DE112017001694T5

DE112017001694T5 - Brennkammer und Gasturbine

Info

Publication number: DE112017001694T5
Application number: DE112017001694.0T
Authority: DE
Inventors: Taehwan Kim; Keijiro Saito; Shinji Akamatsu; Kenji Miyamoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: KR102136528B1; JP6654487B2; CN108884763A; US20200326073A1; KR20180115314A; DE112017001694B4; US11143404B2; WO2017170834A1; CN108884763B; JP2017180236A

Abstract

Eine Brennkammer ist mit einem Düsenhauptkörper (16), der einen Wellenkörper (24), der sich entlang einer Achse erstreckt und innerhalb des Wellenkörpers (24) einen Spülluftströmungsweg (29), welcher sich entlang der Achse zu einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers (24) erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, und ein Luftsprühloch (39), welches in dem Außenendabschnitt des Wellenkörpers (24) ausgebildet ist und den Spülluftströmungsweg (29) mit einer Außenendoberfläche des Wellenkörpers (24) verbindet, aufweist, einen Verwirbelungsflügel (26), der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers (24) in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch (38) umfasst, und einem Dichtungselement (40), welches das Luftsprühloch (39) abdichtet und aus Metall ausgebildet ist, welches einen Schmelzpunkt niedriger als ein Schmelzpunkt eines Metalls, das den Düsenhauptkörper (16) bildet, besitzt, vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer und eine Gasturbine.
Priorität wird von der japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-067125 , eingereicht am 30. März 2016, deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist, beansprucht.
Technischer Hintergrund
Allgemein umfasst eine Gasturbine einen Verdichter, der Außenluft verdichtet, um verdichtete Luft zu bilden, eine Brennkammer, die Brennstoff in der verdichteten Luft verbrennt, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckbrenngas zu bilden, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas rotierend angetrieben wird.
Obwohl eine Temperaturerhöhung eines Turbineneinlasses notwendig ist, um die Effizienz der Gasturbine zu verbessern, gibt es ein Problem einer exponentiellen Zunahme von NOx, das die Temperaturerhöhung begleitet. Zum Beispiel umfasst eine Brennkammer, die in dem folgenden PTL 1 offenbart ist, als Gegenmaßnahme gegen eine Zunahme von NOx einen Brenner, der durch eine Wirbelströmung ein Luft-Brennstoff-Gemisch bildet, um die Bildung eines lokalen Hochtemperaturbereichs zu verringern.
Der Brenner der Brennkammer umfasst eine Düse, die ein Wellenkörper ist, welcher sich entlang einer Brennerachse erstreckt, einen Brennerzylinder, der einen Außenumfang der Düse umgibt, unverdichtete Luft und Brennstoff zu einer Stromabseite ausstößt, und einen Verwirbelungsflügel, der ein Fluid in dem Brennerzylinder um eine Brennerachse verwirbelt.
Zitierliste
Patentliteratur
[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2006-336996
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist bekannt, dass ein Phänomen, bei welchem sich eine Flamme einer Wirbelströmung stromauf bewegt (Wirbelkernrückschlag (engl.: „vortex core flashback“)), häufig auftritt, wenn ein verwirbeltes vorgemischtes Gas verbrennt. Wenn ein ungewöhnlicher Brennstoff wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftritt, kann eine Flamme an der Düse hängenbleiben und aufgrund Wärme ein Schaden auftreten. Deshalb ist es wünschenswert, dieses Eintreten zu verhindern.
Die Erfindung sieht eine Brennkammer und eine Gasturbine vor, welche einen Wirbelkernrückschlag vermeiden können, selbst in einem Fall, indem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise der Wirbelkernrückschlag auftrat.
Lösung des Problems
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Brennkammer mit einem Düsenhauptkörper, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse zu einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, und ein Luftsprühloch, welches in dem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und den Spülluftströmungsweg mit einer Außenoberfläche des Wellenkörpers verbindet, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, und einem Dichtungselement, welches das Luftsprühloch abdichtet und aus Metall ausgebildet ist, welches ein Schmelzpunkt niedriger als ein Schmelzpunkt eines Metalls, das den Düsenhauptkörper ausbildet, besitzt, vorgesehen.
Bei solch einer Konfiguration kann selbst bei einem Fall, in dem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, der Wirbelkernrückschlag durch verdichtete Luft vermieden werden, die von dem Luftsprühloch auf die Stromabseite des Düsenhauptkörpers versprüht (engl.: „spraying“) wird. Demgemäß kann verhindert werden, dass die Brennkammer durch Wärme aufgrund eines Wirbelkernrückschlags beschädigt wird.
In der Brennkammer kann das Dichtungselement eine Plattenform aufweisen, um eine Öffnung des Luftsprühlochs herum an einer Außenoberflächenseite des Wellenkörpers ausgebildet sein, und mit einem ausgesparten Abschnitt verbunden sein, in welchen das Dichtungselement hineingesetzt werden kann.
Bei solch einer Konfiguration kann die Dicke eines Dichtungselements gemäß Bedingungen einer Verwendung oder Spezifikationen der Gasturbine geändert werden. Das heißt, es ist einfach, das Dichtungselement zuverlässig zu schmelzen, wenn ein Wirbelkernrückschlag auftritt.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung ist eine Brennkammer mit einem Düsenhauptkörper vorgesehen, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, und einen Innenraum, der in einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und mit dem Spülluftströmungsweg in Verbindung steht, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, wobei der Außenendabschnitt des Wellenkörpers einen dünnen Abschnitt hat, in welchem eine Dicke zwischen einer Außenoberfläche des Wellenkörpers und einer Innenoberfläche des Innenraums kleiner ist als eine Dicke des anderen Teils des Wellenkörpers.
Bei solch einer Konfiguration kann, selbst in einem Fall, in dem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, der Wirbelkernrückschlag durch den schmelzenden dünnen Abschnitt und verdichtete Luft, die auf die Stromabseite des Düsenhauptkörpers versprüht wird, vermieden werden.
