DE60124466T2

DE60124466T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Ausstosses einer Brennkammer

Info

Publication number: DE60124466T2
Application number: DE60124466T
Authority: DE
Inventors: Jagdish Dullabhbhai Cincinnati Mistry; James William West Chester Stegmaier
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-08-16
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: EP1182401B1; US6405524B1; US6681556B2; EP1182401A1; US20030154722A1; JP2002161757A; DE60124466D1

Description

Diese Anwendung betrifft ganz allgemein Brennkammern und insbesondere Brennstoffzufuhrsysteme für Gasturbinentriebwerksbrennkammern.
Die Besorgnis über die Luftverschmutzung hat weltweit sowohl national als auch international zu strengeren Emissionsstandards geführt. Luftfahrzeuge sind Standardvorgaben sowohl der Umweltschutzbehörde (EPA = Environmental Protection Agency) als auch des Luftfahrt-Navigationsausschusses (ICAO = International Civil Aviation Organization) unterworfen. Diese Standards regeln die Emissionen von Stickstoffoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) von Luftfahrzeugen im Bereich von Flughäfen, wo sie zu den Problemen fotochemischen Smogs in den Städten beitragen. Die meisten Flugzeugtriebwerke sind dank dem Einsatz von Brennkammertechnologien und Theorien, die sich über die letzten 50 Jahre der Triebwerksentwicklung hinweg bewährt haben, zwar in der Lage, den gegenwärtigen Emissionsstandards zu entsprechen. Allerdings ist mit dem weltweiten Wachsen des Umweltbewusstseins nicht garantiert, dass herkömmliche Brennkammertechnologien auch zukünftige Emissionsstandards erfüllen können.
Eine Klasse von Triebwerksemissionen (NOx) ist im Allgemeinen auf hohe Flammentemperaturen in der Brennkammer zurückzuführen. Die Brennkammerflammentemperatur wird gesteuert, indem der Luftstrom während der Phasen erhöhten Brennstoffstroms gesteigert wird, mit dem Ziel, die Brennkammerflammentemperatur über die Brennkammer hinweg gleichmäßig zuzumessen. Bei bekannten Brennkammern wird Brennstoff durch mehrere Vormischeinrichtungen injiziert, die um den Umfang der Brennkammer in unterschiedlichen radialen Abständen von einer zentralen Symmetrieachse entfernt angeordnet sind. Um ein Triebwerk über einen vollständigen Bereich betreiben zu können, enthalten derartige Brennkammern Brennstoffzufuhrsysteme, die Brennstoffströme durch die Vormischeinrichtungen um den Umfang herum abstufen, um den Brennstoff gleichmäßig über die gesamte Brennkammer zu verteilen.
Solche Brennkammern stehen mit externen Ladeluftsystemen in Strömungsverbindung. Bei Erhöhung der Triebwerksleistung wird Brennstoff durch die Vormischeinrichtungen in anderen radialen Abständen injiziert. Um die Selbstzündung von Brennstoff zu mindern, werden Brennstoffreste aus strömungslosen Vormischeinrichtungen mittels des externen Ladeluftsystems verdrängt. Aufgrund der vielfältigen Brennstoffzufuhr- und Vormischeinrichtungskonfigurationen, die bei der Brennstoffstufung verwendet werden, sind derartige externe Ladeluftsysteme häufig hochentwickelt und sehr komplex. Allerdings kann es trotz derartig komplexer Ladeluftsysteme im Verlauf von Übergängen zwischen den Brennstoffzufuhrstufen aufgrund des Reinigungsvorgangs zu Druckabfällen kommen. Solche Druckabfälle können eine Überhitzung oder ein Überdrehen der Turbine hervorrufen.
Die WO 99/54610 beschreibt eine zum Schutz gegen Verkokung dienende Spüleinrichtung für die Brennstoffeinspritzung.
DE 3 916 477 beschreibt ein Spülsystem für Gasturbinenbrennstoffeinspritzdüsen, bei dem verdichtete Luft aus einem Speicherbehälter freigegeben wird.
