DE112018005689T5 - Gasturbinenbrennkammer und gasturbine - Google Patents
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Abstract
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine. Die Priorität der am 27. Oktober 2017 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-208504 - Technischer Hintergrund
- Eine in einer Gasturbine verwendete Brennkammer ist hauptsächlich mit einem Zylinder, durch den das Verbrennungsgas strömt, einer Vielzahl von Düsen, die in dem Zylinder eine Flamme bilden, und einer Vielzahl von um die Düse herum angeordneten Verwirbelungsschaufeln ausgestattet. Durch die von den Düsen gebildete Flamme wird im Zylinder Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt. Im Übrigen kann in einigen Fällen im Verlauf der Brennstoff- und Luftströmung innerhalb der Brennkammer ein Phänomen auftreten, das als Flammenrückschlag oder Flashback bezeichnet wird. Der Flammenrückschlag ist ein Phänomen, bei dem sich die Flammen zu unerwarteten Bereichen in der Brennkammer ausbreiten und dadurch eine anormale Verbrennung verursachen. Da insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck in einem zentralen Bereich (Wirbelkern) der von den Verwirbelungsschaufeln gebildeten Wirbelströmung geringer sind als in anderen Bereichen, ist bekannt, dass dort ein Flammenrückschlag zu erwarten ist. Um einen solchen Flammenrückschlag zu vermeiden, z.B. in einer Vorrichtung, die in dem unten beschriebenen Patentdokument 1 beschrieben ist, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Wirbelkern, indem ein Luftströmungsweg für eine Zufuhr von Luft zum Wirbelkern von einem distalen Ende der Düsen gebildet wird. Die Luft wird von einer Position auf einer Stromaufseite der Verwirbelungsschaufeln (Druckverlustabschnitte) in der Düse in den Luftströmungsweg eingeführt. Dadurch kann ein Flammenrückschlag vermieden werden.
- Zitierliste
- Patentdokument
- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2015-183892
- Zusammenfassung der Erfindung
- Technisches Problem
- Bei der Vorrichtung des Patentdokuments 1 ist eine treibende Kraft der dem Luftströmungsweg zuzuführenden Luft jedoch nur eine Druckdifferenz in der Stromauf- und Stromabwärtsrichtung der Verwirbelungsschaufeln. Aus diesem Grund besteht die Wahrscheinlichkeit, dass je nach Leistungsbereich der Gasturbine keine ausreichende Druckdifferenz erreicht wird. Es besteht also immer noch die Wahrscheinlichkeit, dass dem Luftströmungsweg nicht genügend Luft zugeführt wird und es zu einem Flammenrückschlag kommen kann.
- Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung der oben genannten Probleme gemacht worden, und eine Aufgabe davon ist es, eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine vorzusehen, bei denen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Flammenrückschlägen weiter reduziert wird.
- Lösung des Problems
- Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbinenbrennkammer: eine Düse, in der ein Luftausstoßdurchgang, der sich entlang einer Achse erstreckt und der ein offenes distales Ende hat, und einen Brennstoffzufuhrdurchgang, der sich entlang der Achse erstreckt und der ein offenes distales Ende hat, ausgebildet sind, Verwirbelungsschaufeln, die um die Düse herum vorgesehen sind, sodass sie um die Achse der Düse herum verdreht sind, einen Innenzylinder, der einen Außenumfang der Düse und die Verwirbelungsschaufeln umgibt, und in dem verdichtete Luft durch ein Inneres des Innenzylinders zu einer Stromabseite strömt, einen Außenzylinder, der ausgestaltet ist, um einen Umkehrströmungsweg zu definieren, der die verdichtete Luft an einem Außenumfang des Innenzylinders umkehrt und die verdichtete Luft in das Innere des Innenzylinders zwischen den Außenzylinder und den Innenzylinder einführt, und ein Lufteinführrohr, das ein Ende mit einem Raum an einer Stromaufseite der verdichteten Luft von dem Umkehrströmungsweg verbunden hat, und das andere Ende mit dem Luftausstoßdurchgang verbunden hat.
