DE102019219291A1

DE102019219291A1 - Gasturbinenbrennkammer und gasturbine

Info

Publication number: DE102019219291A1
Application number: DE102019219291.2A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Miura; Shohei Uramoto; Tomoya Murota; Yuki Kamikawa; Shingo Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: DE102019219291B4; JP2020118391A; CN111486475A; US11486301B2; CN111486475B; JP7112342B2; US20200240326A1

Abstract

Zur Unterdrückung der Trennung von Luftströmen in Luftlöchern, die in der äußersten Umfangsreihe einer Luftlochplatte angeordnet sind, aber weit entfernt von einer Umkehrführung liegen.Eine Gasturbinenbrennkammer umfasst: einen Innenzylinder, der eine Brennkammer bildet; einen Außenzylinder, der einen zylindrischen, von Druckluft durchströmten äußeren Umfangsströmungsweg zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder bildet; eine Abschlusskappe, die eine Stirnseite des Außenzylinders verschließt; eine Luftlochplatte mit Luftlöchern, die die durch den äußeren Umfangsströmungsweg hindurchströmende Druckluft in die Brennkammer einleitet; eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen, die einen Kraftstoff über die Luftlöcher in die Brennkammer einspritzen; eine Umkehrführung, die für den Innenzylinder oder die Luftlochplatte vorgesehen ist und eine Umkehrung der Druckluft führt, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg geführt wird; und eine Zusatzführung, die an einem äußeren Umfangsabschnitt einer den Kraftstoffdüsen zugewandten Fläche der Luftlochplatte vorgesehen ist, sodass sie auf einer Innenumfangsseite in Bezug auf die Umkehrführung positioniert ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine.
Beschreibung zum Stand der Technik
Da es eine soziale Forderung nach Reduzierung der negativen Umweltauswirkungen gibt, wird in den letzten Jahren auch bei der Entwicklung von Gasturbinenverbrennungsanlagen auf die Reduzierung der NO_x-Emissionsmengen gesetzt. Eine bekannte Methode zur Reduzierung der NO_x-Emissionsmengen ist die gleichmäßige Dispersionsverbrennung. Die gleichmäßige Dispersionsverbrennung ist ein Verfahren, bei dem ein Kraftstoff und Luft gleichmäßig verteilt und zum Verbrennen einer Brennkammer zugeführt werden und die Erzeugung lokaler Hochtemperaturbereiche reduziert werden kann, um dadurch die NO_x-Emissionsmengen zu reduzieren. Es wurde eine große Anzahl von Gasturbinenbrennkammern mit gleichmäßiger Dispersionsverbrennung vorgeschlagen und in einer bekannten Gasturbinenbrennkammer sind beispielsweise eine große Anzahl von Kraftstoffdüsen vorgesehen und eine große Anzahl von Luftlöchern ist koaxial zu den einzelnen Düsen angeordnet, siehe JP-2003-148734-A und dergleichen.
Hier nehmen viele Gasturbinenbrennkammern eine Konfiguration an, bei der am Außenumfang eines Innenzylinders oder einer Brennkammerlaufbuchse ein zylindrischer äußeren Umfangsströmungsweg vorgesehen ist und Druckluft aus einem Kompressor durch den äußeren Umfangsströmungsweg strömt, um dadurch den Innenzylinder zu kühlen. Die Druckluft, die den äußeren Umfangsströmungsweg passiert hat, kehrt an einer Stirnseite der Brennkammer um und wird einer Brennkammer zugeführt, um mit einem Kraftstoff zur Verbrennung vermischt zu werden. Der mit der Druckluft vermischte Kraftstoff wird dann in der Brennkammer verbrannt. Wenn auf diese Weise eine gleichmäßige Dispersionsverbrennung in einer Struktur angenommen wird, in der ein Luftströmungsweg an einer Stirnseite einer Brennkammer umkehrt, neigt der Luftvolumenstrom, der in Luftlöcher strömt, die näher an der Mittelachse der Brennkammer liegen, dazu, sich zu erhöhen und die Luftvolumenstrom, der in Luftlöcher strömt, die näher am Außenumfang liegen, nimmt tendenziell ab. Treten Abweichungen beim Luftvolumenstrom auf, treten auch Abweichungen zwischen den Kraftstoff-Luft-Verhältnissen in den Luftlöchern auf, die Flammentemperatur steigt in Bereichen mit hoher Kraftstoffkonzentration lokal an, was zu einer Erhöhung der NO_x-Emissionsmengen führt. Darüber hinaus steigt der Druckverlust, der entsteht, wenn ein Luftstrom in Bereichen mit hohen Luftmengen durch Luftlöcher strömt, was auch zu einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades einer Gasturbine führen kann. Dementsprechend ist es ein wichtiges Thema bei der gleichmäßigen Dispersionsverbrennung, die Gleichmäßigkeit der Luftströme durch die Luftlöcher zu verbessern.
In diesem Zusammenhang ist eine Konfiguration bekannt, bei der eine Umkehrführung, die von einem äußeren Umfangsströmungsweg zu Luftlöchern in der äußersten Umfangsreihe reibungslos verläuft, zu einer mit einer großen Anzahl von Luftlöchern versehenen Luftlochplatte vorgesehen ist, um Abweichungen der Luftmengen zu reduzieren, indem sie dem Luftstrom in Luftlöcher näher am Außenumfang hilft, siehe JP-2017-53276-A .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn eine Umkehrführung ringförmig ausgebildet ist, haben auch die Luftlöcher in der äußersten Umfangsreihe unterschiedliche radiale Positionen in einer Luftlochplatte, je nach Anordnung der Luftlöcher in Bezug auf die Luftlochplatte, d.h. die Abstände zur Umkehrführung sind unterschiedlich. Da die Luftlöcher, die näher am Außenumfang positioniert sind, nahe an der Umkehrführung liegen und Komponenten in axialer Richtung der Brennkammer in den Geschwindigkeitsvektoren der in die Luftlöcher strömenden Druckluft dominieren, erfolgt die Trennung der Ströme dort weniger einfach. Da jedoch die Luftlöcher, die näher am Innenumfang angeordnet sind, weit von der Umkehrführung entfernt sind und die Komponenten in radialer Richtung der Brennkammer in den Geschwindigkeitsvektoren der in die Luftlöcher strömenden Druckluft groß sind, erfolgt die Trennung der Ströme darin leichter, insbesondere an Abschnitten in der Nähe ihrer Eingänge.
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz einer Gasturbinenbrennkammer und einer Gasturbine, die die Trennung von Luftströmen in Luftbohrungen unterdrücken kann.
Um das vorstehend erläuterte Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenbrennkammer vor, die konfiguriert ist, um Druckluft, die von einem Kompressor zugeführt wird, mit einem Kraftstoff zu mischen, um den mit der Druckluft vermischten Kraftstoff zu verbrennen und ein erzeugtes Verbrennungsgas einer Turbine zuzuführen, wobei die Gasturbinenbrennkammer Folgendes umfasst: einen Innenzylinder mit einer darin gebildeten Brennkammer; einen Außenzylinder, der konfiguriert ist, um den Innenzylinder abzudecken und einen zylindrischen äußeren Umfangsströmungsweg zu bilden, durch den zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder die Druckluft strömt; eine Abschlusskappe, die konfiguriert ist, um eine Stirnseite des Außenzylinders auf einer gegenüberliegenden Seite von einer Seite der Turbine aus zu schließen; eine Luftlochplatte, die in eine Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Innenzylinders eingesetzt wird und eine Vielzahl von Luftlöchern aufweist, die die Druckluft einführen, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg hindurchgegangen ist und dann durch die Abschlusskappe in die Brennkammer gedämmt wird; eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen, die auf einer Abschlusskappenseite in Bezug auf die Luftlochplatte angeordnet sind, sodass der Kraftstoff über zugeordnete Luftlöcher zwischen der Vielzahl von Luftlöchern in die Brennkammer eingespritzt wird; eine Umkehrführung, die für den Innenzylinder oder die Luftlochplatte vorgesehen und konfiguriert ist, um zu einer Umkehrung der Druckluft zu führen, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg geleitet wurde; und eine Zusatzführung, die an einem äußeren Umfangsabschnitt einer den Kraftstoffdüsen zugewandten Oberfläche der Luftlochplatte vorgesehen ist, um auf einer Innenumfangsseite in Bezug auf die Umkehrführung positioniert zu werden und eine Form aufweist, die von der Abschlusskappe aus gesehen radial nach innen ragt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine vorgesehen werden, die die Trennung von Luftströmen in Luftlöchern unterdrücken können.
Figurenliste

ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Gasturbinenanlage, auf die eine Gasturbinenbrennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Struktur der Gasturbinenbrennkammer in darstellt;
ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts II in ;
ist ein Konfigurationsdiagramm einer Luftlochplatte und einer Umkehrführung, gesehen von der Seite, auf der sich eine Abschlusskappe befindet;
ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in ;
ist eine Abbildung, die ein weiteres Konfigurationsbeispiel für einen Brenner darstellt;
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
ist ein Konfigurationsdiagramm einer Luftlochplatte und einer Umkehrführung, gesehen von der Seite, auf der sich die Abschlusskappe in der Gasturbinenbrennkammer gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet;
ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in ;
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
ist eine Teilquerschnittsansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einem vergleichenden Beispiel.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert.
(Erste Ausführungsform)
- Gasturbinenanlage -
ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Gasturbinenanlage, auf die eine Gasturbinenbrennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die in der Abbildung dargestellte Gasturbinenanlage umfasst einen Kompressor 1, eine Gasturbinenbrennkammer, im Folgenden kurz Brennkammer genannt, 2, eine Turbine 3 und eine Ladevorrichtung 4. Der Kompressor 1, die Brennkammer 2 und die Turbine 3 bilden eine Gasturbine zum Antreiben der Ladevorrichtung 4. Obwohl die Ladevorrichtung 4 in der vorliegenden Ausführungsform ein Generator ist, kann eine Pumpe daran angebracht werden. Beachten Sie, dass eine Gasturbine in einigen Fällen typischerweise als „Gasturbinenmotor“ bezeichnet wird, und in diesen Fällen wird eine Turbine in einigen Fällen als „Gasturbine“ bezeichnet.
Der Kompressor 1 wird von der Turbine 3 rotierend angetrieben, verdichtet die aus dem Einlass angesaugte Luft A1 zur Erzeugung von Hochdruck-Druckluft oder Verbrennungsluft A2, die der Brennkammer 2 zugeführt werden soll. Die Brennkammer 2 mischt die vom Kompressor 1 zugeführte Druckluft A2 mit einem aus einem Kraftstoffsystem zugeführten Kraftstoff FU, nicht dargestellt, verbrennt den mit der Druckluft A2 gemischten Kraftstoff zu Flammen FL, siehe , und erzeugt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas G1, das der Turbine 3 zugeführt werden soll. Obwohl ein flüssiger Kraftstoff auch als Kraftstoff FU verwendet werden kann, ist der Kraftstoff FU in der vorliegenden Ausführungsform ein Gaskraftstoff. Die Turbine 3 ist koaxial mit dem Kompressor 1 gekoppelt und wird durch die Expansion des von der Brennkammer 2 zugeführten Verbrennungsgases G1 rotierend angetrieben. Das Verbrennungsgas G1, das die Turbine 3 angetrieben hat, wird als Abgas G2 aus der Gasturbine ausgestoßen. Ein Teil der Leistung der Turbine 3 wird als Antriebsleistung für den Kompressor 1 und der Rest der Leistung als Antriebsleistung für die Ladevorrichtung 4 verwendet. Die Ladevorrichtung 4 ist koaxial mit dem Kompressor 1 und der Turbine 3 gekoppelt und wandelt die Drehleistung der Turbine 3 in elektrische Energie um. Obwohl eine einachsige Gasturbine in der vorliegenden Ausführungsform dargestellt ist, gehören zweiachsige Gasturbinen zu denjenigen, auf die die Erfindung angewendet wird. Eine zweiachsige Gasturbine weist eine Konfiguration auf, die eine Hochdruckturbine und eine Niederdruckturbine, deren Drehachsen voneinander getrennt sind, umfasst, die Hochdruckturbine koaxial mit einem Kompressor gekoppelt ist und die Niederdruckturbine koaxial mit der Ladevorrichtung gekoppelt ist.
- Gasturbinenverbrenner -
ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Struktur der Brennkammer in darstellt. Eine Vielzahl solcher in der Abbildung dargestellter Brennkammern 2 ist an einem nicht dargestellten Gehäuse der Gasturbine in Umfangsrichtung befestigt. Jede Brennkammer 2 ist konfiguriert, um einen Innenzylinder oder eine Brennkammerlaufbuchse, 11, einen Außenzylinder oder eine Strömungslaufbuchse, 12, eine Abschlusskappe 13, einen Brenner 14, ein Übergangsrohr oder ein Übergangsstück 15 und dergleichen aufzunehmen.
Der Innenzylinder 11 ist ein zylindrisches Element mit einer darin ausgebildeten Brennkammer 11a und dient als Trennwand zwischen der vom Kompressor 1 zugeführten Druckluft A2 und dem von der Brennkammer 2 erzeugten Verbrennungsgas G1. Eine Stirnseite auf einer Turbinenseite des Innenzylinders 11 oder die rechte Seite in der Abbildung wird in das Übergangsrohr 15 eingesetzt. Eine Stirnseite auf einer Turbinenseite des Übergangsrohres 15 ist offen für einen, nicht dargestellten, Arbeitsmediumströmungsweg der Turbine 3. Das Übergangsrohr 15 ist ein Element zur Führung des in der Brennkammer 11a erzeugten Verbrennungsgases G1 zur Turbine 3.
Der Außenzylinder 12 ist ein zylindrisches Element und bedeckt den Außenumfang des Innenzylinders 11, um zwischen dem Außenzylinder 12 und dem Innenzylinder 11 einen zylindrischen äußeren Umfangsströmungsweg P1 zu bilden, durch den die Druckluft A2 strömt. Er ist konfiguriert, um den Innenzylinder 11 konvektiv zu kühlen, indem er die Druckluft A2 den Fließweg P1 des Außenumfangs passieren lässt. Darüber hinaus umfasst der Außenzylinder 12 einen Flansch 12a an einer Stirnseite auf einer Turbinenseite davon und ist über den Flansch 12a am Gehäuse der Gasturbine befestigt. Eine Stirnseite des Außenzylinders 12 gegenüber einer Seite, auf der sich die Turbine befindet, oder die linke Seite in der Abbildung, wird durch die Abschlusskappe 13 geschlossen. Durch die äußere Umfangsfläche des Innenzylinders 11 werden eine große Anzahl von Löchern gebildet, die nicht dargestellt sind, und ein Teil der durch den äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömenden Druckluft A2 wird durch die große Anzahl von Löchern im Innenzylinder 11 zur Brennkammer 11a geführt und zur Filmkühlung der inneren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 verwendet. Der Rest der Druckluft A2, mit Ausnahme des Teils, der für die Filmkühlung des Innenzylinders 11 verwendet wird, strömt durch den äußeren Umfangsströmungsweg P1 und wird durch die Abschlusskappe 13 gestaut und umgekehrt und dem Brenner 14 zugeführt. Die dem Brenner 14 zugeführte Druckluft A2 wird zusammen mit dem Kraftstoff FU in die Brennkammer 11a eingespritzt und der mit der Druckluft A2 vermischte Kraftstoff FU wird verbrannt.
- Brenner -
ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts II in , ist ein Konfigurationsdiagramm einer Luftlochplatte und einer Umkehrführung von der Seite aus gesehen, auf der sich die Abschlusskappe befindet und ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in . Die Konfiguration des Brenners 14 wird unter Bezugnahme auf bis sowie erläutert. Wie in diesen Abbildungen dargestellt, umfasst der Brenner 14 in der vorliegenden Ausführungsform eine Luftlochplatte 16 und eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen 17.
Die Luftlochplatte 16 ist ein scheibenförmiges Element und wird in einer Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Innenzylinders 11 oder der linken Seite in der Abbildung von der Seite, auf der sich die Abschlusskappe 13 befindet, eingesetzt. Diese Luftlochplatte 16 ist über eine Halterung 16a an Abschlusskappe 13 befestigt, siehe und . Eine Lippe 16b, die ein zylindrisches Element ist, ragt von einem Außenkantenabschnitt auf einer Brennkammerseite einer Stirnfläche der Luftlochplatte 16 in Richtung der Brennkammer 11a heraus. Die Lippe 16b ist bündig mit der äußeren Umfangsfläche der Luftlochplatte 16. Darüber hinaus ist zwischen der Luftlochplatte 16 und dem Innenzylinder 11 oder an einem zwischen der äußeren Umfangsfläche der Luftlochplatte 16 und der inneren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 gebildeten inneren Umfangsströmungsweg P2 eine Federdichtung 19 angeordnet. Die Luftlochplatte 16 wird von der inneren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 über die Federdichtung 19 gehalten. Die Federdichtung 19 soll den inneren Umfangsströmungsweg P2 nicht vollständig abdichten, sondern weist eine Vielzahl von Schlitzen auf, die nicht dargestellt sind.