In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk ein Brennstoffzufuhrsystem, das um den Umfang angeordnete Brennstoffstufung und Brennkammerluftdruck verwendet, um Brennstoffreste aus strömungslosen Motorkomponenten zu verdrängen. Das Brennstoffzufuhrsystem enthält eine Anzahl von Brennstoffzufuhrringen und ein Rückfördersubsystem. Die Anzahl von Brennstoffzufuhrringen sind in unterschiedlichen radialen Abständen konzentrisch angeordnet, um einer Turbinentriebwerksbrennkammer über mehrere Brennkammerkrümmer und Pigtails Brennstoff zuzuführen. Das Rückförderungssystem verwendet Brennkammerluft, um Brennstoff aus strömungslosen Brennstoffzufuhrringen, Brennkammerpigtails und Brennkammerkrümmern zu verdrängen. Darüber hinaus weist das Brennstoffzufuhrsystem mindestens zwei Öffnungen auf, um Druckabfälle während der Füllstufen auf ein Minimum zu reduzieren.
Während des Triebwerkbetriebs führen Brennstoffstufen des Brennstoffzufuhrsystems während einer Leistungsanpassung den Brennstoff über vielfältige Kombinationen von Brennstoffzufuhrringen der Brennkammer zu. Das Rückförderungssystem führt Brennstoffreste aus den strömungslosen Brennstoffzufuhrringen und beliebigen zugeordneten Brennkammerkomponenten ab und trocknet sie. Da das Rückförderungssystem Brennkammerluft hohen Drucks und hoher Temperatur verwendet, werden die Brennstoffreste problemlos entfernt, und die Selbstzündung von Brennstoffresten wird vermindert. Im Ergebnis ist eine Brennkammer geschaffen, die kostengünstig und in hohem Maße zuverlässig ist.
Im Folgenden wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung exemplarisch beschrieben:
1 veranschaulicht schematisch ein Gasturbinentriebwerk mit einer Brennkammer; und
2 veranschaulicht schematisch ein Brennstoffzufuhrsystem, das in Verbindung mit dem in 1 gezeigten Gasturbinentriebwerk verwendet wird.
1 zeigt schematisch ein Gasturbinentriebwerk 10 mit einem Niederdruckkompressor 12, einem Hockdruckkompressor 14 und einer Brennkammer 16. Zu dem Triebwerk 10 gehören ferner eine Hochdruckturbine 18 und eine Niederdruckturbine 20.
Im Betrieb strömt Luft durch den Niederdruckkompressor 12, und die verdichtete Luft wird von dem Niederdruckkompressor 12 ausgehend dem Hockdruckkompressor 14 zugeführt. Die hochverdichtete Luft wird der Brennkammer 16 zugeführt. Ein die Brennkammer 16 verlassender (in 1 nicht gezeigter) Luftstrom treibt die Turbinen 18 und 20 an.
2 veranschaulicht schematisch ein Brennstoffzufuhrsystem 50 für den Einsatz in einem Gasturbinentriebwerk, das dem in 1 gezeigten Triebwerk 10 ähnelt. In einem Ausführungsbeispiel ist das Gasturbinentriebwerk ein LM6000-Triebwerk, beziehbar von General Electric Company, Cincinnati, Ohio. In einem Ausführungsbeispiel enthält das Brennstoffzufuhrsystem 50 ein Rückfördersubsystem 51, das dazu dient, Flüssigkeit aus strömungslosen Abschnitten des Brennstoffzufuhrsystems 50 zu verdrängen und abzuführen, um Last- und Drehzahländerungen, die im Verlauf von Beschleunigungen und Verzögerungen des Triebwerks oder der Brennstoffübertragung auftreten, zu begegnen. Das weiter unten näher erläuterte Rückfördersubsystem 51 verwendet Brennkammerluft hoher Temperatur und hohen Drucks um Brennstoff aus strömungslosen Abschnitten des Brennstoffzufuhrsystems 50 abzuführen und zu verdrängen.