- Gemäß dieser Ausgestaltung wird die verdichtete Luft des Raumes auf der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs durch das Lufteinführrohr zum Luftausstoßdurchgang geführt. Da hier ein Druckverlust durch den Umkehrströmungsweg und die Verwirbelungsschaufel auftritt, ist der Druck im Raum innerhalb des Innenzylinders ausreichend kleiner als der Druck des Raumes auf der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs. Es kann also eine ausreichende Druckdifferenz zwischen einem Ende des Lufteinführrohrs und dem anderen Ende erreicht werden. Daher kann dem Luftausstoßdurchgang eine ausreichende Menge an verdichteter Luft zugeführt werden.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Ende des Luftausstoßdurchgangs an einem distalen Ende der Düse offen sein.
- Da ein Ende des Luftausstoßdurchgangs zum distalen Ende der Düse hin offen ist, wird gemäß dieser Ausgestaltung dem Wirbelkern der nahe dem distalen Ende der Düse erzeugten Verwirbelungsströmung ausreichend verdichtete Luft zugeführt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Wirbelkern erhöht werden.
- Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Gasturbinenbrennkammer auf der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs mit einer Gleichrichtungsplatte versehen sein, um die Strömung der verdichteten Luft gleichzurichten und die verdichtete Luft zum Erzeugen des Druckverlusts daran zu veranlassen.
- Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Druckdifferenz zwischen dem Raum im Inneren des Innenzylinders und dem Raum auf der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs durch den von der Gleichrichtungsplatte verursachten Druckverlust weiter zu erhöhen. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Luftausstoßdurchgang auszustoßenden Luft weiter erhöht werden.
- Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Gasturbinenbrennkammer ferner eine Vielzahl von Düsen, wobei das Lufteinführungsrohr ein Haupteinführrohr, das ein Ende hat, das mit dem Raum an der Stromaufseite verbunden ist, und einen Verteilerabschnitt, der ein Ende mit dem Haupteinführungsrohr verbunden hat und das andere Ende zu der Vielzahl von Düsen verzweigt hat, aufweist.
- Gemäß dieser Ausgestaltung kann die vom Haupteinführrohr geführte verdichtete Luft durch den Verteilerabschnitt der Vielzahl von Düsen zugeführt werden. Da es also nicht notwendig ist, für jede der Düsen ein Haupteinführrohr vorzusehen, können der Umfang der Bearbeitung und die am Außenzylinder durchzuführenden Reparaturen reduziert werden. Daher können die Bauzeit verkürzt und die Kosten reduziert werden.
- Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gasturbine vorgesehen, die umfasst: einen Verdichter, der ausgestaltet ist, um externe Luft zu verdichten, um verdichtete Luft zu erzeugen, die Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der ersten bis vierten Aspekte, die ausgestaltet ist, um die verdichtete Luft und den Brennstoff zu verbrennen, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
- Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine Gasturbine vorzusehen, die stabiler arbeiten kann, indem die Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlags in der Brennkammer verringert wird.
- Vorteilhafte Effekte der Erfindung
- Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Gasturbinenbrennkammer und eine Gasturbine vorgesehen werden, bei denen die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Flammenrückschlags weiter reduziert wird.
- Figurenliste
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1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausgestaltung einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Hauptteils einer Brennkammer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Hauptteils einer Brennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Beschreibung der Ausführungsformen
- Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Wie in