Zusätzlich kann die Dicke des Außenendabschnitts gemäß Bedingungen einer Verwendung oder Spezifikationen der Gasturbine angepasst werden. Das heißt, es ist einfach machbar, den Außenendabschnitt zuverlässig zu schmelzen, wenn ein Wirbelkernrückschlag auftritt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist eine Brennkammer mit einem Düsenhauptkörper, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt, und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, einen Innenraum, welcher in einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und mit dem Spülluftströmungsweg in Verbindung steht, und ein Luftsprühloch, welches in dem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und den Innenraum mit einer Außenoberfläche des Wellenkörpers verbindet, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, und einer Ventilvorrichtung, welche innerhalb des Innenraums vorgesehen ist und das Luftsprühloch öffnet und schließt und eine Ventilwelle, die so gehalten ist, dass sie sich frei in einer Richtung vor und zurück bewegt, einen Ventilkörper, der an einem Außenende der Ventilwelle angebracht ist und zu einer ersten Position, bei welcher er im engen Kontakt mit dem Luftsprühloch steht, und einer zweiten Position, bei welcher er von dem Luftsprühloch getrennt ist, bewegbar ist, ein Vorbelastungselement, das den Ventilkörper in einer Richtung der ersten Position vorbelastet, und ein Wärmedehnungselement, das zwischen dem Ventilkörper und dem Luftsprühloch angeordnet ist, aus einem Metall ausgebildet ist, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der höher als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Metalls ist, welches das Vorbelastungselement bildet, und den Ventilkörper durch Wärmedehnung zu der zweiten Position bewegt, aufweist, vorgesehen.
Bei solch einer Konfiguration kann, selbst in einem Fall, indem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, der Wirbelkernrückschlag durch verdichtete Luft, die von dem Luftsprühloch auf die Stromabseite des Düsenhauptkörpers versprüht wird, vermieden werden. Demgemäß kann die Brennkammer von einer Beschädigung durch einen Wirbelkernrückschlag gehindert werden.
Zusätzlich kann die Ventilvorrichtung wiederholt verwendet werden, selbst nachdem der Düsenhauptkörper dem Wirbelkernrückschlag ausgesetzt war.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Gasturbine mit der Brennkammer, einem Verdichter, der Luft verdichtet und die Luft zu der Brennkammer zuführt, und einer Turbine, die durch ein Verbrennungsgas angetrieben ist, welches durch Verbrennung von Brennstoff in der Brennkammer gebildet ist, vorgesehen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann, selbst in einem Fall, indem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, der Wirbelkernrückschlag durch verdichtete Luft, die auf die Stromabseite des Düsenhauptkörpers versprüht wird, verhindert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist eine Schnittansicht einer Umgebung einer Brennkammer der Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht der Brennkammer gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine Schnittansicht eines Hauptbrenners gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
FIG: 5 ist eine Schnittansicht entlang eines Pfeils V aus 4 und ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Anordnung eines Luftsprühlochs gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Form eines Luftsprühlochs gemäß eines ersten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Ansicht zum Beschreiben einer Form eines Luftsprühlochs gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht einer Hauptdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Schnittansicht einer Hauptdüse gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
10 ist eine Schnittansicht einer Hauptdüse gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
11 ist eine Schnittansicht der Hauptdüse gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung und ist eine Ansicht, die eine Ventilvorrichtung in einem offenen Zustand darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
[Erste Ausführungsform]
Nachstehend wird eine Gasturbine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Detail bezüglich der Abbildungen beschrieben werden.
Wie in 1 gezeigt umfasst die Gasturbine 1 der Ausführungsform einen Verdichter 2, der Luft A verdichtet, um verdichtete Luft zu bilden, eine Vielzahl von Brennkammern 3, die Brennstoff F in der verdichteten Luft verbrennen, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas zu bilden, und eine Turbine 4, die durch das Verbrennungsgas rotierend angetrieben wird.
Der Verdichter 2 hat einen Verdichterrotor 6, der um eine Rotationsachse Ar rotiert, und ein Verdichtergehäuse 7, das den Verdichterrotor 6 rotierbar bedeckt. Die Turbine 4 hat einen Turbinenrotor 8, der um die Rotationsachse Ar rotiert, und ein Turbinengehäuse 9, das den Turbinenrotor 8 rotierbar bedeckt.
Die Rotationsachse des Verdichterrotors 6 und die Rotationsachse des Turbinenrotors 8 befinden sich auf der gleichen geraden Linie. Der Verdichterrotor 6 und der Turbinenrotor 8 sind miteinander verbunden und bilden einen Gasturbinenrotor 10. Das Verdichtergehäuse 7 und das Turbinengehäuse 9 sind miteinander verbunden und bilden ein Gasturbinengehäuse 11.
Zum Beispiel ist ein Rotor eines Generators GEN mit dem Gasturbinenrotor 10 verbunden. Die Brennkammern 3 sind mit dem Gasturbinengehäuse 11 fixiert.
Wie in 2 dargestellt hat jede der Brennkammern 3 einen Verbrennungszylinder 13 (oder ein Übergangsstück) und einen Brennstoffausstoßer 14. Der Brennstoff F verbrennt innerhalb des Verbrennungszylinders 13. Der Verbrennungszylinder 13 sendet ein Verbrennungsgas, das als Ergebnis einer Verbrennung des Brennstoffs F gebildet wird, zu der Turbine 4. Der Brennstoffausstoßer 14 stößt den Brennstoff F und die verdichtete Luft A in den Verbrennungszylinder 13 aus.
Wie in 3 dargestellt umfasst der Brennstoffausstoßer 14 einen Pilotbrenner 15, Hauptbrenner 16 (Düsenhauptkörper) und einen Brennerhaltezylinder 17. Der Pilotbrenner 15 zerstreut und verbrennt den ausgestoßenen Brennstoff. Die Hauptbrenner 16 mischen vor und verbrennen den ausgestoßenen Brennstoff. Die Brennerhaltezylinder 14 halten den Pilotbrenner 15 und die Hauptbrenner 16.
Der Pilotbrenner 15 hat eine Pilotdüse 19, einen Pilotbrennerzylinder 18 und eine Vielzahl von Verwirbelungsflügel 20. Die Pilotdüse 19 ist ein Wellenkörper um eine Brennkammerachse Ac, welche sich in einer Axialrichtung Da erstreckt. Der Pilotbrennerzylinder 18 bedeckt einen Außenumfang der Pilotdüse 19. Die Verwirbelungsflügel 20 verwirbeln die verdichtete Luft A um die Brennkammerachse Ac herum. Hierbei ist eine Seite der Axialrichtung Da, welches eine Richtung ist, in der sich die Brennkammerachse Ac erstreckt, als eine Stromaufseite (die rechte in 3) festgelegt, und die andere Seite ist als eine Stromabseite (links in 3) festgelegt. Zusätzlich ist die Brennkammerachse Ac auch eine Brennerachse des Pilotbrenners 15.
