DE112015002441T5

DE112015002441T5 - Gasturbinenbrennkammer und Gasturbine

Info

Publication number: DE112015002441T5
Application number: DE112015002441.7T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Tanaka; Satoshi Takiguchi; Keijiro Saito; Shinji Akamatsu
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: KR20160131053A; CN106133446A; JPWO2015178149A1; US10094565B2; JP6236149B2; WO2015178149A1; US20170122563A1; KR101889638B1; CN106133446B; DE112015002441B4

Abstract

In einer Gasturbinenbrennkammer und einer Gasturbine sind ein Pilotbrenner (44), eine Vielzahl von Hauptbrennern (45) und ein Pilotkegel, sowie ein Luftdurchgang (81), der Luft zu einer Außenendabschnittseite außenseitig des Hauptbrenners (45) ausstößt, Luftdurchgänge (83, 84), die die Luft zu einer Außenendabschnittseite außenseitig eines Pilotkegels (62) zirkulieren und die Luft zu einer Außenseite in einer Radialrichtung ausstoßen, und ein Vorsprungelement (Änderungselement) (65c), das eine Ausstoßrichtung der durch die Luftdurchgänge (83, 84) ausgestoßenen Luft zu einer Richtung einer axialen Mitte (O) des Pilotkegels (62) ändert, vorgesehen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine, in der Kraftstoff zu komprimierter Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck zugeführt und der Kraftstoff verbrannt wird, und das erzeugte Verbrennungsgas einer Turbine zugeführt wird, um Drehenergie zu erhalten, eine Gasturbinenbrennkammer, die in der Gasturbine verwendet wird, und die Gasturbine.
Hintergrund
Eine Gasturbine ist mit einem Kompressor, einer Brennkammer, und einer Turbine konfiguriert. Durch einen Lufteinlass aufgenommene Luft wird durch den Kompressor komprimiert, um komprimierte Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck zu werden. Die Brennkammer führt der komprimierten Luft Brennstoff zu und verbrennt den Brennstoff. Das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck treibt die Turbine an, um einen mit der Turbine gekoppelten Generator anzutreiben. In diesem Fall ist die Turbine so konfiguriert, dass eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln und Turbinenlaufschaufeln abwechselnd in einem Gehäuse angeordnet sind, und die Turbinenlaufschaufeln durch das Verbrennungsgas so angetrieben werden, dass eine Ausgabewelle, die mit dem Generator gekoppelt ist, angetrieben wird und gedreht wird. Dann wird das Verbrennungsgas, das die Turbine angetrieben hat, als ein Brennstoffgas in die Atmosphäre ausgetragen.
Die Brennkammer ist mit einer Vielzahl von Hauptbrennern, die eine Vorgemisch-Verbrennung ausführen, und mit einem Pilotbrenner, der eine Diffusionsverbrennung ausführt, versehen. Eine Diffusionsflamme, die durch den Pilotbrenner erzeugt wird, wird daher als Zündflamme zum Erzeugen einer Vorgemisch-Flamme durch die Hauptbrenner verwendet. Dementsprechend wird die Vorgemisch-Verbrennung aufrechterhalten. In einer typischen Brennkammer sind die Hauptbrenner in einer Umfangsrichtung in gleichen Intervallen in einer Radialrichtung außerhalb um den Pilotbrenner herum angeordnet.
Eine solche Gasturbinenbrennkammer ist z. B. in Patentschrift 1 beschrieben. Die Gasturbinenbrennkammer, die in Patentschrift 1 beschrieben ist, umfasst eine Pilotdüse, die in einem zentralen Abschnitt eines Körperinnenzylinders vorgesehen ist, eine Vielzahl von Hauptdüsen, die außerhalb der Pilotdüse entlang der Umfangsrichtung vorgesehen sind, und einen Pilotkonus oder -kegel, der an einer stromabwärtigen Seite der Hauptdüsen vorgesehen ist, und ein Luftdurchgang, der die Luft zu einer stromabwärtigen Seite eines Außenendabschnitts des Pilotkonus ausstößt, ist vorgesehen.
Zitationsliste
Patentschrift

Patentschrift 1: Japanisches offengelegtes Patent, Veröffentlichungs-Nr.: 2005-114193

Zusammenfassung
Technisches Problem
Wie oben beschrieben wird ein Luft-Brennstoff-Gemisch der Luft und des Brennstoffs, das von den Hauptbrennern injiziert wird, eine wirbelnde, zirkulierende Strömung, und die Diffusionsflamme, die durch den Pilotbrenner erzeugt wird, dient als die Pilotflamme und entzündet das Luft-Brennstoff-Gemisch, um eine Vorgemisch-Flamme zu erzeugen. Wenn eine Turbulenz des Luft-Brennstoff-Gemischs an der Flammenoberfläche, die so gebildet ist, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch der Luft und des Brennstoffs, das von den Hauptbrennern injiziert wird, durch die Diffusionsflamme, die durch den Pilotbrenner erzeugt wird, entzündet wird, unzureichend ist, kann eine Verbrennung instabil werden. Diese instabile Flamme wird zu einer stromabwärtigen Seite oder einer stromaufwärtigen Seite des Flammenstabilisators (Pilotkonus) bewegt. Wenn diese instabile Flamme zu der stromabwärtigen Seite des Flammenstabilisators bewegt wird, wird die Verbrennung unstabil. Wenn die unstabile Flamme zu der stromaufwärtigen Seite des Flammenstabilisators bewegt wird, wird die Bewegung eine Ursache eines Risikos für einen Flammenrückschlag oder für eine Erhöhung des NOx. Daher ist es nötig den Ursprung der Flamme an einer geeigneten Position zuhalten bzw. aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung löst das obige Problem und eine Aufgabe ist es, eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine, die eine Verbrennung durch Steuern der Position der Flamme an einer geeigneten Position stabilisieren, vorzuschlagen.
Lösung für das Problem
Um das obige Problem zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenbrennkammer vor, wobei die Gasturbinenbrennkammer einen Verbrennungsraum bzw. eine Brennkammer mit einer zylindrischen Form, einen Pilotbrenner, der in einem zentralen Abschnitt in der Brennkammer angeordnet ist, eine Vielzahl von Hauptbrennern, die so angeordnet sind, dass sie den Pilotbrenner in der Brennkammer umgeben, einen Flammenstabilisator, der eine Außenseite einer Pilotdüse in dem Pilotbrenner abdeckt und eine kegelförmige bzw. sich verjüngende zylindrische Form besitzt, bei der sich eine Außenendabschnittsseite radial erweitert einen zweiten Luftausstoßabschnitt, der eingerichtet ist, um Luft zu einer Außenendabschnittsseite außenseitig des Flammenstabilisators zu zirkulieren und um Luft zu einer Außenseite in der Radialrichtung auszustoßen, und einem Änderungselement, das eingerichtet ist, um eine Ausstoßrichtung der durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft zu einer Richtung einer axialen Mitte des Flammenstabilisators zu ändern, hat.
Die Hauptbrenner injizieren daher ein Luft-Brennstoff-Gemisch von komprimierter Luft und einem Brennstoff entlang einer inneren Umfangsfläche einer Brennkammer als Luft-Brennstoff-Vorgemisch, und der Pilotbrenner injiziert das Luft-Brennstoff-Gemisch von komprimierter Luft und einem Brennstoff in einen zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer bzw. der Brennkammer. Dann wird das Luft-Brennstoff-Gemisch von dem Pilotbrenner entzündet und verbrannt, ein Teil des Verbrennungsgases wird mit der Flamme in der Verbrennungskammer verbreitet bzw. verteilt, und das Luft-Brennstoff-Vorgemisch der Hauptbrenner wird entzündet und die Vorgemischverbrennung wird aufrechterhalten. Der erste Luftausstoßabschnitt stößt die Luft zu der Außenendabschnittsseite außerhalb der Hauptbrenner aus und der zweite Luftausstoßabschnitt stößt die Luft außerhalb des Flammenstabilisators aus, und das Änderungselement ändert die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den zweiten Luftausstoßabschnitt zu der axialen Zentrumsrichtung des Flammenstabilisators ausgestoßen wird. Die Position der Flammenoberfläche, die so ausgebildet ist, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrennern durch die Diffusionsflamme des Pilotbrenners entzündet wird, hat also in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung eine optimale Position gemäß einer Verbrennungsform der Brennkammer. Die Position der Flammenoberfläche wird nach vorne und nach hinten gemäß der Luftströmung von dem ersten Luftausstoßabschnitts bewegt. Daher kann, durch Ändern der Richtung der Luftströmung von dem ersten Luftstoßabschnitt durch die Luftform von dem zweiten Luftstoßabschnitt mit einer geänderten Einspritz- bzw. Ausstoßrichtung durch das Änderungselement, die Position der Flammenoberfläche in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung an der optimalen Position eingestellt werden. Folglich ist die Position der Flamme auf eine geeignete Position so gesteuert, dass die Verbrennung stabilisiert werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer umfasst der zweite Luftausstoßabschnitt einen ersten Luftdurchgang, der außenseitig des Flammenstabilisators vorgesehen ist und der eingerichtet ist, um die Luft zu einer Außenabschnittsseite zu zirkulieren, einen zweiten Luftdurchgang, der eingerichtet ist, um die Luft von der Außenendabschnittsseite des ersten Luftdurchgangs zu einer Außenseite in der Radialrichtung zu zirkulieren, und einen Luftausstoßanschluss, der in der Außenendabschnittsseite des zweiten Luftdurchgangs vorgesehen ist, aufweist, und wobei das Änderungselement in dem Luftausstoßanschluss vorgesehen ist.
