DE69126846T2 - Sekundäre Vormischbrennstoffdüse mit integrierter Verwirbelungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen-Brenner und insbesondere auf Verbesserungen in Gasturbinen-Brenner für die wei tere Verringerung von Luftverschmutzungen, wie beispielsweise Stickoxiden (NOx).
• In einem Bemühen, die Menge an NOx in dem Abgas von einer Gasturbine zu verringern, haben die Erfinder Wilkes und Hut die Doppelstufen-Doppelmodus-Brennkammer entwickelt, die in dem US-Patent 4 292 801 gezeigt ist, das am 6. Oktober 1981 für eine gemeinsame Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung erteilt ist. In diesem vorgenannten Patent wurde gefunden, daß die Menge an NOx stark verringert werden könnte, im Vergleich zu einem üblichen einstufigen, eine einzige Brennstoffdüse aufweisenden Brenner, wenn zwei Brennkammern vorhanden wären, die so ausgebildet sind, daß unter normaler Betriebslast die stromaufwärtige, primäre Brennkammer als eine Vormischkammer arbeitet, während die tatsächliche Verbrennung in der stromabwärtigen, zweiten Brennkammer erfolgt. Bei diesem beschriebenen Betriebszustand würde in der primären Kammer keine Flamme vorhanden sein, was eine Verminderung in der Bildung von NOx zur Folge hat. Bei diesem Betriebszustand bildetdie sekundäre oder mittlere Düse die Flammenquelle für den Betrieb des Brenners. Die spezielle Konfiguration der vorliegenden Erfindung enthält eine ringförmige Anordnung von primären Düsen, die jeweils in die primäre Brennkammer ausstoßen, und eine zentrale, sekundäre Düse, die in die zweite Brennkammer ausstößt. Diese Düsen können als Diffusionsdüsen beschrieben werden, da jede Düse eine axiale Brennstoffversorgungsleitung aufweist und an seinem Auslaßende von einem Luftverwirbler umgeben ist, der Luft für die Verbrennung an den Brennstoffdüsenausgang liefert.
• Die Erfinder haben gefunden, daß eine weitere Verringerung in der Erzeugung von NOx erzielt werden kann, indem der Aufbau der mittleren oder sekundären Düse verändert wird, so daß sie als eine kombinierte Vormisch- und Diffusionsdüse beschrieben werden kann. Im Betrieb wird eine relativ kleine Brennstoffmenge verwendet, um einen Diffusionspiloten zu unterstützen, wogegen ein Vormischabschnitt der Düse zusätzlichen Brennstoff zur Zündung der Hauptbrennstoffversorgung aus den stromaufwärtigen primären Düsen sorgt, die in die primäre Brennkammer gerichtet sind.
• In der oben beschriebenen Erfindung ist ein Vormisch-Verwirbler an der Grenze der sekundären Flammenzone angeordnet und dient dazu, die Flamme bei verschiedenen Betriebsmodi zu stabilisieren und zu halten. Diese Vormisch-Verwirblerkomponente ist jedoch hohen Flammentemperaturen ausgesetzt, die die Lebensdauer des Verwirblers beeinträchtigen können.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Verwirbler in einer derartigen Weise anzuordnen, daß jeder direkte Kontakt mit der Flamme eliminiert wird.
• EP-A-0 269 824 beschreibt eine vorgemischte Steuer- bzw. Pilotdüse für eine trockene Brennkammer mit wenig NOx. Ein Doppelmodus-Doppelstufen-Brenner mit wenig NOx enthält eine primäre Brennkammer und eine sekundäre Brennkammer, die durch einen Engstellenbereich mit einem verminderten Durchmesser getrennt sind. Brennstoff wird in die primären Brennkammern durch eine ringförmige Anordnung von Düsen des Diffusionstyps eingegeben, während gemäß der Erfindung Brennstoff in die sekundäre Brennkammer durch eine mittlere kombinierte Vormisch- und Diffusionsduse eingegeben wird.