Ein Sprühloch ist einem Stromabendabschnitt der Pilotdüse 19 ausgebildet. Die Vielzahl der Verwirbelungsflügel 20 sind an der Stromaufseite einer Position vorgesehen, an welcher die Sprühlöcher ausgebildet sind. Jeder der Verwirbelungsflügel 20 erstreckt sich von dem Außenumfang der Pilotdüse 19 in einer Richtung, die eine Radialrichtungskomponente umfasst, und ist mit einer Innenumfangsoberfläche des Pilotbrennerzylinders 18 verbunden.
Der Pilotbrennerzylinder 18 hat einen Hauptkörper 21, der sich an dem Außenumfang der Pilotdüse 19 und einem Kegelabschnitt 22 befindet, welcher mit einer Stromabseite des Hauptkörpers 21 verbunden ist und einen Durchmesser hat, der sich fortschreitend zu der Stromabseite erhöht. Die Vielzahl von Verwirbelungsflügel 20 sind mit einer Innenumfangsoberfläche des Hauptkörpers 21 des Pilotbrennerzylinders 18 verbunden. Die verdichtete Luft A, welche durch Luft erhalten wird, die durch den Verdichter 2 von der Stromaufseite des Pilotbrennerzylinders verdichtet wurde, strömt in den Pilotbrennerzylinder 18 ein. Der Pilotbrennerzylinder 18 stößt von einem Stromabende davon Brennstoff aus, der von der Pilotdüse 19 zusammen mit der verdichteten Luft A versprüht wird. Dieser Brennstoff zerstreut sich und verbrennt in dem Verbrennungszylinder 13.
Die Vielzahl von Hauptbrennern 16 sind so angeordnet, dass sie in einer Umfangsrichtung um die Brennkammerachse Ac herum angeordnet sind, sodass eine Außenumfangsseite des Pilotbrenners 15 umgeben ist.
Jeder der Hauptbrenner 16 hat eine Hauptdüse 24, einen Hauptbrennzylinder 25 und eine Vielzahl von Verwirbelungsflügeln 26. Die Hauptdüse 24 ist ein Wellenkörper, der sich entlang einer Brennerachse Ab erstreckt, die parallel zu der Brennkammerachse Ac verläuft. Der Hauptbrennerzylinder 25 bedeckt einen Außenumfang der Hauptdüse 24. Die Verwirbelungsflügel 26 verwirbeln die verdichtete Luft A um die Brennerachse Ab.
Da die Brennerachse Ab eines jeden Hauptbrenners 16 parallel mit der Brennerachse Ac verläuft, sind eine Axialrichtung bezogen auf die Brennkammerachse Ac und eine Axialrichtung bezogen auf die Brennerachse Ab die gleiche Richtung.
Zusätzlich ist die Stromaufseite der Axialrichtung bezogen auf die Brennkammerachse Ac die Stromaufseite der Axialrichtung bezogen auf die Brennerachse Ab. Die Stromabseite der Axialrichtung bezogen auf die Brennkammerachse Ac ist die Stromabseite der Axialrichtung bezogen auf die Brennerachse Ab.
Die Hauptdüse 24 ist beispielsweise aus einem Metall wie beispielsweise Edelstahl gebildet. Ein Metall, das einen Schmelzpunkt von 1000°C oder höher aufweist, kann als ein Metall zum Bilden der Hauptdüse 24 angewendet werden.
Die Vielzahl von Verwirbelungsflügel 26 sind an einem Zwischenabschnitt der Hauptdüse 24 in der Axialrichtung Da vorgesehen. Der Hauptbrennerzylinder 25 hat einen Hauptkörper 27, welcher sich an einem Außenumfang der Hauptdüse 24 befindet, und einen erweiterten Abschnitt 28, welcher mit der Stromabseite des Hauptkörpers 27 verbunden ist und sich zu der Stromabseite erstreckt.
Die Vielzahl von Verwirbelungsflügel 26 sind mit einer Innenumfangsoberfläche des Hauptkörpers 27 des Hauptbrennerzylinders 25 verbunden. Eine Vielzahl von Brennstoffsprühlöchern 38 (siehe 4) zum Versprühen von Brennstoff (Gasbrennstoff) sind in jedem der Vielzahl von Verwirbelungsflügeln 26 ausgebildet. Brennstoff wird in die Hauptdüse 24 zugeführt und der Brennstoff wird von der Hauptdüse 24 zu den Verwirbelungsflügeln 26 zugeführt.
Die verdichtete Luft A, die durch Luft, welche durch den Verdichter 2 von der Stromaufseite des Hauptbrennerzylinders verdichtet wurde, erhalten wird, strömt in den Hauptbrennerzylinder 25 ein. Die verdichtete Luft A und Brennstoff, der von den Verwirbelungsflügel 26 versprüht wird, werden vermischt, um ein vorgemischtes Gas PM in dem Hauptbrennerzylinder 25 zu bilden. Der Hauptbrennerzylinder 25 stößt das vorgemischte Gas PM von einem Stromaufende davon aus. Der Brennstoff in dem vorgemischten Gas PM ist vorgemischt und verbrennt in dem Verbrennungszylinder 13.
Der Brennerhaltezylinder 17 hat eine Zylinderform und die Brennkammerachse Ac und bedeckt eine Außenumfangsseite der Vielzahl von Hauptbrennerzylindern 25.
Der Verbrennungszylinder 13 hat eine Verbrennungseinheit 31 und eine Verbrennungsgasführungseinheit 32. Die Verbrennungseinheit 31 hat eine Zylinderform um die Brennachse Ac. Die Verbrennungseinheit 31 bildet einen Verbrennungsbereich 30 aus, indem Brennstoff verbrennt, der von den Hauptbrenner 16 und dem Pilotbrenner 15 ausgestoßen wird. Die Verbrennungsgasleiteinheit 32 hat eine Rohrform. Die Verbrennungsgasleiteinheit 32 leitet ein Verbrennungsgas, das durch die Verbrennung von Brennstoff gebildet wird, in einen Verbrennungsströmungsweg der Turbine 4. Die Verbrennungsgasleiteinheit 32 des Verbrennungszylinders 13 ist an der Stromabseite der Verbrennungseinheit 31 des Verbrennungszylinders 13 ausgebildet.
Wie in 4 dargestellt steht jeder von den Verwirbelungsflügeln 26 des Hauptbrenners 16 von einer Außenumfangsoberfläche der Hauptdüse 24 in einer Durchmesserichtung über und ist mit einer Innenumfangsoberfläche des Hauptbrennerzylinders 25 verbunden. Die Verwirbelungsflügel 26 sind ausgebildet, um ein Fluid zu verwirbeln, welches auf der Stromabseite um die Brennerachse Ab zirkuliert.
