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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine für eine Brennkammer verwendete Düse, einen Brenner, eine Brennkammer, eine Gasturbine und ein Gasturbinensystem. Diese Anmeldung beansprucht Priorität aufgrund der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-059127 , eingereicht in Japan am 20. März 2014, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin eingeschlossen ist.
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Stand der Technik
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In einer Brennkammer einer Gasturbine war ein Vormischtyp-Verbrennungsverfahren weit verbreitet. Das Vormischtyp-Verbrennungsverfahren mischt Kraftstoff mit Druckluft (Verbrennungsluft), die von einem Kompressor eingespeist wird, vor, um ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen und verursacht, dass das Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird (zum Beispiel, siehe Patentdokumente 1 bis 3). Als diese Art von Brennkammer gibt es eine bekannte Brennkammer, die eine Zünddüse aufweist, die auf der Mittelachsenlinie der Brennkammer vorgesehen ist, und eine Mehrzahl von Hauptdüsen, die parallel zur Zünddüse angeordnet sind, aufweist.
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In einer Gasturbinenbrennkammer kann bei Anwendung eines solchen Vormischtyp-Verbrennungsverfahrens ein Flammenrückschlag auftreten. Ein Flammenrückschlag ist ein Phänomen, bei dem sich die Flamme in eine Richtung, die der Strömungsrichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gegenüberliegt, in einen Bereich, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches gering ist, zurückbewegt.
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Patentdokument 4 offenbart eine Konfiguration, die im stromabwärtigen Endabschnitt eines Drallerzeugers mit einem Flüssigkeitsdüsenloch, von dem aus eine Flüssigkeit, wie Luft, ausgeblasen wird, vorgesehen ist. Der Drallerzeuger ist auf der Außenumfangsseite der Hauptdüse vorgesehen und bewirkt, dass die Druckluft, die vom Kompressor eingespeist wird, verwirbelt wird. Diese Konfiguration reduziert den Bereich, wo die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches gering ist, indem die Flüssigkeit vom Flüssigkeitsdüsenloch mit Hochgeschwindigkeit ausgestoßen wird, und verhindert das Auftreten eines Flammenrückschlags, indem die Kraftstoffkonzentration des stromabwärtigen Endabschnitts reduziert wird.
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Liste der Entgegenhaltungen
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2000-46333A
- Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 3139978
- Patentdokument 3: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. H8-261466A
- Patentdokument 4: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 2011-17334A
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Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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In der Konfiguration, die mit dem Flüssigkeitsdüsenloch in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnittes des Drallerzeugers, wie in Patentdokument 4 beschrieben, vorgesehen ist, kann das Auftreten des Flammenrückschlags allerdings verhindert werden, indem die Flüssigkeit in einen begrenzten Abschnitt ausgestoßen wird. Zum Beispiel, ein Präventionseffekt des Auftretens des Flammenrückschlags, indem die Flüssigkeit ausgestoßen wird, kann an der Spitze der Hauptdüse nicht erzielt werden.
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Die Strömungsgeschwindigkeit wird beim Abschnitt in der Nähe des Spitzenabschnitts der Hauptdüse gering, da der Abschnitt als ein Wirbelkern der Drallströmung, die vom Drallerzeuger erzeugt wird, dient. Wenn folglich der Flammenrückschlag auftritt, bewegt sich die Flamme zurück in Richtung des Spitzenabschnitts der Hauptdüse. Wenn sich die Flamme, die sich zurückbewegt, in der Nähe der Düsenspitzen verlangsamt, kann die Düsenspitze verbrannt werden. Die vorliegende Erfindung sieht eine Düse, einen Brenner, eine Brennkammer, eine Gasturbine und ein Gasturbinensystem vor, welches den Flammenrückschlag in Richtung des Düsenspitzenabschnitts verhindern kann.
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Technische Lösung
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Im ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkammer mit einer Düse, die konfiguriert ist, um Kraftstoff auszustoßen, vorgesehen. Die Düse ist mit einem Luftdüsenabschnitt vorgesehen, der bewirkt, dass Luft von einem Spitzenabschnitt ausgestoßen wird.
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Im zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brenner mit der Düse und dem Brennerausstoßkraftstoff vorgesehen.
