ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 13, wobei der Rahmen in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsprodukten durch die Brennkammer eine vordere Endwand und eine hintere Endwand entgegengesetzt zu der vorderen Endwand definiert, wobei der Rahmen ferner zwei Seitenwände zwischen der vorderen Endwand und der hinteren Endwand definiert; wobei der Einlassabschnitt ferner eine erste Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel aufweist, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand über den Rahmen erstreckt, so dass der Luftströmungsweg zwischen der Leitschaufel und den Seitenwänden des Rahmens verläuft, wobei die Leitschaufel ferner in ihrem Inneren eine erste Brennstoffkammer definiert und eine Brennstoffeinspritzöffnung aufweist, die mit der Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht; und wobei eine zweite Brennstoffzufuhrleitung über die erste Brennstoffkammer zwischen einer Quelle für gasförmigen Brennstoff und der Brennstoffeinspritzöffnung in Strömungsverbindung steht; wobei der Brennstoffinjektor vorzugsweise ferner eine zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel aufweist, die sich von der vorderen Endwand zu der hinteren Endwand parallel zu der ersten Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel über dem Rahmen erstreckt, wobei die zweite Brennstoffeinspritzungs-Leitschaufel in ihrem Inneren eine zweite Brennstoffkammer, die mit der zweiten Brennstoffzufuhrleitung in Strömungsverbindung steht, und eine zweite Brennstoffeinspritzöffnung definiert, das mit der zweiten Brennstoffkammer und dem Luftströmungsweg in Strömungsverbindung steht.