1 gezeigt, ist eine Gasturbine1 nach der vorliegenden Ausführungsform mit einem Verdichter2 , der verdichtete Luft erzeugt, einer Brennkammer3 (einer Gasturbinenbrennkammer3 ), die durch Mischen und Verbrennen von verdichteter Luft A und Brennstoff F ein Verbrennungsgas erzeugt, und einer Turbine4 , die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, ausgestattet. - Der Verdichter
2 hat einen Verdichterrotor21 , der sich entlang einer HauptachseAm erstreckt, und ein Verdichtergehäuse22 , das den Verdichterrotor21 von einer Außenumfangsseite abdeckt. Der Verdichterrotor21 ist um die HauptachseAm rotierbar getragen. Eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufelreihen23 , die in Abständen oder Intervallen in Richtung der HauptachseAm angeordnet sind, sind an einer Außenumfangsfläche des Verdichterrotors21 vorgesehen. Jede Verdichterlaufschaufelreihe23 hat eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufeln24 , die in Umfangsrichtung der HauptachseAm in Abständen oder Intervallen angeordnet sind. - Das Verdichtergehäuse
22 hat eine zylindrische Form, die auf die HauptachseAm zentriert ist. An einer Innenumfangsfläche des Verdichtergehäuses22 sind mehrere Verdichterleitschaufelreihen25 vorgesehen, die mit der vorgenannten Verdichterlaufschaufelreihe23 in Richtung der HauptachseAm versetzt angeordnet sind. Jede Verdichterleitschaufelreihe25 hat eine Vielzahl von Verdichterleitschaufeln26 , die an der Innenumfangsfläche des Verdichtergehäuses22 in Umfangsrichtung der HauptachseAm in Abständen oder Intervallen angeordnet sind. - Die Brennkammer
3 ist zwischen dem Verdichtergehäuse22 und einem später zu beschreibenden Turbinengehäuse42 vorgesehen. Die Brennkammer3 steht mit dem Inneren des Verdichtergehäuses22 in Verbindung. Daher wird die vom Verdichter2 erzeugte verdichtete Luft in die Brennkammer3 geführt. Wie später ausführlich beschrieben wird, wird in der Brennkammer3 durch die Verbrennung des Gemischs aus verdichteter Luft und Brennstoff ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt. - Die Turbine
4 hat einen Turbinenrotor41 , der sich entlang der HauptachseAm erstreckt, und ein Turbinengehäuse42 , das den Turbinenrotor41 von der Außenumfangsseite abdeckt. Auf der Außenumfangsoberfläche des Turbinenrotors41 sind eine Vielzahl in Richtung der HauptachseAm in Abständen angeordnete Turbinenlaufschaufelreihen43 vorgesehen.
Jede Turbinenlaufschaufelreihe43 hat eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln44 , die in Umfangsrichtung der HauptachseAm in Abständen oder Intervallen angeordnet sind. - Das Turbinengehäuse
42 hat eine zylindrische Form, die auf die HauptachseAm zentriert ist. An der Innenumfangsfläche des Turbinengehäuses42 sind eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelreihen45 vorgesehen, die mit der vorgenannten Turbinenlaufschaufelreihe43 in Richtung der HauptachseAm versetzt angeordnet sind. Jede Turbinenleitschaufelreihe45 hat eine Vielzahl von Turbinenstatorschaufeln46 , die an der Innenumfangsfläche des Turbinengehäuses42 in Umfangsrichtung der HauptachseAm in Abständen oder Intervallen angeordnet sind. - Der Verdichterrotor
21 und der Turbinenrotor41 sind an der HauptachseAm zu einem Gasturbinenrotor91 integral verbunden. In ähnlicher Weise sind das Verdichtergehäuse22 und das Turbinengehäuse42 in Richtung der HauptachseAm integral miteinander verbunden, um ein Gasturbinengehäuse92 zu bilden. Der Gasturbinenrotor91 rotiert im Innern des Gasturbinengehäuses92 (einem RaumV ) integral um die HauptachseAm . Als Beispiel ist ein GeneratorG , der mit der Rotation des Gasturbinenrotors91 Strom erzeugt, mit einem Ende des Gasturbinenrotors91 verbunden. - Als nächstes wird eine detaillierte Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der Brennkammer
