DE60016832T2

DE60016832T2 - Brennkammeranordnung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkammeranordnung

Info

Publication number: DE60016832T2
Application number: DE60016832T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Douglas Ernsford Grange Willis; James Littleover Melville
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1999-05-22
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: US6332313B1; DE60016832D1; EP1055879B1; EP1055879A1; GB9911867D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brennkammeraufbau, und zwar insbesondere auf einen Brennkammeraufbau für ein nicht für Flugzeuge bestimmtes Gasturbinentriebwerk.
Ein kleines Gasturbinentriebwerk ist in der britischen Patentanmeldung Nr. 9800782.6 vom 15. Januar 1998 und in der entsprechenden internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB99/00074 vom 8. Januar 1999 beschrieben. Dieses Gasturbinentriebwerk weist einen Zentrifugalkompressor, einen Diffusor, einen Wärmeaustauscher, eine Verbrennungsvorrichtung und wenigstens eine Turbine auf. Der Kompressor besitzt einstellbare Einlassleitschaufeln und der Diffusor besitzt einstellbare Auslassleitschaufeln und die wenigstens eine Turbine besitzt einstellbare Einlassleitschaufeln, so dass die Strömungskapazität jeder Komponente unabhängig einstellbar ist, wobei die Temperatur, das Druckverhältnis und die Drehzahl des Gasturbinentriebwerks im Wesentlichen konstant gehalten werden.
Für dieses Gasturbinentriebwerk ist eine Brennkammer erforderlich, die geringe Emissionen der Oxide von Stickstoff (NOx), Kohlenstoffmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC) über den gesamten Betriebsbereich des Gasturbinentriebwerks und insbesondere auch bei niedrigen Leistungen erzeugt.
Die grundsätzliche Möglichkeit, Emissionen von Stickoxiden (NOx) zu reduzieren, besteht darin, die Verbrennungsreaktionstemperatur zu vermindern, und dies erfordert eine Vorvermischung von Brennstoff und dem größten Anteil der Verbrennungsluft, bevor die Verbrennung stattfindet. Die Stickoxide (NOx) werden gewöhnlich durch ein Verfahren vermindert, das eine zweistufige Brennstoffinjektion benutzt. Unser britisches Patent GB 1489339 beschreibt eine zweistufige Brennstoffinjektion. Unsere internationale Patentanmeldung Nr. WO92/07221 beschreibt zweistufige und dreistufige Brennstoffinjektionen. Bei der gestuften Verbrennung suchen sämtliche Verbrennungsstufen eine magere Verbrennung durchzuführen, und es sind demgemäß geringe Verbrennungstemperaturen erforderlich, um NOx zu vermindern. Der Ausdruck "magere Verbrennung" bedeutet eine Verbrennung von Brennstoff in Luft, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis niedrig ist, d.h. niedriger als das stoichiometrische Verhältnis. Um die erforderlichen niedrigen Emissionen von NOx und CO zu erhalten, ist es wesentlich, den Brennstoff mit der Luft gleichförmig zu vermischen.
Das industrielle Gasturbinentriebwerk, welches in unserer internationalen Patentanmeldung WO92/07221 beschrieben ist, benutzt mehrere rohrförmige Brennkammern, deren Achsen allgemein in Radialrichtung angeordnet sind. Die Einlässe der rohrförmigen Brennkammern befinden sich an ihren radial äußeren Enden und Übertragungskanäle verbinden die Auslässe der rohrförmigen Brennkammern mit einer Reihe von Düsenleitschaufeln, um die heißen Gase axial in die Turbinenabschnitte des Gasturbinentriebwerks einzuleiten. Jede der rohrförmigen Brennkammern besitzt zwei koaxiale radiale Strömungsverwirbeler, die eine Mischung von Brennstoff und Luft in eine primäre Verbrennungszone einleiten. Ein ringförmiger sekundärer Brennstoff/Luft-Mischkanal umgibt die primäre Verbrennungszone und liefert eine Mischung von Brennstoff und Luft nach einer sekundären Verbrennungszone. Ein ringförmiger tertiärer Brennstoff/Luft-Mischkanal umgibt die sekundäre Verbrennungszone und führt eine Mischung von Brennstoff und Luft einer tertiären Verbrennungszone zu.
Die US-A-5640851, die ähnlich wie die WO92/07221 aufgebaut ist, beschreibt eine rohrförmige Brennkammer, die zwei koaxiale radiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen besitzt, die eine Mischung von Brennstoff und Luft einer primären Verbrennungszone zuführen. Die koaxialen radialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen sind so angeordnet, dass Luft und Brennstoff in entgegengesetzten Richtungen verwirbelt werden.
Die EP 0281961 A beschreibt einen Brennkammeraufbau mit einer primären Verbrennungszone und einer sekundären Verbrennungszone. Die primäre Verbrennungszone besitzt einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal und primäre Brennstoffinjektormittel. Die sekundäre Verbrennungszone besitzt einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und sekundäre Brennstoffinjektormittel. Ein erstes Ventil steuert die Luftzufuhr nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal und dem sekundären Mischkanal.
Die US5802854 beschreibt einen Brennkammeraufbau mit einer primären Verbrennungszone und einer sekundären Verbrennungszone. Die primäre Verbrennungszone besitzt einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal und primäre Brennstoffinjektormittel. Die sekundäre Verbrennungszone hat einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und sekundäre Brennstoffinjektormittel. Der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal kann so angeordnet werden, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone mit einer tangentialen und einer stromabwärtigen Komponente eingeleitet werden.
Die US5533329 beschreibt einen Brennkammeraufbau mit einer primären Verbrennungszone, einer sekundären Verbrennungszone und einer tertiären Verbrennungszone. Die primäre Verbrennungszone besitzt einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal und primäre Brennstoffinjektormittel. Die sekundäre Verbrennungszone weist einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und sekundäre Brennstoffinjektormittel auf. Die tertiäre Verbrennungszone weist einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal und tertiäre Brennstoffinjektormittel auf. Es gibt ein erstes Ventil, um die Luftzufuhr nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzustellen, und es ist ein zweites Ventil vorgesehen, um die Zufuhr von Luft in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzuleiten. Es gibt Sensoren, um die Luftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal und nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzustellen.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Brennkammeraufbau für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, der variable Einlassleitschaufeln für den Kompressor, variable Leitschaufeln für den Diffusor, variable Einlassleitschaufeln für die Turbine aufweist, wobei der Brennkammeraufbau geringe Emissionen bei niedrigen Leistungseinstellungen des Gasturbinentriebwerks erzeugt.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung einen Brennkammeraufbau mit wenigstens einer Brennkammer, welche die folgenden Teile aufweist: eine primäre Verbrennungszone, eine sekundäre Verbrennungszone, wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal, primäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, erste Ventilmittel, um die Zufuhr von Luft nach dem wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzustellen, wobei der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die Verbrennungszone eingeleitet werden, wenigstens einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal, sekundäre Brennstoffinjektormittel zur Zufuhr von Brennstoff nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal, zweite Ventilmittel zur Steuerung der Luftzufuhr nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal, wobei der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone eingeleitet werden und Mittel zur Zufuhr von Kühlluft und Verdünnungsluft nach der Brennkammer, wobei jeder sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen aufweist, die koaxial angeordnet sind, um die Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln und wobei die sekundären Brennstoffinjektormittel so angeordnet sind, dass sie Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal einleiten.
