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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennstoffinjektor, eine Brennkammer und eine Gasturbine.
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Die Priorität wird aus der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-231143 beansprucht, die am 30. November 2017 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
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Technischer Hintergrund
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Eine Brennkammer einer Gasturbine enthält einen Brennstoffinjektor. Der Brennstoffinjektor mischt vorab gleichmäßig verdichtete Luft und ein Brennstoffgas. Dann erzeugt die Brennkammer ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur.
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Als Brennkammer der Gasturbine ist eine Brennkammer vorzuziehen, die die Verbrennung stabilisiert und eine geringe Menge an CO/NOx emittiert, bei denen es sich um umweltbelastende Stoffe handelt.
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Als eine solche Brennkammer ist eine Brennkammer mit einem perforierten Strahlbrenner (auch als „Cluster-Brenner“ bezeichnet) bekannt (siehe z.B. Patentdokument 1).
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Das Patentdokument 1 offenbart einen Brennstoffinjektor mit einer Stromaufplatte, die auf einer Stromaufseite angeordnet und mit einer Vielzahl von Luftlöchern versehen ist, einer Stromabplatte, die auf einer Stromabseite der Stromaufplatte angeordnet und mit einer Vielzahl von Luftlöchern versehen ist, und einem Brennstoffzufuhrrohr.
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Zitierliste
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Patentdokument
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Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2016-80214
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Brennstoffinjektor besteht allerdings die Möglichkeit, dass an der Stromabplatte eine anhaftende Flamme auftreten kann. Aus diesem Grund muss die Stromabplatte gekühlt werden. Daher ist es vorzuziehen, die Stromabplatte effizient zu kühlen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist hier die Bereitstellung eines Brennstoffinjektors, einer Brennkammer und einer Gasturbine, die eine Stromabplatte wirksam kühlen können.
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Lösung des Problems
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst ein Brennstoffinjektor nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: eine Stromaufplatte, eine Stromabplatte, die an einer Stromabseite der Stromaufplatte installiert ist und so angeordnet ist, dass sie der Stromaufplatte zugewandt ist, ein zylindrisches Element, das wie ein Zylinder ausgebildet ist, der Stromauf- und Stromaböffnungsenden hat, und in dem ein Plenum oder Verteilerkanal mit der Stromaufplatte, die an dem Stromauföffnungsende angeordnet ist, und der Stromabplatte, die an dem Stromaböffnungsende angeordnet ist, definiert ist, ein Brennstoffrohr, das ausgestaltet ist, um ein Brennstoffgas in das Plenum bzw. den Verteilerkanal einzuführen, ein Vormischrohr, das wie ein Rohr ausgebildet ist, das Stromauf- und Stromaböffnungsenden hat und sich so erstreckt, dass es durch die Stromaufplatte und die Stromabplatte und das Plenum bzw. den Verteilerkanal verläuft, und in dem ein Brennstoffloch ausgebildet ist, das das in das Plenum bzw. den Verteilerkanal zugeführte Brennstoffgas einführt, wobei das Brennstoffgas mit Luft zu vermischen ist, die von dem Stromauföffnungsende in das Vormischrohr eingeführt wird, und ein Kühllufteinführrohr, das ausgestaltet ist, um Kühlluft in die Stromabplatte hinein einzuführen, wobei die Stromabplatte einen Lufteinlass, in den die Kühlluft von dem Kühllufteinführrohr eingeführt wird, und einen Kühlungsströmungsweg, der sich in einer Richtung entlang einer Oberfläche der Stromabplatte von dem Lufteinlass so erstreckt, dass er das Vormischrohr umgeht, aufweist.
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Da der Kühlungsströmungsweg, durch den die Kühlluft strömt, in der Stromabplatte, die eine hohe Temperatur hat, vorgesehen ist, kann die Stromabplatte nach dieser Erfindung direkt mit der Kühlluft gekühlt werden. Demgemäß ist es möglich, die Stromabplatte effizient zu kühlen, indem eine geringe Menge der Kühlluft verwendet wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Kühlluft von der Außenseite der Stromabplatte ausgeblasen wird.
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Da die Stromabplatte mit dem Lufteinlass versehen ist, in den die Kühlluft aus dem Kühllufteinführrohr eingeführt wird, muss das Plenum bzw. der Verteilerkanal für die Kühlluft nicht vorgesehen werden und es kann nur das Plenum bzw. der Verteilerkanal für das Brenngas vorgesehen werden. Demgemäß kann der Aufbau des Brennstoffinjektors vereinfacht werden.
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Ferner kann bei dem Brennstoffinjektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Stromabplatte folgendes umfassen: einen ersten Plattenabschnitt, der eine erste Oberfläche hat, die der Stromaufplatte zugewandt ist, und einen zweiten Plattenabschnitt, der an einer Stromaufseite des ersten Plattenabschnitts angeordnet ist und der eine zweite Oberfläche, die mit der ersten Oberfläche verbunden ist, und den Kühlungsströmungsweg umfasst.
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Da der Kühlungsströmungsweg in dem zweiten Plattenabschnitt, der an der Stromaufseite des ersten Plattenabschnitts angeordnet ist, und nicht in dem ersten Plattenabschnitt, in dem eine anhaftende Flamme gebildet werden kann, ausgebildet ist, kann auf diese Weise die Dicke des ersten Plattenabschnitts, der in Tendenz heißer ist als der zweite Plattenabschnitt, verringert werden.
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Demgemäß ist es möglich, den ersten Plattenabschnitt, der eine geringe Dicke hat, effizient zu kühlen, indem die durch den Kühlungsströmungsweg strömende Kühlluft verwendet wird.