3 beschrieben. Wie in1 dargestellt hat die Brennkammer3 gemäß der vorliegenden Ausführung eine zylindrische Form, die auf eine BrennkammerachseAc (eine Achse) zentriert ist, die sich in einer Richtung erstreckt, die die HauptachseAm schneidet. Außerdem ist die Brennkammer3 , wie in2 dargestellt, mit einer Brennstoffdüse31 , die Brennstoff einspritzt, einem zylindrischen Innenzylinder32 , in dem die Brennstoffdüse31 aufgenommen ist, einem Außenzylinder33 , der mit einer Stromaufseite des Innenzylinders32 verbunden ist, und einem Endrohr34 , das mit einer Stromabseite des Innenzylinders32 verbunden ist, ausgestattet. - Die Brennstoffdüse
31 spritzt den von einer Brennstoffzufuhrquelle zugeführten Brennstoff in das Innere des Innenzylinders32 ein. Wie in2 gezeigt hat die Brennstoffdüse31 eine erste Düse31A (Düse) zur Bildung einer vorgemischten Verbrennungsflamme und eine zweite Düse31B zur Zündung des aus der ersten Düse31A einzuspritzenden Brennstoffs. Die einzelne zweite Düse31B ist entlang der BrennkammerachseAc vorgesehen. Eine Vielzahl von ersten Düsen31A sind in Umfangsrichtung der BrennkammerachseAc in Abständen oder Intervallen angeordnet. - Die zweite Düse
31B entzündet das aus der ersten Düse31A eingespritzte vorgemischte Gas durch Bildung einer Diffusionsverbrennungsflamme. Mit der Bildung der vorgemischten Verbrennungsflamme, die durch die erste Düse31A erzeugt wird, wird im Innenzylinder32 und im Endrohr34 Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt. - Der Innenzylinder
32 umgibt einen Außenumfang der Brennstoffdüse31 (die Vielzahl der ersten Düsen31A und die zweite Düse31B) , die um die BrennkammerachseAc angeordnet sind. Konkret ist die Brennstoffdüse31 in einem Bereich innerhalb des Innenzylinders32 auf einer Seite in Richtung der BrennkammerachseAc vorgesehen. Der Innenzylinder32 hat eine kreisförmige Rohrform, die auf die BrennkammerachseAc zentriert ist. Ein Stromaufendabschnitt des Innenzylinders32 ist ein dicker AbschnittT mit einer Dicke (einer Abmessung der BrennkammerachseAc in der Radialrichtung) eingestellt, um größer als andere Abschnitte zu sein. Der dicke AbschnittT ist einem unten zu beschreibenden Außenzylinder33 mit einem Zwischenraum dazwischen zugewandt. - Der Außenzylinder
33 ist ein zylindrisches Element mit Boden, das zum Verschließen eines im RaumV ausgebildeten BrennkammereinführlochsH vorgesehen ist. Der Außenzylinder33 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Außenzylinder-Hauptkörper33A und eine Düsenbasis33B , die die zweite Düse31B und die erste Düse31A trägt. - Ein Abschnitt der Innenumfangsfläche des Außenzylinder-Hauptkörpers
33A , einschließlich eines Endabschnitts auf einer Seite in Richtung der BrennkammerachseAc , ist in einer gekrümmten Oberflächenform gekrümmt, um von einer Innenseite zu einer Außenseite in einer Radialrichtung, von einer Seite zur anderen Seite in Richtung der BrennkammerachseAc , gerichtet zu werden. Dieser Abschnitt definiert einen UmkehrströmungswegC , indem er dem dicken TeilT des oben genannten Innenzylinders32 gegenüberliegt. Die verdichtete Luft in dem RaumV strömt in den UmkehrströmungswegC ein. Die verdichtete Luft ändert die Richtung, wenn sie den UmkehrströmungswegC durchströmt, und strömt im Inneren des Innenzylinders32 von einer Seite zur anderen in Richtung der BrennkammerachseAc . In der folgenden Beschreibung wird eine Seite, von der die verdichtete Luft her strömt, als Stromaufseite und eine Seite, zu der die verdichtete Luft hin strömt, als Stromabseite bezeichnet. Eine GleichrichtungsplatteB ist in einem Abschnitt auf der Stromaufseite des UmkehrströmungswegsC (auf der Seite des RaumsV ) vorgesehen. Obwohl nicht im Detail dargestellt, hat die GleichrichtungsplatteB eine Vielzahl von Plattenelementen, die in Abständen oder Intervallen angeordnet sind. Die GleichrichtungsplatteB richtet die Strömung der verdichteten Luft aus und erzeugt einen Druckverlust von der Stromaufseite zur Stromabseite. Der Druck ist im UmkehrströmungswegC , der die Stromabseite der GleichrichtungsplatteB ist, also niedriger als im RaumV , der die Stromaufseite ist. - Eine Außenumfangsfläche