Vorzugsweise ist der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone mit einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeleitet werden.
Vorzugsweise ist der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone mit einer tangentialen und einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeleitet werden.
Vorzugsweise umfasst jeder primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen, die koaxial angeordnet sind, um die Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei die primären Brennstoffinjektormittel so angeordnet sind, dass sie den Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in den primären Brennstoff/Luft-Mischkanal einleiten.
Vorzugsweise besitzt die Brennkammer eine tertiäre Verbrennungszone, wenigstens einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal, tertiäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zu leiten, Mittel, um Luft nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zu leiten, wobei der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone eingeleitet werden.
Vorzugsweise ist der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone mit einer tangentialen Komponente entgegengesetzt zu jener im sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und mit einer stromab gerichteten Strömungskomponente zugeführt werden.
Vorzugsweise besitzt jeder tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen, die koaxial angeordnet sind, um die Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei die tertiären Brennstoffinjektormittel so angeordnet sind, dass Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen im tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal eingeleitet wird.
Vorzugsweise sind mehrere primäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle und mehrere sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle vorgesehen.
Vorzugsweise gibt es mehrere primäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle, mehrere sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle und mehrere tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle.
Vorzugsweise ist der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft in die Brennkammer mit einer tangentialen und einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeleitet werden.
Erstes und zweites Ventil können Zweiwegeventile sein. Stattdessen können erstes und zweites Ventil auch Mehrwegeventile sein.
Vorzugsweise bewirkt eine der axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen im primären Brennstoff/Luft-Mischkanal eine stärkere Verwirbelung als die andere axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtung, so dass sich eine Restverwirbelung ergibt, die durch das Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen erzeugt wird.
Vorzugsweise bewirken die axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal im Wesentlichen eine gleiche und entgegengesetzte Verwirbelung derart, dass keine Restverwirbelung durch das Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen verbleibt.
Vorzugsweise bewirken die Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal eine im Wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Verwirbelung derart, dass keine Restverwirbelung durch das Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen verbleibt.
Vorzugsweise gibt es Mittel zur Messung der Luftströmung nach den primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen und Mittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhr nach den primären und sekundären Brennstoffinjektormitteln gemäß der gemessenen Luftströmung nach den primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen, um Emissionen aus der Brennkammer zu minimieren.
Vorzugsweise gibt es Mittel zur Messung der Luftströmung nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen und außerdem gibt es Mittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhr nach den primären, sekundären und tertiären Brennstoffinjektoren gemäß der gemessenen Luftströmung nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen, um Emissionen in der Brennkammer zu minimieren.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Messung der Luftströmung nach dem primären, dem sekundären und dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal aus Niederdruck-Koriolis-Messgeräten.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Kühlluftströmung und die Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer zu messen. Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Messung der Kühlluftströmung und der Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer aus einem Niederdruck-Koriolis-Messgerät.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Brennkammeraufbau mit einer Brennkammer, die folgende Teile aufweist: einer primäre Verbrennungszone, eine sekundäre Verbrennungszone, wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal, primäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, erste Ventilmittel, um die Zufuhr von Luft nach dem wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzustellen, wobei der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone eingeleitet werden, wenigstens einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal, sekundäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, zweite Ventilmittel, um die Luftzufuhr nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal einzustellen, wobei der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone eingeleitet werden, Mittel zur Zufuhr von Kühlluft und Verdünnungsluft nach der Brennkammer, Mittel zur Messung der Luftströmung nach den primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen und Mittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhr nach den primären und sekundären Brennstoffinjektormitteln gemäß der gemessenen Luftströmung nach den primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen, um Emissionen aus der Brennkammer zu minimieren.
Vorzugsweise weist die Brennkammer die folgenden Merkmale auf: eine tertiäre Verbrennungszone, wenigstens einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal, tertiäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, Mittel zur Zufuhr von Luft nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal, wobei der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal derart angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone eingeleitet werden, Mittel zur Messung der Luftströmung nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal und Mittel zur Steuerung der Brennstoffzufuhr nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoffinjektormitteln gemäß der gemessenen Luftströmung nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen, um Emissionen aus der Brennkammer zu minimieren.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Messung der Luftströmung nach dem primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal aus Niederdruck-Koriolis-Messgeräten.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Messung der Luftströmung nach dem primären, dem sekundären und dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal aus Niederdruck-Koriolis-Messgeräten.
Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Kühlluftströmung und die Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer zu messen.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Messung der Kühlluftströmung und der Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer aus einem Niederdruck-Koriolis-Messgerät.
Vorzugsweise weist jeder primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal ein Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen auf, die koaxial angeordnet sind, um Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei primäre Brennstoffinjektormittel Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in den primären Brennstoff/Luft-Mischkanal einleiten.
Vorzugsweise weist jeder sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal ein Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen auf, die koaxial angeordnet sind, um Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei sekundäre Brennstoffinjektormittel Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal einleiten.
Vorzugsweise weist jeder tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal ein Paar axialer Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen auf, die koaxial angeordnet sind, um Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei tertiäre Brennstoffinjektormittel Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen in den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal einleiten.
Vorzugsweise ist der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so ausgebildet, dass Brennstoff und Luft in die Brennkammer mit einer entgegengesetzt zum sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal gerichteten tangentialen Komponente und einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeleitet werden.
Die vorliegende Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Brennkammeraufbaus, der eine Brennkammer mit den folgenden Merkmalen umfasst: eine primäre Verbrennungszone, eine sekundäre Verbrennungszone und eine tertiäre Verbrennungszone, wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal, primäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, erste Ventilmittel, um die Zufuhr von Luft nach dem wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal zu steuern, wobei der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone eingeleitet werden, wenigstens einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal, sekundäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, zweite Ventilmittel, um die Zufuhr von Luft nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal zu steuern, wobei der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone geleitet werden, wenigstens einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal, tertiäre Brennstoffinjektormittel, um Brennstoff dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen und Mittel, um Luft dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zuzuführen, wobei der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone geleitet werden und Mittel, um Kühlluft und Verdünnungsluft nach der Brennkammer zu leiten, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: in einem ersten Betriebsmodus werden die ersten Ventilmittel und die zweiten Ventilmittel geschlossen; in einem zweiten Betriebsmodus werden die ersten Ventilmittel geöffnet und die zweiten Ventilmittel werden geschlossen gehalten, und in einem dritten Betriebsmodus werden die ersten Ventilmittel und die zweiten Ventilmittel geöffnet.
Vorzugsweise reduzieren in der Schließstellung die ersten Ventilmittel die Luftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal um 50 %, verglichen mit der Öffnungsstellung der ersten Ventilmittel.