Die Hauptdüse 24 hat einen Hauptdüsenhauptkörper 34, der eine Zylinderform aufweist, und einen spitzen Außenendabschnitt 35, der an der Stromabseite des Hauptdüsenhauptkörpers 34 vorgesehen ist. Der Außenendabschnitt 35 wird fortschreitend zu der Stromabseite dünner. In anderen Worten ist der Außenendabschnitt 35 in einer Kegelform ausgebildet, welche sich zu einem Außenende auf der Stromabseite verjüngt.
Jeder der Verwirbelungsflügel 26 hat einen düsenseitigen Verbindungsabschnitt 45, einen zylinderseitigen Verbindungsabschnitt 46 und einen Profilabschnitt 36. Der düsenseitige Verbindungsabschnitt 45 ist mit einer Außenumfangsoberfläche des Hauptdüsenhauptkörpers 34 verbunden. Der zylinderseitige Verbindungsabschnitt 46 ist mit der Innenumfangsoberfläche des Hauptbrennerzylinders 25 verbunden. Eine gleichmäßige und kontinuierliche Profiloberfläche 37 ist in dem Profilabschnitt 36 ausgebildet, um ein Fluid, welches von der Stromaufseite strömte, um die Brennerachse Ab zu verwirbeln. Eine Umfangsrichtung um die Brennerachse Ab wird nachstehend einfach als eine Umfangsrichtung Dc bezeichnet und eine Durchmesserrichtung Dr um die Brennerachse Ab wird nachstehend einfach als die Durchmesserrichtung Dr bezeichnet.
Die Vielzahl von Brennstoffsprühlöcher 38 zum Versprühen des Brennstoffs F sind in jedem der Verwirbelungsflügel 26 ausgebildet.
Jeder der Hauptbrenner 16 hat Brennstoffströmungswege 41, einen Spülluftströmungsweg 29, Luftsprühlöcher 39 und Dichtungselemente 40. Die Brennstoffströmungswege 41 versprühen den Brennstoff F von den Brennstoffsprühlöchern der Verwirbelungsflügel 26. Innerhalb der Hauptdüse 24 erstreckt sich der Spülluftströmungsweg 29 zu dem Außenendabschnitt 35 der Hauptdüse 24 entlang der Brennerachse Ab und die verdichtete Luft A wird in den Spülluftströmungsweg eingebracht. Die verdichtete Luft A wird durch die Luftsprühlöcher 39 versprüht. Die Dichtungselemente 40 dichten die Luftsprühlöcher 39 ab.
Der Spülluftströmungsweg 29 hat einen Luftströmungsweghauptkörper 29a und einen Durchmesser erhöhenden Abschnitt 29b. Der Luftströmungsweghauptkörper 29a erstreckt sich entlang der Brennerachse Ab innerhalb der Hauptdüse 24. Der Durchmessererhöhungs-Abschnitt 29b ist innerhalb des Außenendabschnitts 35 der Hauptdüse 24 ausgebildet, welche sich auf der Stromabseite des Luftströmungsweghauptkörpers 29a befindet.
Die verdichtete Luft A, die durch den Verdichter (siehe 1) gebildet wird, wird in den Spülluftströmungsweg 29 eingebracht. Der Spülluftströmungsweg 29 erstreckt sich zu der Umgebung einer Außenoberfläche des Außenendabschnitts 35 der Hauptdüse 24. Eine Schnittform des Durchmessererhöhungs-Abschnitts 29b in der Axialrichtung Da betrachtet ist größer als eine Schnittform des Luftströmungsweghauptkörpers 29a in der Axialrichtung Da betrachtet. Es ist bevorzugt, dass der Durchmessererhöhungs-Abschnitt 29b eine Form hat, die der Außenoberfläche des Außenendabschnitts 35 der Hauptdüse 24 folgt.
Die Luftsprühlöcher 39 sind in dem Außenendabschnitt 35 der Hauptdüse 24 ausgebildet. Jedes der Luftsprühlöcher 39 verbindet den Durchmessererhöhungs-Abschnitt 29b des Spülluftströmungswegs 29 mit der Außenoberfläche des Außenendabschnitts 35 der Hauptdüse 24. Wie in 5 dargestellt sind drei Luftsprühlöcher 39 abstandsgleich in einer Umfangsrichtung der Brennerachse Ab ausgebildet. Die Anzahl der Luftsprühlöcher 39 ist nicht darauf gegrenzt.
Eine Achse eines jeden der Luftsprühlöcher 39 ist zu der Stromabseite geneigt, wenn sie sich von einer Brennerachsen-Ab-Seite zu einer Außenseite in der Durchmesserrichtung annähern. Jedes der Luftsprühlöcher 39 ist so orientiert, dass die verdichtete Luft A, die in den Luftsprühlöchern 39 über den Spülluftströmungsweg 29 eingebracht ist, zu der Stromabseite der Hauptdüse 24 versprüht wird. Eine Schnittform eines jeden der Luftsprühlöcher 39 der Ausführungsform ist kreisförmig.
Jedes der Dichtungselemente 40 ist ein Element, das die Luftsprühlöcher 39 schließt. Eine Oberfläche eines jeden der Dichtungselemente 40, welche der Außenseite in der Durchmesserrichtung zugewandt sind, ist so ausgebildet, dass sie mit der Außenoberfläche des Außenendabschnitts 35 der Hauptdüse 24 bündig ist. Die Dichtungselemente 40 der Ausführungsform sind aus Aluminium (Al) gebildet. Die Dichtungselemente 40 der Ausführungsform sind in den Luftsprühlöchern 39 durch Schmelzen eines Aluminiumlötmaterials verborgen.
Ohne darauf limitiert zu sein, kann ein Metall mit einem niedrigen Schmelzpunkt, welches einen Schmelzpunkt von 500° C bis 600°C aufweist, wobei der Schmelzpunkt niedriger ist als der des Metalls, das die Hauptdüse 24 bildet, als ein Material zum Bilden der Dichtungselemente verwendet werden.
Folgend wird ein Betrieb und ein Effekt der Gasturbine 1 der Ausführungsform beschrieben werden.