Das Änderungselement ist daher in dem Luftausstoßanschluss in dem zweiten Luftausstoßabschnitt so vorgesehen, dass die Richtung der Luftströmung, die durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, einfach geändert werden, und die Struktur vereinfacht werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer umfasst der Flammenstabilisator einen Flammenstabilisatorkörper mit einer zylindrischen Form, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden zylinderabschnitt mit einer kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylindrischen Form, die sich zu der Außenendabschnittsseite des Flammenstabilisatorkörpers fortsetzt, und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt, der außenseitig des kegelförmigen Zylinderabschnitts mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet ist, wobei der erste Luftdurchgang, der zweite Luftdurchgang und der Luftausstoßanschluss zwischen dem kegelförmigen Zylinderabschnitt und dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt vorgesehen sind und das Änderungselement in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt und/oder in dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt vorgesehen ist.
Das Änderungselement ist daher in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt oder dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt in dem Flammenstabilisator so vorgesehen, dass die Richtung der Luftströmung, die durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, einfach zu einer Seite oder zu der anderen Seite in der axialen Zentrumsrichtung des Flammenstabilisators geändert werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer ist das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen und ändert eine Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft zu der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft.
Die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss des zweiten Luftausstoßabschnitts ausgestoßen wird, wird daher durch das Änderungselement, das in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen ist, so zu der Luft, die durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, gerichtet, dass die Richtung der Luftströmung, die durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, einfach und geeignet geändert werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer ändert das Änderungselement die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft so, dass sie eine entgegengesetzte Richtung zu der Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss des zweiten Luftausstoßabschnitts ausgestoßen wird, nimmt durch das Änderungselement die entgegengesetzte Richtung zu der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft an, so dass Energie der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft einfach eingestellt und die Richtung geeignet geändert werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer ist das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen und ändert die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft so, dass sie dieselbe Richtung wie eine Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss des zweiten Luftausstoßabschnitts ausgestoßen wird, nimmt durch das Änderungselement, das in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen ist, dieselbe Richtung an wie die durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßene Luft, so dass Energie der durch den ersten Luftausstoßabschnitts ausgestoßenen Luftströmung einfach eingestellt und die Richtung geeignet geändert werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer ist das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen externen Zylinderabschnitts vorgesehen und ändert die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft so, dass sie dieselbe Richtung wie eine Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss des zweiten Luftausstoßabschnitts ausgestoßen wird, nimmt durch das Änderungselement, das in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen externen Zylinderabschnitts vorgesehen ist, dieselbe Richtung an wie die durch den ersten Luftausstoßanschluss ausgestoßene Luft, so dass Energie der Luftströmung, die durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, einfach eingestellt und die Richtung geeignet geändert werden kann.
Bei der Gasturbinenbrennkammer weist der Hauptbrenner einen Hauptbrennerzylinder, eine Hauptdüse, die in einem zentralen Abschnitt des Hauptbrennerzylinders vorgesehen ist, und einen Verwirbelungsflügel, der zwischen dem Hauptbrennerzylinder und der Hauptdüse vorgesehen ist, auf, und das Änderungselement ist in einem gesamten Bereich, der dem Hauptbrennerzylinder zugewandt ist, vorgesehen.
Das Änderungselement ist daher in dem gesamten Bereich, der dem Hauptbrennerzylinder zugewandt ist, so vorgesehen, dass die Position in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Flammenoberfläche, die so gebildet ist, dass ein Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrennern durch eine Diffusionsflamme des Pilotbrenners entzündet wird, an einer geeigneten Position gemäß einer Verbrennungsform der Brennkammer eingestellt werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer weist der Hauptbrenner einen Hauptbrennerzylinder, eine Hauptdüse, die in einen zentralen Abschnitt des Hauptbrennerzylinders vorgesehen ist, und einen Verwirbelungsflügel, der zwischen dem Hauptbrennerzylinder und der Hauptdüse vorgesehen ist, auf, und das Änderungselement ist in einem Teilbereich, der dem Hauptbrennerzylinder zugewandt ist, vorgesehen.
Das Änderungselement ist daher in einem Teilbereich, der dem Hauptbrennzylinder so zugewandt ist, dass die Position in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Flammenoberfläche, die so gebildet ist, dass ein Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrennern durch eine Diffusionsflamme des Pilotbrenners entzündet wird, an einer geeigneten Position gemäß einer Verbrennungsform von der Brennkammer eingestellt werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer ist der kegelförmige Zylinderabschnitt so konfiguriert, dass eine Vielzahl von unterteilten Körpern in einer zylindrischen Form kombiniert ist, und das Änderungselement in zumindest einem Teilbereich der unterteilten Körper vorgesehen ist.
Das Änderungselement kann daher in einem gewünschten Bereich in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt vorgesehen sein.
Eine Gasturbine dieser Erfindung umfasst einen Kompressor, der eingerichtet ist, um Luft zu komprimieren, die Brennkammer, die eingerichtet ist, um durch den Kompressor komprimierte Luft und Brennstoff zu mischen und zu verbrennen, und eine Turbine, die eingerichtet ist, um Drehenergie durch von der Brennkammer erzeugtes Verbrennungsgas zu erhalten.
Daher wird die Position der Flamme auf die geeignete Position gesteuert und eine Verbrennung kann stabilisiert und die Leistung kann verbessert werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einer Gasturbinenbrennkammer und einer Gasturbine der vorliegenden Erfindung sind ein erster Luftausstoßabschnitt, der Luft außenseitig eines Hauptbrenners ausstößt, ein zweiter Luftausstoßabschnitt, der Luft außenseitig eines Flammenstabilisators und außenseitig in einer Radialrichtung ausstößt, und ein Änderungselement, das eine Ausstoßrichtung der durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft auf eine axiale Zentrumsrichtung des Flammenstabilisators ändert, vorgesehen. Daher wird die Richtung einer Luftströmung durch den ersten Luftausstoßabschnitt durch eine Luftströmung durch den zweiten Luftausstoßabschnitt mit einer durch das Änderungselement geänderten Ausstoßrichtung so geändert, dass die Position einer Flammenoberfläche in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung an einer optimalen Position eingestellt und eine Verbrennung stabilisiert werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Gasturbine einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Brennkammer der Gasturbine darstellt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine interne Struktur einer Brennkammer darstellt.
4 ist eine IV-IV Schnittansicht aus 3, die eine interne Struktur der Brennkammer darstellt.
5 ist ein schematisches Diagramm, das Strömungen eines Luft-Brennstoff-Gemischs und einer Kühlluft darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Pilotkonus bzw. -kegels.
7-1 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts, die eine Modifikation eines Pilotkonus darstellt.
7-2 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentliches Abschnitts, die eine Modifikation eines Pilotkonus dargestellt.
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
12 ist schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Zu bevorzugende Ausführungsformen einer Gasturbinenbrennkammer und einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Detail mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben. Zu beachten ist, dass die vorliegende Erfindung nicht durch diese Ausführungsformen begrenzt ist, und in einem Fall, wo es eine Vielzahl von Ausführungsformen gibt, umfasst die vorliegende Erfindung auch diejenigen, die durch Kombinieren der Ausführungsformen gebildet sind.
Erste Ausführungsform
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Gasturbine einer ersten Ausführungsform darstellt, und 2 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Brennkammer der Gasturbine darstellt.
Bei der ersten Ausführungsform ist, wie in 1 dargestellt, eine Turbine 10 mit einem Kompressor 11, einer Brennkammer (Gasturbinenbrennkammer) 12 und einer Turbine 13 gebildet. Die Gasturbine 10 ist koaxial mit einem Generator (nicht dargestellt) verbunden und kann Energie erzeugen.