Vorzugsweise reduzieren in der Schließstellung die zweiten Ventilmittel die Luftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal um etwa 50 %, verglichen mit der Öffnungsstellung der zweiten Ventilmittel.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: es werden etwa 5 der Gesamtluftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 5 % der Gesamtluftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 10 % der Gesamtluftströmung nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet und der Rest der Luft wird als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer in dem ersten Betriebsmodus zugeführt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: es werden etwa 10 der Gesamtluftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 5 % der Gesamtluftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 10 % der Gesamtluftströmung nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet und der Rest der Luft wird als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer in dem zweiten Betriebsmodus zugeführt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: es werden etwa 10 der Gesamtluftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 10 % der Gesamtluftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet, es werden etwa 10 % der Gesamtluftströmung nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal geleitet und der Rest der Luft wird als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer in dem dritten Betriebsmodus zugeführt.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: es wird die Strömungsrate der dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal zugeführten Luft gemessen, es wird die Strömungsrate der dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal zugeführten Luft gemessen, es wird die Strömungsrate der dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal zugeführten Luft gemessen, es wird die Strömungsrate des dem primären Brennstoffinjektor zugeführten Brennstoffs so eingestellt, dass ein erstes vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis im primären Brennstoff/Luft-Mischkanal aufrecht erhalten wird, es wird die Strömungsrate des dem sekundären Brennstoffinjektor zugeführten Brennstoffs derart eingestellt, dass ein zweites vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis im sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal aufrecht erhalten wird und es wird die Strömungsrate des dem tertiären Brennstoffinjektor zugeführten Brennstoffs so eingestellt, dass ein drittes vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis im tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal aufrecht erhalten wird.
Vorzugsweise ist die sekundäre Verbrennungszone stromab der primären Verbrennungszone angeordnet. Vorzugsweise ist die tertiäre Verbrennungszone stromab der sekundären Verbrennungszone angeordnet.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk mit einem Brennkammeraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Längsschnitt des Brennkammeraufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Schnitt in Richtung der Pfeile A–A gemäß 2;
4 ist ein Schnitt in Richtung der Pfeile B–B gemäß 2;
5 ist ein Schnitt in Richtung der Pfeile C–C gemäß 2; und
6 zeigt ein abgewandeltes Gasturbinentriebwerk mit einem Brennkammeraufbau gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkammer ist insbesondere geeignet als Schiffsantrieb oder als Kraftfahrzeugantrieb, die größtenteils mit geringer Leistung arbeiten. Beispielsweise kann ein Gasturbinentriebwerk in einem Kraftfahrzeug folgende Leistungen benutzen: 6 % der verfügbaren Leistung bei Geschwindigkeiten von etwa 30 mph (Meilen pro Stunde), 18 % der verfügbaren Leistung bei Geschwindigkeiten von etwa 56 mph, 35 % der verfügbaren Leistung bei Geschwindigkeiten von etwa 75 mph, und zwar bei einem Fahrzeug, das eine maximale Geschwindigkeit von 115 mph hat.
Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 stellt eine bevorzugte Ausbildung eines Gasturbinentriebwerks dar, welches eine Brennkammer gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Gasturbinentriebwerk 10 weist einen ersten Zentrifugalluftkompressor 12 auf, der einen radialen Einlasskanal 14 mit einstellbaren Einlassleitschaufeln 16 und ein Zentrifugallaufrad (nicht dargestellt) besitzt. Der Zentrifugalkompressor 12 liefert Luft über einen bezüglich der Fläche einstellbaren radialen Diffusor 18 nach einem Wärmeaustauscher 20. Der einstellbare radiale Diffusor 18 vermindert die Geschwindigkeit der Luft, bevor diese in den Wärmeaustauscher 20 eintritt.
Die einstellbaren Einlassleitschaufeln 16 weisen einen stromlinienförmigen Querschnitt auf. Diese Einlassleitschaufeln sind voll offen, wenn eine volle Leistung erforderlich ist, so dass die Luft das Laufrad ohne wesentliche Verwirbelungen und sogar mit einer geringen Gegendrehungsverwirbelung erreichen kann, um den Durchtritt einer maximalen Luftströmung zu gewährleisten. Wenn der Leistungsbedarf vermindert wird, werden die einstellbaren Einlassleitschaufeln 16 in einen halb geschlossenen Zustand überführt. Dies bewirkt, dass die Drehwirbel des Arbeitsfluids den Laufradeinlass erreichen, wodurch die relative Geschwindigkeit vermindert wird, weil die Drehwirbelgeschwindigkeit wirksam von dem Drehgeschwindigkeitsvektor subtrahiert wird. So wird die Massenströmung des Arbeitsfluids bei einer gegebenen Geschwindigkeit vermindert. Das Zentrifugallaufrad erzeugt ein Ansteigen des statischen Druckes und der absoluten Geschwindigkeit. Das Arbeitsfluid verlässt das Laufrad mit etwa Mach 1.
Das Arbeitsfluid strömt in einen Radialdiffusor 18 mit veränderbarer Fläche, der zum Kompressordruckanstieg beiträgt, indem Geschwindigkeit als statischer Druck wiedergewonnen wird. Die Diffusorschaufeln werden derart verschwenkt, dass sie sich in einer tangentialen Richtung gegenüber dem Diffusor bewegen und die Einschnürungsfläche einstellen. Da diese Schaufeln gleichzeitig mit den einstellbaren Einlassleitschaufeln geschlossen werden, wird der Vorderkanteneinfall optimiert. Außerdem wird der Grad der Diffusion bis zur Einschnürung gesteuert. Ein zu hoher Einfall oder eine versuchte Diffusion würden auch zum Pumpen führen. Ein Pumpen tritt dort auf, wo die ungünstigen Strömungsverhältnisse einen hohen örtlichen Druckverlust verursachen, was zu einer Strömungsumkehr führt, da der Druckanstieg nicht gehalten werden kann.
Dieses Arbeitsfluid durchläuft dann den Wärmeaustauscher 20 und gelangt in die Brennkammer 22 und dann nach der ersten Turbine 24. Das Arbeitsfluid wird im Wäremaustauscher 20 vorgeheizt. In der Brennkammer 22 wird Brennstoff verbrannt und die resultierenden Verbrennungsprodukte strömen in die erste Turbine 24, die antriebsmäßig mit dem Zentrifugalkompressor 12 verbunden ist.
Die erste Turbine 24 weist eine Düse 26 mit einstellbarem Querschnitt auf, die so betätigt wird, dass die Schaufeln geschlossen werden, wenn der Leistungsbedarf fällt, wodurch die Strömungskapazität vermindert wird. Das Turbinen-Konstruktions-Expansions-Verhältnis wird hoch genug gewählt, um einen gedrosselten Betrieb über den größten Teil des Leistungsbereichs zu gewährleisten, wodurch gesichert wird, dass die Strömungskapazität proportional zum Düseneinschnürungsbereich verbleibt. Im ungedrosselten Zustand würde die Strömungskapazität durch das Expansionsverhältnis und die Rotoreinschnürungsfläche bestimmt, und es könnte keine genügende Veränderung über die Düsenfläche erreicht werden.
Die Abgase von dieser ersten Turbine 24 werden dann in eine freie Nutzleistungsturbine 28 gerichtet. Die Nutzleistungsturbine 28 weist ebenfalls Düsen veränderbarer Querschnittsfläche auf. Die Nutzleistungsturbine 28 ist mit einer Antriebswelle 32 verbunden, die ihrerseits über ein Getriebe 34 mit einer Abtriebswelle 36 verbunden ist, die mit irgendeiner geeigneten Lastvorrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise den Antriebsrädern 38 eines Kraftfahrzeugs oder der Schiffsschraube eines Schiffes oder eines elektrischen Generators gekoppelt ist. Die heißen Abgase von der Nutzleistungsturbine 28 werden dann zurück in den Wärmeaustauscher 20 geleitet, um unmittelbar die Luft vom Diffusor 18 vorzuheizen, bevor diese in die Brennkammer 22 eintritt.