Der Verdichter 2 saugt externe Luft an und verdichtet die Luft. Die Luft, die durch den Verdichter 2 verdichtet wird, wird in die Hauptbrenner 16 und den Pilotbrenner 15 eines jeden der Brennkammern 3 geleitet. Brennstoff wird von einer Brennstoffzufuhrquelle zu den Hauptbrennern 16 und dem Pilotbrenner 15 geleitet. Die Hauptbrenner 16 stoßen das vorgemischte Gas PM, welches durch vormischen von Brennstoff und Luft erhalten wird, in die Verbrennungseinheit 31 des Verbrennungszylinders 13 aus. Das vorgemischte Gas PM wird vorgemischt und verbrennt in der Verbrennungseinheit 31. Zusätzlich stößt der Pilotbrenner 15 beide den Brennstoff und die Luft in die Verbrennungseinheit 31 des Verbrennungszylinders 13 aus. Dieser Brennstoff zerstreut sich und verbrennt oder wird vorgemischt und verbrennt in der Verbrennungseinheit 31. Der Verbrennungsmodus kann beliebig durch Auswahl eines Brennstoffausstoßteils des Pilotbrenners 15 geändert werden. Ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das durch die Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungseinheit 31 des Verbrennungszylinders 13 gebildet wird, wird in den Verbrennungsgasströmungsweg der Turbine 4 durch die Verbrennungsgasleiteinheit 32 des Verbrennungszylinders 13 geleitet, um den Turbinenrotor 8 zu rotieren.
Luft, die durch den Verdichter 2 verdichtet wird, wird von einem Stromaufende des Hauptbrennerzylinders 25 in den Hauptbrennerzylinder 25 eingebracht. Diese Luft verwirbelt sich um die Brennerachse Ab durch die Vielzahl von Verwirbelungsflügel 26 in dem Hauptbrennerzylinder 25. Brennstoff wird von den Brennstoffsprühlöchern 38 von der Vielzahl von Verwirbelungsflügel 26 in den Hauptbrennerzylinder 25 versprüht.
Nachdem der Brennstoff F, der von dem Verwirbelungsflügel 26 versprüht wird, und die Luft A, die zu der Stromabseite strömt, während einer Verwirbelung in dem Hauptbrennerzylinder 25 vorgemischt werden, wird der Brennstoff und die Luft als das vorgemischte Gas PM von dem Stromabende des Hauptbrennerzylinders 25 in den Verbrennungszylinder 13 ausgestoßen.
Eine Wirbelströmung, die durch die Vielzahl von Verwirbelungsflügel 26 gebildet ist, fördert ein Mischen des Brennstoffs F, welcher von den Brennstoffsprühlöchern 38 der Vielzahl der Verwirbelungsflügel 26 in dem Hauptbrennerzylinder 25 versprüht wird, und der Luft A. Zusätzlich wird ein Flammenstabilisationseffekt einer vorgemischten Flamme, die durch die Verbrennung des vorgemischten Gases PM gebildet wird, durch das vorgemischte Gas PM, welches von dem Hauptbrennerzylinder 25 in den Verbrennungszylinder 13 während einem Verwirbeln ausgestoßen wird, verstärkt.
Zum Beispiel bewegen sich, wenn das verwirbelte vorgemischte Gas PM verbrennt, Flammen in einigen Fällen wegen eines Wirbelkernrückschlags stromauf. Wenn der Wirbelkernrückschlag, welcher eine Flamme mit 700°C oder höher ist, die Hauptdüse 24 erreicht, haben die Dichtungselemente 40, die aus Aluminium ausgebildet sind, welches einen Schmelzpunkt niedriger als der eines Metalls, aus dem die Hauptdüse 24 ausgebildet ist, schmelzen.
Demgemäß wird die verdichtete Luft A von den Luftsprühlöchern 39 als Spülluft versprüht. Durch die verdichtete Luft A, die versprüht wird, kehrt der Wirbelkernrückschlag zu der Stromabseite zurück.
Gemäß der Ausführungsform wird, selbst in einem Fall, in dem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, die verdichtete Luft A von den Luftsprühlöchern 39 auf die Stromabseite der Hauptdüse 24 versprüht. Aus diesem Grund kann ein Wirbelkernrückschlag durch ein Reduzieren der Verteilung einer Brennstoffkonzentration eines Wirbelkerns vermieden werden. Demgemäß können die Brennkammern von einer Beschädigung durch Wärme aufgrund eines Wirbelkernrückschlags gehindert werden.
Obwohl die Schnittform eines jeden der Luftsprühlöcher 39 in der Ausführungsform kreisförmig ist, ist die Schnittform nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann als die Luftsprühlöcher 39 gemäß eines ersten Modifikationsbeispiels dargestellt in 6 die Schnittform ein Schlitz in der Umfangsrichtung der Brennerachse Ab sein. Zusätzlich kann ein (einziges) Luftsprühloch 39C entlang der Brennerachse Ab wie in einem zweiten Modifikationsbeispiels dargestellt in 7 ausgebildet sein.
In der Ausführungsform sind die Brennstoffsprühlöcher 38 zum Versprühen des Brennstoffs F in jedem der Verwirbelungsflügel 26 ausgebildet und der Brennstoff F wird in den Hauptbrennerzylinder 25 von den Brennstoffsprühlöchern versprüht. Jedoch kann ein Element, in welchem ein separates Brennstoffsprühloch ausgebildet ist, anstatt eines Ausbildens der Brennstoffsprühlöcher 38 in jedem der Verwirbelungsflügel 26, vorgesehen sein.
[Zweite Ausführungsform]
Nachfolgend wird eine Brennkammer in der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Detail bezüglich der Abbildungen beschrieben werden. Unterschiede von der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wird, werden hauptsächlich beschrieben und eine Beschreibung der gleichen Abschnitte wird in der Ausführungsform weggelassen.
Wie in 8 gezeigt hat jedes Luftsprühloch 39D der Ausführungsform einen Sprühlochhauptkörper 43 und einen Plattenaufnahmeabschnitt 44, der an einer Außenoberflächenseite der Hauptdüse 24 ausgebildet ist.
Dichtungselemente 40D der Ausführungsform sind Metallplatten, die eine Plattenform aufweisen.
Der Plattenaufnahmeabschnitt 44 ist ein ausgesparter Abschnitt, welcher um eine Öffnung eines jeden der Luftsprühlöcher 39D an einer Außenoberfläche-24a-Seite der Hauptdüse 24 herum ausgebildet ist und in welches jeder der Dichtungselemente 40D eingesetzt werden kann.
Der Plattenaufnahmeabschnitt 44 wird so ausgebildet, dass er größer als eine Schnittform des Sprühlochhauptkörpers 43 ist. Der Plattenaufnahmeabschnitt 44 hat eine Form, die mit jedem der Dichtungselemente 40D korrespondiert, welches eine Metallplatte ist. Der Plattenaufnahmeabschnitt 44 ist so ausgebildet, dass eine Oberfläche eines jeden der Dichtungselemente 40D und die Außenoberfläche der Hauptdüse 24 auf der im Wesentlichen gleichen Ebene angeordnet sind, wenn jedes der Dichtungselemente 40D in dem Plattenaufnahmeabschnitt 44 eingesetzt wird.