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Ferner kann in dem Brennstoffinjektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Kühlungsströmungsweg wie eine Nut ausgebildet sein, die von der zweiten Oberfläche zu der Stromaufplattenseite ausgenommen ist.
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Da bei einer solchen Ausgestaltung ein Teil der durch den Kühlungsströmungsweg strömenden Kühlluft direkt mit der ersten Oberfläche des ersten Plattenabschnitts in Kontakt gebracht werden kann, kann der erste Plattenabschnitt im Vergleich zu einem Fall, in dem der Kühlungsströmungsweg in den zweiten Plattenabschnitt eingebettet ist, effizient gekühlt werden.
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Ferner kann in dem Brennstoffinjektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der erste Plattenabschnitt ein Durchgangsloch aufweisen, das durch einen Abschnitt verläuft, der der Nut zugewandt ist.
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Wenn das Durchgangsloch eine solche Ausgestaltung hat, kann der erste Plattenabschnitt sehr effizient gekühlt werden, da der erste Plattenabschnitt von der Innenseite des ersten Plattenabschnitts durch die Kühlluft, die durch das Durchgangsloch strömt, gekühlt werden kann, und die Oberfläche der ersten Platte, die an der Seite gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist, durch die Kühlluft, die durch das Durchgangsloch eingespritzt wird, gekühlt werden kann.
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Ferner kann in dem Brennstoffinjektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung das zylindrische Element einen Auslassweg aufweisen, durch den die Kühlluft, die durch die Stromabplatte strömte, zu einer Stromaufseite bezüglich der Stromaufplatte ausgetragen wird.
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Wenn der Auslassweg eine solche Ausgestaltung aufweist, kann die aus dem Auslassweg austretende Kühlluft wieder als in das Vormischrohr eingeleitete Luft verwendet werden.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst eine Brennkammer gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: den oben beschriebenen Brennstoffinjektor, und ein Übergangsstück, in dem der Brennstoffinjektor aufgenommen ist und ausgestaltet ist, um ein Verbrennungsgas durch Verbrennen eines Gases zu erzeugen, in das Luft mit einem von dem Brennstoffinjektor eingespritzten Brennstoffgas vermischt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da der Brennstoffinjektor vorgesehen ist, die Stromabplatte effizient gekühlt und die Brennkammer stabil betrieben werden.
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Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst eine Gasturbine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung: die oben beschriebene Brennkammer, einen Verdichter, der ausgestaltet ist, um verdichtete Luft zu erzeugen, und die verdichtete Luft dem Brennstoffinjektor zuzuführen, eine Entnahmeeinheit, die ausgestaltet ist, um die verdichtete Luft, die durch den Verdichter erzeugt wird, zu entnehmen, einen zwangsluftgekühlten Verdichter, der ausgestaltet ist, um die verdichtete Luft weiter zu verdichten, die durch die Entnahmeeinheit entnommen wird, und der Kühlluft erzeugt, und eine Kühllufteinführleitung, die ausgestaltet ist, um die durch den zwangsluftgekühlten Verdichter erzeugte Kühlluft zu der Brennkammer einzuführen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da die Brennkammer vorgesehen ist, die Stromabplatte effizient gekühlt und die Gasturbine stabil betrieben werden.
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Da der zwangsluftgekühlte Verdichter vorgesehen ist, kann die entnommene verdichtete Luft durch die Entnahmeeinheit weiter verdichtet werden. Demgemäß kann der Brennkammer Kühlluft mit einem höheren Druck als die entnommene verdichtete Luft zugeführt werden.
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Da der zwangsluftgekühlte Verdichter vorgesehen ist, kann außerdem die Querschnittsfläche des Kühlungsströmungsweges verringert werden.
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Ferner kann die Gasturbine nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Kühler enthalten, der so ausgestaltet ist, dass er die von der Entnahmeeinheit entnommene verdichtete Luft kühlt.
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Wenn der Kühler eine solche Ausgestaltung hat, kann die verdichtete Luft gekühlt werden. Demgemäß kann der Brennkammer Kühlluft mit einer niedrigeren Temperatur als die entnommene verdichtete Luft zugeführt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Nach der vorliegenden Erfindung kann eine Stromabplatte effizient gekühlt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Darstellung, die eine schematische Ausgestaltung einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts, in dem ein Brennstoffinjektor in einer in 1 gezeigten Brennkammer angeordnet ist.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts, der von einem in 2 gezeigten Bereich I umgeben ist.
- 4 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts, der von einer in 2 dargestellten Fläche J umgeben ist.
- 5 ist eine Darstellung, in der der in 2 dargestellte Brennstoffinjektor von K aus betrachtet wird.
- 6 ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines Abschnitts, der von einer in 2 dargestellten Fläche M umgeben ist.
- 7 ist eine (erste) Darstellung, die ein weiteres Anordnungsbeispiel für einen Kühlungsströmungsweg zeigt.
- 8 ist eine (zweite) Darstellung, die ein weiteres Anordnungsbeispiel für den Kühlungsströmungsweg zeigt.
- 9 ist eine Querschnittansicht, die einen Schritt zur Ausbildung des Kühlungsströmungsweges zeigt.
- 10 ist eine Querschnittansicht, die einen Verbindungsschritt zum Verbinden eines ersten Plattenabschnitts und eines zweiten Plattenabschnitt zeigt.
- 11 ist eine Querschnittansicht, die einen Schritt zur Ausbildung eines Vormischrohreinführungslochs zeigt.
- 12 ist eine Querschnittansicht, die einen Verbindungsschritt zeigt, bei dem das Vormischrohr mit einer Stromabplatte verbunden wird.
- 13 ist eine Querschnittansicht, die einen Hauptteil eines Brennstoffinjektors nach einem ersten modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform zeigt.