35 (eine bezüglich der BrennkammerachseAc radial nach außen gewandte Fläche) des Außenzylinder-Hauptkörpers33A liegt der InnenumfangsflächeH1 des oben beschriebenen BrennkammereinführlochsH über einem ZwischenraumVc gegenüber, der sich in radialer Richtung bezüglich der BrennkammerachseAc erstreckt. Der ZwischenraumVc ist ein Raum, der durch die InnenumfangsflächeH1 des BrennkammereinführlochsH , der Außenumfangsfläche35 des Außenzylinder-Hauptkörpers33A und eine Fläche (die Stromabfläche36 ), die der Stromabseite des Außenzylinder-Hauptkörpers33A zugewandt ist, gebildet wird. Der ZwischenraumVc hat also eine Ringform, die auf die BrennkammerachseAc zentriert ist. Der ZwischenraumVc steht mit dem oben genannten RaumV in Verbindung. Daher ist der Druck im ZwischenraumVc gleich dem Druck im RaumV . Mit anderen Worten ist der Druck der verdichteten Luft im ZwischenraumVc höher als der Druck der verdichteten Luft im UmkehrströmungswegC . In der Richtung, in der die verdichtete Luft strömt, befindet sich also der ZwischenraumVc auf der Stromaufseite des UmkehrströmungswegsC , wie der RaumV . - Die Düsenbasis
33B ist ein im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildetes Element, das auf die BrennkammerachseAc zentriert ist. Eine zweite Düse31B wird durch einen Bereich eingesetzt, der den Mittelpunkt der Düsenbasis33B einschließt. Ferner ist an der Außenumfangsseite der zweiten Düse31B eine Vielzahl von ersten Düsen31A in der Umfangsrichtung der BrennkammerachseAc in Abständen oder Intervallen angeordnet. Die erste Düse31A hat eine im Wesentlichen röhrenförmige Form und verfügt über einen darin ausgebildeten BrennstoffzufuhrdurchgangF1 und einen LuftausstoßdurchgangF2 . Um die erste Düse31A sind eine Vielzahl von VerwirbelungsschaufelnS vorgesehen. Jede VerwirbelungsschaufelS ist um die Mittelachse der ersten Düse31A von einer Seite zur anderen Seite in Richtung der BrennkammerachseAc gewunden oder verdreht. Die Mittelachse der ersten Düse31A ist eine Achse, die sich parallel zur BrennkammerachseAc erstreckt. Dadurch wird dem Fluid, das um die VerwirbelungsschaufelS herum strömte, eine Wirbelströmungskomponente hinzugefügt. - Ein distales Ende des Brennstoffzufuhrdurchgangs
F1 ist zur Oberfläche jeder VerwirbelungsschaufelS hin offen. Der durch den BrennstoffzufuhrdurchgangF1 zugeführte Brennstoff wird also an der Oberfläche der VerwirbelungsschaufelS mit der verdichteten Luft vermischt. Die oben erwähnte vorgemischte Verbrennungsflamme wird an der Stromabseite der ersten Düse31A durch Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches gebildet. - Ein distales Ende (ein Ende) des Luftausstoßdurchgangs
F2 ist zum distalen Ende (Endabschnitt auf bzw. an der Stromabseite) der ersten Düse31A offen. Ein Lufteinführrohr5 ist mit dem anderen Ende des LuftausstoßdurchgangsF2 verbunden. Das Lufteinführrohr5 ist ein Rohr, das den oben erwähnten ZwischenraumVc und den LuftausstoßdurchgangF2 verbindet. Das Lufteinführrohr5 erstreckt sich vom ZwischenraumVc zur Außenseite des Außenzylinders33 und ist mit dem LuftausstoßdurchgangF2 verbunden, um die Düsenbasis33B zu durchdringen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist an jede erste Düse31A ein einzelnes Lufteinführrohr5 angeschlossen. Die Vielzahl von Lufteinführrohren5 , die sich vom ZwischenraumVc aus erstrecken, werden also einzeln mit jeder ersten Düse31A verbunden. - Als nächstes wird der Betrieb der Gasturbine