Die Luftlochplatte 16 ist mit einer Vielzahl von Luftlöchern 18 versehen, die die Luftlochplatte 16 in Richtung Brennkammer 11a von der Seite, auf der sich die Abschlusskappe befindet, durchdringen. In dem in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Fall wird ein Mehrfachbrenner, der aus einer Vielzahl von Brennern besteht, nachstehend Teilbrenner 14a genannt, um sie von dem Brenner 14 zu unterscheiden, als Brenner 14 angenommen. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung auch auf eine Gasturbinenbrennkammer mit einem Brenner 14, der aus einem einzigen Teilbrenner 14a besteht, angewendet werden kann. Eine Luftlochgruppe, die von einem unterbrochenen Kreis in umgeben ist, bildet einen Teilbrenner 14a und in der in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Konfiguration ist ein Teilbrenner 14a in der Mitte von einer Vielzahl von, im vorliegenden Beispiel sechs, Teilbrennern 14a umgeben. In jedem Teilbrenner 14a bilden eine Vielzahl von Luftlöchern 18 eine Vielzahl von konzentrischen ringförmigen Reihen, wenn man sie von der Abschlusskappe 13 aus betrachtet. Obwohl und Konfigurationen veranschaulichen, in denen sich die Luftlöcher 18 linear entlang der Mittelachse der Brennkammer erstrecken, sind die Luftlöcher 18 in einigen Konfigurationen um einen Winkel α zur Mittelachse der Brennkammer geneigt, um eine Drallströmung in der Brennkammer 11a zu bilden, wie in dargestellt. Dies gilt auch für jede Ausführungsform einer zweiten Ausführungsform und letztere Ausführungsformen.
Die Vielzahl von Kraftstoffdüsen 17 sind auf einer Abschlusskappenseite in Bezug auf die Luftlochplatte 16 so angeordnet, dass der Kraftstoff FU über die entsprechenden Luftlöcher 18 unter der Vielzahl von Luftlöchern 18 in die Brennkammer 11a eingespritzt wird, und die Vielzahl von Kraftstoffdüsen 17 bilden einen gleichmäßigen Dispersionsbrenner, der einen Kraftstoff und Luft gleichmäßig zur Verbrennung verteilt. In der in der vorliegenden Ausführungsform dargestellten Konfiguration werden die Kraftstoffdüsen 17 durch die Abschlusskappe 13 getragen. Einzelne Kraftstoffdüsen 17 erstrecken sich parallel zur Mittelachse der Brennkammer und sind koaxial zu den entsprechenden Luftlöchern 18 oder Einlässen der entsprechenden Luftlöcher 18 angeordnet und die Spitzen der Kraftstoffdüsen 17 werden in die Luftlöcher 18 eingesetzt. Darüber hinaus sind die Innendurchmesser der Luftlöcher 18 größer als die Außendurchmesser der Kraftstoffdüsen 17 und zwischen den äußeren Umfangsflächen der Kraftstoffdüsen 17 und den inneren Umfangsflächen der Luftlöcher 18 sind Spalte vorgesehen, in die die Druckluft A2 strömt. Beachten Sie, dass in einigen Konfigurationen die Spitzen der Kraftstoffdüsen 17 nicht in die Luftlöcher 18 eingesetzt sind und die Kraftstoffdüsen 17 von den Luftlöchern 18 einen Abstand haben.
- Umkehrführung -
In der vorliegenden Ausführungsform sind dem Innenzylinder 11 an Positionen in der Nähe des Brenners 14 eine Umkehrführung 21 und eine Vielzahl von Kühlluftbohrungen 22 vorgesehen, sodass sie an einem Umkehrabschnitt des Strömungsweges der Druckluft A2 oder an einer Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Strömungsweges P1 des Außenumfangs A2 positioniert sind. Die Umkehrführung 21 ist ein ringförmiges Element, das zu einer Umkehrung der Druckluft A2 führt, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg P1 geführt wurde, und die Durchflussabweichungen der Druckluft A2 reduziert, die durch einzelne Luftlöcher 18 hindurchgeht. Die Umkehrführung 21 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein von den unten genannten Zusatzführungen 31 getrenntes Element. Diese Umkehrführung 21 ist an einer Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Innenzylinders 11 oder auf der linken Seite in vorgesehen und so konfiguriert, dass sie eine Interferenzfläche 21a und eine Führungsfläche 21b umfasst, sodass die Umkehrführung 21 von der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 in Richtung Außenzylinder ragt, während sie glatt mit der inneren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 verbunden ist. Die vorliegende Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, in dem der Überstand der Umkehrführung 21 von der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 11 zum Außenzylinder etwa 50 % bis 60 % des Abstands vom Innenzylinder 11 zum Außenzylinder 12 oder der Dicke des äußeren Umfangsströmungsweges P1 beträgt. Es ist jedoch zu beachten, dass es in dieser Hinsicht keine besondere Einschränkung gibt und der Überstand kleiner oder größer sein kann.
Die Interferenzfläche 21a ist ein Element zur Beeinflussung und Verzögerung des Durchflusses der Druckluft A2, die entlang der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 im äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömt. Die Interferenzfläche 21a liegt dem äußeren Umfangsströmungsweg P1 gegenüber, um die Druckluft A2 zu stören, die in der Nähe der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 im äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömt. Im Beispiel der vorliegenden Ausführungsform wird die planare Interferenzfläche 21a, die sich in radialer Richtung des Innenzylinders 11 erstreckt, d.h. die planare Interferenzfläche 21a zur Mittelachse der Brennkammer, dargestellt.
Die Führungsfläche 21b ist ein Element zum Führen einer Umkehrung der Druckluft A2, die von der Interferenzfläche 21a gestört und verzögert wurde, nachdem sie den Strömungsweg P1 des Außenumfangs passiert hat, und zum aktiven Führen der Druckluft A2 zu den Luftlöchern 18, die auf einer Außenumfangsseite der Luftlochplatte 16 angeordnet sind. Die Führungsfläche 21b besteht aus einer gebogenen Oberfläche und verbindet die innere Umfangsfläche des Innenzylinders 11 mit der Interferenzfläche 21a. Insbesondere erstreckt sich diese Führungsfläche 21b von der Interferenzfläche 21a zum Außenzylinder, dreht sich zum Abschlusskappe hin zu einem Bogen oder im Querschnitt von gegen den Uhrzeigersinn und erstreckt sich schließlich zur Turbine, um zur inneren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 fortzufahren. Wie in und dargestellt, weist die Umkehrführung 21 in Querschnitten, die entlang einer Ebene mit der Mittelachse der Brennkammer geschnitten sind, eine Querschnittsform auf, die derjenigen ähnlich ist, die entsteht, wenn ein dicker Flansch am Innenzylinder 11 vorgesehen ist, der an seinen Ecken abgerundet oder geglättet ist. Ein Kantenabschnitt der Führungsfläche 21b, der dem Abschlusskappe 13 am nächsten liegt, ist näher an der Abschlusskappe positioniert als eine Stirnfläche der Luftlochplatte 16, die näher an der Abschlusskappe ist.
Im Innenzylinder 11 ist eine Vielzahl der Kühlluftbohrungen 22 entlang der Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 vorgesehen. Die Vielzahl der Kühlluftlöcher 22 ist in konstanten Abständen in Umfangsrichtung an der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 vorgesehen. Die Kühlluftlöcher 22 in der vorliegenden Ausführungsform sind näher an der Abschlusskappe positioniert als die Federdichtung 19 und verbinden den äußeren Umfangsströmungsweg P1 und den inneren Umfangsströmungsweg P2.
- Zusatzführung -
In der vorliegenden Ausführungsform sind eine Vielzahl der Zusatzführungen 31 so vorgesehen, die auf einer Innenumfangsseite bezogen auf die Umkehrführung 21 positioniert sind. Diese Zusatzführungen 31 sind in Abständen dort zwischen einem äußeren Umfangsabschnitt einer den Kraftstoffdüsen 17 zugewandten Fläche der Luftlochplatte 16, d.h. einer der Abschlusskappe 13 zugewandten Fläche, vorgesehen und ragen von der den Kraftstoffdüsen 17 zugewandten Fläche in Richtung der Abschlusskappe 13 heraus. Die Zusatzführungen 31 und die Luftlochplatte 16 bilden einen einzigen Körper und können nach ihrer separaten Herstellung miteinander verbunden werden oder von Anfang an durch ein Verfahren wie die Einzelkörperbearbeitung integral geformt werden. Die Zusatzführungen 31 in der vorliegenden Ausführungsform sind von der oben genannten Umkehrführung 21 getrennte Elemente. Beachten Sie, dass in einer Variante jedes Paar von Zusatzführungen 31, die in Umfangsrichtung der Luftlochplatte 16 aneinander angrenzen, miteinander verbunden werden kann, und alle Zusatzführungen 31 zu einem einzigen Element verbunden werden können.