- 14 ist eine Querschnittansicht, die ein Hauptteil eines Brennstoffinjektors nach einem zweiten modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Im Folgenden werden Ausführungsformen, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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(Ausführungsformen)
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Eine Gasturbine 10 dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein Generator 5, der kein Bestandteil der Gasturbine 10 ist. 1 zeigt einen Kompressor oder Verdichter 11, eine Turbine 12, ein Mittelgehäuse 13 und eine Brennkammer 15 im Querschnitt, um die Beschreibung zu erleichtern.
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Ferner bezeichnet in 1 A verdichtete Luft (im Folgenden als „verdichtete Luft A“ bezeichnet), Ao Außenluft (im Folgenden bezeichnet als „Außenluft Ao“), Ax die Achsen des Verdichters 11 und der Turbine 12 (im Folgenden bezeichnet als „Achse Ax“), CA Kühlluft (im Folgenden bezeichnet als „Kühlluft CA“), F Brennstoffgas (im Folgenden bezeichnet als „Brennstoffgas F“) und G ein Verbrennungsgas (im Folgenden bezeichnet als „Verbrennungsgas G“).
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Die Gasturbine 10 umfasst den Verdichter 11, die Turbine 12, das Mittelgehäuse 13, die Vielzahl von Brennkammern 15 und eine Kühlvorrichtung 17.
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Der Verdichter 11 umfasst einen Verdichterrotor 21, ein Verdichtergehäuse 23 und eine Vielzahl von Verdichterleitschaufelreihen 25.
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Der Verdichterrotor 21 rotiert um eine Achse Ax. Der Verdichterrotor 21 umfasst eine Verdichterrotorwelle 27 und eine Vielzahl von Verdichterlaufschaufelreihen 28.
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Die Verdichterrotorwelle 27 erstreckt sich in der Richtung der Achse Ax und die Achse stimmt mit der Achse Ax überein.
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Die Vielzahl von Verdichterleitschaufelreihen 28 sind in der Außenumfangsoberfläche der Verdichterrotorwelle 27 vorgesehen.
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Die Vielzahl von Verdichterlaufschaufelreihen 28 umfasst eine Vielzahl von Rotorlaufschaufeln, die in der Umfangsrichtung der Verdichterrotorwelle 27 angeordnet sind.
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Der Verdichter 11 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung erzeugt die verdichtete Luft A, indem er zulässt, dass die Außenluft Ao (beispielsweise Luft), die von der Außenseite aufgenommen wird, durch einen Raum strömt, der zwischen der Vielzahl von Verdichterleitschaufelreihen 25 und der Verdichterlaufschaufelreihe 28 ausgebildet ist, während der Verdichterrotor 21 rotiert. Die erzeugte verdichtete Luft A wird in das Mittelgehäuse 13 zugeführt.
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Das Verdichtergehäuse 23 hat eine zylindrische Form und nimmt den Verdichterrotor 21 auf.
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Die Vielzahl von Verdichterleitschaufelreihen 25 sind in dem Verdichtergehäuse 23 befestigt. Jede Verdichterleitschaufelreihe 25 ist an einer Stromabseite einer Verdichterlaufschaufelreihe 28 angeordnet. Jede der Vielzahl von Verdichterleitschaufelreihen 25 umfasst eine Vielzahl von Stator- oder Leitschaufeln, die in der Umfangsrichtung des Verdichtergehäuses 23 angeordnet sind.
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Die Turbine 12 umfasst einen Turbinenrotor 31, ein Turbinengehäuse 33 und eine Vielzahl von Turbinenleitschaufelreihen 35.
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Der Turbinenrotor 31 umfasst eine Turbinenrotorwelle 37 und eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelreihen 38.
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Die Turbinenrotorwelle 37 erstreckt sich in der Richtung der Achse Ax und rotiert um die Achse Ax. Ein Endabschnitt der Turbinenrotorwelle 37 ist mit einem Rotor des Generators 5 verbunden.
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Die Vielzahl von Turbinenlaufschaufelreihen 38 sind in der Außenumfangsoberfläche der Turbinenrotorwelle 37 vorgesehen. Die Vielzahl von Turbinenlaufschaufelreihen 38 sind in Intervallen in der Richtung der Achse Ax angeordnet.
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Jede der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelreihen 38 umfasst eine Vielzahl von Rotor- oder Laufschaufeln, die in der Umfangsrichtung der Turbinenrotorwelle 37 angeordnet sind.
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Der Turbinenrotor 31 mit der oben beschriebenen Ausgestaltung ist mit dem oben beschriebenen Verdichterrotor 21 in der Richtung der Achse Ax verbunden. Demgemäß rotieren der Turbinenrotor 31 und der Verdichterrotor 21 zusammen. Der Turbinenrotor 31 und der Verdichterrotor 21 bilden den Gasturbinenrotor 42.
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Das Turbinengehäuse 33 hat eine zylindrische Form und nimmt den Gasturbinenrotor 31 auf.
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Die Vielzahl von Turbinenleitschaufelreihen 35 sind innerhalb des Turbinengehäuses 33 vorgesehen. Die Turbinenleitschaufelreihe 35 ist an der Stromaufseite von jeder Turbinenlaufschaufelreihe 38 angeordnet.
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Jede der Vielzahl von Turbinenleitschaufelreihen 35 umfasst eine Vielzahl von Stator- oder Leitschaufeln, die in der Umfangsrichtung des Turbinengehäuse 33 angeordnet sind.
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Das Verbrennungsgas G, das durch die Brennkammer 15 erzeugt wird, die später beschrieben wird, wird zu der Turbine 12 zugeführt, die die oben beschriebene Ausgestaltung aufweist. Nachdem das Verbrennungsgas G durch einen Raum strömte, der zwischen der Turbinenleitschaufelreihe 35 und der Turbinenlaufschaufelreihe 38 ausgebildet ist, wird die Turbinenrotorwelle 37 zur Drehung angetrieben.