Die Brennkammer 22 ist, wie deutlich aus den 2 bis 5 hervorgeht, eine gestufte Verbrennungseinrichtung mit einer primären Verbrennungszone 40, einer sekundären Verbrennungszone 42 und einer tertiären Verbrennungszone 44, die in Strömungsrichtung angeordnet sind und mit einem Verdünnungsabschnitt 46 stromab der tertiären Verbrennungszone 44. All diese drei Verbrennungszonen 40, 42 und 44 werden mit einem vorgemischten Brennstoff/Luft-Gemisch gespeist, und die stromabwärtige tertiäre Verbrennungszone 44 weist Wirbel auf in Gegenrichtung zu jenen der mittleren sekundären Verbrennungszone 42, um die Mischung zu verbessern und eine Verwirbelung stromauf des Verdünnungsabschnitts 46 zu vermindern.
Es hat sich gezeigt, dass die Gesamthöhe des Druckverlustes in einer Brennkammer fester Geometrie sich exzessiv infolge von Änderungen der Massenströmungspegel ändert, wenn die variablen Einlassleitschaufeln, der Radialdiffusor mit variabler Querschnittsfläche und die Düsen mit einstellbarer Querschnittsfläche ihre Massenströmung ändern. Daher ist die Brennkammer 22 mit Anordnungen versehen, um die Massenströmung zu verändern.
Die Brennkammer 22 ist eine rohrförmige Brennkammer, und sie besteht aus einer inneren zylindrischen Wand 48, die die primäre, die sekundäre und die tertiäre Verbrennungszone 40, 42 und 44 sowie den Verdünnungsabschnitt 46 definiert. Das stromaufwärtige Ende der zylindrischen Wand 48 weist einen konischen Kopf 50 auf, der mit einer koaxial zur Achse der zylindrischen Wand 48 liegenden Öffnung 52 versehen ist.
Ein primärer Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 fördert eine Mischung von Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone 40 durch die Öffnung 52 im Kopf 50 der Brennkammer 22. Der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 liegt koaxial zur Achse der zylindrischen Wand 46 der Brennkammer 22, aber er kann auch tangential liegen. Der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 weist erste radial innere axiale Strömungsverwirbelungsschaufeln 56, einen sich von den ersten axialen Verwirbelungsschaufeln 56 stromab erstreckenden und diese umgebenden Ringkörper 58 und zweite radial äußere axiale Strömungsverwirbelungsschaufeln 60 auf, die den Ringkörper 58 umschließen. Einer der axialen Strömungsverwirbeler 56, 60 ist so angeordnet, dass er eine höhere Verwirbelung durchführt als der andere axiale Strömungsverwirbeler 60, 56, so dass eine Restverwirbelung am Einlass der primären Verbrennungszone 40 der Brennkammer 22 verbleibt. Die Restverwirbelung verbessert die primäre Strömungsumkehr R, um den Verbrennungsprozess aufrecht zu erhalten. Eine primäre Brennstoffinjektordüse 62 liegt koaxial innerhalb des ersten axialen Strömungsverwirbelers 56, um Brennstoff in den primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 einzuleiten. Der primäre Brennstoffinjektor 62 ist ein Simplex-Brennstoffinjektor, und er ist so angeordnet, dass Brennstoff auf den Ringkörper 58 gesprüht wird und der Brennstoff wird atomisiert und mit der Luft durch die in entgegengesetzter Richtung verwirbelte Luftströmung der axialen Strömungsverwirbeler 56 und 60 vermischt. Die primäre Verbrennungszone 40 ist lang genug ausgebildet, um Kohlenstoffmonoxid-Emissionen zu vermindern und/oder die äußere Konvektionskühlung vermindert den Abschreckeffekt. Alle in der primären Verbrennungszone 40 erzeugten Kohlenstoffmonoxide werden in der sekundären Verbrennungszone 42 verbraucht.
Ein erster Luftkanal 64 liefert erhitzte Luft vom Wärmeaustauscher 20 nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54. Der erste Luftkanal 64 weist ein erstes Ventil 66 auf, das einstellbar ist, um die Luftmenge zu variieren, die dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 zugeführt wird. Das erste Ventil 66 wird durch ein Stellorgan 68 eingestellt. Das erste Ventil 66 ist ein Zweiwege-Klappenventil, aber es könnte auch irgendein anderes Zweiwegeventil oder Mehrwegeventil sein. Der erste Luftkanal 64 weist außerdem eine Luftströmungsmessvorrichtung 70 auf, beispielsweise ein Koriolis-Messgerät mit geringen Verlusten, ein Venturi-Messgerät oder ein anderes Geschwindigkeits-Messgerät mit geringem Druckverlust, um genau die Luftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 zu messen. Das Strömungsmessgerät 70 sendet ein Signal entsprechend dem Betrag der Luftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 über einen elektrischen Verbinder 72 an einen Prozessor 74.
Ein sekundärer Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 führt ein Brennstoff/Luft-Gemisch der sekundären Verbrennungszone 42 über eine Öffnung 76 in der zylindrischen Wand 48 der Brennkammer 22 zu. Der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 liegt tangential zur Achse der zylindrischen Wand 46 der Brennkammer 22. Der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 ist so angeordnet, dass er das Brennstoff/Luft-Gemisch mit einer tangential gerichteten Komponente und einer stromab gerichteten Komponente einleitet, um eine Störung mit der primären Verbrennungszone 40 zu vermeiden. Der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 weist einen dritten radial inneren axialen Strömungsverwirbeler 80, einen den dritten axialen Strömungsverwirbeler 80 umschließenden und stromab hiervon angeordneten Ringkörper 82 und einen vierten radial äußeren axialen Strömungsverwirbeler 84 auf, der den Ringkörper 82 umschließt. Die axialen Strömungsverwirbeler 80, 84 sind so angeordnet, dass sie im Wesentlichen eine gleiche Verwirbelung bewirken oder so angeordnet sind, dass eine geringe Restverwirbelung verbleibt. Eine sekundäre Brennstoffinjektordüse 86 liegt koaxial innerhalb des dritten axialen Strömungsverwirbelers 80, um Brennstoff dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 zuzuführen. Der sekundäre Brennstoffinjektor 86 ist ein Simplex-Brennstoffinjektor und er ist so ausgebildet, dass Brennstoff auf den Ringkörper 82 gesprüht wird und der Brennstoff atomisiert und mit der Luft durch die entgegengesetzt verwirbelten Strömungen der Luft aus den axialen Strömungsverwirbelern 80 und 84 vermischt wird. Die geringe Restverwirbelung verhindert eine Strömungs-Rezirkulation, und demgemäß findet die Verbrennung in der sekundären Verbrennungszone 42 entfernt von der Wand 48 der Brennkammer 22 statt, und dies gewährleistet geringe Emissionen von Kohlenstoffmonoxid (CO). Wenn eine restliche Verwirbelung und demgemäß eine Strömungs-Rezirkulation vorhanden ist, dann würde ein Kühlluftfilm eingesaugt, und dies würde hohe Kohlenstoffmonoxid-Emissionen bewirken.