Der Kompressor 11 umfasst einen Lufteinlass 20, der die Luft einträgt. In einem Kompressorgehäuse 21 ist ein Einlassleitflügel (IGV) („inlet guide vane”) 22 angeordnet, und eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 23 und Turbinenlaufschaufeln 24 sind abwechselnd in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung (in einer Axialrichtung eines Rotors 32, der unten beschrieben wird) angeordnet und eine Luftzweig- bzw. Luftzapfkammer 25 ist außerhalb der Turbinenleitschaufeln 23 und der Turbinenlaufschaufeln 24 vorgesehen. Die Brennkammer 12 kann durch Zuführen eines Brennstoffs zu, in dem Kompressor 11 komprimierter komprimierten Luft bzw. Druckluft und Entzünden des Brennstoffs eine Verbrennung ausführen. Die Turbine 13 hat eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 27 und Turbinenlaufschaufeln 28, die abwechselnd in einem Turbinengehäuse 26 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung (in der Axialrichtung des Rotors 32, der unten beschrieben wird) angeordnet. Das Turbinengehäuse 26 hat eine Abgaskammer 30, die über ein Abgasgehäuse 29 stromabwärtig angeordnet ist. Die Abgaskammer 30 umfasst einen Abgasdiffusor 31, der die Turbine 13 fortsetzt.
Ferner ist der Rotor (die Rotorwelle) 32 angeordnet, um zentrale Abschnitte des Kompressors 11, der Brennkammer 12, der Turbine 13 und der Abgaskammer 30 zu durchdringen. Während ein Endabschnitt des Rotors 32 an der Seite des Kompressors 11 drehbar durch eine Lagerung 33 getragen ist, ist ein Endabschnitt an der Seite der Abgaskammer 30 drehbar durch eine Lagerung 34 getragen. Eine Vielzahl von Scheiben, an welchen die Turbinenlaufschaufeln 24 montiert sind, ist in dem Kompressor 11 an dem Rotor 32 gestapelt bzw. geschichtet und befestigt, und eine Vielzahl von Scheiben, an welchen die Turbinenlaufschaufeln 28 montiert sind, ist in der Turbine 13 an dem Rotor 32 gestapelt bzw. geschichtet und befestigt.
In dieser Gasturbine wird das Kompressorgehäuse 21 des Kompressors 11 durch einen Fußabschnitt 35 getragen, ein Turbinengehäuse 26 der Turbine 13 wird durch einen Fußabschnitt 36 getragen, und die Abgaskammer 30 wird durch einen Fußabschnitt 37 getragen.
In dem Kompressor 11 tritt daher die durch den Lufteinlass 20 eingetragene Luft durch den Einlassleitflügel 22 und die Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 23 und Turbinenlaufschaufeln 24 hindurch und wird komprimiert, wodurch sie komprimierte Luft bzw. Druckluft mit hohem Druck und hoher Temperatur wird. In der Brennkammer 12 wird ein vorbestimmter Brennstoff der komprimierten Luft zugeführt und verbrannt. In der Turbine 13 tritt ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das ein Arbeitsfluid ist, das in der Brennkammer 12 erzeugt wird, durch die Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 27 und Turbinenlaufschaufeln 28 hindurch, wodurch es den Rotor 32 antreibt und dreht, und den Generator, der mit dem Rotor 32 verbunden ist, antreibt. Das Verbrennungsgas tritt durch den Abgasdiffusor 31 der Abgaskammer 30 hindurch und wird zu der Atmosphäre als Abgas ausgetragen.
In der Brennkammer 12 sind wie in 2 dargestellt ein externer Zylinder 41 und ein innerer Zylinder 42, der im Inneren des externen Zylinders 41 positioniert ist, in einem vorbestimmten Intervall angeordnet, und ein Übergangsstück 43 ist mit einem Außenendabschnitt des inneren Zylinders 42 so verbunden, dass ein Brennkammergehäuse konfiguriert ist. Der externe Zylinder 41, der innere Zylinder 42 und das Übergangsstück 43 sind entlang eines Zentralachsenzentrums O angeordnet. Der innere Zylinder 42 hat einen Pilotbrenner 44, der in einem zentralen Abschnitt im Inneren positioniert und angeordnet ist, und eine Vielzahl von Hauptbrennern 45, die an einer inneren Umfangsfläche angeordnet sind, um den Pilotbrenner 44 entlang einer Umfangsrichtung zu umgeben. Der Pilotbrenner 44 und die Hauptbrenner 45 sind parallel zu dem Zentralachsenzentrum O angeordnet. Das Übergangsstück 43 ist mit einer Bypass-Rohrleitung 46 verbunden und die Bypass-Rohrleitung 46 ist mit einem Bypass-Ventil 47 versehen.
Der externe Zylinder 41 ist so konfiguriert, dass ein externer Zylinderabdeckabschnitt 52 an einem Basisendabschnitt eines externen Zylinderkörpers 51 anhaftet und mit einer Vielzahl von Befestigungsbolzen bzw. Schrauben 53 befestigt ist. In dem externen Zylinder 41 ist ein „top-hat”-Abschnitt 54 innen in den externen Zylinderabdeckabschnitt 53 eingepasst und ist mit einer Vielzahl von Befestigungsbolzen bzw. Schrauben 55 befestigt. Der innere Zylinder 42 ist innen in dem externen Zylinder 41 in einem vorbestimmten Intervall angeordnet. Ein Luftdurchgang 56, der eine zylindrische Form bildet, ist zwischen einer inneren Oberfläche des „top-hat”-Abschnitts 54 und einer äußeren Oberfläche des inneren Zylinders 42 gebildet. Ein Endabschnitt des Luftdurchgangs 56 kommuniziert in einen Zuführdurchgang 57 der in dem Kompressor 11 komprimierten komprimierten Luft hinein, und der andere Endabschnitt des Luftdurchgangs 56 kommuniziert in die Basisendabschnittsseite in dem inneren Zylinder 42 hinein.
In dem inneren Zylinder 42 ist der Pilotbrenner 44 in dem zentralen Abschnitt positioniert und angeordnet, und die Vielzahl von Hauptbrennern 45 ist um den Pilotbrenner 44 herum angeordnet. Der „top-hat”-Abschnitt 54 ist mit Brennstoffanschlüssen 58 und 59 versehen. Eine Pilotbrennstoffleitung (nicht dargestellt) ist mit dem Pilotbrennstoffanschluss 58 verbunden und eine Hauptbrennstoffleitung (nicht dargestellt) ist mit den Hauptbrennstoffanschlüssen 59 verbunden.
Die Struktur der Brennkammer 12 wird hier im Detail beschrieben. 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine innere Struktur der Brennkammer darstellt, 4 ist eine IV-IV Schnittansicht aus 3, die eine interne Struktur der Brennkammer darstellt, 5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Strömung eines Luft-Brennstoff-Gemischs und einer Kühlluft darstellt, und 6 ist eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Abschnitts eines Pilotkonus.
Wie in 3 und 4 dargestellt, umfasst der Pilotbrenner 44 eine Pilotdüse 61, einen Pilotkonus bzw. -kegel (Flammenstabilisator) 62, und einen Pilotverwirbeler (Verwirbelungsflügel) 63. Ein Basisendabschnitt der Pilotdüse 61 wird durch den „top-hat”-Abschnitt 54 getragen und der Pilotbrennstoffanschluss 58 ist mit der Pilotdüse 61 verbunden. Der Pilotkonus 62 bildet eine kegelförmige bzw. sich verjüngende zylindrische Form, die eine Außenseite der Pilotdüse 61 abdeckt, und ein äußerer Endabschnitt des Pilotkonus 62 erweitert sich radial. Der Pilotkonus 62 umfasst also einen Konuskörper (Flammenstabilisatorkörper) 64 mit einer zylindrischen Form, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenen Zylinderabschnitt 65, der sich zu einer Außenendabschnittsseite des Konuskörpers 64 fortsetzt und eine kegelförmige bzw. sich verjüngende zylindrische Form hat, und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt 66 (siehe 5), der unten beschrieben wird, welcher außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 mit einem vorbestimmten Zwischenraum, angeordnet ist. Ein äußerer Endabschnitt der Pilotdüse 61 ist im Inneren des Pilotkonus 62 angeordnet, und ein Pilotverwirbeler 63 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Pilotbrenners 44 und einer inneren Umfangsfläche des Konuskörpers 64 vorgesehen.
Der Hauptbrenner 45 umfasst eine Hauptdüse 67, einen Hauptbrennerzylinder 68 und einen Hauptverwirbeler (Verwirbelungsflügel) 69. Ein Basisendabschnitt der Hauptdüse 67 wird durch den „top-hat”-Abschnitt 54 getragen und der Hauptbrennstoffanschluss 59 ist mit der Hauptdüse 67 verbunden. Der Hauptbrennerzylinder 68 umfasst einen Brennerzylinderkörper 70 mit einer zylindrischen Form und einen Erweiterungsabschnitt 71 mit einer rechteckigen zylindrischen Form, der sich zu einer Außenendabschnittsseite des Brennerzylinderkörpers 70 fortsetzt. Ein äußerer Endabschnitt der Hauptdüse 67 ist im Inneren des Hauptbrennerzylinders 68 angeordnet, und der Hauptverwirbeler 69 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Hauptbrenners 45 und einer inneren Umfangsfläche des Brennerzylinderkörpers 70 angeordnet.