Von der Abschlusskappe 13 aus gesehen haben die einzelnen Zusatzführungen 31 eine Form, die radial nach innen vom Außenumfang der Luftlochplatte 16 oder vom Innenumfang der Umkehrführung 21 vorsteht. Insbesondere ist, von der Abschlusskappe 13 aus gesehen, in jedem dreieckigen Bereich X, siehe und , umgeben von zwei Teilbrennern 14a, die in Umfangsrichtung und Außenumfang der Luftlochplatte 16 aneinander angrenzen, jede Zusatzführung 31 in einer dem Bereich X entsprechenden Form ausgebildet. Die Zusatzführungen 31 sind an Positionen vorgesehen, die den Bereichen X entsprechen. Dadurch ist die Anzahl der Teilbrenner 14a in der äußeren Umfangsreihe der Luftlochplatte 16 und die Anzahl der Zusatzführungen 31 gleich, in der vorliegenden Ausführungsform sechs. Die vorstehend erwähnte Halterung 16a, siehe und , ist zwischen jedem Paar von Teilbrennern 14a angeordnet, die in Umfangsrichtung aneinandergrenzen, um den Einfluss auf den Durchfluss der Druckluft A2 in die Luftlöcher 18 zu reduzieren, und ist über die Zusatzführungen 31 in der vorliegenden Ausführungsform mit der Luftlochplatte 16 gekoppelt. Das heißt, die Halterung 16a verbindet direkt die Zusatzführungen 31 und die Abschlusskappe 13. Zusätzlich ist die Halterung 16a von der radial äußeren Seite aus mit den Zusatzführungen 31 verbunden, wie in und dargestellt.
Dann bilden die Zusatzführungen 31 die Führungsflächen 31a mit gebogenen Oberflächen. Die Führungsflächen 31a sind gebogene Flächen, die zur Mittellinie der Luftlochplatte 16 und der Abschlusskappe 13 vorstehen. In einem Querschnitt gesehen, siehe , entlang einer Ebene geschnitten, die die Mittellinie der Luftlochplatte 16 umfasst, weisen die Führungsflächen 31a glatte Windungen von einer Richtung in Richtung der radialen Mitte oder Mittellinie der Luftlochplatte 16 zu einer Richtung in Richtung der Turbine, d.h. einer Richtung in Richtung der Brennkammer 11a auf. In den Führungsflächen 31a gibt es keine Stufen oder Ecken. Darüber hinaus sind die Positionen der Kantenabschnitte an den jeweiligen Abschlusskappeneiten der Umkehrführung 21 und der Zusatzführungen 31 in axialer Richtung der Brennkammer zueinander ausgerichtet und bilden Führungsflächen, die sich radial nach innen über die Führungsfläche 21b hinaus erstrecken, wobei die Führungsflächen 31a der Führungsfläche 21b hinzugefügt werden. Die Führungsflächen 31a sind konfiguriert, um mit der Führungsfläche 21b zusammenzuwirken, um die Druckluft A2, die den äußeren Umfangsströmungsweg P1 radial nach innen etwas weiter durchlaufen hat, siehe , im Vergleich zu einem Strömungsweg nur entlang der Führungsfläche 21b oder der in dargestellten Strömung zu führen. In der vorliegenden Ausführungsform erstrecken sich die Zusatzführungen 31, wie in dargestellt, zur Abschlusskappe 13 hin, während sie radial nach außen geneigt sind, die Spalte zwischen den Führungsflächen 21b und 31a reduziert werden und der Einfluss auf eine Strömung, wenn sie über die Spalte zwischen den Führungsflächen 21b und 31a verläuft, reduziert wird.
Die Zusatzführungen 31 sind entsprechend der Anordnung der Luftlöcher 18, insbesondere der Form der radial äußersten Umfangsreihe der Luftlöcher 18 in der Luftlochplatte 16, ausgebildet. Anders gesagt, sind die Luftlöcher 18 in der äußersten Umfangsreihe der Luftlochplatte 16 entlang der Umkehrführung 21 oder der Zusatzführungen 31 angeordnet. Es ist jedoch zu beachten, dass sich die hier erwähnte äußerste Umfangsreihe der Luftlochplatte 16 von der äußersten Umfangsreihe der Teilbrenner 14a unterscheidet, die Luftlöcher 18 aller Teilbrenner 14a als eine Luftlochkombination betrachtet werden und die äußerste Umfangsreihe der Luftlochplatte 16 sich auf die Reihe von Luftlöchern bezieht, die sich in der Luftlochkombination befinden und dem Außenumfang am nächsten liegen. Die äußerste umlaufende Reihe der Luftlochplatte 16 ist die Reihe, die aus Luftlöchern 18 besteht, hinter denen auf der Außenseite keine weiteren Luftlöcher vorhanden sind, und zwar entlang gerader Linien, die sich radial nach außen von der Mitte der Luftlochplatte 16 erstrecken. Anschließend weisen die Zusatzführungen 31 auf ihrer Innenumfangsseite vertiefte und vorstehende Formen auf, die der Anordnung der Luftlöcher 18 in der äußersten Umfangsreihe entsprechen. Das bedeutet, dass die Formen der Zusatzführungen 31 an Umfangspositionen, an denen die Luftlöcher 18 in der äußersten Umfangsreihe auf der radial inneren Seite angeordnet sind, radial nach innen ragen im Vergleich zu anderen Luftlöchern 18 in der äußersten Umfangsreihe.
- Betrieb -
Während des Betriebs der Gasturbine wird die Luft A1 in den Kompressor 1 eingesaugt und verdichtet und als Hochdruck-Druckluft A2 aus dem Kompressor 1 abgeführt. Die aus dem Kompressor 1 abgeführte Druckluft A2 wird der Brennkammer 2 zugeführt und mit dem aus einem Kraftstoffsystem zugeführten Kraftstoff FU gemischt, nicht dargestellt, und der mit der Luft gemischte Kraftstoff wird verbrannt. Das so erzeugte Hochtemperatur-Verbrennungsgas G1 treibt die Turbine 3 an und die Ladevorrichtung 4 wird durch die rotierende Ausgangsleistung der Turbine 3 angetrieben.
Der Durchfluss eines Arbeitsmediums in der Brennkammer 2 während dieses Vorgangs wird beschrieben. Zunächst wird in der Brennkammer 2 der Bereich außerhalb des Innenzylinders 11 mit der Druckluft A2 versorgt, um einen erhöhten Druck zu erzeugen, der höher ist als der Druck in der Brennkammer 11a oder als der Druck im Innenraum des Innenzylinders 11, der das Verbrennungsgas G1 der Turbine 3 zuführt. Dementsprechend wird die Druckluft A2, die den äußeren Umfangsströmungsweg P1 passiert und durch die Abschlusskappe 13 gestaut wurde, umgekehrt, indem sie aufgrund der oben beschriebenen Druckdifferenz in die Luftlöcher 18 der Luftlochplatte 16 zurückgezogen wird. Gleichzeitig wird der Kraftstoff FU aus den Kraftstoffdüsen 17 in die Luftlöcher 18 eingespritzt und der Kraftstoff FU und die im Mischzustand befindliche Druckluft A2 werden aus jedem Luftloch 18 in die Brennkammer 11a ausgestoßen. Darüber hinaus strömt ein Teil der Druckluft A2 in den inneren Umfangsströmungsweg P2 zwischen dem Innenzylinder 11 und der Luftlochplatte 16 von einem Strömungswegeinlass auf einer Abschlusskappenseite und den Kühlluftlöchern 22, durchströmt den inneren Umfangsströmungsweg P2 zur Kühlung der Luftlochplatte 16 und wird in die Brennkammer 11a ausgestoßen.
Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil der Druckluft A2, der nahe der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 im äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömt, durch die Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 gestört und verzögert, um den statischen Druck in der vorliegenden Ausführungsform wiederherzustellen. Die von der Interferenzfläche 21a gestörte und an Moment verlorene Druckluft A2 wird in die Kühlluftlöcher 22 gesaugt oder umgekehrt, um von der Führungsfläche 21b der Umkehrführung 21 geführt zu werden, und wird dann in die Luftlöcher 18 eingesaugt, die relativ näher am Außenumfang der Luftlochplatte 16 oder im inneren Umfangsströmungsweg P2 positioniert sind. Darüber hinaus wird ein Teilstrom der Druckluft A2, der von der Führungsfläche 21b der Umkehrführung 21 geführt wird und in der Nähe der Halterung 16a verläuft, durch Spalte zwischen den Führungsflächen 21b und 31a in den inneren Umfang des Strömungsweges P2 gesaugt oder von den Führungsflächen 31a der Zusatzführungen 31 in die Luftlöcher 18 geleitet. Auf diese Weise werden Strömungsabweichungen am Innen- und Außenumfang der Luftlochplatte 16 reduziert, indem die Druckluft A2 auch zum Außenumfang der Luftlochplatte 16 mit den Führungsflächen 21b und 31a aktiv geführt wird.
- Vergleichendes Beispiel -
ist eine Teilquerschnittsansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einem vergleichenden Beispiel. In der in der Abbildung dargestellten Gasturbinenbrennkammer befinden sich an einer Stirnseite eines Innenzylinders keine Umkehrführungen. In diesem Fall treten Trennwirbel V an einem Umkehrabschnitt eines Strömungsweges auf, da ein Druckluftstrom einen Strömungsweg mit Außenumfang passiert hat, und die Luft weniger leicht in Luftlöcher auf der Außenumfangsseite einer Luftlochplatte strömt. Infolgedessen nehmen die Abweichungen zwischen den Luftmengen an den Luftlöchern auf der Innenumfangsseite der Luftlochplatte und den Luftlöchern auf der Außenumfangsseite der Luftlochplatte zu. Insbesondere die Kraftstoffkonzentration in einem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das aus den Luftlöchern auf der Außenumfangsseite der Luftlochplatte in eine Brennkammer ausgestoßen wird, nimmt zu, und dies wird zu einer Ursache für die Erhöhung der NO_x-Emissionsmengen. Da außerdem der Durchsatz der Druckluft, die durch die Luftlöcher auf der Innenumfangsseite der Luftlochplatte strömt, zunimmt, kann der Druckverlust zunehmen.
- Effekt -