Ein zweiter Luftkanal 88 fördert erhitzte Luft vom Wärmeaustauscher 20 nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78. Der zweite Luftkanal 88 enthält ein zweites Ventil 90, das einstellbar ist, um die Luftmenge zu verändern, die dem zweiten Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 zugeführt wird. Das zweite Ventil 90 wird durch ein Stellorgan 92 eingestellt. Das zweite Ventil 90 ist ein Zweiwege-Klappenventil, jedoch kann auch jedes andere geeignete Zweiwegeventil oder Mehrwegeventil Verwendung finden. Der zweite Luftkanal 88 weist außerdem ein Luftströmungsmessgerät 92, beispielsweise ein Koriolis-Messgerät mit geringen Verlusten, ein Venturi-Messgerät oder ein anderes Geschwindigkeits-Messgerät mit niedrigem Druckverlust auf, um genau die Luftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 zu messen. Das Strömungsmessgerät 92 sendet ein Signal entsprechend der Luftmenge, die nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 strömt über einen elektrischen Verbinder 94 nach dem Prozessor 74.
Ein tertiärer Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 ist vorgesehen, um eine Mischung von Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone 44 über eine Öffnung 96 in der zylindrischen Wand 48 der Brennkammer 22 einzuführen. Der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 ist tangential zur Achse der zylindrischen Wand 46 der Brennkammer 22 angeordnet. Der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 ist so ausgebildet, dass das Brennstoff/Luft-Gemisch in entgegengesetzter tangentialer Richtung zu dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 gerichtet wird und auch eine stromabwärts gerichtete Komponente hat, um Störungen mit der sekundären Verbrennungszone 42 zu minimieren. Der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 weist einen fünften radial inneren axialen Strömungsverwirbeler 100, einen den fünften axialen Strömungsverwirbeler 100 umschließenden und stromab hiervon angeordneten Ringkörper 102 und einen sechsten radial äußeren axialen Strömungsverwirbeler 104 auf, der den Ringkörper 102 umschließt. Die axialen Strömungsverwirbeler 100, 104 sind so angeordnet, dass sie eine im Wesentlichen gleiche Verwirbelung oder eine kleine Restverwirbelung erzeugen. Eine tertiäre Brennstoffinjektordüse 106 ist koaxial innerhalb des fünften axialen Strömungsverwirbelers 100 angeordnet, um Brennstoff in den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 einzuführen. Der tertiäre Brennstoffinjektor 106 ist ein Simplex-Brennstoffinjektor und er ist so angeordnet, dass er Brennstoff auf den Ringkörper 102 sprüht, und der Brennstoff wird atomisiert mit der Luft der entgegengesetzt verwirbelten Luftströmungen von den axialen Strömungsverwirbelern 100 und 104 vermischt.
Ein dritter Luftkanal 108 fördert erhitzte Luft vom Wärmeaustauscher 20 nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 98. Der dritte Luftkanal 108 weist kein Ventil auf. Der dritte Luftkanal 108 weist ein Luftströmungsmessgerät 110 auf, beispielsweise ein Koriolis-Messgerät mit geringem Verlust, ein Venturi-Messgerät oder ein anderes Geschwindigkeits-Messgerät mit niedrigem Druckverlust, um genau die Luftströmung nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 108 zu messen. Das Strömungsmessgerät 110 sendet ein der Menge der Luftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 108 entsprechendes Signal über einen elektrischen Verbinder 112 nach dem Prozessor 74.
Die Brennkammer 22 umfasst auch eine äußere zylindrische Wand 114, die radial von der inneren zylindrischen Wand 48 distanziert ist, um einen Ringkanal 116 zu definieren und das stromaufwärtige Ende der zylindrischen Wand 114 besitzt einen konischen Kopf 118, um den Ringkanal 116 an seinem stromaufwärtigen Ende zu schließen. Der Ringkanal 116 ist so angeordnet, dass er Kühlluft und Verdünnungsluft über die innere zylindrische Wand 48 strömen lässt. Die zylindrische Wand 48 wird durch die Luftströmung durch den Ringkanal 116 gekühlt, und die Verdünnungsluft strömt durch die Öffnungen 120 in der inneren zylindrischen Wand 48 in den Verdünnungsabschnitt 46 ein.
Ein vierter Luftkanal 122 fördert erhitzte Luft vom Wärmeaustauscher 20 in den Ringkanal 116. Der vierte Luftkanal 122 weist kein Ventil auf. Der vierte Luftkanal 122 ist mit einem Luftströmungsmessgerät 124 ausgestattet, beispielsweise mit einem Koriolis-Messgerät mit geringem Verlust, mit einem Venturi-Messgerät oder einem anderen Geschwindigkeits-Messgerät mit geringem Druckverlust, um genau die Luftströmung nach dem Ringkanal 116 zu messen. Das Strömungsmessgerät 124 sendet ein der Menge der Luftströmung nach dem Ringkanal 116 entsprechendes Signal über einen elektrischen Verbinder 126 an den Prozessor 74.
Der Prozessor 74 analysiert die Signale von den Luftströmungsmessgeräten 70, 92, 110 und 124 und bestimmt die Luftmenge, die nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54, nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78, dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 und dem Ringkanal 116 strömt. Der Prozessor 74 bestimmt und steuert genau die Brennstoffmenge, die dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54, dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78, dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 zugeführt wird, um zu gewährleisten, dass die Emissionen von NOx, Kohlenstoffmonoxiden und unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus der Brennkammer 22 über den gesamten Leistungsbereich des Gasturbinentriebwerks 10 und insbesondere bei geringer Leistungseinstellung vermindert werden. Der Prozessor 74 sendet Signale an die Brennstoffventile 128, 130 und 132 über elektrische Verbinder 134, 136 und 138, die die Brennstoffzufuhr nach dem primären Brennstoffinjektor 62, dem sekundären Brennstoffinjektor 86 und dem tertiären Brennstoffinjektor 106 einstellen.
Die sekundäre Verbrennungszone 42 und die tertiäre Verbrennungszone 44 sind derart ausgebildet, dass sie nicht selbststabilisierend sind und stattdessen sind sie so angeordnet, dass die Verbrennung durch die Vermischung der heißen Gase von der stromaufwärtigen Verbrennungsstufe stabilisiert wird.
Im Betrieb während des Starts und bei geringer Leistung bis zu etwa 3 % Leistung werden das erste Ventil 66 und das zweite Ventil 90 geschlossen, um die Luftzufuhr nach dem primären Mischkanal 54 und dem sekundären Mischkanal 78 auf ungefähr 50 % der maximalen Strömung durch den primären Mischkanal 54 und den sekundären Mischkanal 78 zu begrenzen. Bei Leistungseinstellungen zwischen etwa 3 % Leistung und etwa 6 % Leistung wird das erste Ventil 66 geöffnet und bei Leistungseinstellungen über etwa 6 % wird das zweite Ventil 90 geöffnet. Bei Leistungseinstellungen über etwa 30 % werden nur der primäre Brennstoffinjektor 62 und der sekundäre Brennstoffinjektor 86 mit Brennstoff gespeist und bei Leistungseinstellungen über etwa 30 % Leistung werden der primäre Brennstoffinjektor 62, der sekundäre Brennstoffinjektor 86 und der tertiäre Brennstoffinjektor 106 mit Brennstoff gespeist.