In dem Hauptbrennerzylinder 68 ist der Erweiterungsabschnitt 71 kontinuierlich und eben bzw. glatt von einem Einlassabschnitt 71a mit einer zylindrischen Form in einen Auslassabschnitt 71b mit einer rechteckigen zylindrischen Form umgeformt. Der Auslassabschnitt 71b ist in einer trapezförmigen zylindrischen Form mit zwei Radialrichtungskanten 72a und 72b, die entlang einer Radialrichtung um das Zentralachsenzentrum O herum und parallel zueinander verlaufen, und zwei Umfangsrichtungskanten 72c und 72d, die entlang einer Umfangsrichtung um das Zentralachsenzentrum O herum, um beide Enden der Radialrichtungskanten 72a und 72b zu verbinden, und parallel zueinander verlaufen, ausgebildet.
Ein Substrat bzw. Träger 73 ist im Inneren des inneren Zylinders 42 befestigt, und der Pilotkonus 62 des Pilotbrenners 44 und die Hauptbrennerzylinder 68 von jedem der Hauptbrenner 45 durchdringen das Substrat 73 und werden getragen.
Die Brennkammer 12 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem ersten Luftausstoßabschnitt, einem zweiten Luftausstoßabschnitt und einem Änderungselement versehen. Wie in 3 bis 5 dargestellt umfasst der Pilotbrenner 44 den Pilotkonus 62. Der Pilotkonus 62 umfasst den Konuskörper 64, den kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 und den kegelförmigen externen Zylinderabschnitt 66. Der Hauptbrenner 45 umfasst den Hauptbrennerzylinder 68. Der Hauptbrennerzylinder 68 umfasst den Brennerzylinderkörper 70 und den Erweiterungsabschnitt 71. Äußere Endabschnitte des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 und des kegelförmigen externen Zylinderabschnitts 66 in dem Pilotkonus 62 sind entlang der Umfangsrichtungskante 72c des Erweiterungsabschnitts 71 in dem Hauptbrennerzylinder 68 angeordnet.
Das Substrat 73 trägt den Pilotkonus 62 und die Hauptbrennerzylinder 68, und eine Vielzahl von Belüftungslöchern 73a ist an dem Substrat 73 vorgesehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 65a mit einer zylindrischen Form, einen Flanschabschnitt 65b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 65a vorgesehen ist, und einen Vorsprungabschnitt 65c, der in einem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 65b vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 65b ist entlang einer Radialrichtung des Pilotkonus 62 angeordnet, und der Vorsprungabschnitt 65c ist entlang einer axialen Zentrumsrichtung des Pilotkonus 62 angeordnet. Der kegelförmige externe Zylinderabschnitt 66 ist außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 positioniert und umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 66a mit einer zylindrischen Form und einen Flanschabschnitt 66b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 66a vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 65b ist entlang der Radialrichtung des Pilotkonus 62 vorgesehen.
Der erste Luftausstoßabschnitt stößt die Luft zu einer Außenendabschnittsseite außenseitig der Hauptbrenner 45 aus. Der erste Luftausstoßabschnitt ist also aus einem Luftdurchgang 81 und einem Luftausstoßanschluss 82 gebildet, der Luftdurchgang 81 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des kegelförmigen externen Zylinderabschnitts 66 in dem Pilotkonus 62 und einer äußeren Umfangsfläche der Umfangsrichtungskante 72c des Erweiterungsabschnitts 71 in dem Hauptbrennerzylinder 68 vorgesehen. Der zweite Luftausstoßabschnitt zirkuliert die Luft zu einer Außenendabschnittsseite außenseitig des Pilotkonus 62 und stößt die Luft zu einer Außenseite in der Radialrichtung aus. Der zweite Luftausstoßabschnitt ist also aus einem ersten Luftdurchgang 83, einem zweiten Luftdurchgang 84 und einem Luftausstoßanschluss 85 gebildet. Der erste Luftdurchgang 83 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des kegelförmigen Abschnitts 65a in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 und einer inneren Umfangsfläche des kegelförmigen Abschnitts 66a in dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitts 66 in dem Pilotkonus 62 vorgesehen. Der zweite Luftdurchgang 84 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Flanschabschnitts 65b und einer inneren Umfangsfläche des Flanschabschnitts 66b vorgesehen.
Der erste Luftdurchgang 83 ist außerhalb des Pilotkonus 62 vorgesehen und zirkuliert die Luft zu einer Außenendabschnittsseite, der zweite Luftdurchgang 84 zirkuliert die Luft von einer Außenendabschnittsseite des ersten Luftdurchgangs 83 zu der Außenseite in der Radialrichtung, und der Luftausstoßanschluss 85 ist in einer Außenendabschnittsseite des zweiten Luftdurchgangs 84 vorgesehen. Das Änderungselement ändert eine Ausstoßrichtung der Luft, die durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, zu einer Richtung des Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62 und es ist in dem Luftausstoßanschluss 85, wie im Detail wie in 6 dargestellt, vorgesehen. Das Änderungselement ist also aus dem Vorsprungabschnitt 65c des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 gebildet. Der Vorsprungabschnitt 65c erstreckt sich von dem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 65b entlang der Außenendabschnittsseite des Flanschabschnitts 66b.
Wie in 5 dargestellt wird, nachdem die komprimierte Luft A, die in den inneren Zylinder 42 eingebracht wird, durch die Belüftungslöcher 73a des Substrats 73 hindurchgetreten ist, die komprimierte Luft A in den Luftdurchgang 81 und den ersten Luftdurchgang 83 aufgeteilt. Dann wird die Luft A1 in dem Luftdurchgang 81 durch den Luftausstoßabschnitt 82 ausgestoßen. Die Luft A2 des ersten Luftdurchgangs 83 tritt durch den zweiten Luftdurchgang 84 hindurch und kühlt den Pilotkonus 62, und wird dann durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen. Die Ausstoßrichtung der Luft A2, die durch den Ausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird durch den Vorsprungabschnitt 65c zu der Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, geändert. Genauer gesagt wird die Ausstoßrichtung der Luft A2, die durch den Ausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, so geändert, dass sie eine entgegengesetzte Richtung zu der Ausstoßrichtung der Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, annimmt.
Die Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, wird an einer stromabwärtigen Seite des Übergangsstücks 43 und in der Radialrichtung außerhalb ausgestoßen. Die Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird zu der Luft A1 so ausgestoßen, dass sowohl die Luft A1 als auch die Luft A2 sich in Komponenten, die in der Radialrichtung nach außen strömen, aufheben, und eine Luft A3 eher in die stromabwärtige Seite des Übergangsstücks 43 strömt. Die Luft A3 interferiert mit einer Flammenoberfläche F. Daher wird die Position der Flammenoberfläche durch die Änderung der Strömung der Luft A3 bewegt.
Der Vorsprungabschnitt 65c als das Änderungselement, das in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 des Pilotkonus 62 vorgesehen ist, ist in dem gesamten Bereich, der der Umfangsrichtungskante 72c des Erweiterungsabschnitts 71 in dem Hauptbrennerzylinder 68 zugewandt ist, vorgesehen. Zu beachten ist, dass die Position des Vorsprungabschnitts 65c nicht auf diese Konfiguration begrenzt ist. 7-1 und 7-2 sind perspektivische Ansichten von jeweils wesentlichen Abschnitten, die Modifikationen des Pilotkonus darstellen.
Wie in 7-1 dargestellt ist ein Vorsprungabschnitt 65d als das Änderungselement in einem Teilbereich, der der Umfangsrichtungskante 72c des Erweiterungsabschnitts 71 in dem Hauptbrennerzylinder 68 zugewandt ist, vorgesehen. Ferner ist wie in 7-2 dargestellt ein Vorsprungabschnitt 65e als das Änderungselement in einem Teilbereich, der der Umfangsrichtungskante 72c des Erweiterungsabschnitts 71 in dem Hauptbrennerzylinder 68 zugewandt ist, vorgesehen. Wie in 4 dargestellt ist ein Luft-Brennstof-Gemisch, das von den Hauptbrennern 45 ausgestoßen wird, eine Wirbelströmung R. Daher kann ein Ausströmwinkel in der stromabwärtigen Richtung der Strömung der Luft A3 gemäß der Position des Änderungselement-Installationsorts, wie dem Vorsprungabschnitt 65d aus 7-1 und dem Vorsprungabschnitt 65e aus 7-2, gesteuert werden. Gemäß dieser Steuerung wird ein Interferenzverhältnis der Luft A3 zu der Flammenoberfläche geändert, und die Flammenposition kann nach hinten oder nach vorne eingestellt werden.