(1) In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Teil der durch den äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömenden Druckluft A2 durch die Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 gestört, und die verzögerte Druckluft A2 wird durch die Führungsfläche 21b zum Außenumfang des Brenners 14 geführt. Dadurch können die im Beispiel von dargestellten Trennwirbel V reduziert, Abweichungen der Luftmengen zwischen innerer und äußerer Umfangsseite des Brenners 14 reduziert und auch die NOx-Erzeugung reduziert werden.

Hier kollidiert ein Teil der von der Umkehrführung 21 geführten Druckluft A2 ohne die Zusatzführungen 31 mit den Bereichen X, die sich an einer Stirnfläche der Abschlusskappenseite der Luftlochplatte 16 befinden und keine Luftbohrungen 18 aufweisen und strömt entlang der Stirnfläche der Luftlochplatte 16 in einem kürzeren Verlauf. Diese Strömung strömt bald in die Luftlöcher 18, die in ihrer Vorwärtsrichtung vorhanden sind, aber die Strömung strömt entlang der Stirnfläche der Luftlochplatte 16; dadurch wird die radial einströmende Geschwindigkeitskomponente dominant und die Strömung wird innerhalb der Luftlöcher 18 leichter getrennt.
Im Gegensatz dazu sind die Zusatzführungen 31 auf der Innenseite der Umkehrführung 21 in der vorliegenden Ausführungsform installiert, um dadurch die Druckluft A2, die ansonsten bei nur der Umkehrführung 21 in die Bereiche X geführt wird, weiter mit den Zusatzführungen 31 zu führen. Die von den Zusatzführungen 31 geführte Druckluft A2 macht einen Umweg unter Umgehung der Bereiche X und strömt in die entlang der Zusatzführungen 31 angeordneten Luftlöcher 18, die etwas weiter von der Umkehrführung 21 entfernt sind, mit Geschwindigkeitsvektoren mit großen Komponenten in axialer Richtung der Brennkammer. Die Trennung innerhalb der Luftlöcher 18 erfolgt weniger leicht, da der Strom der Druckluft A2 auf diese Weise in die Luftlöcher 18 gelangt ist. Dementsprechend ist es möglich, die Trennung von Luftströmen innerhalb der Luftlöcher 18 zu unterdrücken, die sich in der äußersten Umfangsreihe der Luftlochplatte 16 befinden, aber weit von der Umkehrführung 21 entfernt sind.