Die Flammentemperaturen in der (in 1 gezeigten) Brennkammer 16 steuern die Emissionen des Flüssigbrennstoffs, und die Brennkammer 16 verwendet im Ergebnis eine um den Umfang angeordnete Stufung, um die volle Triebwerksbetriebsfähigkeit zu erreichen. Das Brennstoffzufuhrsystem 50 enthält mehrere zueinander konzentrisch angeordnete Brennstoffzufuhrverteilerringe 52. In einem Ausführungsbeispiel sind die Ringe 52 aus Metall ausgebildet. Im Speziellen basieren die Brennstoffzufuhrverteilerringe 52 auf einer "A"-Ringgruppe oder radial äußeren Gruppe 54, einer "B"-Ringgruppe oder intermediären Gruppe 56 und einer "C"-Ringgruppe oder radial inneren Gruppe 58. In einem Ausführungsbeispiel basieren die Ringe 52 auf rostfreien Stahlrohren mit einem Durchmesser von etwa 0,5 Zoll (1,27 cm). In noch einem Ausführungsbeispiel basieren die Ringe 52 auf rostfreien Stahlrohren mit einem Durchmesser von etwa 0,625 Zoll (1,588 cm). In einem weiteren Ausführungsbeispiel basieren die Ringe 52 auf rostfreien Stahlringen, die einen Durchmesser von etwa 0,375 Zoll (0,953 cm) aufweisen. Jede Gruppe 54, 56 und 58 ist mit mehreren (nicht gezeigten) Verteilern/Krümmern verbunden. Jeder Brennkammerkrümmer weist mehrere (nicht gezeigte) Pigtails auf, die jeden Verteiler mit einer (nicht gezeigten) Brennkammervormischeinrichtung verbinden. In einem Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffzufuhrsystem 50 ein Flüssigbrennstoffsystem für ein Zweibrennstoff-Triebwerk. In noch einem Ausführungsbeispiel ist das Brennstoffzufuhrsystem 50 ein Dry-Low-Emissions-(DRE)-Flüssigbrennstoffsystem.
Die "A"-Ringgruppe 54 enthält vier Brennstoffzufuhrverteilerringe 52, um den Brennkammerkrümmern Brennstoff zuzuführen. Die Brennstoffzufuhrverteilerringe 52 sind in Bezug zueinander konzentrisch fluchtend und im Wesentlichen zueinander koplanar angeordnet. Ein Verteilerring 62 mit dem ge ringsten Durchmesser ist als ein A1-Ring bekannt und befindet sich radial innerhalb eines zweiten Brennstoffzufuhrrings 64, der als A2-Ring bekannt ist. Ein dritter Brennstoffzufuhrring 66 ist als A3-Ring bekannt und ist radial außerhalb des A2-Rings 64 und radial innerhalb eines vierten Zufuhrrings 68 angeordnet, der als A4-Ring bekannt ist.
Jeder Brennstoffzufuhrring 62, 64, 66 und 68 enthält einen Temperatur/Drucksensor 70, 72, 74 bzw. 76, der zwischen jedem entsprechenden Verteilerring 60 und einem entsprechenden Rückblasventil 80, 82, 84 bzw. 86 eingefügt ist. Die Rückblasventile 80, 82, 84 und 86 sind gemeinsam mit einer Rohrleitung 88 verbunden, die sich zwischen den Rückblasventilen 80, 82, 84 und 86 und einem Wärmetauscher 90 erstreckt. Ein Temperatursensor 91 überwacht die Temperatur der durch den Wärmetauscher 90 strömenden Brennkammerluft.
Zu jeder Brennstoffzufuhrring 62, 64, 66 und 68 gehört ferner ein Stufungsventil 100, 102, 104 bzw. 106. Gemeinsame Leitungen 110, 112, 114 und 116 verbinden jedes Stufungsventil 100, 102, 104 und 106 und jedes entsprechende Rückblasventil 80, 82, 84 und 86 mit dem jeweiligen "A"-Gruppen-Brennstoffzufuhrring 62, 64, 66 bzw. 68. Sämtliche Stufungsventile 100, 102, 104 und 106 sind gemeinsam über eine Verrohrung 120 verbunden, die sich zwischen den Stufungsventilen 100, 102, 104 und 106 und einem "A"-Gruppen-Abschaltventil 122 erstreckt.
Das "A"-Gruppen-Rbschaltventil 122 steuert einen Brennstoffstrom zu den Stufungsventilen 100, 102, 104 und 106 und ist zwischen den Stufungsventilen 100, 102, 104 und 106 und einem "A"-Gruppen-Brennstoffzumessventil 124 angeordnet. Ein "A"-Ablassventil 126 ist zwischen dem "A"-Gruppen- Abschaltventil 122 und den Stufungsventilen 100, 102, 104 und 106 mit der Verrohrung 120 verbunden und erstreckt sich, um zwischen dem Wärmetauscher 90 und den Rückblasventile 80, 82, 84 und 86 mit der Rohrleitung 88 verbunden zu sein. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel enthält das Rückfördersubsystem 51 das "A"-Ablassventil 126, die Rückblasventile 80, 82, 84 und 86 und die Stufungsventile 100, 102, 104 und 106.