1 und der Brennkammer3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Beim Betrieb der Gasturbine1 wird zunächst der Verdichterrotor21 (der Gasturbinenrotor91 ) durch eine externe Antriebsquelle in Rotation versetzt. Die Außenluft wird mit der Rotation des Verdichterrotors21 sequentiell verdichtet und dadurch verdichtete Luft erzeugt. Die verdichtete Luft wird durch einen Raum im Verdichtergehäuse22 in die Brennkammer3 zugeführt. In der Brennkammer3 wird der aus der Brennstoffdüse31 zugeführte Brennstoff mit der verdichteten Luft vermischt und verbrannt, wodurch ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt wird. Das Verbrennungsgas wird der Turbine4 durch einen Raum innerhalb des Turbinengehäuses42 zugeführt. In der Turbine4 wird dem Turbinenrotor41 (dem Gasturbinenrotor91 ) durch das aufeinanderfolgende Auftreffen des Verbrennungsgases auf die Turbinenlaufschaufeln44 und die Turbinenleitschaufeln46 eine Drehantriebskraft verliehen. Die Rotationsenergie wird zum Antrieb eines mit einem Wellenende verbundenen GeneratorsG verwendet. - Als nächstes wird der Betrieb der Brennkammer
3 im Detail beschrieben. Die vom Verdichter2 erzeugte verdichtete Luft wird aus dem RaumV durch die GleichrichtungsplatteB und den UmkehrströmungswegC in den Innenzylinder32 geleitet. Wenn die verdichtete Luft durch die GleichrichtungsplatteB und den UmkehrströmungswegC strömt, entsteht darin ein Druckverlust. Die in den Innenzylinder32 eingeführte verdichtete Luft wird mit dem aus der ersten Düse31A eingespritzten Brennstoff zu einem vorgemischten Gas vermischt. Das vorgemischte Gas wird durch die aus der zweiten Düse31B eingespritzte Diffusionsverbrennungsflamme gezündet, um eine vorgemischte Verbrennungsflamme zu bilden. Die vorgemischte Verbrennungsflamme erstreckt sich von der Stromaufseite zur Stromabseite im Innenzylinder32 und erzeugt Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck. Das Verbrennungsgas strömt innerhalb des Endrohrs34 von einer Seite zur anderen Seite in Richtung der BrennkammerachseAc und wird dann in das Turbinengehäuse42 eingeführt, um die Turbine4 anzutreiben. - Da die Verwirbelungsschaufeln
S um die erste Düse31A herum angeordnet sind, ist hier die Wirbelströmungskomponente in der vorgemischten Verbrennungsflamme enthalten. Die vorgemischte Verbrennungsflamme breitet sich also aus, während sie sich um die erste Düse31A von einer Seite zur anderen in Richtung der BrennkammerachseAc dreht. Demgemäß wird am anderen Ende der distalen Seite der ersten Düse31A in Richtung der BrennkammerachseAc ein Wirbelkern der Wirbelströmung gebildet. Es ist bekannt, dass ein Flammenrückschlag im Wirbelkern wahrscheinlich ist, weil die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck geringer sind als in anderen Bereichen. Der Flammenrückschlag ist ein Phänomen, bei dem eine anormale Verbrennung durch die Ausbreitung der Flammen auf den in unerwarteten Bereichen innerhalb der Brennkammer3 verbliebenen Brennstoff verursacht wird. - Um einen solchen Flammenrückschlag zu vermeiden, wird in der vorliegenden Ausführungsform der oben erwähnte Luftausstoßdurchgang
F2 in der ersten Düse31A gebildet.
Die verdichtete Luft in dem RaumV (ZwischenraumVc ) wird über das Lufteinführrohr5 dem LuftausstoßdurchgangF2 zugeführt. Da das distale Ende des LuftausstoßdurchgangsF2 zum Stromabseitenendabschnitt der ersten Düse31A offen ist, wird dem Wirbelkern verdichtete Luft mit hohem Druck zugeführt. Dadurch können die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck des Fluids im Wirbelkern erhöht werden. - Wie oben beschrieben, wird in der Brennkammer
3 nach der vorliegenden Ausführungsform die verdichtete Luft des Raumes (ZwischenraumesVc ) auf der Stromaufseite des UmkehrströmungswegsC durch das Lufteinführrohr5 zum LuftausstoßdurchgangF2 geführt. Da hier der Druckverlust durch den UmkehrströmungswegC und die VerwirbelungsschaufelS auftritt, ist der Druck im Raum im Inneren des Innenzylinders32 ausreichend kleiner als der Druck im ZwischenraumVc . Es kann also eine ausreichende Druckdifferenz zwischen dem einen Ende des Lufteinführrohrs5 und dem anderen Ende erreicht werden. Daher kann dem LuftausstoßdurchgangF2 eine ausreichende Menge an verdichteter Luft zugeführt werden. - Da ein Ende des Luftausstoßdurchgangs