Bei einer speziellen Anordnung wird etwa 5 % der Gesamtluftströmung dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 zugeführt, wenn das erste Ventil 66 geschlossen ist, und es wird etwa 10 % der Gesamtströmungsmenge dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 54 zugeführt, wenn das erste Ventil 66 offen ist. Bei dieser Anordnung wird etwa 5 % der gesamten Luftströmung dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 zugeführt, wenn das zweite Ventil 90 geschlossen ist und etwa 10 % der Gesamtluftströmung wird dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 zugeführt, wenn das zweite Ventil 90 offen ist. Bei dieser Anordnung wird etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal 98 ständig zugeführt. Bei dieser Anordnung wird etwa 80 % der Gesamtluftströmung dem Luftkanal 116 zugeführt, wenn das erste und das zweite Ventil 66 und 90 geschlossen sind und etwa 70 % der Gesamtluftströmung wird dem Luftkanal 116 zugeführt, wenn das erste und zweite Ventil 66 bzw. 90 offen ist. Etwa 40 % der Gesamtluftströmung ist Verdünnungsluft und diese wird durch die Verdünnungsöffnungen 120 in die Brennkammer eingeführt.
Die ersten bzw. zweiten Ventile 66 bzw. 90 können Mehrwegeventile sein, was die Möglichkeit schafft, dass die Luftströmung zurückverteilt wird, um den Lärm einzustellen oder zu vermindern, indem die Luftströmung, die Verweilzeit in der Brennkammer, die Stelle der Brennstoffinjektion und die Stelle des Hitzeausgangs verändert werden.
Das Triebwerk liefert eine Teillast-SFC-Kurve, die mit einem Dieselmotor vergleichbar ist, insbesondere im Leerlauf bis zu 25 % Leistung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zyklusparameter (d.h. Druck und Temperatur) im Wesentlichen konstant über einen weiten Teil des Betriebsbereichs gehalten werden, indem einstellbare Leitschaufeln benutzt werden. Ein weiterer Effekt besteht darin, die Triebwerksdrehzahl-Veränderungen zu vermindern, die für einen gegebenen Leistungsbereich erforderlich sind, wodurch die Beschleunigungszeit-Erfordernisse vermindert werden, weil die Winkel der einstellbaren Leitschaufeln mit einer größeren Geschwindigkeit eingestellt werden können als sich die Drehzahl des Triebwerks ändern kann.
Die Brennkammer 22 gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem Gasturbinentriebwerk gemäß 6 angewandt werden. Das Gasturbinentriebwerk 150 besitzt einen ersten Zentrifugalluftkompressor 152 mit einem radialen Einlasskanal 154 mit einstellbaren Leitschaufeln 156 und ein nicht dargestelltes Laufrad. Der Zentrifugalkompressor 152 liefert Luft über einen im Querschnitt einstellbaren radialen Diffusor 158 nach einem Wärmeaustauscher 160. Der radiale Diffusor 158 mit einstellbarem Querschnitt vermindert die Geschwindigkeit der Luft, bevor diese in den Wärmeaustauscher 160 eintritt.
Die einstellbaren Einlassleitschaufeln 156 haben einen stromlinienförmigen Querschnitt. Diese Einlassleitschaufeln sind voll offen, wenn eine volle Leistung erforderlich ist, so dass die Luft das Laufrad ohne wesentliche Verwirbelung erreichen kann und sogar eine geringe Gegendrehungsverwirbelung vorhanden ist, was gewährleistet, dass eine maximale Strömungsmenge durchfließt. Wenn der Leistungsbedarf verringert wird, dann werden die einstellbaren Leitschaufeln 156 in einen halb geschlossenen Zustand überführt. Dies bewirkt, dass die Rotationsverwirbelung des Arbeitsfluids den Laufradeinlass erreicht, was die relative Geschwindigkeit vermindert, aber die Rotationsverwirbelungs-Geschwindigkeit wird wirksam von dem Rotationsgeschwindigkeitsvektor subtrahiert. Demgemäß wird die Massenströmung des Arbeitsfluids bei jeder gegebenen Geschwindigkeit vermindert. Das Zentrifugallaufrad erzeugt eine Erhöhung des statischen Druckes und der absoluten Geschwindigkeit. Das Arbeitsfluid verlässt das Laufrad mit einer Geschwindigkeit von etwa Mach 1.
Das Arbeitsfluid tritt in den radialen Diffusor 158 mit variabler Querschnittsfläche ein, der zum Kompressordruckanstieg beiträgt, indem die Geschwindigkeit als statischer Druck wiedergewonnen wird. Die Diffusorschaufeln werden so verschwenkt, dass eine Bewegung in tangentialer Richtung in Bezug auf den Diffusor auftritt und die Einschnürungsfläche eingestellt wird. Wenn diese Schaufeln gleichzeitig mit den einstellbaren Einlassleitschaufeln geschlossen sind, dann wird der Vorderkanteneinfall optimiert. Zusätzlich wird der Grad der Diffusion bis zur Einschnürung eingestellt. Ein zu hoher Einfall oder eine versuchte Diffusion würde auch zu einem Pumpen führen. Ein Pumpen tritt dort auf, wo ungünstige Strömungsbedingungen hohe örtliche Druckverluste verursachen, was zu einer Strömungsumkehr führt, da der Druckanstieg nicht aufrecht erhalten werden kann.
Dieses Arbeitsfluid wird dann durch den Wärmeaustauscher 160 und in die Brennkammer 22 und dann nach einer Turbine 164 geschickt. Der Brennstoff wird in der Brennkammer 22 verbrannt und die resultierenden Verbrennungsprodukte strömen in die Turbine 164 ein, die antriebsmäßig mit dem Zentrifugalkompressor 152 verbunden ist.
Die Turbine 164 weist eine bezüglich der Querschnittsfläche einstellbare Düse 166 auf, die betätigt wird, um die Schaufeln zu schließen, wenn der Leistungsbedarf abfällt und die Strömungskapazität demgemäß vermindert wird. Das Turbinen-Konstruktions-Expansions-Verhältnis wird hoch genug gewählt, um einen Drosselbetrieb über den größten Leistungsbereich zu gewährleisten, wodurch gesichert wird, dass die Strömungskapazität proportional der Düseneinschnürungsfläche bleibt. Im ungedrosselten Zustand würde die Strömungskapazität durch das Expansionsverhältnis und die Rotoreinschnürungsfläche eingestellt und eine genügende Veränderung könnte über den Düsenquerschnitt nicht erreicht werden.
Die Turbine 164 ist außerdem mit einer Abtriebswelle 168 verbunden, die einen elektrischen Generator 170 antreibt. Der elektrische Generator 170 liefert Elektrizität an einen oder mehrere Elektromotoren 174 über elektrische Verbindungsleitungen 172, um beispielsweise die Räder 178 eines Motorfahrzeugs oder die Schiffsschraube eines Marinefahrzeugs anzutreiben. Die heißen Abgase von der Turbine 164 werden dem Wärmeaustauscher 160 zurückgeführt, um direkt die Luft vom Diffusor 158 aufzuheizen, bevor diese in die Brennkammer 22 eintritt.