(2) Da die Zusatzführungen 31 die Führungsflächen 31a mit glatten Umkehrungen von der Richtung zur Mitte der Luftlochplatte 16 zur Richtung zur Turbine aufweisen, ist es möglich, eine gleichmäßige Umkehrung des Druckluftstroms A2 und eine effektive Strömung in die Luftlöcher 18 in axialer Richtung zu bewirken.

(3) Die Zusatzführungen 31 sind von der Umkehrführung 21 getrennte Elemente, und die Umkehrführung 21 ist an einer abschlusskappenseitigen Stirnseite des Innenzylinders 11 vorgesehen. Da die Umkehrführung 21 und der Innenzylinder 11 einen einzigen Körper bilden, entspricht die Mitte der Umkehrführung 21 der Mitte des Innenzylinders 11, und es ist möglich, Schwankungen des Überhangs der Umkehrführung 21 von der Außenumfangsfläche des Innenzylinders 11 aufgrund von Schwankungen in der Lagebeziehung zwischen der Umkehrführung 21 und dem Innenzylinder 11, die sich aus der Montage- oder Bearbeitungsgenauigkeit ergeben, zu unterdrücken. Bei Variationen in der Anzahl der Vorsprünge der Umkehrführung 21 im äußeren Umfangsströmungsweg P1 kann es zu Abweichungen bei der Menge der in einzelne Luftlöcher 18 strömenden Luftströme kommen, aber eine Zunahme der Abweichungen kann durch Bildung der Umkehrführung 21 und des Innenzylinders 11 als ein Körper unterdrückt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass beim Erreichen des vorstehend beschriebenen wesentlichen Effekts (1) die Umkehrführung 21 und der Innenzylinder 11 getrennte Elemente sein können, wie sie in einer zweiten Ausführungsform, einer vierten Ausführungsform und dergleichen beschrieben sind.