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Im dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkammer mit einem Brenner, der im zweiten Aspekt beschrieben wird, vorgesehen. Die Brennkammer ist mit Folgendem vorgesehen: einem zylindrischen Teil, das die Düse von einer Außenumfangsseite davon abdeckt und einen Luftströmungsweg zwischen dem zylindrischen Teil und der Düse bildet; und einem Druckverlustabschnitt, der am Luftströmungsweg vorgesehen ist, wobei der Druckverlustabschnitt einen Druckverlust der Luft, die durch den Luftströmungsweg fließt, bewirkt. Die Düse ist mit Folgendem vorgesehen: zumindest einem Lufteinlassabschnitt, der Luft von einer Außenumfangsfläche, die eine stromaufwärtige Seite des Druckverlustabschnitts ist, einlässt; und einem Strömungswegbildungsabschnitt, der einen Strömungsweg bildet, der die Luft, die von zumindest einem Lufteinlassabschnitt zum Luftdüsenabschnitt eingelassen wird, leitet.
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Im vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst zumindest ein im dritten Aspekt beschriebener Lufteinlassabschnitt eine Mehrzahl von Lufteinlassabschnitten, wobei die Brennkammer derart konfiguriert sein kann, dass die Mehrzahl von Lufteinlassabschnitten an der Außenumfangsfläche der Düse angeordnet sind und derart, dass der Strömungswegbildungsabschnitt mit einem Zusammenführungsabschnitt vorgesehen ist, der bewirkt, dass die Luft, die von der Mehrzahl von Lufteinlassabschnitten eingelassen wird, mit einer stromaufwärtigen Seite des Luftdüsenabschnitts vereinigt wird.
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Im fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Brennkammer derart konfiguriert sein, dass der im dritten Aspekt beschriebene Strömungswegbildungsabschnitt einen Strömungsweg mit einem ringförmigen Querschnitt bildet.
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Im sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Brennkammer derart konfiguriert sein, dass der im dritten Aspekt beschriebene Strömungswegbildungsabschnitt eine Mehrzahl von Strömungswegen, die konzentrisch angeordnet sind, bildet.
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Im siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbine mit Folgendem vorgesehen: einer Brennkammer, die in einem der dritten bis fünften Aspekte beschrieben wird; und einem Turbinenhauptkörper, der mit einem Rotor, der durch von der Brennkammer eingespeistes Verbrennungsgas angetrieben wird, vorgesehen ist.
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Im achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Gasturbinensystem mit Folgendem vorgesehen: einer Brennkammer, die mit der im ersten Aspekt beschriebenen Düse vorgesehen ist; einem Turbinenhauptkörper, der mit einem Rotor, der durch von der Brennkammer eingespeistes Verbrennungsgas angetrieben wird, vorgesehen ist; einem Kammerluftversorgungsabschnitt, der Luft in eine Kammer des Turbinenhauptkörpers zum Luftdüsenabschnitt leitet; einem Regelventil, das die Luftversorgung von der Kammer zum Luftdüsenabschnitt im Kammerluftversorgungsabschnitt steuert; einem Erfassungsabschnitt, der das Auftreten eines Flammenrückschlags in der Brennkammer feststellt; und einer Steuervorrichtung, die das Öffnen/Schließen des Regelventils basierend auf dem Feststellungsergebnisses des Erfassungsabschnitts steuert.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Die Verwendung der Düse, des Brenners, der Brennkammer, der Gasturbine und des Gasturbinensystems, die zuvor beschrieben wurden, kann der Flammenrückschlag in Richtung des Düsenspitzenabschnitts verlässlich verhindern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine halbe Querschnittsansicht, die eine Übersichtskonfiguration einer Gasturbine gemäß dieser Ausführungsform darstellt.
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2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Brennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der Gasturbine darstellt.
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3 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Brennkammer darstellt.
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4 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration einer Hauptdüse der Brennkammer darstellt.
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5 ist eine Querschnittsansicht, die senkrecht zu einer Achse der Hauptdüse steht.
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6 stellt eine Weiterbildung der Hauptdüse dar.
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7 stellt eine Übersichtskonfiguration eines Gasturbinensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform dar.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine Düse, ein Brenner, eine Brennkammer, eine Gasturbine und ein Gasturbinensystem gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist eine halbe Querschnittsansicht, die eine Übersichtskonfiguration einer Gasturbine gemäß dieser Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die eine in der Gasturbine vorgesehene Brennkammer darstellt. 3 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Brennkammer darstellt. Wie in 1 dargestellt ist eine Gasturbine 1 in dieser Ausführungsform mit einem Kompressor 2, einer Mehrzahl von Brennkammern 10 und einer Turbine (Turbinenhauptkörper) 3 vorgesehen.