Die "B"-Ringgruppe 56 enthält einen Brennstoffzufuhrverteilerring 52 zum Zuführen von Brennstoff zu Brennkammerkrümmern. Insbesondere ist ein Brennstoffzufuhrverteilerring 162 als "B"-Ring bekannt und befindet sich radial innerhalb der "A"-Gruppen-Ringe 60. Der Brennstoffzufuhrring 162 ist über eine Rohrleitung 164 mit einem "B"-Gruppen-Brennstoffabschaltventil 166 verbunden. Das "B"-Gruppen-Brennstoffabschaltventil 166 steuert einen Brennstoffstrom zu der "B"-Ringgruppe 56 und ist zwischen dem Verteilerring 162 und einem "B"-Gruppen-Brennstoffzumessventil 168 angeordnet. Ein Temperatur/Drucksensor 170 ist zwischen dem Verteilerring 162 und dem "B"-Gruppen-Abschaltventil 166 zugeschaltet.
Ein Rückblasventil 174 ist über eine Rohrleitung 178 zwischen dem Temperatur/Drucksensor 170 und dem "B"-Gruppen-Abschaltventil 166 mit der Rohrleitung 164 verbunden. Die Rohrleitung 178 erstreckt sich von dem Rückblasventil 174 zu einem Wärmetauscher 179. Ein "B"-Gruppen-Ablassventil 180 ist über eine Rohrleitung 182 zwischen der Rückblasventilleitung 178 und dem Wärmetauscher 179 mit der Rohrleitung 164 verbunden. Die Ablassventil-Rohrleitung 182 ist außerdem zwischen dem Rückblasventil 174 und dem Wärmetauscher 179 mit der Rückblasventilleitung 178 verbunden. Die Temperatur der durch den Wärmetauscher 179 strömenden Brennkammerluft wird mittels eines Temperatursensors 184 überwacht. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel gehören zu dem Rückfördersubsystem 51 auch das Ablassventil 180 und das Rückblasventil 174.
Die "C"-Ringgruppe 58 enthält zwei Brennstoffzufuhrverteilerringe 52 für die Zufuhr von Brennstoff zu Brennkammerkrümmern. Die Verteilerringe 52 in der "C"-Ringgruppe 58 sind in Bezug zueinander konzentrisch fluchtend angeordnet und befinden sich radial innerhalb des Verteilerrings 162 der "B"-Ringgruppe. Ein Verteilerring 202 mit dem kleinsten Durchmesser ist als C1-Ring bekannt und befindet sich radial innerhalb eines als C2-Ring bekannten zweiten Brennstoffzufuhrrings 204.
Jeder Brennstoffzufuhrring 202 und 204 enthält einen Temperatur/Drucksensor 206 bzw. 208, die zwischen jedem entsprechenden Verteilerring 52 und einem entsprechenden Rückblasventil 220 und 222 zugeschaltet sind. Die Rückblasventile 220 und 222 sind gemeinsam mit einer Rohrleitung 224 verbunden, die sich zwischen den Rückblasventile 220 und 222 und einem Wärmetauscher 230 erstreckt. Ein Temperatursensor 232 überwacht die Temperatur der durch den Wärmetauscher 230 strömenden Brennkammerluft.
Zu jedem Brennstoffzufuhrring 202 und 204 gehört ferner ein Stufungsventil 234 bzw. 236. Eine gemeinsame Verrohrung 238 und 240 verbindet jedes Stufungsventil 234 und 236 und jedes entsprechende Rückblasventil 220 und 222 mit jedem "C"-Gruppen-Brennstoffzufuhrring 202 bzw. 204. Sämtliche Stufungsventile 234 und 236 sind gemeinsam mit einer Rohrleitung 241 verbunden, die sich zwischen den Stufungsventilen 234 und 236 und einem "C"-Gruppen-Abschaltventil 242 erstreckt. Zwischen jedem Stufungsventil 234 und 236 und dem "C"-Gruppen- Abschaltventil 242 ist ein Paar Öffnungen 244 und 245 ausgebildet.