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Demgemäß wird der Generator 5, der mit dem Gasturbinenrotor 42 verbunden ist, mit Drehkraft beaufschlagt, um Strom zu erzeugen.
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Das Mittelgehäuse 13 ist zwischen dem Verdichtergehäuse 23 und dem Turbinengehäuse 33 vorgesehen. Das Mittelgehäuse 13 ist ein zylindrisches Element, das sich in der Richtung der Achse Ax erstreckt. Ein Stromaufende des Mittelgehäuses 13 in der Richtung der Achse Ax ist mit dem Verdichtergehäuse 23 verbunden. Ein Stromabende des Mittelgehäuses 13 in der Richtung der Achse Ax ist mit dem Turbinengehäuse 33 verbunden.
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Als nächstes wird der Brennstoffinjektor 50 mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.
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In 2 werden die gleichen Bauteile wie die der in 1 gezeigten Struktur durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner bezeichnen in 2 I, J und M jeweils Bereiche (nachfolgend bezeichnet als „Bereich I“, „Bereich J“ und „Bereich M“), L bezeichnet die Mittelachse des Brennstoffinjektors 50 (nachfolgend bezeichnet als „Mittelachse L“), und die X-Richtung bezeichnet die Erstreckungsrichtung der Mittelachse L
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Ferner zeigt in 2 ein Pfeil, der an der Umgebung der Stromabplatte 59 angebracht ist, schematisch einen Zustand, in dem ein Gas, das durch Mischen der verdichteten Luft A mit dem Brennstoff F erhalten wird, eingespritzt wird.
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In 3 werden die gleichen Bauteile wie die der in 2 gezeigten Struktur durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In 4 werden die gleichen Bauteile wie die in den 2 und 3 dargestellten Strukturen durch die gleichen Bezugszeichen angegeben. In 5 sind die gleichen Bauteile wie die der in den 2 und 4 gezeigten Strukturen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In 6 werden die gleichen Bauteile wie die der in den 2 bis 4 gezeigten Strukturen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Brennkammer 15 umfasst einen Außenzylinder 49, einen Brennstoffinjektor 50, ein Übergangsstück 52 und ein Federelement 55.
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Der Außenzylinder 49 ist ein zylindrisches Element, von dem beide Enden Öffnungsenden sind. Eine Vielzahl von den Außenzylindern 49 sind in dem Mittelgehäuse 13 vorgesehen, während ein Teil von ihnen innerhalb des Mittelgehäuses 13 angeordnet sind. Die Vielzahl von Außenzylindern 49 sind um die Achse Ax in Intervallen angeordnet.
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Der Außenzylinder 49 erzeugt ein Verbrennungsgas G mit hoher Temperatur und hohem Druck durch Verbrennung eines Gases (gemischten Gases), in dem die verdichtete Luft A und der Brennstoff F, der von dem Brennstoffinjektor 50 eingespritzt wird, gemischt sind.
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Das Turbinengehäuse 33 ist mit der Auslassseite des Außenzylinders 49 verbunden. Der Außenzylinder 49 führt das erzeugte Verbrennungsgas G in das Turbinengehäuse 33 ein.
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Der Brennstoffinjektor 50 ist in dem Außenzylinder 49 aufgenommen und umfasst eine Stromaufplatte 58, eine Stromabplatte 59, ein zylindrisches Element 62, ein Brennstoffrohr 64, ein Vormischrohr 65 und ein Kühllufteinführrohr 68.
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Die Stromaufplatte 58 umfasst einen Plattenkörper 71, ein Brennstoffrohr-Einsetzloch 73 und ein Vormischrohr-Einsetzloch 75.
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Der Plattenkörper 71 ist ein plattenförmiges Element und ist innerhalb des zylindrischen Elements 62 angeordnet, das sich an der Stromaufseite befindet. Die Außenumfangsoberfläche des Plattenkörpers 71 ist mit der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Elements 62 verbunden. Als der Plattenkörper 71 kann beispielsweise ein kreisförmiges, metallisches Plattenelement verwendet werden.
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Das Brennstoffrohr-Einsetzloch 73 ist so ausgebildet, dass es den zentralen Abschnitt des Plattenkörpers 71 in der X-Richtung durchdringt. Das Brennstoffrohr-Einsetzloch 73 ist ein Loch, in das ein Vorderendabschnitt des Brennstoffrohrs 64 eingesetzt wird.
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Eine Vielzahl der Vormischrohr-Einsatzlöcher 75 sind in dem Plattenkörper 71 vorgesehen, der sich außerhalb des Brennstoffrohr-Einsetzlochs 73 befindet. Das Vormischrohr-Einsetzloch 75 durchdringt den Plattenkörper 71 in der X-Richtung. Das Vormischrohr-Einsetzloch 75 ist ein Loch, in das ein Stromaufendabschnitt des Vormischrohrs 65 eingesetzt ist. Die verdichtete Luft A wird eingeführt, während der Stromaufendabschnitt des Vormischrohrs 65 in das Vormischrohr-Einsetzloch 75 eingesetzt ist.
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Die Stromabplatte 59 ist innerhalb des zylindrischen Elements 62 angeordnet, das sich an der Stromabseite der Stromaufplatte 58 befindet und definiert das Plenum bzw. den Verteilerkanal 60 zusammen mit der Stromaufplatte 58 und dem zylindrischen Element 62.
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Die Stromabplatte 59 umfasst einen ersten Plattenabschnitt 83, einen zweiten Plattenabschnitt 84, ein Vormischrohr-Einsetzloch 85, einen Lufteinlass 86, einen Verteilungsabschnitt 88 und ein Kühlungsströmungsweg 91.