• US-A-3 899 881 beschreibt eine Verbrennungseinrichtung für Gasturbinentriebwerke, die besonders angepaßt ist, um Emissionen zu verringern, um Automobilerfordernisse zu erfüllen. Der Brennstoff wird auf die Wand von einer zylindrischen Vorkammer gelegt und von der Wand durch Verbrennungsluft verdampft, die durch einen Verwirbler an dem stromaufwärtigen Ende der Vorkammer eingeführt wird. Die innere Oberfläche der Vorkammer ist künstlich aufgerauht durch ein Gitter von Vertiefungen, um die Brennstoffverdampfung zu verbessern. Der Brennstoff wird auf die Wand von einem ringförmigen Verteiler, der sich um das stromaufwärtige Ende der Vorkammer erstreckt, durch tangentiale Öffnungen gelegt, die von dem Verteiler in das Innere der Vorkammer führen. Der Brennstoffverteiler ist gekühlt und durch einen Luftmantel von Wärme abgeschirmt. Mehr Luft tritt durch Eingangsöf fnungen ein, die um die Vorkammer herum in Richtung auf ihr stromabwärtiges Ende verteilt sind. Das entstehende magere Brennstoff-Luft-Gemisch wird an einem ringförmigen Strömungsdamm an dem Auslaß der Vorkammer vorbei in eine Verbrennungs- oder Reaktionszone geliefert, die von der Vorkammer abrupt vergrößert wird. Die Struktur bewirkt eine turbulente Strömung, Rezirkulation und gute Mischung in der Reaktionszone.
• Erfindungsgemäß wird eine Diffusions-gesteuerte Vormischdüse geschaffen, die die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Der Vormisch-Verwirbler ist stromaufwärts von dem Brennstoffeinspritzpunkt angeordnet, so daß unter keinen Betriebsbedingungen der Verwirbler in einem direkten Kontakt mit der Flamme ist, wodurch die Lebensdauer des Verwirblers verlängert wird.
• Die Erfindung, wie sie in der oben angegebenen Stammanmeldung beschrieben ist, ist besonders auf Gasturbinen-Brennkammern des Typs anwendbar, der zwei Brennkammern aufweist, die durch einen 25 Venturi-Engstellenbereich getrennt sind. Eine Ringanordnung von primären Düsen gibt Brennstoff in eine stromaufwärtige oder primäre Brennkammer ab. Das Betriebsverfahren bestimmt, daß während einer Basislast die primären Düsen flammlos sind, wogegen die einzige mittlere oder sekundäre Düse die Verbrennung von Vormischbrennstoff aus den primären Düsen unterstützt. Gemäß der Erfindung ist die einzige mittlere oder sekundäre Düse, die als eine Diffusionsdüse charakterisiert worden ist, durch eine Diffusions-gesteuerte Vormischdüse ersetzt, die die Brennstoff strömung zu der mittleren Diffusionsflamme von etwa 20 Prozent der gesamten Brennstoffströmung auf etwa 2 Prozent der gesamten Brennstoffströmung für den gesamten Brenner verringert. Dies erfolgt in der Weise, daß eine Luftversorgungsleitung um eine minimalen Brennstoffliefernde Leitung herum eingebaut ist, um die Diffusionsflammenverbrennung zu unterstützen, wogegen die maximale Brennstoffzufuhr in der sekundären Düse durch radiale Brennstoffverteilungsleitungen erfolgt, die jeweils Brennstoff in eine Vormischkammer abgeben, die den Diffusionspiloten umgibt, der die axiale Brennstoffversorgungsleitung und ihre umgebende Luftversorgungsleitung aufweist. Auf diese Weise kann eine relativ kleine Brennstoffmenge, in einer Diffusionsflamme, verwendet werden, um die Vormischkammerströmung der mittleren Düse zu zünden, aber die erforderliche Menge ist wesentlich kleiner, als sie erforderlich sein würde, um die Hauptvormischströmung aus den übrigen, umgebenden primären Düsen zu zünden. Der Aufbau minimiert somit gleichzeitig den Prozentsatz der gesamten Brennstoff strömung in dem Brenner, der als eine Diffusionsflamme (mit hohen NOx-Emissionen) verbrennt, gestattet aber eine ausreichende Wärmezufuhr, um die vorgemischte Hauptströmung zu zünden, indem die vorgemischte Steuer- bzw. Pilotströmung (die geringe NOx-Emissionen hat) verwendet wird.
• Zur gleichen Zeit ist die Vormisch-Verwirblerkomponente, die zuvor an der Grenze der sekundären Flammenzone angeordnet war, nun neu angeordnet an einem Punkt stromaufwärts von dem Brennstoffeinspritzpunkt. Genauer gesagt, ist der Vormisch-Verwirbler zu einem integralen Bestandteil der sekundären Brennstoff düse gemacht und hinter oder stromaufwärts von den radialen Brennstoffversorgungsleitungen angeordnet. Der Verwirbler enthält vorzugsweise eine Reihe von Schaufeln, die auf dem Umfang in einem gewissen Winkel in bezug auf die axiale Mittellinie der Brennstoffdüse angeordnet sind.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Venturi-Anordnung an dem Auslaßende der sekundären Vormischkammer vorgesehen, um die sekundäre Flammenstabilisierung zu unterstützen.