Das "C"-Gruppen-Abschaltventil 242 steuert einen Brennstoffstrom zu den Stufungsventilen 234 und 236 und ist zwischen den Stufungsventilen 234 und 236 und einem "C"-Gruppen-Brennstoffzumessventil 246 angeordnet. Ein Ablassventil 248 ist zwischen dem "C"-Gruppen-Abschaltventil 242 und dem Stufungsventilen 234 und 236 mit der Rohrleitung 240 verbunden und erstreckt sich, um zwischen dem Wärmetauscher 230 und den Rückblasventilen 220 und 222 mit der Rohrleitung 224 verbunden zu sein. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel gehören zu dem Rückfördersubsystem 51 ferner das Ablassventil 248, die Rückblasventile 220 und 222 und die Stufungsventile 234 und 236.
Jedes Gruppen-Brennstoffzumessventil 124, 168 und 246 ist gemeinsam über die Rohrleitung 250 mit einem Hauptabschaltventil 252 des Brennstoffzufuhrsystems verbunden. Ein Temperatur/Drucksensor 253 ist zwischen den Brennstoffzumessventilen 124, 168 und 246 und dem Brennstoffzufuhrsystem-Hauptabschaltventil 252 mit der Rohrleitung 250 verbunden. Das Brennstoffzufuhrsystem-Hauptabschaltventil 252 befindet sich in Strömungsverbindung mit einer Flüssigbrennstoffquelle 256 und steuert einen Brennstoffstrom zu den Zufuhrringgruppen 54, 56 und 58 des Brennstoffzufuhrsystems.
Jeder Gruppenwärmetauscher 90, 179 und 230 ist gemeinsam über eine Rohrleitung 260 mit einem Brennstoff/Luft-Separator 262 verbunden, der sich in Strömungsverbindung mit einem Entleerungsbehälter 264 befindet. Ein Temperatursensor 266 ist mit dem Entleerungsbehälter 264 verbunden und überwacht die Temperatur von Fluid, das in den Entleerungsbehälter 264 ein tritt. Der Entleerungsbehälter 264 steht unter Umgebungsdruck. Die Kombination des Brennstoff/Luft-Separators 262 und des Wärmetauschers 90, 179 und 230 steuert die Temperatur der in den Entleerungsbehälter 264 eintretenden Spülluft. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Temperatur der in den Entleerungsbehälter 264 eintretenden Spülluft weniger als etwa 100° F (etwa 37,8 °C).
Während des Triebwerkbetriebs arbeitet das Brennstoffzufuhrsystem 50 mit einer um den Umfang angeordneten Stufung. Zu Beginn, wenn das Triebwerk 10 hochgefahren und dessen Leistung gesteigert wird, wird der Brennkammer 16 über die "B"-Ringgruppe 56 und den A1-Ring 62 Brennstoff zugeführt. Während die Leistung erhöht wird, führt eine nächste Brennstoffzufuhrstufe lediglich der "B"-Ringgruppe 56 Brennstoff zu. Wenn im Verlauf von Triebwerkbetriebsvorgängen ein Brennstoffstrom zu unterschiedlichen Brennstoffzufuhrringen 52 abgeschaltet wird, nutzt das Rückfördersubsystem 51 Brennkammerluft, um restlichen Flüssigbrennstoff aus strömungslosen Zufuhrringen 52 zu entfernen, so dass eine Selbstzündung des Brennstoffs vermieden wird. Da die Brennkammerluft intern mit einer höheren Temperatur und einem höherem Druck beaufschlagt ist, als dies bei bekannten Spülsystemen der Fall ist, sind eine Überhitzung und ein Überdrehen der Turbine 10 bei Spülvorgängen vermindert.