(4) Wenn die Umkehrführung 21 dem Innenzylinder 11 zugeordnet ist, muss die Halterung 16a mit der Luftlochplatte 16 parallel oder annähernd parallel zur Mittelachse der Brennkammer verbunden werden, um Störungen durch die Umkehrführung 21 zu vermeiden. Da die Zusatzführungen 31 so angebracht sind, dass sie von der Luftlochplatte 16 in Richtung der Abschlusskappe 13 ragen, ist es möglich, die Luftlochplatte 16 zu stützen, indem man von der radial äußeren Seite auf die Halterung 16a zugreift und diese Zusatzführungen 31 verwendet. Durch diese Vergrößerung der Abstände zwischen den Luftlöchern 18 und der Halterung 16a ist es möglich, den Einfluss der Halterung 16a auf die in die einzelnen Luftlöcher 18 strömenden Luftströme zu reduzieren. Es ist jedoch zu beachten, dass es zur Erzielung des vorstehend beschriebenen wesentlichen Effekts (1) nicht notwendig ist, die Halterung 16a über die Zusatzführungen 31 mit der Luftlochplatte 16 zu verbinden.

(5) Da sich die dem Außenumfang zugewandte Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 gegenüber dem Strömungsweg P1 in radialer Richtung des Innenzylinders 11 erstreckt, ist es möglich, der Druckluft A2 zu helfen, entlang der Druckluft A2 umzukehren, indem der Strom der Druckluft A2 aktiv durch den Außenumfang des Strömungsweges P1 fließt, der durch die Interferenzfläche 21a gestört und verzögert wird. Dadurch kann die Druckluft A2 effizient zu den Luftlöchern 18 geführt werden, die näher am Außenumfang der Luftlochplatte 16 mit der Führungsfläche 21b liegen.

(Zweite Ausführungsform)
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, ist ein Konfigurationsdiagramm einer Luftlochplatte und einer Umkehrführung in der vorliegenden Ausführungsform, gesehen von der Seite, auf der sich die Abschlusskappe befindet, und ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VIII-VIII in . , und entsprechen den , und , die die erste Ausführungsform darstellen. Elemente in der vorliegenden Ausführungsform, die mit denen in der bereits beschriebenen Ausführungsform übereinstimmen oder diesen entsprechen, erhalten in bis die gleichen Bezeichnungen wie die in den bereits erwähnten Zeichnungen, und Erklärungen dazu entfallen entsprechend.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Zusatzführungen 31 an der Luftlochplatte 16 integral mit der Umkehrführung 21 in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform ist die Umkehrführung 21 der Luftlochplatte 16 zugeordnet und ist integral mit den Zusatzführungen 31 ausgebildet. Insbesondere stellt die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration dar, in der die Zusatzführungen 31 an einer Vielzahl von Umfangspositionen radial nach innen aus der inneren Umfangsfläche der Umkehrführung 21 herausragen. Mit anderen Worten, dies ist eine Struktur, in der Teile, die im Vergleich zu anderen Umfangspositionen radial nach innen ragen, die Zusatzführungen 31 sind und die Umkehrführung 21 auf ihrer Außenumfangsseite verbunden ist. Die Positionen und Größen der Zusatzführungen 31 und die Formen der Führungsflächen 31a sind im Wesentlichen die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Die Halterung 16a verbindet die Umkehrführung 21 mit der Abschlusskappe und ist von der radial äußeren Außenseite mit der Umkehrführung 21 gekoppelt. Da die Umkehrführung 21 in der vorliegenden Ausführungsform der Luftlochplatte 16 zugeordnet ist, dient darüber hinaus ein Spalt 23 zwischen einer abschlusskappenseitigen Stirnfläche des Innenzylinders 11 und der Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 als Einlass für den inneren Umfangsströmungsweg P2. Dieser Einlass entspricht auch den Kühlluftbohrungen 22, siehe , in der ersten Ausführungsform. Die Struktur der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform in anderer Hinsicht.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform können ähnliche Effekte wie in der ersten Ausführungsform erreicht werden, da die Zusatzführungen 31 vorgesehen sind. Da die Zusatzführungen 31 integral mit der Umkehrführung 21 ausgebildet sind, können zudem Spalte und Stufen zwischen der Umkehrführung 21 und den Zusatzführungen 31 entfallen und die Fähigkeit der Zusatzführungen 31 als Führung für die Druckluft A2 weiter verbessert werden. Da die Umkehrführung 21 der Luftlochplatte 16 zugeordnet ist, kann der Abstand zwischen dem Einlass jedes Luftlochs 18 und der Halterung 16a durch Verbinden der Umkehrführung 21 und der Abschlusskappe 13 mit der Halterung 16a vergrößert werden.
(Dritte Ausführungsform)
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und der entspricht, die die erste Ausführungsform darstellt. Elemente in der vorliegenden Ausführungsform, die mit denen in den bereits beschriebenen Ausführungsformen übereinstimmen oder diesen entsprechen, erhalten in die gleichen Bezeichnungen wie die in den bereits erwähnten Zeichnungen und Erklärungen dazu entfallen entsprechend.
Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 zur Abschlusskappe oder der linken Seite in hin geneigt ist, bezogen auf die radiale Außenrichtung des Innenzylinders 11 in der vorliegenden Ausführungsform. Insbesondere stellt die vorliegende Ausführungsform eine Konfiguration dar, in der der Winkel, den die Interferenzfläche 21a mit der äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 bildet, kleiner ist als der Winkel, den die Interferenzfläche 21a mit einer Fläche orthogonal zur äußeren Umfangsfläche des Innenzylinders 11 bildet. Obwohl die Kühlluftbohrungen 22 weggelassen wurden, können sie ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform vorgesehen werden. Die Konfiguration ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform in anderer Hinsicht.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform können ähnliche Effekte wie in der ersten Ausführungsform durch Einbau der Zusatzführungen 31 erreicht werden. Darüber hinaus ist die Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 entlang der Strömung der Druckluft A2 geneigt, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg P1 strömt. Dies ist eine Konfiguration, bei der ein Schwerpunkt auf der Unterdrückung der Trennung einer Strömung von der Interferenzfläche 21a liegt. Mit dieser Konfiguration kann die Druckluft A2 dazu gebracht werden, die Führungsfläche 21b sanfter zu erreichen.
(Vierte Ausführungsform)
ist eine Teilschnittdarstellung, die die Struktur der Hauptteile einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und der entspricht, die die erste Ausführungsform darstellt. Elemente in der vorliegenden Ausführungsform, die mit denen in den bereits beschriebenen Ausführungsformen übereinstimmen oder diesen entsprechen, erhalten in die gleichen Bezeichnungen wie die in den bereits erwähnten Zeichnungen und Erklärungen dazu entfallen entsprechend.
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Beispiel, das durch die Kombination der Konfigurationen der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform realisiert wird. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform stellt eine Konfiguration dar, bei der die Zusatzführungen 31 an der Luftlochplatte 16 integral mit der Umkehrführung 21 vorgesehen sind und die Interferenzfläche 21a der Umkehrführung 21 in Richtung Abschlusskappe relativ zur radialen Außenrichtung des Innenzylinders 11 geneigt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Effekte erreicht werden, die in der zweiten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform erreicht werden können. Auf diese Weise können einzelne Ausführungsformen beliebig kombiniert und einer Kombination entsprechende Effekte erzielt werden.
(Variante)
Wie vorstehend erwähnt, kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf einen Mehrfachbrenner, sondern auch auf eine Gasturbinenbrennkammer mit einem Brenner 14 aus einem einzelnen Teilbrenner 14a angewendet werden. Wenn beispielsweise die Abstände zwischen den Luftlöchern in der äußersten Umfangsreihe groß sind, können die Zusatzführungen 31 in einer Konfiguration zwischen benachbarten Luftlöchern installiert werden. Darüber hinaus können, wie beispielsweise in JP-2010-256003-A dargelegt, wenn eine Konfiguration, bei der einige Luftlöcher in einer Luftlöcherreihe weggelassen werden, auf Luftlöcher in der äußersten Umfangsreihe eines einzelnen Brenners angewendet wird, Bereiche, bei denen Luftlöcher weggelassen werden, für die Zusatzführungen 31 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003148734 A [0002]
JP 2017053276 A [0004]
JP 2010256003 A [0041]