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Der Kompressor 2 lässt Luft von einer Lufteinlassöffnung als eine Arbeitsflüssigkeit ein und erzeugt Druckluft. Die Brennkammer 10 ist mit einer Auslassöffnung des Kompressors 2 verbunden. Die Brennkammer 10 stößt Kraftstoff zur Druckluft, die vom Kompressor 2 ausgelassen wird, aus, um zu bewirken, dass ein Verbrennungsgas, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, erzeugt wird. Die Turbine 3 wandelt die thermische Energie des Verbrennungsgases, das von der Brennkammer 10 eingespeist wird, in eine Rotationsenergie für einen Rotor 3a um, und bewirkt die Erzeugung einer Antriebskraft. Die Turbine 3 überträgt die erzeugte Antriebskraft zu einem Generator (nicht dargestellt), der mit dem Rotor 3a verbunden ist.
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Wie in 2 dargestellt, ist jede Brennkammer 10 mit einem Brennkammer-Hauptkörper 11 und einem Übergangsrohr 30 ausgestattet. Der Brennkammer-Hauptkörper 11 fungiert als eine Verbrennungskammer, die bewirkt, dass der zugeführte Kraftstoff mit der Druckluft A reagiert. Das Übergangsrohr 30 erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases B, das vom Brennkammer-Hauptkörper 11 einströmt, und führt das Verbrennungsgas B der Turbine 3 stromabwärts zu.
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Wie in 2 und 3 dargestellt, ist der Brennkammer-Hauptkörper 11 mit einem Innenzylinder 12 und einem Außenzylinder 13 vorgesehen. Der Innenzylinder 12 ist in einer zylindrischen Form gebildet. Der Außenzylinder 13 ist konzentrisch auf der Außenumfangsseite auf einer Endseite in der Mittelachsenrichtung des Innenzylinders 12 vorgesehen. Die Druckluft A, die zwischen dem Außenzylinder 13 und dem Innenzylinder 12 in den Brennkammer-Hauptkörper 11 fließt, wird um 180° auf einer Endseite 13a des Außenzylinders 13 gedreht und dem Innenzylinder 12 zugeführt.
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Wie in 3 dargestellt ist der Brennkammer-Hauptkörper 11 mit einem Zündbrenner 21 und Hauptbrennern (Brenner) 22 im Innenzylinder 12 ausgestattet.
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Der Zündbrenner 21 ist entlang der Mittelachse O des Innenzylinders 12 ausgestattet. Der Zündbrenner 21 stößt von einem Spitzenabschnitt 21a Kraftstoff, der von der Außenseite zugeführt wird, aus. Der Zündbrenner 21 erzeugt eine Flamme, indem der ausgestoßene Kraftstoff entzündet wird. Der Zündbrenner 21 ist mit einem Zündkorn 24 ausgestattet. Das Zündkorn 24 weist eine zylindrische Form auf und umgibt die Außenumfangsseite des Spitzenabschnitts 21a des Zündbrenners 21. Das Zündkorn 24 hat einen konischen Kornabschnitt 24c, der den Innendurchmesser davon von der Nähe des Spitzenabschnitts 21a des Zündbrenners 21 in Richtung der Richtung, in der die Flamme erzeugt wird, allmählich erhöht. Der konische Kornabschnitt 24c verbessert die Flammenstabilität, indem der Ausbreitungsbereich und die Richtung der Flamme geregelt wird.
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Die Mehrzahl von Hauptbrennern 22 sind im Zylinder 12 vorgesehen. Die Hauptbrenner 22 sind auf der Außenumfangsseite des Zündbrenners 21 mit Freiräumen dazwischen in einer Umfangsrichtung angeordnet. Jeder Hauptbrenner 22 erstreckt sich entlang der Mittelachse O des Innenzylinders 12.
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Eine Hauptdüse (Düse) 25 ist auf dem Spitzenabschnitt des Hauptbrenners 22 vorgesehen. Die Hauptdüse 25 hat eine Kreiskegelform, die den Außendurchmesser davon in Richtung dem Spitzenabschnitt 25s allmählich verringert.