Die Brennkammer 22 ist die gleiche wie oben unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Das Triebwerk liefert eine Teillast-SFC-Kurve, die mit jener eines Dieselmotors vergleichbar ist, insbesondere im Leerlaufbetrieb, bis zu einem Leistungsbereich von 25 %. Dies wird dadurch erreicht, dass die Zyklusparameter (d.h. Druck und Temperatur) im Wesentlichen konstant über den gesamten Leistungsbereich durch Benutzung von einstellbaren Leitschaufeln gehalten werden. Eine weitere Wirkung besteht darin, dass die Triebwerksdrehzahl-Veränderungen, die für einen gegebenen Leistungsbereich erforderlich sind, vermindert werden, wodurch die Beschleunigungszeit-Erfordernisse verringert werden, weil die Winkel der einstellbaren Leitschaufeln schneller einstellbar sind als sich die Drehgeschwindigkeit des Triebwerks ändern kann.
Die Anordnung der einstellbaren Leitschaufeln am Einlass des Zentrifugalkompressors am Diffusor an der ersten Turbine und der Nutzleistungsturbine ermöglicht eine reduzierte Massenströmung, wobei jedoch Druckverhältnis und Wirkungsgrad aufrecht erhalten bleiben. Die einstellbaren Leitschaufeln werden so eingestellt, dass die Massenströmung für den Kompressor, den Diffusor und alle Turbinen vermindert wird, wenn der Leistungsbedarf abfällt oder umgekehrt werden die einstellbaren Leitschaufeln so eingestellt, dass die Massenströmung für Kompressor, Diffusor und sämtliche Turbinen über einen vorbestimmten weiteren Leistungsbereich vergrößert wird. Die Werte der Zyklustemperatur und von Geschwindigkeit und Druckverhältnis werden im Wesentlichen über den vorbestimmten weiten Leistungsbereich konstant gehalten, und daher wird der spezifische Brennstoffverbrauch über diesen vorbestimmten weiten Leistungsbereich konstant gehalten.
Die Einlassleitschaufeln mit variabler Querschnittsfläche für den Zentrifugalkompressor verbessern die Fähigkeit des Zentrifugalkompressors, eine verminderte Massenströmung bei konstanter Triebwerksdrehzahl zu liefern.
Es wird angenommen, dass die Emissionswerte des Brennkammeraufbaus niedriger sind als 0,5 gm pro kwh.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem Gasturbinentriebwerk beschrieben, das folgende Teile aufweist: einen einzigen Brennkammeraufbau mit einem einzigen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal, einen einzigen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und einen einzigen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal, jedoch sind auch andere Brennkammerausbildungen möglich. Es kann zweckmäßig sein, beim Bedarf einer erhöhten Leistung des Gasturbinentriebwerks mehrere Brennkammeraufbauten vorzusehen, von denen jeder einen einzigen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal, einen einzigen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal und einen einzigen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal für die jeweiligen primären, sekundären und tertiären Verbrennungsstufen aufweist. Stattdessen kann es erwünscht sein, einen einzigen Brennkammeraufbau mit mehreren primären Brennstoff/Luft-Mischkanälen, mehreren sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen und mehreren tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen für die primäre, sekundäre und tertiäre Verbrennungsstufe vorzusehen, wenn eine erhöhte Leistung gefordert wird.
Stattdessen kann es möglich sein, eine oder mehrere Brennkammern vorzusehen, wobei jede Brennkammer mehrere Verbrennungsstufen aufweist, von denen wenigstens zwei einen entsprechenden Mischkanal mit Mitteln aufweisen, um die Luftströmung in die jeweilige Verbrennungsstufe einzustellen. So kann die Brennkammer zwei Verbrennungsstufen mit Mitteln aufweisen, um die Luftströmung in beide Verbrennungsstufen einzustellen oder es können drei Verbrennungsstufen in Verbindung mit Mitteln vorgesehen werden, um die Luftströmung nach zwei der Verbrennungsstufen oder allen drei Verbrennungsstufen einzustellen oder es können vier Verbrennungsstufen vorgesehen werden mit Mitteln, um die Luftströmung nach zwei, drei oder allen vier Verbrennungsstufen einzustellen.
Die primären Brennstoff/Luft-Mischkanäle können derart angeordnet werden, dass sie Brennstoff und Luft in die Brennkammer an axial beabstandeten Stellen unter unterschiedlichen Winkeln zur Brennkammerachse und unter unterschiedlichen Winkeln im Tangentialsinne einleiten, um die Wärmefreigabe über die Länge der Brennkammer zu ändern und um dadurch den Lärm zu vermindern. Die sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanäle können derart angeordnet werden, dass sie den Brennstoff und die Luft in die Brennkammer an axial beabstandeten Stellen unter unterschiedlichen Winkeln zur Brennkammerachse und unterschiedlichen Winkeln im Tangentialsinne einführen, um die Wärmefreigabe über die Länge der Brennkammer zu ändern und um dadurch den Lärm zu vermindern. Die tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanäle können derart angeordnet werden, dass sie Brennstoff und Luft in die Brennkammer an axial beabstandeten Stellen unter unterschiedlichen Winkeln zur Brennkammerachse und unter unterschiedlichen Winkeln im Tangentialsinne einführen, um die Wärmefreigabe über die Länge der Brennkammer zu ändern und um dadurch den Lärm zu vermindern.