In solch einer Brennkammer 12 der Gasturbine 10 wird, wenn die komprimierte Luft mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Luftdurchgang 56, wie in 3 dargestellt, hineinströmt, die Luft umgekehrt und in den Pilotkonus 62 des Pilotbrenners 44 und in die Hauptbrennerzylinder 68 der Hauptbrenner 45 eingebracht. Die komprimierte Luft A wird in den Hauptbrennern 45 dann eine Luftströmung, die in den Hauptbrennerzylindern 68 durch die Hauptverwirbeler 69 verwirbelt wird, wird mit dem Brennstoff, der durch die Hauptdüsen 67 darin eingespritzt wird, gemischt, wird zu Luft-Brennstoff-Vorgemisch, und strömt in das Übergangsstück 43 ein. Ferner wird in dem Pilotbrenner 44 die komprimierte Luft A eine Luftströmung, die in den Pilotkonus 62 durch den Pilotverwirbeler 63 verwirbelt wird, wird mit dem Brennstoff, der durch die Pilotdüse 61 eingespritzt wird, gemischt, wird durch die Zündflamme (nicht dargestellt) entzündet und verbrannt, wird ein Verbrennungsgas und wird in das Übergangsstück 43 ausgestoßen. Ein Teil des Verbrennungsgases wird in das Übergangsstück 43 ausgestoßen, um um eine Flamme herum so zerstreut bzw. verteilt zu werden, dass das Luft-Brennstoff-Vorgemisch, das von den Hauptbrennern 45 in das Übergangsstück 43 strömt, Feuer fängt und verbrannt wird, wodurch die Flammenoberfläche F (siehe 5) darin ausgebildet wird.
Eine Flammenstabilisation zum Ausführen einer stabilen Verbrennung von magerem vorgemischten Brennstoff von den Hauptbrennern 45 kann mit der Diffusionsflamme des Pilotbrennstoffs, der von dem Pilotbrenner 44 eingespritzt wird, ausgeführt werden. Ferner wird der Brennstoff durch die Hauptbrenner 45 so vorgemischt, dass die Brennstoffkonzentration gleichmäßig gemacht und eine NOx-Reduktion erreicht werden kann. Das Innere des Hauptbrennerzylinders 68 des Hauptbrenners 45 wird ein Vormischbereich, und der Bereich, wo das Luft-Brennstoff-Vorgemisch durch die Diffusionsflamme von dem Pilotbrenner 44 verbrannt wird, wird ein Verbrennungsbereich. Der Verbrennungsbereich ist stromabwärtig des Pilotkonus 62 und befindet sich im Inneren des Übergangsstücks 43. Daher strömt das Verbrennungsgas, das durch das Luft-Brennstoff-Vorgemisch verbrannt wird, im Inneren des Übergangsstücks 43.
Ferner tritt, wie in 5 dargestellt, die komprimierte Luft A, die in den inneren Zylinder 42 eingebracht wird, durch die Belüftungslöcher 73a des Substrats 73 hindurch, und wird dann in den Luftdurchgang 81 und den ersten Luftdurchgang 83 unterteilt. Die Luft A1 in dem Luftdurchgang 81 wird durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen, und die Luft A2 in dem ersten Luftdurchgang 83 tritt durch den zweiten Luftdurchgang 84 hindurch und wird durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen. Die Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird durch den Vorsprungabschnitt 65c zu der Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, eingespritzt. Die Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird und die Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, kollidieren miteinander, und die Luft A3, die die integrierte Luft A1 und A2 ist, strömt in die stromabwärtigen Seite des Übergangsstücks 43 hinein. In diesem Fall wird die Position der Flammenoberfläche F nach hinten und nach vorne gemäß der Anordnungsposition des Vorsprungabschnitts 65c bewegt. Daher kann eine optimale Position der Flammenoberfläche F gemäß einer Verbrennungsform der Brennkammer 12 erreicht werden.
Wie oben beschrieben sind in der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform der Pilotbrenner 44, die Vielzahl von Hauptbrennern 45 und der Pilotkonus 62 vorgesehen. Die Gasturbinenbrennkammer umfasst den Luftdurchgang (ersten Luftausstoßabschnitt) 81, der die Luft zu der Außenendabschnittseite außerhalb der Hauptbrenner 45 ausstößt, die Luftdurchgänge (zweiter Luftausstoßabschnitt) 83 und 84, die die Luft zu der Außenendabschnittseite außerhalb des Pilotkonus 62 zirkulieren und die Luft zu einer Außenseite in der Radialrichtung ausstoßen, und den Vorsprungabschnitt (Änderungselement) 65c, der die Ausstoßrichtung der durch die Luftdurchgänge 83 und 84 ausgestoßenen Luft zu der Richtung des Zentralachsenzentrum O des Pilotkonus 62 ändert.
Daher wird die Luft in dem Luftdurchgang 81 durch den Luftausstoßanschluss 82 zu der Außenendabschnittseite außerhalb der Hauptbrenner 45 ausgestoßen, die Luft in den Luftdurchgängen 83 und 84 wird durch den Luftausstoßanschluss 85 zu der Außenseite des Pilotkonus 62 ausgestoßen, und der Vorsprungabschnitt 65c ändert die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, zu der Richtung des Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62. Die Position in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Flammenoberfläche F, die so gebildet wird, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrennern 45 durch die Diffusionsflamme des Pilotbrenners 44 entzündet wird, weist also die optimale Position gemäß der Verbrennungsform Brennkammer 12 auf. Die Position der Flammenoberfläche F wird nach hinten und nach vorne gemäß der Luftströmung durch den Luftausstoßanschluss 82 bewegt. Die Luftströmung durch den Luftausstoßanschluss 82 wird daher durch die Luftströmung durch den Luftausstoßanschluss 85 geändert, wobei dessen Ausstoßrichtung durch den Vorsprungabschnitt 65c geändert wurde, so dass die Position in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung der Flammenoberfläche auf die optimale Position eingestellt werden kann. Folglich wird die Position der Flamme auf eine geeignete Position gesteuert bzw. eingestellt, und die Verbrennung kann stabilisiert und eine Verbrennungsoszillation bzw. Verbrennungsschwingung kann vermieden werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform zirkuliert der erste Luftdurchgang 83, der außerhalb des Pilotkonus 62 vorgesehen ist, die Luft zu der Außenendabschnittseite, der zweite Luftdurchgang 84 zirkuliert die Luft von der Außenendabschnittsseite des ersten Luftdurchgangs 83 zu einer Außenseite in der Radialrichtung. Der Luftausstoßanschluss 85 ist in der Außenendabschnittsseite des zweiten Luftdurchgangs 84 vorgesehen und der Vorsprungabschnitt 65c ist in dem Luftausstoßanschluss 85 vorgesehen. Daher kann die Richtung der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, einfach geändert und die Struktur kann vereinfacht werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist der Pilotkonus 62 aus dem Konuskörper 64 mit einer zylindrischen Form, dem kegelförmigen zylindrischen Abschnitt 65 mit einer kegelförmigen zylindrischen Form der sich zu der Außenendabschnittsseite des Konuskörpers 64 fortsetzt, und dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt 66, der außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet ist, konfiguriert. Der Vorsprungabschnitt 65c ist in dem Luftausstoßanschluss 85 des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 vorgesehen. Daher kann die Richtung der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, einfach zu einer Seite oder der anderen Seite der Richtung des Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62 geändert werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist der Vorsprungabschnitt 65c in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 vorgesehen, und die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Ausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird zu der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, geändert. Daher kann die Richtung der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, einfach und geeignet geändert werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform wird die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, durch den Vorsprungabschnitt 65c so geändert, dass sie die entgegengesetzte Richtung der Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, annimmt. Daher kann eine Energie der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, einfach eingestellt werden, und die Richtung kann geeignet geändert werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform ist der Vorsprungabschnitt 65c als das Änderungselement in dem gesamten Bereich, der dem Hauptbrennerzylinder 68 zugewandt ist, vorgesehen. Daher kann die Position der Flammenoberfläche F, die so ausgebildet ist, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrenner 45 durch die Diffusionsflamme des Pilotbrenners 44 entzündet wird, in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung an einer geeigneten Position gemäß der Verbrennungsform der Brennkammer 12 eingestellt werden.
Bei der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform sind die Vorsprungabschnitte 65d und 65e als die Änderungselemente in Teilbereichen, die dem Hauptbrennerzylinder 68 zugewandt sind, vorgesehen. Daher kann die Position der Flammenoberfläche F, die so ausgebildet ist, dass das Luft-Brennstoff-Gemisch von den Hauptbrennern 45 durch die Diffusionsflamme des Pilotbrenners 44 entzündet wird, in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung an einer geeigneten Position gemäß der Verbrennungsform der Brennkammer 12 eingestellt werden.