Claims

Gasturbinenbrennkammer, die konfiguriert ist, um Druckluft, die von einem Kompressor zugeführt wird, mit einem Kraftstoff zu mischen, um den mit der Druckluft gemischten Kraftstoff zu verbrennen, und um ein erzeugtes Verbrennungsgas einer Turbine zuzuführen, wobei die Gasturbinenbrennkammer umfasst: einen Innenzylinder mit einer darin ausgebildeten Brennkammer; einen Außenzylinder, der konfiguriert ist, um den Innenzylinder abzudecken und einen zylindrischen äußeren Umfangsströmungsweg zu bilden, durch den die Druckluft zwischen dem Außenzylinder und dem Innenzylinder strömt; eine Abschlusskappe, die konfiguriert ist, um eine Stirnseite des Außenzylinders auf einer gegenüberliegenden Seite von einer Seite, auf der sich die Turbine befindet, zu schließen; eine Luftlochplatte, die in einer Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Innenzylinders eingesetzt wird und eine Vielzahl von Luftlöchern aufweist, die die Druckluft einleiten, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg geleitet und dann durch die Abschlusskappe in der Brennkammer gestaut wird; eine Vielzahl von Kraftstoffdüsen, die auf einer Abschlusskappenseite in Bezug auf die Luftlochplatte angeordnet sind, sodass der Kraftstoff über zugeordnete Luftlöcher zwischen der Vielzahl von Luftlöchern in die Brennkammer eingespritzt wird; eine Umkehrführung, die für den Innenzylinder oder die Luftlochplatte vorgesehen und konfiguriert ist, um eine Umkehrung der Druckluft zu führen, die durch den Äußeren Umfangsströmungsweg geleitet wurde; und eine Zusatzführung, die an einem äußeren Umfangsabschnitt einer den Kraftstoffdüsen zugewandten Fläche der Luftlochplatte vorgesehen ist, um auf einer Innenumfangsseite in Bezug auf die Umkehrführung positioniert zu werden, und eine Form aufweist, die von der Abschlusskappe aus gesehen radial nach innen ragt.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 1, wobei, wenn man sie in einem Querschnitt sieht, der entlang einer Ebene geschnitten ist, die eine Mittellinie der Luftlochplatte umfasst, die Zusatzführung eine Führungsfläche aufweist, die mit einer gebogenen Fläche ausgebildet ist, die eine glatte Umkehrung von einer Richtung zu einer Mitte der Luftlochplatte zu einer Richtung zur Turbine aufweist.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 2, wobei Luftlöcher in einer radial äußersten Umfangsreihe der Luftlochplatte entlang der Umkehrführung oder der Zusatzführung angeordnet sind.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 2, wobei die Umkehrführung ein von der Zusatzführung getrenntes Element ist und an einer Stirnseite auf einer Abschlusskappenseite des Innenzylinders vorgesehen ist.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 4, ferner umfassend: eine Halterung, die konfiguriert ist, um die Zusatzführung und die Abschlusskappe zu verbinden.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 2, wobei die Umkehrführung an der Luftlochplatte integral mit der Zusatzführung vorgesehen ist.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 6, ferner umfassend: eine Halterung, die konfiguriert ist, um die Umkehrführung und die Abschlusskappe zu verbinden.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 2, wobei die Umkehrführung konfiguriert ist, um eine Interferenzfläche, die dem äußeren Umfangsströmungsweg zugewandt ist, und eine Führungsfläche, die mit einer gebogenen Oberfläche ausgebildet ist, die eine Umkehrung der Druckluft führt, die durch den äußeren Umfangsströmungsweg geführt wurde, aufzunehmen.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 8, wobei sich die Interferenzfläche in radialer Richtung des Innenzylinders erstreckt.
Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 8, wobei die Interferenzfläche in Richtung der Abschlusskappe in Bezug auf eine radial nach außen gerichtete Richtung des Innenzylinders geneigt ist.
Gasturbine, umfassend: einen Kompressor, der Luft komprimiert, um Druckluft abzuführen; die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 1, die die aus dem Kompressor zugeführte Druckluft mit einem Kraftstoff vermischt, um den mit der Druckluft vermischten Kraftstoff zu verbrennen; und eine Turbine, die konfiguriert ist, um durch Verbrennungsgas angetrieben zu werden, das von der Gasturbinenbrennkammer erzeugt wird.