Jedes der Dichtungselemente 40D, welches eine Metallplatte ist, hat eine vorbestimmte Dicke. Eine ebene Form eines jeden der Dichtungselemente 40D kann kreisförmig oder rechteckig sein. Nach dem Einsetzen in den Plattenaufnahmeabschnitt 44 wird jedes der Dichtungselemente 40D mit dem Plattenaufnahmeabschnitt 44 durch Schweißen oder dergleichen verbunden.
Die Dichtungselemente 40D sind aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Ohne darauf begrenzt zu sein, kann ein Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, das einen Schmelzpunkt von 500°C bis 600°C aufweist, wobei der Schmelzpunkt niedriger ist als der des Metalls, das die Hauptdüse 24 bildet, als ein Material zum Bilden der Dichtungselemente 40D verwendet werden.
Die Dicke eines jeden der Dichtungselemente 40D wird angemessen durch Experimente oder dergleichen festgelegt. Die Dicke eines jeden der Dichtungselemente 40D wird zu einer Dicke festgelegt, die ein zuverlässiges Schmelzen zulässt, wenn es Flammen wie beispielsweise einen Wirbelkernrückschlag ausgesetzt ist, und lässt ein Schmelzen im Normalbetrieb der Gasturbine nicht zu. Das heißt, die Dicke eines jeden der Dichtungselemente 40D kann gemäß den Verwendungsbedingungen eingestellt werden. Die Tiefe des Plattenaufnahmeabschnitts 44 wird angemessen gemäß der Dicke eines jeden der Dichtungselemente 40D festgelegt.
Gemäß der Ausführungsform kann die Dicke eines jeden der Dichtungselemente 40D gemäß den Verwendungsbedingungen einer oder Spezifikationen der Gasturbine geändert werden. Das heißt, es ist einfach machbar, die Dichtungselemente zuverlässig zu schmelzen, wenn ein Wirbelkernrückschlag auftritt.
[Dritte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine Brennkammer der zweiten Ausführungsform der Erfindung im Detail bezüglich der Abbildungen beschrieben werden. Unterschiede von der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, werden hauptsächlich beschrieben und eine Beschreibung der gleichen Abschnitte wird in der Ausführungsform weggelassen.
Wie in 9 gezeigt hat die Hauptdüse 24 der Ausführungsform den zylindrischen Hauptdüsenhauptkörper 34 und einen Außenendabschnitt 35E, von welchem eine Außenendseite durch eine dünne Platte ausgebildet ist und welcher einen Innenraum 47 hat. Der Außenendabschnitt 35E und der Hauptdüsenhauptkörper 34 können zueinander zum Beispiel durch Schweißen verbunden werden.
Der Innenraum 47 des Außenendabschnitts 35E steht mit dem Spülluftströmungsweg 29 in Verbindung.
Die Außenendseite des Außenendabschnitts 35E wird ausgebildet, und eine Dicke T von beispielsweise 2mm oder weniger zu haben. In anderen Worten hat der Außenendabschnitt 35E einen dünnen Abschnitt 48, in welchem die Dicke T zwischen einer Außenoberfläche 24a der Hauptdüse 24 und einer Innenoberfläche 47a des Innenraums 47 kleiner ist als diejenige von anderen Teilen der Hauptdüse 24.
Ein Bereich, in welchem der Außenendabschnitt 35E so ausgebildet ist, dass er die Dicke T von 2mm oder weniger aufweist, wird angemessen durch Experimente oder dergleichen festgelegt. In dem Bereich, in welchem der Außenendabschnitt 35E so ausgebildet ist, dass er die Dicke T von 2mm oder weniger aufweist, wird bevorzugt eine Dicke festgelegt, welche ein zuverlässiges Schmelzen zulässt, wenn er Flammen wie beispielsweise Wirbelkernrückschläge ausgesetzt ist, und lässt ein Schmelzen während dem Normalbetrieb der Gasturbine nicht zu. Die Dicke T des Außenendabschnitts 35E kann gemäß den Verwendungsbedingungen eingestellt werden.
Zum Beispiel schmilzt, wenn Flammen sich aufgrund eines Wirbelkernrückschlags stromauf bewegen und die Hauptdüse 24 erreichen, der dünne Abschnitt 48 des Außenendabschnitts 35E, welcher so ausgebildet ist, dass er dünner als andere Teile des Hauptdüse 24 ist.
Demgemäß wird die verdichtete Luft A als Spülluft versprüht. Durch die verdichtete Luft A, welche versprüht wird, kehrt der Wirbelkernrückschlag zu der Stromabseite zurück.
Gemäß der Ausführungsform schmilzt selbst in einem Fall, in dem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise Wirbelkernrückschlag auftrat, der dünne Abschnitt 48 und die verdichtete Luft A wird auf die Stromabseite der Hauptdüse 24 versprüht. Demgemäß kann ein Wirbelkernrückschlag durch Reduzieren der Verteilung einer Brennstoffkonzentration eines Wirbelkerns vermieden werden.
Zusätzlich kann die Dicke T des Außenendabschnitts 35E gemäß Verwendungsbedingungen oder Spezifikationen der Gasturbine geändert werden. Das heißt, es ist einfach machbar, dass der Außenendabschnitt 35E zuverlässig schmilzt, wenn ein Wirbelkernrückschlag auftritt.
[Vierte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine Brennkammer einer vierten Ausführungsform der Erfindung im Detail bezüglich der Abbildungen beschrieben werden. Unterschiede von der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, werden hauptsächlich beschrieben werden und eine Beschreibung der gleichen Abschnitte wird in der Ausführungsform weggelassen werden.
Wie in 10 dargestellt hat ein Außenendabschnitt 35F eine Hauptdüse 24 der Ausführungsform einen zylindrischen Innenraum 47F, ein Luftsprühloch 39F und eine Ventilvorrichtung 49. Der Innenraum 47F ist so ausgebildet, dass er sich entlang der Brennerachse Ab erstreckt. Das Luftsprühloch 39F verbindet den Innenraum 47F mit der Außenoberfläche 24a der Hauptdüse 24. Die Ventilvorrichtung 49 ist in dem Innenraum 47F vorgesehen und öffnet und schließt das Luftsprühloch 39F.