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Der erste Plattenabschnitt 83 ist ein plattenförmiges Element und ist innerhalb des zylindrischen Elements 62 angeordnet, das sich an der Stromabseite der Stromaufplatte 58 befindet. Die Außenumfangsoberfläche des ersten Plattenabschnitt 83 ist mit der Innenumfangsoberfläche des zylindrischen Element 62 verbunden.
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Der erste Plattenabschnitt 83 umfasst eine erste Oberfläche 83a, die der Stromaufplatte 58 in der X-Richtung zugewandt ist, und eine Oberfläche 83b, die an der gegenüber der ersten Oberfläche 83a liegenden Seite angeordnet ist.
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Die Oberfläche 83b des ersten Plattenabschnitts 83 ist eine Oberfläche, an der eine anhaftende Flamme auftreten kann. Aus diesem Grund neigt die Temperatur an der Seite der Oberfläche 83b des ersten Plattenabschnitts 83 dazu, höher als die Temperatur an der Seite der ersten Oberfläche 83a zu sein.
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Als der erste Plattenabschnitt 83 kann beispielsweise ein kreisförmiges, metallisches Plattenelement verwendet werden.
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Der zweite Plattenabschnitt 84 ist ein plattenförmiges Element und ist innerhalb des zylindrischen Elements 62 vorgesehen, das sich an einer Stromaufseite des ersten Plattenabschnitt 83 befindet. Der zweite Plattenabschnitt 84 ist so angeordnet, dass er mit der ersten Oberfläche 83a im Kontakt ist. Der zweite Plattenabschnitt 84 ist mit der ersten Oberfläche 83a verbunden.
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Der zweite Plattenabschnitt 84 umfasst eine zweite Oberfläche 84a, die mit der ersten Oberfläche 83a und mit einer Oberfläche 84b, die an der gegenüber der zweiten Oberfläche 84a liegenden Seite angeordnet ist, verbunden ist. Die Oberfläche 84b definiert ein Ende des Plenums bzw. des Verteilerkanals 60, der sich an der Stromabseite in der X-Richtung befindet.
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Wie oben beschrieben ist der erste Plattenabschnitt 83 an der Stromabseite des zweiten Plattenabschnitts 84 angeordnet. Aus diesem Grund ist die Temperatur des zweiten Plattenabschnitts 84 niedriger als die Temperatur des ersten Plattenabschnitts 83.
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Eine Vielzahl der Vormischrohr-Einsatzlöcher 85 sind so ausgebildet, dass sie die ersten und zweiten Plattenabschnitte 83 und 84 in der X-Richtung durchdringen. Jedes der Vielzahl von Vormischrohr-Einsatzlöchern 85 ist an einer Position angeordnet, die einem Vormischrohr-Einsetzloch 75 zugewandt ist, das in der X-Richtung angeordnet ist.
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Das Vormischrohr-Einsetzloch 85 ist ein Loch, in das der Stromabendabschnitt des Vormischrohrs 65 eingesetzt ist.
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Der Lufteinlass 86 ist ein konkaver Abschnitt, der in dem zweiten Plattenabschnitt 84 von der Seite der zweiten Oberfläche 84a ausgebildet ist und der mit dem Stromabendabschnitt des Kühllufteinführrohrs 68 verbunden ist. Der Lufteinlass 86 ist mit dem Verteilungsabschnitt 88 verbunden, der in jedem Sektor 90 vorgesehen ist.
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Mit dem Lufteinlass 86, der solch eine Ausgestaltung hat, kann die Struktur des Brennstoffinjektors 50 vereinfacht werden, da das Plenum bzw. der Verteilerkanal für die Kühlluft nicht vorgesehen werden muss, sondern nur das Plenum bzw. der Verteilerkanal 60 für das Brennstoffgas vorgesehen werden kann.
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Der Verteilungsabschnitt 88 ist ein konkaver Abschnitt, der in dem zweiten Plattenabschnitt 84 von der zweiten Oberfläche 84a ausgebildet ist, und er steht mit der Vielzahl von Kühlungsströmungswegen 91 in Verbindung.
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Der Verteilungsabschnitt 88 hat eine Funktion eines Verteilens der Kühlluft CA, die von dem Kühllufteinführrohr 68 zu der Vielzahl von Kühlungsströmungswegen 91 eingeführt wird.
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Eine Vielzahl von den Kühlungsströmungswegen 91 sind in dem zweiten Plattenabschnitt 84 ausgebildet. Als der Kühlungsströmungsweg 91 kann beispielsweise eine Nut 92, die von der zweiten Oberfläche 84a zu der Stromaufplatte 58 ausgenommen ist, verwendet werden.
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Die Kühlluft CA, die durch den Verteilungsabschnitt 88 verteilt wird, strömt durch den Kühlungsströmungsweg 91. die Kühlluft CA, die durch den Kühlungsströmungsweg 91 strömt, ist Luft zum Kühlen der ersten und zweiten Plattenabschnitte 83 und 84. Der Kühlungsströmungsweg 91 ist so angeordnet, dass er sich in einer Richtung entlang der Oberfläche (die erste Oberfläche 83a) der Stromabplatte 59 erstreckt, während er das Vormischrohr 65 umgeht.
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Zusätzlich umfasst in dieser Ausführungsform „Erstreckung unter Umgehung des Vormischrohrs 65“ einen Fall, in dem der Kühlungsströmungsweg 91 so linear angeordnet ist, dass er das Vormischrohr 65 umgeht, oder einen Fall, in dem der Kühlungsströmungsweg 91 so im Zickzack angeordnet ist, dass er das Vormischrohr 65 wie in den 7 und 8 gezeigt umgeht.