F2 zum distalen Ende der Düse hin offen ist, wird dem Wirbelkern der Wirbelströmung, die in der Nähe des distalen Endes der Düse erzeugt wird, ausreichend verdichtete Luft zugeführt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im Wirbelkern erhöht werden. - Darüber hinaus ist es gemäß der oben genannten Ausgestaltung möglich, die Druckdifferenz zwischen dem Raum im Inneren des Innenzylinders
32 und dem ZwischenraumVc , der der Raum auf der Stromaufseite des UmkehrströmungswegsC ist, durch den von der GleichrichtungsplatteB verursachten Druckverlust weiter zu erhöhen. Daher kann die Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Luftausstoßdurchgang auszustoßenden Luft weiter erhöht werden. - Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Brennkammer
3 mit Bezug auf3 beschrieben. Bestandteile, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und es wird keine detaillierte Beschreibung dieser Bestandteile gegeben. Wie in3 dargestellt, hat das Lufteinführrohr5 bei der vorliegenden Ausführungsform ein Haupteinführrohr51 und einen Verteilerabschnitt52 , der mit dem Haupteinführrohr51 verbunden ist. Ein Ende des Haupteinführrohrs51 ist mit dem ZwischenraumVc verbunden. Das andere Ende des Haupteinführungsrohrs51 ist mit dem Verteilerabschnitt52 verbunden. Der Verteilerabschnitt52 teilt die durch das Haupteinführrohr51 in Richtung der Vielzahl der ersten Düsen31A geführte verdichtete Luft auf. Also sind nur ein Einlassport oder -anschluss52A und eine Vielzahl von Auslassports oder -anschlüssen52B , die jeweils mit dem Einlassport52A in Verbindung stehen, in dem Verteilerabschnitt52 gebildet. Die Anzahl der Auslassports52B entspricht der Anzahl der ersten Düsen31A in der Brennkammer3 . Ein in der ersten Düse31A gebildeter LuftausstoßdurchgangF2 ist mit jedem Auslassport52B verbunden. - Gemäß der oben genannten Ausgestaltung weist das Lufteinführrohr
5 das Haupteinführrohr51 und den Verteilerabschnitt52 auf. Auf diese Weise kann die aus dem ZwischenraumVc durch das Haupteinführrohr51 geführte verdichtete Luft verteilt und durch den Verteilerabschnitt52 der Vielzahl von ersten Düsen31A zugeführt werden. Da es nicht notwendig ist, das Haupteinführrohr51 für jede der ersten Düsen31A vorzusehen, ist es also möglich, den Umfang der am Außenzylinder33 durchzuführenden Bearbeitung oder Reparaturen zu reduzieren. Daher können die Bauzeit verkürzt und die Kosten reduziert werden. - Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. An der oben genannten Ausgestaltung können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel wurde die Ausgestaltung, bei der der Luftausstoßdurchgang
F2 nur in der ersten Düse31A vorgesehen ist, in der oben genannten Ausführungsform beschrieben. Der LuftausstoßdurchgangF2 kann jedoch in der zweiten Düse31B vorgesehen werden. Auch in diesem Fall kann, ähnlich wie bei der ersten Düse31A , der LuftausstoßdurchgangF2 vorgesehen werden, indem ein Strömungsweg gebildet wird, der in das Innere der zweiten Düse31B eindringt und sich am Stromabendabschnitt der zweiten Düse31B öffnet. Ferner ist es auch möglich, den LuftausstoßdurchgangF2 nur in der zweiten Düse31B zu bilden. - Ferner wurde die Ausgestaltung, in der die Verwirbelungsschaufel
S an der ersten Düse31A angebracht ist, in jeder der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Der Aspekt der VerwirbelungsschaufelS ist jedoch nicht auf die oben genannten Ausführungen beschränkt, und es ist möglich, eine Ausgestaltung anzunehmen, bei der die VerwirbelungsschaufelS an der Innenumfangsfläche des Innenzylinders32 befestigt ist, die die erste Düse31A abdeckt. - Gewerbliche Anwendbarkeit