Ferner ist die Gasturbine der ersten Ausführungsform mit dem Kompressor 11, der Brennkammer 12 und der Turbine 13 gebildet, und die Brennkammer 12 ist mit dem Luftdurchgang (erster Luftausstoßabschnitt) 81, den Luftdurchgängen (zweiter Luftausstoßabschnitt) 83 und 84, und dem Vorsprungabschnitt (Änderungselement) 65c versehen. Die Position der Flamme wird auf eine geeignete Position so gesteuert bzw. eingestellt, dass eine Verbrennung stabilisiert und die Leistung verbessert werden kann.
Zweite Ausführungsform
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Zu beachten ist, dass Elemente mit einer gleichen Funktion wie die in der oben beschriebenen Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
Bei einer Gasturbinenbrennkammer der zweiten Ausführungsform umfasst, wie in 8 dargestellt, ein Pilotbrenner 44, eine Pilotdüse 61, einen Pilotkonus bzw. -kegel 62 und einen Pilotverwirbeler 63. Der Pilotkonus 62 umfasst einen Konuskörper 64, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt 65, und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt 66. Der Hauptbrenner 45 umfasst eine Hauptdüse 67, einen Hauptbrennerzylinder 68 und einen Hauptverwirbeler 69. Der Hauptbrennerzylinder 68 umfasst einen Brennerzylinderkörper 70 und einen Erweiterungsabschnitt 71. Der Erweiterungsabschnitt 71 ist kontinuierlich und eben bzw. glatt von einem Einlassabschnitt 71a mit einer zylindrischen Form zu einem Auslassabschnitt 71b mit einer rechteckigen Form umgeformt, und der Auslassabschnitt 71b ist in einer trapezförmigen zylindrischen Form mit zwei Radialrichtungskanten 72a und 72b und zwei Umfangsrichtungskanten 72c und 72d gebildet.
Eine Brennkammer 12 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem ersten Luftausstoßabschnitt, einem zweiten Luftausstoßabschnitt und einem Änderungselement versehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 65a mit einer zylindrischen Form, einen Flanschabschnitt 65b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 65a vorgesehen ist, und einen Ausschnittabschnitt 101, der in einem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 65b vorgesehen ist. Der kegelförmige externe Zylinderabschnitt 66 ist außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 positioniert, und umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 66a mit einer zylindrischen Form und einem Flanschabschnitt 66b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 66a vorgesehen ist.
Als der erste Luftausstoßabschnitt sind ein Luftdurchgang 81 und ein Ausstoß- bzw. Einspritzanschluss 82 vorgesehen. Als der zweite Luftausstoßabschnitt sind ein erster Luftdurchgang 83, ein zweiter Luftdurchgang 84, und ein Lufteinspritzanschluss 85 vorgesehen. Das Änderungselement ändert eine Ausstoßrichtung der durch den Ausstoßanschluss 85 ausgestoßenen Luft zu einer Richtung eines Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62 und ist in dem Luftausstoßanschluss 85 vorgesehen. Das Änderungselement ist also durch den Ausschnittabschnitt 101 des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 gebildet. Dieser Ausschnittabschnitt 101 ist so konfiguriert, dass der Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 65b ausgeschnitten ist, und der Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 65b im Inneren in einer Radialrichtung mit Bezug zu dem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 66b positioniert ist. Der Luftausstoßanschluss 85 ist daher an einer stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung der Luft geöffnet, und die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßenen Luft wird so geändert, dass sie dieselbe Richtung wie die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßenen Luft annimmt.
Komprimierte Luft A, die in einen inneren Zylinder 42 eingebracht wird, tritt daher durch Belüftungslöcher 73a eines Substrats bzw. Trägers 73 hindurch und wird dann in den Luftdurchgang 81 und den ersten Luftdurchgang 83 unterteilt. Luft A1 in dem Luftdurchgang 81 wird durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen, und Luft A2 in dem ersten Luftdurchgang 83 tritt durch den zweiten Luftdurchgang 84 hindurch und kühlt den Pilotkonus 62 und wird dann durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen. Die Ausstoßrichtung der Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird durch den Ausschnittabschnitt 101 so geändert, dass sie dieselbe Richtung wie die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßenen Luft A1 annimmt.
Die Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, wird dann mit der Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, integriert, und Luft A3 strömt eher in eine stromabwärtige Seite des Übergangsstücks 43. Daher wird eine Flammenoberfläche F durch die Strömung der Luft A3 zu der stromabwärtigen Seite bewegt.
Wie oben beschrieben ist bei der Gasturbinenbrennkammer der zweiten Ausführungsform der Ausschnittabschnitt 101 in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 als das Änderungselement vorgesehen und die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßenen Luft wird so geändert, dass sie dieselbe Richtung wie die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßenen Luft annimmt.
Daher nimmt die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, durch den Ausschnittabschnitt 101 dieselbe Richtung an wie die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, so dass eine Energie der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, einfach eingestellt und die Richtung geeignet geändert werden kann.
Dritte Ausführungsform
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Zu beachten ist, dass Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie die in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
In einer Gasturbinenbrennkammer der dritten Ausführungsform umfasst ein Pilotbrenner 44, wie in 9 dargestellt, eine Pilotdüse 61, ein Pilotkonus bzw. -kegel 62, und einen Pilotverwirbeler 63. Der Pilotkonus 62 umfasst einen Konuskörper 64, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt 65 und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt 66. Ein Hauptbrenner 45 umfasst eine Hauptdüse 67, einen Hauptbrennerzylinder 68, und einen Hauptverwirbeler 69. Der Hauptbrennerzylinder 68 umfasst einen Brennerzylinderkörper 70 und einen Erweiterungsabschnitt 71. Der Erweiterungsabschnitt 71 ist kontinuierlich und eben bzw. glatt von einem Einlassabschnitt 71a mit einer zylindrischen Form zu einem Auslassabschnitt 71b mit einer rechteckigen zylindrischen Form umgeformt, und der Auslassabschnitt 71b ist in einer trapezförmigen zylindrischen Form mit zwei Radialrichtungskanten 72a und 72b und zwei Umfangsrichtungskanten 72c und 72d gebildet.
Eine Brennkammer 12 der vorliegenden Erfindung ist mit einem ersten Luftausstoßabschnitt einem zweiten Luftausstoßabschnitt, und einem Änderungselement versehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 65a mit einer zylindrischen Form, und einen Flanschabschnitt 65b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 65a vorgesehen ist. Der kegelförmige externe Zylinderabschnitt 66 umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 66a, der außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 positioniert ist und eine zylindrische Form hat, einen Flanschabschnitt 66b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 66a vorgesehen ist, und einen Vorsprungabschnitt 102, der in einem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 66b vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 66b ist entlang einer Radialrichtung des Pilotkonus 62 vorgesehen, und der Vorsprungabschnitt 102 ist entlang einer axialen Zentrumsrichtung des Pilotkonus 62 vorgesehen.
Als der erste Luftausstoßabschnitt sind ein Luftdurchgang 81 und ein Luftausstoß- bzw. Einspritzanschluss 82 vorgesehen. Als der zweite Luftausstoßabschnitt sind ein erster Luftdurchgang 83, ein zweiter Luftdurchgang 84, und ein Luftausstoß- bzw. Einspritzanschluss 85 vorgesehen. Das Änderungselement ändert eine Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, zu einer Richtung eines Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62, und ist in den Luftausstoßanschluss 85 vorgesehen. Das Änderungselement ist also durch den Vorsprungabschnitt 102 des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 gebildet. Dieser Vorsprungabschnitt 102 erstreckt sich von dem Außenendabschnitt des Flanschabschnitts 66b zu einer Außenendabschnittsseite des Flanschabschnitts 65b.
Komprimierte Luft A, die in einen inneren Zylinder 42 eingebracht wird, tritt durch Belüftungslöcher 73a eines Substrats bzw. Trägers 73 hindurch und wird dann in den Luftdurchgang 81 und den ersten Luftdurchgang 83 unterteilt. Luft A1 in dem Luftdurchgang 81 wird durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen, und Luft A2 in dem ersten Luftdurchgang 83 tritt durch den zweiten Luftdurchgang 84 hindurch und kühlt den Pilotkonus 62 und wird dann durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen. Die Ausstoßrichtung der Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird durch den Vorsprungabschnitt 102 so geändert, dass sie dieselbe Richtung annimmt wie die Ausstoßrichtung der Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird.
Die Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, wird dann mit der Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, integriert, und eine Luft A3 strömt eher in eine stromabwärtige Seite eines Übergangsstücks 43 hinein. Daher wird eine Flammenoberfläche F durch die Strömung der Luft A3 zu der stromabwärtigen Seite bewegt.
Wie oben beschrieben ist in der Gasturbinenbrennkammer der dritten Ausführungsform der Vorsprungabschnitt 102 in dem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 als das Änderungselement vorgesehen, und die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird so geändert, dass sie dieselbe Richtung annimmt wie die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den Ausstoßanschluss 82 ausgestoßen bzw. eingespritzt wird.