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In den 7 und 8 sind die gleichen Bauteile wie die der in 5 gezeigten Strukturen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Auf diese Weise kann die Stromabplatte 59 mit der Kühlluft CA durch Vorsehen des Kühlungsströmungsweg 91, durch den die Kühlluft CA in der Stromabplatte 59 mit einer hohen Temperatur strömt, direkt gekühlt werden. Demgemäß kann die Stromabplatte 59 unter Verwendung einer kleinen Menge der Kühlluft CA verglichen mit einem Fall, in dem die Kühlluft CA von der Außenseite der Stromabplatte 59 ausgeblasen wird, effizient gekühlt werden.
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Ferner kann, da der Kühlungsströmungsweg 91 in dem zweiten Plattenabschnitt 84 ausgebildet ist, der an der Stromaufseite des ersten Plattenabschnitts 83 angeordnet ist, anstatt des ersten Plattenabschnitts 83, in dem eine anhaftende Flamme ausgebildet werden kann, die Dicke des ersten Plattenabschnitts 83 reduziert werden, welche dazu neigt, heißer als der zweite Plattenabschnitt 84 zu werden.
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Demgemäß kann der erste Plattenabschnitt 83, der eine geringere Dicke hat, unter Verwendung der Kühlluft CA, die durch den Kühlungsströmungsweg 91 strömt, effizient gekühlt werden.
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Ferner kann, da ein Teil der Kühlluft CA, die durch den Kühlungsströmungsweg 91 strömt, unter Verwendung der Nut 92, die von der zweiten Oberfläche 84a zu der Stromaufplatte 58 als der Kühlungsströmungsweg 91 ausgenommen ist, mit der ersten Oberfläche 83a des ersten Plattenabschnitt 83 im direkten Kontakt steht, der erste Plattenabschnitt 83 verglichen mit einem Fall, in dem der Kühlungsströmungsweg 91 in den zweiten Plattenabschnitt 84 eingebettet ist, effizient gekühlt werden.
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Das zylindrische Element 62 ist ein zylindrisches, metallisches Element, von dem die Stromaufseite und die Stromabseite in der X-Richtung Öffnungsenden sind. Das zylindrische Element 62 ist ein Element, das die ersten und zweiten Plattenabschnitte 83 und 84 aufnimmt, und es definiert das Plenum bzw. den Verteilerkanal 60 zusammen mit den ersten und zweiten Plattenabschnitten 83 und 84.
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Das zylindrische Element 62 umfasst einen Austragweg 62A, der mit dem Kühlungsströmungsweg 91 verbunden ist, der in der Stromabplatte 59 ausgebildet ist, und trägt die Kühlluft CA aus, die von dem Kühlungsströmungsweg 91 zu einem Raum innerhalb des Außenzylinders, der an der Stromaufseite in Bezug zu der Stromaufplatte 58 ausgebildet ist, ausgelassen wird.
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Mit dem Austragweg 62A, der eine solche Ausgestaltung hat, kann die Kühlluft CA, die von dem Austragweg 62A ausgetragen wird, erneut als Luft verwendet werden, die in das Vormischrohr 65 eingeführt wird.
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Das Brennstoffrohr 64 erstreckt sich in der X-Richtung und ist mit der Stromaufplatte 58 verbunden, während der Vorderendabschnitt in das Brennstoffrohr-Einsetzloch 73 eingesetzt ist. Das Brennstoffrohr 64 führt das Brennstoffgas dem Plenum bzw. Verteilerkanal 60 zu.
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Das Vormischrohr 65 ist ein rohrförmiges Rohr, von dem die Stromaufseite und die Stromabseite Öffnungsenden sind. Das Vormischrohr 65 ist so vorgesehen, dass es die Stromaufplatte 58, die Stromabplatte 49 und das Plenum bzw. den Verteilerkanal 60 in der X-Richtung perforiert.
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Der Stromaufendabschnitt des Vormischrohrs 65 ist in dem Vormischrohr-Einsetzloch 75 angeordnet und ist mit dem Plattenkörper 71 verbunden, der das Vormischrohr-Einsetzloch 75 definiert.
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Der Stromabendabschnitt des Vormischrohrs 65 ist in dem Vormischrohr-Einsetzloch 85 angeordnet und ist mit den ersten und zweiten Plattenabschnitten 83 und 84 verbunden, die das Vormischrohr-Einsetzloch 85 definieren.
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Das Vormischrohr 65 umfasst ein Brennstoffloch 65 A, das das Brennstoffgas F, das zu dem Plenum bzw. Verteilerkanal 60 eingeführt wird, in das Vormischrohr 65 führt. Das Brennstoffgas F, das von dem Brennstoffloch 65A in das Vormischrohr 65 eingeführt wird, wird mit der verdichteten Luft A innerhalb des Vormischrohrs 65 vermischt.
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Das Kühllufteinführrohr 68 ist innerhalb des Brennstoffrohrs 64 und in dem Plenum bzw. Verteilerkanal 60 angeordnet, während der Stromabendabschnitt mit dem zweiten Plattenabschnitt 84 verbunden ist. Das Kühllufteinführrohr Rohr 68 führt die Kühlluft CA in den Lufteinlass 86 ein.
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Gemäß dem Brennstoffinjektor 50 dieser Ausführungsform kann, da der Kühlungsströmungsweg 91, durch den die Kühlluft CA strömt, in der Stromabplatte 59 vorgesehen sein, die eine hohe Temperatur hat, die Stromabplatte 59 mit der Kühlluft CA direkt gekühlt werden. Demgemäß kann die Stromabplatte 59 unter Verwendung einer kleinen Menge der Kühlluft CA im Vergleich zu einem Fall, in dem die Kühlluft CA von der Außenseite der Stromabplatte 59 ausgeblasen wird, effizient gekühlt werden.