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Der Hauptbrenner 22 ist mit einem Kegelteil (zylindrisches Teil) 26 auf der Außenumfangsseite der Hauptdüse 25 vorgesehen. Das Kegelteil 26 hat eine zylindrische Form und ist derart vorgesehen, dass die Hauptdüse 25 von der Außenumfangsseite davon umgeben ist. Das Kegelteil 26 wird gebildet, indem bewirkt wird, dass eine Seite 26a, die in der Nähe des Zündkorns 24 an der mittleren Seite des Innenzylinders 12 liegt, allmählich zur Außenumfangsseite in Richtung der Richtung, in der die Flamme erzeugt wird, geneigt wird. Das Kegelteil 26 bildet einen primären Strömungsweg R1, in dem die Druckluft A zwischen dem Kegelteil 26 und dem Hauptbrenner 22 fließt.
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Der Hauptbrenner 22 ist mit einem Hauptdrallerzeuger (Druckverlustsabschnitt) 27 im Kegelteil 26 vorgesehen. Der Hauptdrallerzeuger 27 überträgt eine Verwirbelungskraft in die Strömung im primären Strömungsweg R1. Der Hauptbrenner 22 stößt den Kraftstoff (Hauptkraftstoff) von einer Kraftstoffdüse (nicht dargestellt), die auf der Außenumfangsseite des Hauptbrenners 22, beispielsweise auf dem Hauptdrallerzeuger 27, vorgesehen ist, aus. Die Kraftstoffdüse (nicht dargestellt) kann an einem Abschnitt außer dem Hauptdrallerzeuger 27, beispielsweise an einem Abschnitt vorgesehen sein, der an einer stromabwärtigen Seite von einer Lufteinlassöffnung 52, die später beschrieben wird, auf der Außenumfangsflächenseite des Hauptbrenners 22 liegt. Der Kraftstoff wird mit Druckluft A im Innenzylinder 12 gemischt, um ein Kraftstoff-Luft-Vorgemisch F zu erhalten. Die Drallströmung, die vom Hauptdrallerzeuger 27 erzeugt wird, bewirkt, dass das Kraftstoff-Luft-Vorgemisch F durch den primären Strömungsweg R1 in stromabwärtiger Richtung fließt, während es rund um den Hauptbrenner 22 wirbelt.
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4 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Hauptdüse der Brennkammer darstellt. 5 ist eine Querschnittsansicht, die senkrecht zur Achse der Hauptdüse steht. Wie in 4 dargestellt, ist die Hauptdüse 25 mit einer Strömungswegöffnung (ein Strömungswegbildungsabschnitt) 50, einer Luftdüsenöffnung (Luftdüsenabschnitt) 51 und Lufteinlassöffnungen (Lufteinlassabschnitt) 52 ausgestattet.
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Die Strömungswegöffnung 50 erstreckt sich in der Axialrichtung der Hauptdüse 25. Wie in 4 und 5 dargestellt, werden in dieser Ausführungsform eine Mehrzahl von Strömungswegöffnungen 50 gebildet. Die Strömungswegöffnungen 50 sind mit Freiräumen dazwischen in einer Umfangsrichtung der Hauptdüse 25 angeordnet. Die Strömungswegöffnungen 50 sind konzentrisch zur Hauptdüse 25 angeordnet. Während 5 den Fall darstellt, in dem die Strömungswegöffnungen 50 gebildet werden, können die Strömungswegöffnungen 50 zwei oder mehr sein. Der Strömungswegbildungsabschnitt der vorliegenden Erfindung wird durch die Mehrzahl der Strömungswegöffnungen 50 gebildet.
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Wie in 4 dargestellt, wird die Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 geöffnet und gebildet. Die Mehrzahl von Lufteinlassöffnungen 52 sind auf der Außenumfangsfläche der Hauptdüse 25 gebildet. Jede Lufteinlassöffnung 52 wird gebildet, indem bewirkt wird, dass ein Ende der Strömungswegöffnung 50 auf der Außenumfangsfläche der Hauptdüse 25 geöffnet wird. Jede Lufteinlassöffnung 52 wird an der stromaufwärtigen Seite des Hauptdrallerzeugers 27 auf der Außenumfangsfläche der Hauptdüse 25 geöffnet.