• 35 Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung deutlich, die nun folgt.
In den beigefügten Zeichnungen:
• Figur 1 ist eine Seitenansicht von einem Gasturbinentriebwerk, das teilweise im Schnitt gezeigt ist;
• Figur 2 ist eine vergrößerte Seitenansicht von einem Brennerabschnitt des Gasturbinentriebwerks;
• Figur 3 ist eine schematische Ansicht von der kombinierten Diffusions- und Vormischdüse gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Figur 4 ist eine schematische Ansicht von der kombinierten Diffusions- und Vormischdüse gemäß der Erfindung; und
• Figur 5 ist eine schematische Ansicht von der Diffusions- und Vormischdüse, wie sie in Figur 4 gezeigt ist.
• Gemäß Figur 1 enthält eine Gasturbine 12 einen Verdichter 14, einen Brenner 16 und eine Turbine 18, die durch eine einzelne Schaufel dargestellt ist. Obwohl es nicht speziell gezeigt ist, so ist doch gut bekannt, daß die Turbine antriebsmäßig mit dem Verdichter entlang einer gemeinsamen Achse verbunden ist. Der Verdichter 14 verdichtet Einlaßluft, die dann in der Richtung gewendet wird oder rückwärts strömt zu dem Brenner 16, wo sie verwendet wird, um den Brenner zu kühlen, und sie wird auch dazu verwendet, Luft für den Verbrennungsprozeß zu liefern. Die Gasturbine enthält mehrere Brenner 16 (einer ist gezeigt), die um den Umfang der Gasturbine herum angeordnet sind. In einem bestimmten Beispiel einer Gasturbine waren vierzehn derartige Brenner vorhanden. Ein Übergangskanal 20 verbindet das Auslaßende 18 von seinem jeweiligen Brenner mit dem Einlaßende von der Turbine, um der Turbine die heißen Produkte des Verbrennungsprozesses zuzuführen.
• Die Erfindung ist insbesondere brauchbar in einem Doppelstufen- Doppelmodus-Brenner mit wenig NOx des Typs, wie er in dem US- Patent 4 292 801 beschrieben ist. Wie in diesem Patent beschrieben und hier in Figur 2 gezeigt ist, weist jeder Brenner 16 eine primäre oder stromaufwärtige Brennkammer 24 und eine sekundäre oder stromabwärtige Brennkammer 26 auf, die durch einen Venturi-Engstellenbereich 28 getrennt sind. Der Brenner 16 ist von einem Brennerströmungsmantel 30 umgeben, der eine Verdichterauslaßluftströmung zum Brenner leitet. Der Brenner ist weiterhin von einem äußeren Gehäuse 31 (Figur 1) umgeben, der mit dem Turbinengehäuse 32 verschraubt ist.
• Primäre Düsen 36 sorgen für eine Brennstoffzufuhr zu der strom aufwärtigen Brennkammer 24 und sind in einer Ringanordnung um eine mittlere sekundäre Düse 38 herum angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel einer Gasturbine kann jeder Brenner sechs primäre Düsen und eine sekundäre Düse aufweisen. Um die Beschreibung des Brenners zu vervollständigen, Brennstoff wird den Dü sen durch eine Rohrleitung 42 in einer Weise zugeführt, die in der Technik bekannt und in dem vorgenannten Patent vollständig beschrieben ist. Eine Zündung wird in der primären Brennkammer durch eine Zündkerze 48 hervorgerufen, die in Figur 1 gezeigt ist, und in benachbarten Brennkammern durch Kreuzfeuerleitungen 50, die ebenfalls in der Technik bekannt sind.
• In dem US-Patent 4 292 801 ist hervorgehoben, daß die Brennstoffdüsen, sowohl primäre als auch sekundäre, einander gleich sind; das heißt, die Düsen sind alle von dem Diffusionstyp. Gemäß der vorliegenden Figur 2 enthält eine Diffusionsdüse 36 eine Brennstoffversorgungsleitung 54 und einen ringförmigen Verwirbler 56. Die Düse 54 liefert nur Brennstoff, der dann nachfolgend mit Verwirblerluft für eine Verbrennung gemischt wird. Gemäß der patentierten Lehre ist die sekundäre Düse ebenfalls eine Diffusionsdüse, wie es weiter erläutert wird.