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Ferner muss, da die Stromabplatte 59 mit dem Lufteinlass 86 vorgesehen ist, in den die Kühlluft CA von dem Kühllufteinführrohr 68 eingeführt wird, das Plenum bzw. der Verteilerkanal für die Kühlluft nicht vorgesehen sein, sondern nur das Plenum bzw. der Verteilerkanal 60 für das Brennstoffgas. Demgemäß kann die Struktur des Brennstoffinjektors 50 vereinfacht werden.
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Ein Verfahren zum Ausbilden der Stromabplatte 59 und ein Verfahren zum Verbinden des Vormischrohrs 65 mit der Stromabplatte 59 wird mit Bezug zu den 9 bis 12 beschrieben. In den 9 bis 12 werden die gleichen Bauteile wie die der in 14 gezeigten Struktur mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Zunächst ist in dem in 9 gezeigten Schritt der Kühlungsströmungsweg 91 durch Bearbeiten der Nut 92 von der Seite der zweiten Oberfläche 84a des zweiten Plattenabschnitt 84 ausgebildet.
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Als nächstes werden in dem in 10 gezeigten Schritt der zweite Plattenabschnitt 84 und der erste Plattenabschnitt 83 so verbunden, dass die zweite Oberfläche 84a des zweiten Plattenabschnitt 84 mit der ersten Oberfläche 83a des ersten Plattenabschnitts 83 im Kontakt steht. Als das Verbindungverfahren kann beispielsweise Löten (engl: „brazing“) verwendet werden.
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Als nächstes wird in dem in 11 gezeigten Schritt das Vormischrohr-Einsetzloch 85 ausgebildet, das die ersten und zweiten Plattenabschnitte 83 und 84 durchdringt.
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Zusätzlich kann, obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt wird, in dem in 11 gezeigten Schritt der Lufteinlass 86 und der Verteilungsabschnitt 88 zusammen mit dem Vormischrohr-Einsetzloch 85 ausgebildet werden.
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Als nächstes ist in dem in 12 gezeigten Schritt das Vormischrohr-Einsetzloch 85 an der Stromabplatte 59 durch Schweißen befestigt, während der Stromabendabschnitt des Vormischrohrs 65 in das Vormischrohr-Einsetzloch 85 eingesetzt ist.
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Als nächstes wird das Übergangsstück 52 und das Federelement 55 mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Das Übergangsstück 52 ist ein zylindrisches Element und nimmt die Stromabseite des Brennstoffinjektors 50 mit einem Zwischenraum dazwischen auf.
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Das Federelement 55 ist zwischen der Außenumfangsoberfläche des Brennstoffinjektors 50 und der Innenumfangsoberfläche des Übergangsstück 52 angeordnet.
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Die Position des Brennstoffinjektors 50 innerhalb des Außenzylinders 49 wird durch das Übergangsstück 52 und das Federelement 55 reguliert.
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Als nächstes wird die Kühlvorrichtung 17 mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Die Kühlvorrichtung 17 ist eine Vorrichtung, die einen Teil der verdichteten Luft A entnimmt, die zu der Brennkammer 15 zugeführt wird, die Luft erneut verdichtet, und die Luft zu dem Brennstoffinjektor 50 zuführt.
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Die Kühlvorrichtung 17 umfasst eine Entnahmeeinheit 101, einen Kühler 103, einen zwangsgekühlten Verdichter 104, ein Anti-Überdruckventil („anti-surge valve“) 105 und eine Kühllufteinführleitung 106.
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Die Entnahmeeinheit 101 ist in dem Mittelgehäuse 13 vorgesehen. Die Entnahmeeinheit 101 entnimmt die verdichtete Luft A, die in das Mittelgehäuse 13 eingeführt wird. Die entnommene verdichtete Luft A wird zu dem Kühler 103 zugeführt.
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Der Kühler 103 kühlte die entnommene verdichtete Luft A. Die verdichtete Luft A, die durch den Kühler 103 gekühlt wurde, wird zu dem zwangsluftgekühlten Verdichter 104 zugeführt.
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Mit dem Kühler 103, der eine solche Ausgestaltung aufweist, kann die verdichtete Luft A gekühlt werden. Demgemäß kann die Kühlluft CA, die eine niedrigere Temperatur als die entnommene verdichtete Luft A aufweist, zu der Brennkammer 15 zugeführt werden.
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Der zwangsluftgekühlte Verdichter 104 erzeugt die Kühlluft CA durch weiteres Verdichten der verdichteten Luft A, die durch den Kühler 103 gekühlt wird. Die Kühlluft CA, die durch den zwangsluftgekühlten Verdichter 104 erzeugt wird, wird zu der Kühllufteinführleitung 106 geführt.
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Das Anti-Überdruckventil 105 verhindert ein Pumpen (engl.: „surge“) des zwangsluftgekühlten Verdichters 104.
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Die Kühllufteinführleitung 106 ist mit dem Kühllufteinführrohr 68 verbunden, das in 2 gezeigt ist. Die Kühllufteinführleitung 106 führt die Kühlluft CA in das Kühllufteinführrohr 68 ein.
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Zusätzlich kann die Kühlluft CA zu einem anderen Kühlziel der Gasturbine 10, beispielsweise der Leitschaufel, zugeführt werden.
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Da die oben beschriebene Kühlvorrichtung 17 den zwangsluftgekühlten Verdichter 104 umfasst, kann die verdichtete Luft A, die von der Entnahmeeinheit 101 entnommen wird, weiter verdichtet werden. Demgemäß kann die verdichtete Luft CA mit einem Druck höher als der der entnommenen verdichteten Luft A zu der Brennkammer 15 zugeführt werden.