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Die Mehrzahl der Strömungswegöffnungen 50 werden in einem Zusammenführungsabschnitt 54 in der Hauptdüse 25 zu einer vereinigt, um mit einer Luftdüsenöffnung 51 zu kommunizieren. Auf diese Weise bilden die Strömungswegöffnungen 50 einen Strömungsweg der ausgestoßenen Luft R2, der die Druckluft A leitet, die von der Lufteinlassöffnung 52, die eine stromaufwärtige Seite des Hauptdrallerzeugers 27 zur Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 ist, eingelassen wird.
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Im Hauptbrenner 22, der mit einer solchen Hauptdüse 25 ausgestattet ist, fließt ein Teil der Druckluft A, die durch den primären Strömungsweg R1 fließt, in die Strömungswegöffnung 50 von der Lufteinlassöffnung 52 und wird dann von der Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 ausgestoßen. Wenn die Druckluft A von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird, wird die Kraftstoffkonzentration des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F in der Nähe des Spitzenabschnitts 25s der Hauptdüse 25 gesenkt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 wird durch die Druckluft A, die von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird, erhöht.
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Im primären Strömungsweg R1, der zwischen der Hauptdüse 25 und dem Kegelteil 26 gebildet wird, tritt ein Druckverlust des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F, das durch den primären Strömungsweg R1 fließt, aufgrund des Dralls des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F am Hauptdrallerzeugers 27 auf. Die Hauptdüse 25 hat eine Lufteinlassöffnung 52 an der stromaufwärtigen Seite des Hauptdrallerzeugers 27 und sie hat eine Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 an der stromabwärtigen Seite des Hauptdrallerzeugers 27. Folglich wird mit dem Druckverlust am Hauptdrallerzeuger 27 ein Druckunterschied zwischen der Lufteinlassöffnung 52 und der Luftdüsenöffnung 51 bewirkt. Insbesondere ist der Druck auf der Lufteinlassöffnungs 52-Seite größer als der Druck auf der Luftdüsenöffnungs 51-Seite. Der Druckunterschied erzeugt eine Strömung, die von der Lufteinlassöffnung 52 zur Luftdüsenöffnung 51 im Strömungsweg der ausgestoßenen Luft R2, der durch die Strömungswegöffnung 50 gebildet wird, stammt. Auf diese Weise kann Luft von der Lufteinlassöffnung 52, die auf der Außenumfangsfläche der Hauptdüse 25 gebildet ist, entsprechend in den Strömungsweg der ausgestoßenen Luft R2 gebracht werden.
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Folglich wird, gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, durch Vorsehen der Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25, die Kraftstoffkonzentration des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F in der Nähe des Spitzenabschnitts 25s der Hauptdüse 25 gesenkt, wenn die Druckluft A von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird. Dadurch wird es unwahrscheinlich, dass die Flamme am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 erzeugt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoff-Luft-Vorgemisches F am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 wird durch die Druckluft A, die von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird, erhöht. Wenn ein Flammenrückschlag auftritt, ist es folglich unwahrscheinlich, dass sich die Flamme zum Düsenspitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 zurückbewegt. Auf diese Weise können der Rückfluss und das Auftreten des Flammenrückschlags in Richtung des Spitzenabschnitts 25s der Hauptdüse 25 verlässlich verhindert werden. Folglich kann das Ausbrennen der Hauptdüse 25 auch vermieden werden.
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Zusätzlich hat die Strömungswegöffnung 50, die mit der Luftdüsenöffnung 51 kommuniziert, die Lufteinlassöffnung 52 an der stromaufwärtigen Seite des Hauptdrallerzeugers 27 und sie hat eine Luftdüsenöffnung 51 am Spitzenabschnitt 25s der Hauptdüse 25 an der stromabwärtigen Seite des Hauptdrallerzeugers 27. Folglich kann mit dem Druckunterschied zwischen der Lufteinlassöffnung 52 und der Luftdüsenöffnung 51, der durch den Druckverlust am Hauptdrallerzeuger 27 bewirkt wird, Luft von der Lufteinlassöffnung 52 entsprechend in den Strömungsweg der ausgestoßenen Luft R2 gebracht werden. Dadurch kann ein Flammenrückschlag verlässlich und wirksam verhindert werden.