Daher hat die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, durch den Vorsprungabschnitt 101 dieselbe Richtung, wie die Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, so dass eine Energie der Luftströmung, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, einfach eingestellt und die Richtung geeignet geändert werden kann.
Vierte Ausführungsform
10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Zu beachten ist, dass Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie die in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
In einer Gasturbinenbrennkammer der vierten Ausführungsform umfasst, wie in 10 dargestellt, ein Pilotbrenner 44 eine Pilotdüse 61, einen Pilotkonus bzw. -kegel 62 und einen Pilotverwirbeler 63. Der Pilotkonus 62 umfasst einen Konuskörper 64, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt 65 und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt 66. Der Hauptbrenner 45 umfasst eine Hauptdüse 67, einen Hauptbrennerzylinder 68, und einen Hauptverwirbeler 69. Der Hauptbrennerzylinder 68 umfasst einen Brennerzylinderkörper 70 und einen Erweiterungsabschnitt 71. Der Erweiterungsabschnitt 71 ist kontinuierlich und eben bzw. glatt von einem Einlassabschnitt 71a mit einer zylindrischen Form zu einem Auslassabschnitt 71b mit einem rechteckigen Zylinder umgeformt, und der Auslassabschnitt 71b ist in einer trapezförmigen zylindrischen Form mit zwei Radialrichtungskanten 72a und 72b und zwei Umfangsrichtungskanten 72c und 72d gebildet.
Eine Brennkammer 12 der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem ersten Luftausstoßabschnitt und einem zweiten Luftausstoßabschnitt versehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 umfasst einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Abschnitt 65a mit einer zylindrischen Form und einem Flanschabschnitt 65b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 65a vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 65b verläuft entlang einer Radialrichtung des Pilotkonus 62 und ist so angeordnet, dass ein Außenendabschnitt davon zu einer Basisendabschnittsseite des Pilotkonus 62 in einer Axialrichtung geneigt ist. Der kegelförmige externe Zylinderabschnitt 66 ist außerhalb des kegelförmigen Zylinderabschnitts 65 positioniert und umfasst einen kegelförmigen Abschnitt 66a mit einer zylindrischen Form und einem Flanschabschnitt 66b, der in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Abschnitts 66a vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 66b verläuft entlang der Radialrichtung des Pilotkonus 62 und ist so angeordnet, dass ein äußerer Endabschnitt davon zu der Basisendabschnittsseite des Pilotkonus 62 in der Axialrichtung geneigt ist.
Als der erste Luftausstoßabschnitt sind ein Luftdurchgang 81 und ein Luftausstoß- bzw. einspritzanschluss 82 vorgesehen. Als der zweite Luftausstoßabschnitt sind ein erster Luftdurchgang 83, ein zweiter Luftdurchgang 84, und ein Luftausstoß- bzw. einspritzanschluss 85 vorgesehen. Der erste Luftdurchgang 83 erlaubt ein Strömen der Luft zu der Außenendabschnittsseite in einer Richtung eines Zentralachsenzentrums O des Pilotkonus 62, und der zweite Luftdurchgang 84 erlaubt ein Strömen der Luft zu einer Außenseite in der Radialrichtung des Pilotkonus 62 zu strömen, und ist zu der Basisendabschnittsseite der Axialrichtung des Pilotkonus 62 geneigt.
Komprimierte Luft A, die in einen inneren Zylinder 42 eingebracht wird, tritt durch Lüftungsöffnungen 73a eines Substrats bzw. Trägers 73 hindurch und wird dann in den Luftdurchgang 81 und den ersten Luftdurchgang 83 unterteilt. Luft A1 in dem Luftdurchgang 81 wird dann durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen, und Luft A2 in dem ersten Luftdurchgang 83 tritt durch den zweiten Luftdurchgang 84 hindurch und kühlt den Pilotkonus 62 und wird dann durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen. Da der zweite Luftdurchgang 84 zu einer stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung der Luft A2 geneigt ist, wird die Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, zu der Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, ausgestoßen.
Die Luft A1, die durch den Luftausstoßanschluss 82 ausgestoßen wird, wird zu einer stromabwärtigen Seite eines Übergangsstücks 43 und außenseitig der Radialrichtung ausgestoßen. Die Luft A2, die durch den Luftausstoßanschluss 85 ausgestoßen wird, wird zu der Luft A1 so ausgestoßen, dass sich sowohl von der Luft A1 als auch von der Luft A2 Komponenten, die in der Radialrichtung nach außen strömen, aufheben, und eine Luft A3 eher in die stromabwärtige Seite des Übergangsstücks 43 hinein strömt. Daher wird eine Flammenoberfläche F durch die Strömung der Luft A3 zu der stromabwärtigen Seite bewegt.
In der Gasturbinenbrennkammer der vierten Ausführungsform sind der Luftdurchgang (erster Luftausstoßabschnitt) 81, der die Luft zu der Außenendabschnittsseite außerhalb des Hauptbrenners 65 ausstößt, und die Luftdurchgänge (zweiter Luftausstoßabschnitt) 83 und 84, die die Luft zu der Außenendabschnittsseite außerhalb des Pilotkonus 62 zirkulieren und die Luft zu einer Außenseite in der Radialrichtung ausstoßen, vorgesehen, und der zweite Luftdurchgang 84 ist zu der stromaufwärtigen Seite in einer Strömungsrichtung der Luft geneigt vorgesehen.
Die Richtung der Luftströmung durch den Luftausstoßanschluss 82 ist durch die Luftströmung durch den Luftausstoßanschluss 85 des zweiten Luftdurchgangs 84 so aufgehängt, dass die Positionen der Flammenoberfläche F in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung an einer optimalen Position eingestellt werden kann. Folglich wird die Position einer Flamme an einer geeigneten Position gesteuert bzw. eingestellt und eine Verbrennung kann stabilisiert und eine Verbrennungsoszillation kann gesteuert werden.
Fünfte Ausführungsform
11 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. Zu beachten ist, dass Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie die in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und eine Beschreibung weggelassen wird.
In einer Brennkammer einer Gasturbine der fünften Ausführungsform umfasst, wie in 11 dargestellt, ein Pilotkonus 62 einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt 65. Der kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 ist so konfiguriert, dass eine Vielzahl von (8 in der vorliegenden Ausführungsform) kegelförmigen bzw. sich verjüngenden unterteilten Körpern eines Zylinderabschnitts 65A und 65B in einer zylindrischen Form kombiniert sind. In diesem Fall ist der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65A mit einem Vorsprungabschnitt 65d als ein Änderungselement in einem Bereich an einer Seite in einer Umfangsrichtung in einem Hauptbrennerzylinder 68 versehen und der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65B ist mit einem Vorsprungabschnitt 65e als ein Änderungselement in einem Bereich an der anderen Seite in der Umfangsrichtung in dem Hauptbrennerzylinder 68 versehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 ist also so konfiguriert, dass die vier kegelförmigen unterteilten Körper des Zylinderabschnitts 65A und die vier kegelförmigen unterteilten Körper des Zylinderabschnitts 65B in einer zylindrischen Form kombiniert sind. Die Vorsprungabschnitte 65d und 65e können in gewünschten Bereichen in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 vorgesehen werden. Zu beachten ist, dass die Kombination, die Reihenfolge oder die Positionen in der Umfangsrichtung in den kegelförmigen unterteilten Körpern des Zylinderabschnitts 65A und 65B nicht auf die oben Beschriebenen begrenzt sind.
Sechste Ausführungsform
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt. Zu beachten ist, dass Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie die in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und eine detaillierte Beschreibung weggelassen wird.
In einer Brennkammer einer Gasturbine der sechsten Ausführungsform umfasst, wie in 12 dargestellt, ein Pilotkonus 62 einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt 65. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 ist so konfiguriert, dass eine Vielzahl von (8 in der vorliegenden Ausführungsform) kegelförmigen unterteilten Körpern des Zylinderabschnitts 65A und 65B, 65C, und 65D in einer zylindrischen Form kombiniert sind. In diesem Fall ist der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65A mit einem Vorsprungabschnitt 65d als ein Änderungselement in einem Bereich an einer Seite in einer Umfangsrichtung in dem Hauptbrennerzylinder 68 versehen, und der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65B ist mit einem Vorsprungabschnitt 65e als ein Änderungselement in einem Bereich an der anderen Seite in der Umfangsrichtung in dem Hauptbrennerzylinder 68 versehen. Ferner ist der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65C mit einem Vorsprungabschnitt 65c als ein Änderungselement in dem gesamten Bereich in der Umfangsrichtung in dem Hauptbrennerzylinder 68 versehen, und der kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts 65D ist nicht mit einem Vorsprungabschnitt als ein Änderungselement versehen. Der kegelförmige Zylinderabschnitt 65 ist also so konfiguriert, dass die Vielzahl von Typen von kegelförmigen unterteilten Körpern des Zylinderabschnitts 65A, 65B, 65C, und 65D in einer zylindrischen Form kombiniert sind. Daher können die Vorsprungabschnitte 65c, 65d, 65e in gewünschten Bereichen in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt 65 vorgesehen werden. Zu beachten ist, dass die Kombination, die Reihenfolge und die Positionen in der Umfangsrichtung bei den kegelförmigen unterteilten Körpern des Zylinderabschnitts 65A, 65B, 65C und 65D nicht auf die oben Beschriebenen begrenzt sind.