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Ferner kann, da der zwangsluftgekühlte Verdichter 41 vorgesehen ist, die Querschnittsfläche des Kühlungsströmungsweges 91 verringert werden.
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Ferner wurden in 2 ein Fall, in dem die Kühlvorrichtung 17 mit einem System in einer Gasturbine 10 vorgesehen ist, als ein Beispiel beschrieben, aber die Kühlvorrichtung 17 kann auch mit einer Vielzahl von Systemen in einer Gasturbine 10 vorgesehen werden.
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Gemäß der Gasturbine 10 dieser oben beschriebenen Ausführungsform kann, da die Brennkammer 15 vorgesehen ist, die Stromabplatte 59 effizient gekühlt und die Gasturbine 10 kann stabil betrieben werden.
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Als nächstes wird ein Brennstoffinjektor 110 gemäß einem ersten modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform mit Bezug auf 13 beschrieben. 13 zeigt einen Teil des Brennstoffinjektors 110 in einem vergrößerten Zustand. In 13 werden die gleichen Bauteile wie die in der in 12 gezeigten Struktur mit der gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der Brennstoffinjektor 110 hat die gleiche Ausgestaltung wie der Brennstoffinjektor 50 dieser Ausführungsform, ausgenommen dass die Dicke des zweiten Plattenabschnitt 84 dicker als die des ersten Plattenabschnitts 83 ist und der zweite Plattenabschnitt 84 mit den Kühlungsströmungsweg 91 (der Nut 92) vorgesehen ist. Auf diese Weise kann der zweite Plattenabschnitt 84 mit dem Kühlungsströmungsweg 91 (der Nut 92) vorgesehen werden.
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Als nächstes wird ein Brennstoffinjektor 120 gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel dieser Ausführungsform mit Bezug auf 14 beschrieben. 14 zeigt einen Teil des Brennstoffinjektors 120 in einem vergrößerten Zustand. In 14 werden die gleichen Bauteile wie die der in 12 gezeigten Struktur mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der Brennstoffinjektor 120 hat die gleiche Ausgestaltung wie die des Brennstoffinjektors 50 dieser Ausführungsform, ausgenommen dass ein Durchgangsloch 111 vorgesehen ist, das einen Abschnitt durchdringt, der der Nut 92 in dem ersten Plattenabschnitt 83 zugewandt ist.
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Mit dem Durchgangsloch 111, das solch eine Ausgestaltung hat, kann der erste Plattenabschnitt 83 von der Innenseite des ersten Plattenabschnitts 83 durch die Kühlluft CA gekühlt werden, die durch das Durchgangsloch 111 strömt, und die Oberfläche 83b des ersten Plattenabschnitts 83 kann durch die Kühlluft CA gekühlt werden, die von dem Durchgangsloch 111 ausgestoßen wird. Demgemäß kann der erste Plattenabschnitt 83 sehr effizient gekühlt werden.
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Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen modifiziert und geändert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung, der in den Ansprüche beschrieben ist, abzuweichen.
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Darüber hinaus wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Fall als ein Beispiel beschrieben, in dem die verdichtete Luft A, die durch den Verdichter 11 verdichtet wird, durch die Kühlvorrichtung 17 strömt und zu den Brennstoffinjektoren und 50, 110 und 120 als die Kühlluft CA zugeführt wird, aber die verdichtete Luft A, die durch den Verdichter 11 verdichtet wird, kann als verdichtete Luft CA zu den Brennstoffinjektoren 50, 110 und 120 zugeführt werden, ohne durch die Kühlvorrichtung 17 zu strömen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann bei einem Brennstoffinjektor, einer Brennkammer und einer Gasturbine angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 5
- Generator
- 10
- Gasturbine
- 11
- Verdichter
- 12
- Turbine
- 13
- Mittelgehäuse
- 15
- Brennkammer
- 17
- Kühlvorrichtung
- 21
- Verdichterrotor
- 23
- Verdichtergehäuse
- 25
- Verdichterleitschaufelreihen
- 27
- Verdichterrotorwelle
- 28
- Verdichterlaufschaufelreihe
- 31
- Turbinenrotor
- 33
- Turbinengehäuse
- 35
- Turbinenleitschaufelreihe
- 37
- Turbinenrotorwelle
- 38
- Turbinenlaufschaufelreihe
- 42
- Gasturbinenrotor
- 49
- Außenzylinder
- 50,110,120
- Brennstoffinjektor
- 52
- Übergangsstück
- 55
- Federelement
- 58
- Stromaufplatte
- 59
- Stromabplatte
- 60
- Plenum oder Verteilerkanal
- 62
- Zylindrisches Element
- 62A
- Austragweg
- 64
- Brennstoffrohr
- 65
- Vormischrohr
- 68
- Kühllufteinführrohr
- 71
- Plattenkörper
- 73
- Brennstoffrohr-Einsetzloch
- 75,85
- Vormischrohr-Einsetzloch
- 83
- Erster Plattenabschnitt
- 83a
- Erste Oberfläche
- 83b,84b
- Oberfläche
- 84
- Zweiter Plattenabschnitt
- 84a
- Zweite Oberfläche
- 86
- Lufteinlass
- 88
- Verteilungsabschnitt
- 90
- Sektor
- 91
- Kühlungsströmungsweg
- 82
- Nut
- 101
- Entnahmeeinheit
- 103
- Kühler
- 104
- Zwangsluftgekühlter Verdichter
- 105
- Druckbelastungsventil
- 106
- Kühllufteinführleitung
- 111
- Durchgangsloch
- A
- verdichtete Luft
- Ax
- Achse
- CA
- Kühlluft
- F
- Brennstoffrohrs
- G
- Verbrennungsgas
- I, J, M
- Bereich
- L
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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