Die Ventilvorrichtung 49 hat eine Ventilwelle 50, einen Ventilkörper 51, eine erste Verdichtungsspiralfeder 53 und eine zweite Verdichtungsspiralfeder 54 (Wärmeverlängerungselement). Die Ventilwelle 50 erstreckt sich entlang der Brennerachse Ab. Der Ventilkörper 51 ist auf einem Außenende der Ventilwelle 50 vorgesehen. Die erste Verdichtungsspiralfeder 53 ist auf der Stromaufseite des Ventilkörpers 51 vorgesehen. Die zweite Verdichtungsspiralfeder ist auf der Stromabseite des Ventilkörpers 51 vorgesehen.
Die Ventilwelle 50 wird durch ein zylindrisches Halteelement 55 so gehalten, dass sie sich frei in der Axialrichtung Da vor und zurück bewegt. Das Halteelement 55 wird durch ein Tragelement 56 getragen, welches auf der Stromaufseite des Innenraums 47F vorgesehen ist. Das Tragelement 56 ist durch eine Vielzahl von stangenförmigen Elementen ausgestaltet, welche eine Außenoberfläche des Halteelements 55 mit einer Innenoberfläche des Innenraums 47F verbinden.
Der Ventilkörper 51 schließt eine Öffnung 57 des Luftsprühlochs 39F auf einer Innenraum-47F-Seite durch die Ventilwelle 50 ab, welche sich zu der Stromabseite bewegt. Das heißt, die Öffnung 57 des Luftsprühlochs 39F auf der Innenraum-47F-Seite funktioniert als ein Ventilsitz, der mit dem Ventilkörper 51 korrespondiert. Der Ventilkörper 51 ist zu einer ersten Position bewegbar, bei welcher er in engem Kontakt mit einem Luftsprühloch 38F steht, was in 10 dargestellt ist, und einer zweiten Position, bei welcher er von dem Luftsprühloch 38F getrennt ist, was in 11. dargestellt ist.
Die erste Verdichtungsspiralfeder 53 ist ein Vorbelastungselement, das den Ventilkörper 51 in einer Richtung der ersten Position vorbelastet. Die erste Verdichtungsspiralfeder 53 ist zwischen einer Oberfläche 51a des Ventilkörpers 51, welche der Stromaufseite zugewandt ist, und dem Tragelement 56 angeordnet. Die Ventilwelle 50 ist auf einer Innenumfangsseite der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 in der Durchmesserrichtung eingebracht. Das heißt, die Ventilwelle 50 funktioniert als eine Führung der ersten Verdichtungsspiralfeder 53.
Ein Sitz der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 grenzt an eine hintere Oberfläche des Ventilkörpers 51 und der andere Sitz der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 grenzt an das Tragelement 56. Demgemäß wird elastische Energie der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 so eingesetzt, dass der Ventilkörper 51 sich zu der Stromaufseite bewegt.
Die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 ist zwischen einer Oberfläche 51b des Ventilköpers 51, welche der Stromabseite zugewandt ist, und der Oberfläche 47b des Innenraums 47f, welche der Stromaufseite zugewandt ist, angeordnet. Ein Sitz der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 grenzt an ein Randgebiet der Öffnung 57 des Luftsprühlochs 38F auf der Innenraum-47F-Seite und der andere Sitz der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 grenzt an die Oberfläche 51b des Ventilkörpers 51, welche der Stromabseite zugewandt ist. Demgemäß wird elastische Energie der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 so eingesetzt, dass der Ventilkörper 51 zu der Stromabseite bewegt wird.
Eine Welle 58, die als eine Führung der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 funktioniert, ist an einem Außenende des Ventilkörpers 51 vorgesehen.
Federkonstanten der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 und der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 sind so gewählt, dass der Ventilkörper 51 das Luftsprühloch 38F in einer Atmosphäre einer Temperatur (zum Beispiel 450°C) der verdichteten Luft A während eines Normalbetriebs der Gasturbine schließt. Zusätzlich wird durch den Druck der verdichteten Luft A, welche auf die Oberfläche 51a des Ventilkörpers 51, welcher der Stromaufseite zugewandt ist, eingesetzt wird, das Luftsprühloch 38F während eines Normalbetriebs der Gasturbine geschlossen. Das heißt, die verdichtete Luft A, die dem Innenraum 47F über den Spülluftströmungsweg 29 zugeführt wird, wird nicht von dem Luftsprühloch 38F während eines Normalbetriebs der Gasturbine versprüht.
Der Koeffizient der Wärmeausdehnung eines Metalls, das die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 bildet, ist höher als der Koeffizient einer Wärmeausdehnung eines Metalls, das die erste Verdichtungsspiralfeder 53 bildet. Das heißt, die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 dehnt sich weiter als die erste Verdichtungsspiralfeder 53 als Reaktion auf einen Temperaturanstieg aus.
Insbesondere die Koeffizienten der Wärmeausdehnung der ersten Verdichtungsspiralfeder 53 und der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 sind so gewählt, dass in einem Fall, in dem Flammen sich aufgrund eines Wirbelkernrückschlags stromauf bewegen und die Temperatur der Atmosphäre um die Verdichtungsspiralfedern 53 und 54 auf 700°C gestiegen ist, die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 wärmebedingt weiter verlängert als die erste Verdichtungsspiralfeder 53 und der Ventilkörper 51 von dem Luftsprühloch 39F getrennt wird. Das heißt, die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 funktioniert als das wärmeausdehnende Element, das den Ventilkörper 51 durch Wärmeausdehnung in die zweite Position bewegt.
Wie in 11 gezeigt ist beispielsweise, wenn eine Flamme sich aufgrund eines Wirbelkernrückschlags stromauf bewegt und die Hauptdüse 24 erreicht, der Ventilkörper 51 von der Öffnung 57 des Luftsprühlochs 39F auf der Innenraum-47F-Seite durch Wärmeausdehnung der zweiten Verdichtungsspiralfeder 54 getrennt.
Demgemäß wird die verdichtete Luft A über Luftsprühlöcher 39F als Spülluft versprüht. Durch die verdichtete Luft A, die versprüht wurde, kehrt der Wirbelkernrückschlag zu der Stromabseite zurück.
Durch die Wirbelkernrückschlagrückkehr zu der Stromabseite, sinken die Temperaturen der Atmosphäre um die Verdichtungsspiralfedern 53 und 54. Demgemäß zieht sich die zweite Verdichtungsspiralfeder 54 zusammen und das Luftsprühloch 39F wird durch den Ventilköper 51 der Ventilvorrichtung 49 geschlossen. Folglich stoppt das Ausstoßen der verdichteten Luft A.
Gemäß der Ausführungsform wird, selbst in einem Fall, in dem unübliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, die verdichtete Luft A von dem Luftsprühloch 39F auf die Stromabseite der Hauptdüse 24 versprüht. Aus diesem Grund kann ein Wirbelkernrückschlag durch Reduzierung der Verteilung einer Brennstoffkonzentration eines Wirbelkerns verhindert werden. Demgemäß können die Brennkammern von einer Schädigung durch Wärme aufgrund eines Wirbelkernrückschlags gehindert ist.