Insbesondere während eines Triebwerksstarts, wenn die Brennstoffstufung von der Brennstoffbelieferung der "B"-Ringgruppe 56 und des A1-Rings 62 zu einer ausschließlichen Brennstoffbelieferung der "B"-Ringgruppe 56 wechselt, wird der Brennstoffstrom zu der A1-Ring-Gruppe 56 abgeschaltet, und das Rückfördersubsystem 51 entfernt Brennstoff aus den A1-Vormischeinrichtungen, Pigtails und dem A1-Ring 62 durch folgesteuernde Ventile. Zu Beginn wird das Brennstoff-Absperrventil 122 der "A"-Ringgruppe geschlossen, und das A1-Rückblasventil 80 und das "A"-Ablassventil 126 werden geöffnet. Nach etwa zwei Minuten werden (und) das A1-Rückblasventil 80, das "A"-Ablassventil 126 und das A1-Stufungsventil 100 geschlossen, um einen Spülzyklus zu vollenden.
Während die Triebwerksleistung weiter erhöht wird, erlaubt eine weitere Brennstoffzufuhrstufe die Zufuhr von Brennstoff zu der "B"-Ringgruppe 56 und zu dem "C"-Ring 202. Während einer solchen Brennstoffzufuhrstufe wird dem C1-Ring 202 Brennstoff zugeführt, nachdem das "C"-Gruppen-Absperrventil 242 und das C1-Stufungsventil 234 geöffnet sind. Während die Leistung weiter erhöht wird, wird dann der "B"-Ringgruppe 56 und der "C"-Ringgruppe 58 Brennstoff zugeführt, und der C2-Ring 204 wird gefüllt, nachdem das C2-Stufungsventil 236 geöffnet ist. Da der Brennstoff vor seinem Eintritt in die Stufungsventile 234 und 236 durch Öffnungen 244 bzw. 245 strömt, werden Laständerungen und Verteilerdruckabfall während eines solchen Übergangs zwischen Brennstoffzufuhrstufen reduziert.
Während die Triebwerksleistung weiter erhöht wird, schaltet eine nächste Brennstoffstufe den Brennstoffstrom zu der "C"-Ring-Gruppe 58 ab und führt der "A"-Ringgruppe 54 und der "B"-Ringgruppe 56 Brennstoff zu. Während einer solchen Brennstoffzufuhrstufe sind das "A"-Gruppen-Abschaltventil 122 und die "A"-Stufungsventile 100, 102, 104 und 106 geöffnet. Das "C"-Ringgruppen-Abschaltventil 242 ist dann geschlossen, und die C1- und C2-Rückblasventile 220 bzw. 222 und die "C"-Ringgruppen-Ablassventile 248 sind geöffnet. Etwa zwei Minuten später werden die C1- und C2-Stufungsventile 234 bzw. 236, die C1- und C2-Rückblasventile 220 bzw. 222 und das "C"-Ringgruppen-Ablassventil 248 geschlossen und die Spülung ist vollendet.
Während die Leistung weiter erhöht wird, wird den "A"-, "B"- und "C"-Ringgruppen 54, 56 bzw. 58 Brennstoff zugeführt. Während dieser Brennstoffstufung, wird den "C"-Ringen 202 und 204 Brennstoff zugeführt, nachdem das "C"-Ringgruppen-Absperrventil 242 und die C1- und C2-Stufungsventile 234 bzw. 236 geöffnet sind.
Das Triebwerk 10 wird ebenfalls mit um den Umfang angeordneter Stufung betrieben, wenn die Leistung ausgehend von einem Betrieb mit hoher Leistung gesenkt wird. Vor der Verringerung der Leistung, arbeitet das Triebwerk 10 mit Brennstoff, der den "A"-, "B"- und "C"-Ringgruppen 54, 56 bzw. 58 zugeführt wird. Abhängig von insbesondere einem speziellen Triebwerk 10 werden sich die Strömungsraten zu den "A"-, "B"- und "C"-Ringgruppen 54, 56 bzw. 58 in Abhängigkeit von den Leistungsbetriebspegeln des Triebwerks 10 ändern. Während die Leistung reduziert wird, wird dann zu Beginn lediglich der "A"-Ringgruppe 54 und der "B"-Ringgruppe 56 Brennstoff zugeführt, und aus den "C"-Ringgruppen-Vormischeinrichtungen, Pigtails und Verteilern 202 und 204 wird Brennstoff verdrängt, nachdem das "C"-Ringgruppen-Abschaltventil 242 geschlossen ist. Die C1- und C2-Rückblasventile 220 bzw. 222 und das "C"-Gruppen-Ablassventil 248 werden anschließend geöffnet. Etwa zwei Minuten später werden die C1- und C2-Stufungsventile 234 bzw. 236, die C1- und C2-Rückblasventile 220 bzw. 222 und das "C"-Ringgruppen-Ablassventil 248 geschlossen, und die Spülung ist vollendet.