- Gemäß der Gasturbinenbrennkammer wird die verdichtete Luft des Raumes auf der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs durch das Lufteinführrohr zum Luftausstoßdurchgang geführt. Da hier ein Druckverlust durch den Umkehrströmungsweg und die Verwirbelungsschaufel auftritt, ist der Druck des Raumes im Inneren des Innenzylinders ausreichend kleiner als der Druck des Raumes auf bzw. an der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs. Es kann also eine ausreichende Druckdifferenz zwischen einem Ende des Lufteinführrohrs und dem anderen Ende erreicht werden. Daher kann dem Luftausstoßdurchgang eine ausreichende Menge an verdichteter Luft zugeführt werden.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gasturbine
- 2
- Verdichter
- 3
- Brennkammer
- 4
- Turbine
- 5
- Lufteinführrohr
- 21
- Verdichterrotor
- 22
- Verdichtergehäuse
- 23
- Verdichterlaufschaufelreihe
- 24
- Verdichterlaufschaufel
- 25
- Verdichterleitschaufelreihe
- 26
- Verdichterleitschaufel
- 31
- Brennstoffdüse
- 31A
- erste Düse
- 31B
- zweite Düse
- 32
- Innenzylinder
- 33
- Außenzylinder
- 33A
- Außenzylinder-Hauptkörper
- 33B
- Düsenbasis
- 34
- Endrohr
- 35
- Außenumfangsfläche
- 36
- Stromabfläche
- 41
- Turbinenrotor
- 42
- Turbinengehäuse
- 43
- Turbinenlaufschaufelreihe
- 44
- Turbinenlaufschaufel
- 45
- Turbinenleitschaufelreihe
- 46
- Turbinenleitschaufel
- 51
- Haupteinführrohr
- 52
- Verteilerabschnitt
- 52A
- Einlassport oder -anschluss
- 52B
- Auslassport oder -anschluss
- 91
- Gasturbinenrotor
- 92
- Gasturbinengehäuse
- Am
- Hauptachse
- Ac
- Brennkammerachse
- B
- Gleichrichtungsplatte
- C
- Umkehrströmungsweg
- F1
- Brennstoffzufuhrdurchgang
- F2
- Luftausstoßdurchgang
- G
- Generator
- H
- Brennkammereinführloch
- H1
- Innenumfangsfläche
- S
- Verwirbelungsschaufel
- T
- dicker Abschnitt
- V
- Raum
- Vc
- Zwischenraum
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2017208504 [0001]
Claims (5)
- Eine Gasturbinenbrennkammer mit: einer Düse, in der ein Luftausstoßdurchgang, der sich entlang einer Achse erstreckt und der ein offenes distales Ende hat, und ein Brennstoffzufuhrdurchgang, der sich entlang der Achse erstreckt und der ein offenes distales Ende hat, ausgebildet sind, Verwirbelungsschaufeln, die um die Düse herum vorgesehen sind, sodass sie um die Achse der Düse herum gewunden oder verdreht sind, einem Innenzylinder, der einen Außenumfang der Düse und die Verwirbelungsschaufeln umgibt, und in dem verdichtete Luft durch ein Inneres des Innenzylinders zu einer Stromabseite strömt, einem Außenzylinder, der ausgestaltet ist, um einen Umkehrströmungsweg zu definieren, der die verdichtete Luft an einem Außenumfang des Innenzylinders umkehrt und die verdichtete Luft in das Innere des Innenzylinders zwischen die Innen- und Außenzylinder einführt, und einem Lufteinführrohr, das ein Ende mit einem Raum an einer Stromaufseite der verdichteten Luft von dem Umkehrströmungsweg verbunden hat und das andere Ende mit dem Luftausstoßdurchgang verbunden hat.
- Die Gasturbinenbrennkammer gemäß
Anspruch 1 , wobei ein Ende des Luftausstoßdurchgangs an einem distalen Ende der Düse offen ist. - Die Gasturbinenbrennkammer gemäß
Anspruch 1 oder2 , ferner mit: einer Gleichrichtungsplatte, die an der Stromaufseite des Umkehrströmungswegs vorgesehen ist, um die Strömung der verdichteten Luft gleichzurichten und die verdichtete Luft zum Erzeugen eines Druckverlusts daran zu veranlassen. - Die Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der
Ansprüche 1 bis3 , ferner mit einer Vielzahl von Düsen, wobei das Lufteinführrohr ein Haupteinführrohr, das ein Ende hat, das mit dem Raum an der Stromaufseite verbunden ist, und einen Verteilerabschnitt, der ein Ende mit dem Haupteinführrohr verbunden hat und das andere Ende zu der Vielzahl von Düsen verzweigt hat, aufweist. - Eine Gasturbine mit: einem Verdichter, der ausgestaltet ist, um externe Luft zu verdichten, um verdichtete Luft zu erzeugen, der Gasturbinenbrennkammer gemäß einem der
Ansprüche 1 bis4 , die ausgestaltet ist, um die verdichtete Luft und einen Brennstoff zu verbrennen, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, und einer Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird.
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