Zusätzlich kann die Ventilvorrichtung 49 wiederholt genutzt werden, sogar nachdem die Hauptdüse 24 einen Wirbelkernrückschlag ausgesetzt ist.
Obwohl sich ein Element durch einen Wirbelkernrückschlag wärmeausdehnt, wird eine Verdichtungsspiralfeder in der Ausführungsform festgelegt, wobei das Element nicht darauf begrenzt ist. Ein zylindrisches Element, in dem eine Vielzahl von Lüftungslöchern ausgebildet sind, kann anstelle der Verdichtungsspiralfeder verwendet werden.
Zusätzlich ist, obwohl das Luftsprühloch 39F und die Ventilwelle 50 der Ausführungsform sich entlang der Brennerachse Ab erstrecken, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt. Eine Konfiguration, bei der das Luftsprühloch 39F und die Ventilwelle 50 sich in eine (einzige) Richtung hinsichtlich der Brennerachse Ab neigen kann, angewendet werden.
Obwohl die Ausführungsformen der Erfindung obenstehend beschrieben wurden, können verschiedene Modifikationen ausgeführt werden, ohne sich von dem Wesen der Erfindung zu entfernen.
Industrielle Anwendbarkeit
Sogar in einem Fall, in dem ungewöhnliche Verbrennung wie beispielsweise ein Wirbelkernrückschlag auftrat, kann der Wirbelkernrückschlag durch verdichtete Luft, die auf die Stromabseite des Düsenhauptkörpers in der Brennkammer und der Gasturbine versprüht wird, vermieden werden.
Bezugszeichenliste

1:: Gasturbine
2:: Verdichter
3:: Brennkammer
4:: Turbine
5:: Verbrennungszylinder
14:: Brennstoffausstoßer
15:: Pilotbrenner
16:: Hauptbrenner (Düsenhauptkörper)
24:: Hauptdüse (Wellenkörper)
26:: Verwirbelungsflügel
29:: Spülluftströmungsweg
29a:: Luftströmungsweghauptkörper
29b:: Durchmessererhöhungs-Abschnitt
34:: Hauptdüsenhauptkörper
35:: Außenendabschnitt
38:: Brennstoffsprühloch
39:: Luftsprühloch
40:: Dichtungselement
41:: Brennstoffströmungsweg
43:: Sprühlochhauptkörper
44:: Plattenaufnahmeabschnitt (ausgesparter Abschnitt)
47:: Innenraum
48:: dünner Abschnitt
49:: Ventilvorrichtung
50:: Ventilwelle
51:: Ventilkörper
53:: erste Verdichtungsspiralfeder
54:: zweite Verdichtungsspiralfeder (wärmeausdehnendes Element)
56:: Tragelement
58:: Welle
A:: Luft
Ab:: Brennerachse
Da:: Axialrichtung
F:: Brennstoff
PM:: vorgemischtes Gas

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016067125 [0002]

Claims

Eine Brennkammer mit: einem Düsenhauptkörper, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse zu einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, und ein Luftsprühloch, welches in dem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und den Spülluftströmungsweg mit einer Außenoberfläche des Wellenkörpers verbindet, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, und einem Dichtungselement, welches das Luftsprühloch abdichtet und aus Metall ausgebildet ist, welches ein Schmelzpunkt niedriger als ein Schmelzpunkt eines Metalls, das den Düsenhauptkörper ausbildet, besitzt.
Die Brennkammer gemäß Anspruch 1, wobei das Dichtungselement eine Plattenform aufweist, um eine Öffnung des Luftsprühlochs herum an einer Außenoberflächenseite des Wellenkörpers ausgebildet ist, und mit einem ausgesparten Abschnitt verbunden ist, in welchen das Dichtungselement hineingesetzt werden kann.
Eine Brennkammer mit: einem Düsenhauptkörper, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, und einen Innenraum, der in einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und mit dem Spülluftströmungsweg in Verbindung steht, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, wobei der Außenendabschnitt des Wellenkörpers einen dünnen Abschnitt hat, in welchem eine Dicke zwischen einer Außenoberfläche des Wellenkörpers und einer Innenoberfläche, welche den Innenraum ausbildet, kleiner ist als eine Dicke des anderen Teils des Wellenkörpers.
Eine Brennkammer mit: einem Düsenhauptkörper, der einen Wellenkörper, der sich entlang einer Achse erstreckt, und innerhalb des Wellenkörpers einen Spülluftströmungsweg, welcher sich entlang der Achse erstreckt und in welchen verdichtete Luft eingebracht wird, einen Innenraum, welcher in einem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und mit dem Spülluftströmungsweg in Verbindung steht, und ein Luftsprühloch, welches in dem Außenendabschnitt des Wellenkörpers ausgebildet ist und den Innenraum mit einer Außenoberfläche des Wellenkörpers verbindet, aufweist, einen Verwirbelungsflügel, der von einer Außenumfangsoberfläche des Wellenkörpers in einer Durchmesserrichtung der Achse übersteht und ein Fluid, welches zu einer Stromabseite einer Axialrichtung strömt, um die Achse verwirbelt, und ein Brennstoffsprühloch umfasst, und einer Ventilvorrichtung, welche innerhalb des Innenraums vorgesehen ist und das Luftsprühloch öffnet und schließt und eine Ventilwelle, die so gehalten ist, dass sie sich frei in einer Richtung vor und zurück bewegt, einen Ventilkörper, der an einem Außenende der Ventilwelle angebracht ist und zu einer ersten Position, bei welcher er im engen Kontakt mit dem Luftsprühloch steht, und einer zweiten Position, bei welcher er von dem Luftsprühloch getrennt ist, bewegbar ist, ein Vorbelastungselement, das den Ventilkörper in einer Richtung der ersten Position vorbelastet, und ein Wärmedehnungselement, das zwischen dem Ventilkörper und dem Luftsprühloch angeordnet ist, aus einem Metall ausgebildet ist, welches einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der höher als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Metalls ist, welches das Vorbelastungselement bildet, und den Ventilkörper durch Wärmedehnung zu der zweiten Position bewegt, umfasst.
Eine Gasturbine mit: der Brennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, einem Verdichter, der Luft verdichtet und die Luft zu der Brennkammer zuführt, und einer Turbine, die durch ein Verbrennungsgas angetrieben ist, welches durch Verbrennung von Brennstoff in der Brennkammer gebildet ist.