Während die Leistung weiter vermindert wird, wird anschließend über eine weitere Brennstoffstufe hinweg lediglich der "B"-Ringgruppe 56 und der "C"-Ringgruppe 58 Brennstoff zugeführt. Die "C"-Ringgruppe 58 wird gefüllt, nachdem das "C"-Ringgruppen-Abschaltventil 242 und die C1- und C2-Stufungsventile 234 bzw. 236 geöffnet sind. Nachdem die "C"-Ringgruppe 58 gefüllt ist, wird das "A"-Ringgruppen-Abschaltventil 122 geschlossen, und die A1-, A2-, A3- und A4-Rückblasventile 80, 82, 84 und 86 und das "A"-Ringgruppen-Ablassventil 126 werden geöffnet. Nach etwa zwei Minuten ist die Spülung vollendet, und das "A"-Ringgruppen-Ablassventil 122 und die A1-, A2-, A3- und A4-Stufungs- und Rückblasventile 100, 102, 104 und 106 bzw. 80, 82, 84 und 86 werden geschlossen.
Während die Triebwerksleistung weiter vermindert wird, wird der "B"-Ringgruppe 56 und dem "C"-Ring 202 Brennstoff zugeführt, und der Brennstoffstrom zu dem "C"-Ring 204 wird reduziert. Während dieser Brennstoffstufe ist das C2-Stufungsventil 236 geschlossen und das C2-Rückblasventil 222 geöffnet. Nach etwa zwei Minuten ist die Spülung des C2-Rings 204 vollendet, und das C2-Rückblasventil 222 wird geschlossen.
Während die Leistung weiter vermindert wird, wird lediglich der "B"-Ringgruppe 56 Brennstoff zugeführt, und aus dem C1-Ring 202 wird Brennstoff verdrängt. Zu Beginn wird das "C"-Ringgruppen-Abschaltventil 242 geschlossen, und die C1- und C2-Rückblasventile 220 und 222, das C2-Stufungsventil 236 und das "C"-Ringgruppen-Ablassventil 248 werden für etwa zwei Minuten geöffnet, um die Spülung zu vollenden. Nachdem die Spülung vollendet ist, werden die C1- und C2-Stufungsventile 234 und 236, die C1- und C2-Rückblasventile 220 und 222 und das "C"-Ringgruppen-Ablassventil 248 geschlossen.
Nach jedem Abschalten des Brennstoffstroms zu der "B"-Ringgruppe 56 wird die "B"-Ringgruppe 56 gespült, nachdem das "B"-Ringgruppen-Abschaltventil 166 geschlossen ist. Das "B"-Ringgruppen-Ablassventil 180 und das "B"-Rückblasventil 174 werden für die Spülung geöffnet. Nach etwa zwei Minuten ist die "B"-Ringgruppe 56 gespült, und das "B"-Ringgruppen-Ablassventil 180 und das "B"-Rückblasventil 174 werden geschlossen.
Die oben beschriebene Brennkammer ist kostengünstig und in hohem Maße zuverlässig. Die Brennkammer enthält ein Brennstoffzufuhrsystem das Restbrennstoff aus Brennstoffzufuhrringen und Brennkammerpigtails und Vormischeinrichtungen, die während einer Brennstoffzufuhrstufe nicht in Gebrauch sind, wirkungsvoll verdrängt. Da das Rückförderungssystem Brennkammerluft hoher Temperatur und hohen Drucks verwendet, werden die Wände in den strömungslosen Komponenten wirkungsvoll von Brennstoff befreit und getrocknet. Als Folge hiervon ist die Selbstzündung von Brennstoffresten vermindert. Darüber hinaus werden Lastschwankungen während der Übergänge zwischen Brennstoffzufuhrstufen reduziert, da das Brennstoffzufuhrsystem ein Paar Öffnungen aufweist. Dementsprechend ist eine Brennkammer geschaffen, die wirkungsvoll während Teilleistungsbetriebsvorgängen gespült werden kann.