Zu beachten ist, dass in den obigen Ausführungsformen als das Änderungselement der vorliegenden Erfindung die Vorsprungabschnitte und die Ausschnittabschnitte eingesetzt worden sind. Jedoch ist eine Ausführungsform nicht auf diese Konfigurationen begrenzt und jedes Element kann eingesetzt werden, solange das Element die Ausstoßrichtung der Luft, die durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßen wird, zu der axialen Zentrumsrichtung des Flammenstabilisators ändert. In diesem Fall kann das Änderungselement integral mit dem zweiten Luftausstoßabschnitt vorgesehen oder kann als ein separates Element vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
11: Kompressor
12: Brennkammer
13: Turbine
21: Kompressorgehäuse
22: Einlassleitflügel (IGV)
23: Turbinenleitschaufel
24: Turbinenlaufschaufel
25: Luftzweig- bzw. Luftzapfkammer
26: Turbinengehäuse
27: Turbinenleitschaufel
28: Turbinenlaufschaufel
29: Abgasgehäuse
30: Abgaskammer
31: Abgasdiffusor
32: Rotor
33 und 34: Lagerung
35, 36 und 37: Fußabschnitt
41: externer Zylinder (Verbrennungskammer bzw. Brennkammer)
42: innerer Zylinder (Verbrennungskammer bzw. Brennkammer)
43: Übergangsstück (Verbrennungskammer bzw. Brennkammer)
44: Pilotbrenner
45: Hauptbrenner
46: Bypass-Rohrleitung
47: Bypass-Ventil
51: externer Zylinderkörper
52: externer Zylinderabdeckungsabschnitt
53: Befestigungsbolzen bzw. -schraube
54: oberer Kopfabschnitt
55: Befestigungsbolzen bzw. -schraube
56: Luftdurchgang
57: Zuführdurchgang
58: Pilotbrennstoffanschluss
59: Hauptbrennstoffanschluss
61: Pilotdüse
62: Pilotkonus (Flammenstabilisator)
63: Pilotverwirbeler (Verwirbelungsflügel)
64: Konuskörper (Flammenstabilisatorkörper)
65: kegelförmiger Zylinderabschnitt
65a: kegelförmiger Abschnitt
65b: Flanschabschnitt
65c, 65d und 65e: Vorsprungabschnitt (Änderungselement)
65A, 65B und 65C: kegelförmige unterteilte Körper des Zylinderabschnitts
66: kegelförmiger externer Zylinderabschnitt
66a: kegelförmiger Abschnitt
66b: Flanschabschnitt
67: Hauptdüse
68: Hauptbrennerzylinder
69: Hauptverwirbeler (Verwirbelungsflügel)
70: Brennerzylinderkörper
71: Erweiterungsabschnitt
71a: Einlassabschnitt
71b: Auslassabschnitt
72a und 72b: Radialrichtungskante
72c und 72d: Umfangsrichtungskante
73: Substrat bzw. Träger
73a: Belüftungsloch
81: Luftdurchgang (erster Luftausstoßabschnitt)
82: Luftausstoßanschluss
83: erster Luftdurchgang (zweiter Luftausstoßabschnitt)
84: zweiter Luftdurchgang (zweiter Luftaussstoßabschnitt)
85: Luftausstoßanschluss
101: Ausschnittabschnitt (Änderungselement)
102: Vorsprungabschnitt (Änderungselement)
A, A1, A2 und A3: Luft
O: Zentralachsenzentrum
R: Verwirbelungssströmung

Claims

Eine Gasturbinenbrennkammer mit: einem Verbrennungsraum bzw. einer Brennkammer mit einer zylindrischen Form, einem Pilotbrenner, der in einem zentralen Abschnitt in der Brennkammer angeordnet ist, einer Vielzahl von Hauptbrennern, die so angeordnet sind, dass sie den Pilotbrenner in der Brennkammer umgeben, einem Flammenstabilisator, der eine Außenseite einer Pilotdüse in dem Pilotbrenner abdeckt und eine kegelförmige bzw. sich verjüngende Zylinderform besitzt, bei der sich eine Außenendabschnittseite radial erweitert, einem ersten Luftausstoßabschnitt, der eingerichtet ist, um Luft zu einer Außenendabschnittseite außenseitig der Hauptbrenner auszustoßen, einem zweiten Luftausstoßabschnitt, der eingerichtet ist, um Luft zu einer Außenendabschnittseite außenseitig des Flammenstabilisators zu zirkulieren und um Luft zu einer Außenseite in einer Radialrichtung auszustoßen, und einem Änderungselement, das eingerichtet ist, um eine Ausstoßrichtung der durch den zweiten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft zu einer Richtung einer axialen Mitte des Flammenstabilisators zu ändern.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Luftausstoßabschnitt einen ersten Luftdurchgang, der außenseitig des Flammenstabilisators vorgesehen ist und der eingerichtet ist, um die Luft zu einer Außenendabschnittseite zu zirkulieren, einen zweiten Luftdurchgang, der eingerichtet ist, um die Luft von der Außenendabschnittseite des ersten Luftdurchgangs zu einer Außenseite in der Radialrichtung zu zirkulieren, und einen Luftausstoßanschluss, der in der Außenendabschnittseite des zweiten Luftdurchgangs vorgesehen ist, aufweist, und wobei das Änderungselement in dem Luftausstoßanschluss vorgesehen ist.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 2, wobei der Flammenstabilisator einen Flammenstabilisatorkörper mit einer zylindrischen Form, einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderabschnitt mit einer kegelförmigen bzw. sich verjüngenden Zylinderform, die sich zu der Außenendabschnittseite des Flammenstabilisatorkörpers fortsetzt, und einen kegelförmigen bzw. sich verjüngenden externen Zylinderabschnitt, der außenseitig des kegelförmigen Zylinderabschnitts mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet ist, aufweist, wobei der erste Luftdurchgang, der zweite Luftdurchgang und der Luftausstoßanschluss zwischen dem kegelförmigen Zylinderabschnitt und dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt vorgesehen sind, und das Änderungselement in dem kegelförmigen Zylinderabschnitt und/oder in dem kegelförmigen externen Zylinderabschnitt vorgesehen ist.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 3, wobei das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen ist und eine Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft zu der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft ändert.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 4, wobei das Änderungselement die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft so ändert, dass sie eine entgegengesetzte Richtung zu einer Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 3, wobei das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen Zylinderabschnitts vorgesehen ist und die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßenen Luft so ändert, dass sie dieselbe Richtung wie eine Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß Anspruch 3, wobei das Änderungselement in einem Außenendabschnitt des kegelförmigen externen Zylinderabschnitts vorgesehen ist und die Ausstoßrichtung der durch den Luftausstoßanschluss ausgestoßene Luft so ändert, dass sie dieselbe Richtung wie eine Ausstoßrichtung der durch den ersten Luftausstoßabschnitt ausgestoßenen Luft annimmt.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hauptbrenner einen Hauptbrennerzylinder, eine Hauptdüse, die in einem zentralen Abschnitt des Hauptbrennerzylinders vorgesehen ist, und einen Verwirbelungsflügel, der zwischen dem Hauptbrennerzylinder und der Hauptdüse vorgesehen ist, aufweist, und das Änderungselement in einem gesamten Bereich, der dem Hauptbrennerzylinder zugewandt ist, vorgesehen ist.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Hauptbrenner einen Hauptbrennerzylinder, eine Hauptdüse, die in einem zentralen Abschnitt des Hauptbrennerzylinders vorgesehen ist, und einen Verwirbelungsflügel, der zwischen dem Hauptbrennerzylinder und der Hauptdüse vorgesehen ist, aufweist, und das Änderungselement in einem Teilbereich, der dem Hauptbrennerzylinder zugewandt ist, vorgesehen ist.
Die Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der kegelförmige Zylinderabschnitt so konfiguriert ist, dass eine Vielzahl von unterteilten Körpern in einer Zylinderform kombiniert ist, und das Änderungselement in zumindest einem Teilbereich der unterteilten Körper vorgesehen ist.
Eine Gasturbine mit: einem Kompressor, der eingerichtet ist, um Luft zu komprimieren, der Brennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die eingerichtet ist, um komprimierte Luft, die durch den Kompressor komprimiert wurde, und einen Brennstoff zu vermischen und zu verbrennen, und einer Turbine, die eingerichtet ist, um Drehenergie durch von der Brennkammer erzeugtes Verbrennungsgas zu erhalten.