Claims

Brennkammeraufbau mit wenigstens einer Brennkammer (22), welche die folgenden Merkmale aufweist: eine primäre Verbrennungszone (40); eine sekundäre Verbrennungszone (42); wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54); primäre Brennstoffinjektormittel (62), um Brennstoff dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zuzuführen, wobei der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone (40) eingeleitet werden; wenigstens einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78); sekundäre Brennstoffinjektormittel (86), um Brennstoff dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zuzuführen, wobei der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone (42) eingeführt werden; erste Ventilmittel (66), um die Luftzufuhr nach dem wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zu steuern; und zweite Ventilmittel (90), um die Zufuhr von Luft nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass jeder sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (80, 84) aufweist, die koaxial angeordnet sind, um Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei die sekundären Brennstoffinjektormittel (86) so angeordnet und ausgebildet sind, dass Brennstoff koaxial zu den Strömungsverwirbeiungs-Einrichtungen (80, 84) in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) eingeführt wird.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 1, bei welchem der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) so angeordnet und ausgebildet ist, dass der Brennstoff und die Luft in die primäre Verbrennungszone (40) mit einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeführt werden.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) so angeordnet und ausgebildet ist, dass der Brennstoff und die Luft in die sekundäre Verbrennungszone (42) mit einer tangentialen und einer stromab gerichteten Strömungskomponente eingeführt werden.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jeder primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (56, 60) aufweist, die koaxial angeordnet sind, um die Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei die primären Brennstoffinjektormittel (62) so angeordnet und ausgebildet sind, dass Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (56, 60) in den primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) eingeführt wird.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem die Brennkammer (22) folgende Merkmale aufweist: eine tertiäre Verbrennungszone (44); wenigstens einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98); tertiäre Brennstoffinjektormittel (106), um Brennstoff dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zuzuführen; Mittel zur Zufuhr von Luft nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98), wobei der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone (44) eingeführt werden.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 5, bei welchem der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone (44) mit einer entgegengesetzt zu der im sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) verlaufenden tangentialen Komponente und einer stromab gerichteten Komponente eingeführt werden.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei welchem der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zwei axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (102, 104) aufweist, die koaxial angeordnet sind, um die Luft in entgegengesetzten Richtungen zu verwirbeln, wobei die tertiären Brennstoffinjektormittel (106) so angeordnet und ausgebildet sind, dass der Brennstoff koaxial zu den axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (102, 104) in den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) eingeführt wird.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem mehrere primäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle (54) und mehrere sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle (78) vorgesehen sind.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher mehrere primäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle (54), mehrere sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle (78) und mehrere tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanäle (98) vorgesehen sind.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die Brennkammer (22) mit einer tangential und einer stromab gerichteten Strömungskomponente injiziert werden.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die ersten und zweiten Ventilmittel (66, 90) Zweiwegeventile sind.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem die ersten und zweiten Ventilmittel (66, 90) Mehrwegeventile sind.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 4, bei welchem eine der axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (56) in dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) eine höhere Verwirbelung als die andere axiale Strömungsverwirbelungs-Einrichtung (60) bewirkt, derart, dass eine Restverwirbelung durch die beiden axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (56, 60) erzeugt wird.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem die axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (80, 84) in dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) gleiche und entgegengesetzte Verwirbelungen bewirken, derart, dass keine Restverwirbelung durch die beiden axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (80, 84) zustande kommt.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 7, bei welchem die axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (102, 104) in dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) eine im Wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Verwirbelung derart bewirken, dass keine Restverwirbelung durch die beiden axialen Strömungsverwirbelungs-Einrichtungen (102, 104) zustande kommt.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welcher Mittel (70, 92) aufweist, um die Luftströmung nach dem primären und dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54, 78) zu messen und weiter Mittel (74, 128, 130) vorgesehen sind, um die Brennstoffzufuhr nach den primären und sekundären Brennstoffinjektormitteln (62, 86) gemäß den gemessenen Luftströmungen nach den primären und sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanälen (54, 78) derart einzustellen, dass die Emissionen aus der Brennkammer (22) vermindert werden.
Brennkammeraufbau nach einem der Ansprüche 5 bis 7, welcher Mittel aufweist, um die Luftströmung nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen (54, 78, 98) zu messen und bei welchem weiter Mittel (74, 128, 130, 132) vorgesehen sind, um die Brennstoffzufuhr nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoffinjektormitteln (62, 86, 106) gemäß den gemessenen Luftströmungen nach den primären, den sekundären und den tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen (54, 78, 98) so einzustellen, dass Emissionen aus der Brennkammer (22) vermindert werden.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 17, bei welchem die Mittel (70, 92, 110) zur Messung der Luftströmung nach den primären, sekundären und tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanälen (54, 78, 98) Niederdruck-Koriolis-Messgeräte sind.
Brennkammeraufbau nach den Ansprüchen 16 und 17 oder Anspruch 18, welcher Mittel (124) aufweist, um die Kühlluftströmung und die Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer (22) zu messen.
Brennkammeraufbau nach Anspruch 19, bei welchem die Mittel (124) zur Messung der Kühlluftströmung und der Verdünnungsluftströmung nach der Brennkammer (22) ein Niederdruck-Koriolis-Messgerät aufweisen.
Verfahren zum Betrieb eines Brennkammeraufbaus, der eine Brennkammer (22) mit den folgenden Merkmalen aufweist: eine primäre Verbrennungszone (40); eine sekundäre Verbrennungszone (42); wenigstens einen primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54); primäre Brennstoffinjektormittel (62), um Brennstoff dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zuzuführen; erste Ventilmittel (66), um die Luftzufuhr nach dem wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) einzustellen, wobei der primäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die primäre Verbrennungszone (40) eingeführt werden; wenigstens einen sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78); sekundäre Brennstoffinjektormittel (86), um Brennstoff dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zuzuführen; zweite Ventilmittel (90), um die Luftzufuhr nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zu steuern, wobei der sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) so angeordnet ist, dass Brennstoff und Luft in die sekundäre Verbrennungszone (42) eingeführt werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: es werden die ersten Ventilmittel (66) und die zweiten Ventilmittel (90) in einem ersten Betriebsmodus geschlossen, in einem zweiten Betriebsmodus werden die ersten Ventilmittel (66) geöffnet und die zweiten Ventilmittel (90) geschlossen gehalten und in einem dritten Betriebsmodus werden die ersten Ventilmittel (66) und die zweiten Ventilmittel (90) geöffnet.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Brennkammer (22) die folgenden Merkmale aufweist: eine tertiäre Verbrennungszone (44); wenigstens einen tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98); tertiäre Brennstoffinjektormittel (106), um Brennstoff dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zuzuführen; Mittel zur Zufuhr von Luft nach dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98), wobei der tertiäre Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass Brennstoff und Luft in die tertiäre Verbrennungszone (44) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem in der Schließstellung der ersten Ventilmittel (66) die Luftströmung nach dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) um 50 % im Vergleich mit der Öffnungsstellung der ersten Ventilmittel (66) verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei welchem in der Schließstellung der zweiten Ventilmittel (90) die Luftströmung nach dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) um etwa 50 % im Vergleich zur Öffnungsstellung der zweiten Ventilmittel (90) verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welchem etwa 5 % der Gesamtluftströmung dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zugeführt werden, bei welchem etwa 5 % der Gesamtluftströmung dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zugeführt werden, bei dem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zugeführt werden und bei welchem der Rest der Luft als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer (22) in dem ersten Betriebsmodus zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei welchem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zugeführt werden, bei dem etwa 5 % der Gesamtluftströmung dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zugeführt werden, bei dem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zugeführt werden und bei dem der Rest der Luft als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer (22) in dem zweiten Betriebsmodus zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, bei welchem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zugeführt werden, bei dem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zugeführt werden, bei dem etwa 10 % der Gesamtluftströmung dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zugeführt werden und bei dem der Rest der Luft als Verdünnungsluft und Kühlluft der Brennkammer (22) in dem dritten Betriebsmodus zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, bei welchem die Strömungsrate der dem primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) zugeführten Luft gemessen wird, bei welchem die Strömungsrate der dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) zugeführten Luft gemessen wird, bei welchem die Strömungsrate der dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) zugeführten Luft gemessen wird, bei welchem die Strömungsrate des dem primären Brennstoffinjektor (62) zugeführten Brennstoffs so eingestellt wird, dass ein erstes vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis im primären Brennstoff/Luft-Mischkanal (54) erhalten wird, bei welchem die Strömungsrate des dem sekundären Brennstoffinjektor (86) zugeführten Brennstoffs so eingestellt wird, dass ein zweites vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis in dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal (78) erhalten wird und bei welchem die Strömungsrate des dem tertiären Brennstoffinjektor (106) zugeführten Brennstoffs so eingestellt wird, dass ein drittes vorbestimmtes Brennstoff/Luft-Verhältnis in dem tertiären Brennstoff/Luft-Mischkanal (98) erhalten wird.