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Die Hauptdüse 25 hat eine Mehrzahl von Gruppen der Lufteinlassöffnung 52 und der Strömungswegöffnung 50 und diese Gruppen werden im Zusammenführungsabschnitt 54 vereinigt. Dadurch wird bewirkt, dass die Luft, die von der Mehrzahl an Lufteinlassöffnungen 52 aufgenommen wird, durch den Strömungsweg der ausgestoßenen Luft R2, der an der Strömungswegöffnung 50 gebildet wird, fließt, und die Luft wird im Zusammenführungsabschnitt 54 vereinigt. Dann wird die vereinigte Luft von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen. Dadurch kann die Menge der Luft, die von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird, erhöht werden.
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Da der Strömungswegbildungsabschnitt ferner eine Mehrzahl von Strömungswegöffnungen 50 konzentrisch bildet, kann der Querschnittsbereich des Strömungswegs einfach vergrößert werden und die Bearbeitbarkeit des Strömungswegbildungsabschnitts kann verbessert werden.
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(Weiterbildung der ersten Ausführungsform)
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In der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wird, ist die Hauptdüse 25 einschließlich, aber nicht ausschließlich, mit der Mehrzahl von Strömungswegöffnungen 50 vorgesehen. 6 stellt eine Weiterbildung der Hauptdüse dar. Wie in 6 dargestellt kann die Strömungswegöffnung 50B derart gebildet werden, dass die Form des Querschnitts davon ringförmig ist. Das kann erhalten werden, indem die Hauptdüse 25 als eine Doppelrohrstruktur konfiguriert wird. Eine solche Konfiguration ermöglicht, dass der Querschnittsbereich des Strömungswegs einfach vergrößert wird, um eine ausreichende Größe des Querschnittsbereichs verglichen mit dem Fall, in dem die Mehrzahl von Strömungswegöffnungen 50 gemeinsam vorgesehen sind, sicherzustellen. Dadurch kann die Menge der Luft, die von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird, erhöht werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Ein Gasturbinensystem gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. In der zweiten Ausführungsform, die nachstehend beschrieben wird, werden dieselben Teile wie in der ersten Ausführungsform unter Verwendung derselben Zeichen beschrieben, wobei überschneidende Beschreibungen ausgelassen werden. 7 stellt eine Übersichtskonfiguration eines Gasturbinensystems gemäß der zweiten Ausführungsform dar. Wie in 7 dargestellt, ist ein Gasturbinensystem 100 in dieser Ausführungsform mit einer Brennkammer 10, einer Turbine 3 (siehe 1), einem Kammerluftversorgungsrohr (Kammerluftversorgungsabschnitt) 60, einem Regelventil 61, einem Erfassungssensor (Erfassungsabschnitt) 62 und einer Steuervorrichtung 63 vorgesehen.
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Eine Hauptdüse 25B des Hauptbrenners 22, der auf der Brennkammer 10 vorgesehen ist, ist mit einer Luftdüsenöffnung 51 an einem Spitzenabschnitt 25s vorgesehen. In der Hauptdüse 25B wird eine Strömungswegöffnung 50, die mit der Luftdüsenöffnung 51 kommuniziert, an einem Ende gebildet.
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Das Kammerluftversorgungsrohr 60 ist mit dem anderen Ende der Strömungswegöffnung 50 der Hauptdüse 25B verbunden. Das Kammerluftversorgungsrohr 60 liefert die Druckluft A in eine Kammer der Turbine 3 zur Luftdüsenöffnung 51. Die Luft wird dabei von der Luftdüsenöffnung 51 der Hauptdüse 25B ausgestoßen.
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Das Regelventil 61 ist am Kammerluftversorgungsrohr 60 vorgesehen. Durch Öffnen/Schließen des Regelventils 61 wird die Versorgung der Druckluft A von der Kammer zur Luftdüsenöffnung 51 im Kammerluftversorgungsrohr 60 gesteuert.
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Der Erfassungssensor 62 stellt das Auftreten eines Flammenrückschlags in der Brennkammer 10 fest. Als diese Art von Erfassungssensor 62 können ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Lichtintensitätssensor und dergleichen, der in der Nähe der Hauptdüse 25B des Hauptbrenners 22 vorgesehen ist, verwendet werden. Der Erfassungssensor 62 erfasst eine Temperatur, einen Druck, eine Lichtintensität und dergleichen in der Nähe der Hauptdüse 25B und gibt die erfassten Daten an die Steuervorrichtung 63 aus.