Claims

Verfahren zum Zuführen von Brennstoff zu einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer (16), wobei das Gasturbinentriebwerk (10) ein Brennstoffzufuhrsystem (50) mit mehreren konzentrischen Brennstoffzufuhrringen (52) und ein Rückfördersubsystem (51) enthält, wobei die Brennstoffzufuhrringe mit mehreren Brennkammerkrümmern strömungsmäßig verbunden sind, und das Verfahren umfasst: Liefern von Brennstoff zu wenigstens einem Brennkammerkrümmer durch mindestens einen der Brennstoffzufuhrringe; und dadurch gekennzeichnet, dass den Brennkammerkrümmern, die nicht in Betrieb sind, durch das Rückfördersubsystem unter Brennkammerluftdruck stehende Brennkammerluft zugeführt wird, um Brennstoff aus den übrigen Brennkammerkrümmern zu verdrängen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zu der Anzahl von Brennstoffzufuhrringen (52) wenigstens ein radial äußerer Brennstoffring (54), wenigstens ein intermediärer Brennstoffring (56) und wenigstens ein radial innerer Brennstoffring (58) gehören, wobei der radial äußere Brennstoffring gegenüber dem radial inneren Brennstoffring im Wesentlichen radial außen angeordnet ist, der intermediäre Brennstoffring zwischen den radial äußeren und inneren Brennstoffzufuhrringen angeordnet ist, der Schritt des Zuführens von Brennstoff ferner den Schritt des Zuführens von Brennstoff zu der Brennkammer (16) durch mindestens den radial äußeren Brennstoffzufuhrring, den radial inneren Brennstoffzufuhrring und/oder den intermediären Brennstoffzufuhrring beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Schritt des Lieferns von Brennstoff ferner den Schritt beinhaltet, vor dem Zuführen von Brennstoff zu wenigstens einem Brennstoffzufuhrring (52) Brennstoff durch wenigstens eine Öffnung (244) zu liefern.
Brennstoffzufuhrsystem (50) für ein Gasturbinentriebwerk (10), wobei zu dem Brennstoffzufuhrsystem gehören: mehrere Brennstoffzufuhrringe (52) zum Zuführen von Brennstoff zu mehreren Brennkammerkrümmern einer Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks; gekennzeichnet durch: ein Rückfördersubsystem (51), das mit den mehreren Brennstoffzufuhrringen und der Brennkammer strömungsmäßig verbunden ist, um zu ermöglichen, das unter Brennkammerluftdruck stehende Brennkammerluft selektiv Brennstoff aus dem Brennstoffzufuhrsystem verdrängt, und wenigstens ein Wärmetauscher, der mit mindestens einem der Brennstoffzufuhrringe verbunden ist.
Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4, wobei zu den mehreren Brennstoffzufuhrringen (52) wenigstens ein radial äußerer Brennstoffring (54), wenigstens ein intermediärer Brennstoffring (56) und wenigstens ein radial innerer Brennstoffring (58) gehören, wobei der wenigstens eine äußere Brennstoffring gegenüber dem inneren Brennstoffring, im Wesentlichen radial außen angeordnet ist, und der wenigstens eine intermediäre Brennstoffring zwischen dem wenigstens einen radial inneren und äußeren Brennstoffringen angeordnet ist.
Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, bei dem die mehreren Brennstoffzufuhrringe (52) mindestens zwei Öffnungen (244, 245) aufweisen, die dazu eingerichtet sind, einen Brennstoffdruckabfall gegenüber mindestens einem der Brennkammerkrümmer zu reduzieren.
Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4, bei dem das Rückfördersubsystem (51) einen Entleerungsbehälter (264) enthält, wobei der wenigstens eine Wärmetauscher dazu eingerichtet ist, die Temperatur von Luft, die in den Entleerungsbehälter eintritt, zu senken.
Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4, wobei das Rückfördersubsystem wenigstens ein Rückblasventil enthält, das dazu dient, während eines Teileistungsbetriebs der Turbine Brennstoff selektiv zu verdrängen.
Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4, wobei das Rückfördersubsystem wenigstens ein Rückblasventil ent hält, um eine Verringerung einer Brennstoffselbstzündung in dem Brennstoffzufuhrsystem zu fördern.
Gasturbinentriebwerk (10), zu dem gehören: eine Brennkammer (16); und ein Brennstoffzufuhrsystem (50) nach Anspruch 4.