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Die Steuervorrichtung 63 steuert das Öffnen/Schließen des Regelventils 61 basierend auf dem Feststellungsergebnis des Erfassungssensors 62. Die Steuervorrichtung 63 stellt fest, ob ein Flammenrückschlag in der Nähe der Hauptdüse 25B aufgetreten ist oder nicht, indem die Änderung der Parameter, wie beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, eine Lichtintensität und dergleichen, die durch den Erfassungssensor 62 festgestellt wird, überwacht werden. Und wenn die Steuervorrichtung 63 feststellt, dass der Flammenrückschlag aufgetreten ist, öffnet die Steuervorrichtung 63 das Regelventil 61. Wenn das Regelventil 61 geöffnet wird, wird die Druckluft A in die Kammer der Turbine 3 zur Luftdüsenöffnung 51 über das Kammerluftversorgungsrohr 60 geleitet. Das bewirkt, dass die Luft von der Luftdüsenöffnung 51 der Hauptdüse 25B ausgestoßen wird, wodurch ermöglicht wird, den Rückfluss und das Auftreten des Flammenrückschlags in Richtung des Spitzenabschnitts 25s der Hauptdüse 25 verlässlich zu verhindern. Folglich kann das Ausbrennen der Hauptdüse 25 vermieden werden.
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Wenn der Betriebszustand der Gasturbine 1 einen vorbestimmten Zustand einnimmt, kann die Steuervorrichtung 63 das Regelventil 61 öffnen, um zu bewirken, dass die Luft von der Luftdüsenöffnung 51 der Hauptdüse 25B ausgestoßen wird.
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In Übereinstimmung mit einem derartigen Gasturbinensystem 100 kann die Druckluft A von der Luftdüsenöffnung 51 basierend auf der Steuerung durch die Steuervorrichtung 63 ausgestoßen werden, wenn ein Flammenrückschlag auftritt, wahrscheinlich auftreten wird und dergleichen. Dadurch können der Rückfluss und das Auftreten des Flammenrückschlags in Richtung des Spitzenabschnitts 25s der Hauptdüse 25 verhindert werden. Diese Art von Steuerung kann die Luft bei Bedarf stoppen, damit sie nicht von der Luftdüsenöffnung 51 ausgestoßen wird.
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(Andere Weiterbildungen)
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In den oben stehenden Ausführungsformen fungiert der Hauptdrallerzeuger 27 als der Druckverlustabschnitt, aber der Druckverlustabschnitt beschränkt sich nicht auf den Hauptdrallerzeuger 27. Jede Konfiguration ist möglich, solange die Konfiguration einen Druckverlust in der Luft, die durch den Luftströmungsweg fließt, bewirken kann.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann auf eine Düse, einen Brenner, eine Brennkammer, eine Gasturbine und ein Gasturbinensystem angewendet werden und sie ermöglicht es, den Flammenrückschlag in Richtung des Düsenspitzenabschnitts zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbine
- 2
- Kompressor
- 3
- Turbine (Turbinenhauptkörper)
- 3a
- Rotor
- 10
- Brennkammer
- 11
- Brennkammer-Hauptkörper
- 12
- Innenrohr
- 13
- Außenrohr
- 13a
- Eine Endseite
- 21
- Zündbrenner
- 21a
- Spitzenabschnitt
- 22
- Hauptbrenner (Brenner)
- 24
- Zündkorn
- 24c
- Konischer Kornabschnitt
- 25, 25B
- Hauptdüse (Düse)
- 25s
- Spitzenabschnitt
- 26
- Kegelteil (zylindrisches Teil)
- 27
- Hauptdrallerzeuger (Druckverlustabschnitt)
- 30
- Übergangsrohr
- 50, 50B
- Strömungswegöffnung (Strömungswegbildungsabschnitt)
- 51
- Luftdüsenöffnung (Luftdüsenabschnitt)
- 52
- Lufteinlassöffnung (Lufteinlassabschnitt)
- 54
- Zusammenführungsabschnitt
- 60
- Kammerluftversorgungsrohr (Kammerluftversorgungsabschnitt)
- 61
- Regelventil
- 62
- Erfassungssensor (Erfassungsabschnitt)
- 63
- Steuervorrichtung
- 100
- Gasturbinensystem
- A
- Druckluft
- B
- Verbrennungsgas
- F
- Kraftstoff-Luft-Vorgemisch
- O
- Mittelachse
- R1
- Primärer Strömungsweg
- R2
- Strömungsweg der ausgestoßenen Luft