• Während eines Basislastbetriebs ist der Doppelstufen-Doppelmodus-Brenner so ausgelegt, daß er in einem Vormischmodus arbeitet, so daß alle primären Düsen 36 einfach Brennstoff und Luft mischen, die durch die Diffusionsflamme zu zünden sind, die durch die sekundäre oder mittlere Diffusionsdüse 38 unterhalten wird. Dieses Vormischen des Primärdüsen-Brennstoffes und Zünden durch die sekundäre Diffusionsdüse führte zu einer geringeren NOx-Abgabe in dem Brenner. Es gab jedoch wenigstens einen grundlegenden Nachteil des beschriebenen Systems. Beispielsweise verdeutlichte eine Prüfung im Labor, daß zwar der minimal mögliche Prozentsatz an Brennstoff in der sekundären Düse die NOx-Emissionen bei einigen Betriebsbedingungen minimierte, aber der gleiche niedrige Prozentsatz an Brennstoff in der sekundären Düse bei anderen Betriebsbedingungen keine ausreichende Wärmezufuhr lieferte, um den vorgemischten Hauptbrennstoff ausreichend zu verbrennen.
• Die Erfinder haben gefunden, daß eine ausreichende Steuer- bzw. Pilotflamme für die Hauptvormischströmung aus den stromaufwärtigen Vormisch(Primär)düsen 36 aufrechterhalten werden kann, wenn eine minimale Diffusionssteuerung (-pilot) in Kombination mit einer Vormischkammer der mittleren Düse verwendet wird. Somit minimiert die Erfindung gleichzeitig den Prozentsatz des Gesamtbrennstoffes in dem Brenner, der als eine Diffusionsflamme (mit hohen NOx-Ernissionen) verbrennt, während eine ausreichende Wärmezufuhr gestattet, die vorgemischte Hauptströmung zu zünden, indem die vorgemischte Sekundär- oder Pilotströmung verwendet wird.
• In den Figuren 2 und 3 ist eine Diffusions-gesteuerte Vormisch(oder Sekundär-)düse 100 dargestellt, die Gegenstand der Stammanmeldung ist. Die Düse, die auch als eine sekundäre Düse bezeichnet wird, enthält eine Diffusionssteuerung bzw. einen Diffusionspiloten 62 mit einer Brennstoffversorgungsleitung 64. Die Brennstoffversorgungsleitung enthält einen axialen Leitungsabschnitt 66 und mehrere radiale, blind endende Brennstoffverteilungsleitungen 68, die sich von dem axialen Leitungsabschnitt radial nach außen erstrecken. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es sechs derartige Brennstoffverteilungsleitungen. Wie am deutlichsten in Figur 3 dargestellt ist, enthalten die Brennstoffverteilungsleitungen jeweils mehrere Brennstoffauslaßlöcher oder -öffnungen 70, die Brennstoff stromabwärts in Richtung auf das Auslaßende der kombinierten Düse richten. Die Brennstoffverteilungsleitungen sind in ihrer Größe so bemessen, daß sie den gewünschten Prozentsatz der Brennstoffströmung in die Vormischkammer erhalten, wie es nachfolgend beschrieben wird.
• Der Diffusionspilot 62 enthält ferner eine Luftversorgungsleitung 74, die koaxial mit dem axialen Brennstoffversorgungs-Leitungsabschnitt 66 ist und diesen umgibt. Die Luftzufuhr in die Luftversorgungsleitung 74 ist Verdichter-Auslaßluft, die um den Brenner 16 herum in das Volumen 76 (Figuren 1 und 2) rückwärts strömt, das durch den Strömungsmantel 30 und die Brennkammer auskleidung 78 gebildet ist. Der Diffusionspilot 62 enthält an seinem Auslaßende einen ersten oder Diffusionspilotverwirbler 82 zu dem Zweck, Luft am Ausgang der Luftversorgungsleitung zu der Diffusionspilotflamme zu richten.
• Eine Vormischkammer 84 ist durch einen hülsenähnlichen Kegelstumpf 85 gebildet, der den Diffusionspiloten 62 umgibt und ein Auslaßende (siehe Strörnungspfeile) aufweist, das neben dem Auslaßende des Diffusionspiloten endet. Verdichterauslaßluft wird ebenfalls rückwärts geleitet in die Vormischkammer 84 aus dem Volumen 76 in einer Weise, die der Art und Weise ähnlich ist, in der Luft der Luftversorgungsleitung 74 zugeführt wird. Die mehreren radialen Brennstoffversorgungsleitungen 68 erstrecken sich durch die Luftversorgungsleitung 74 und in die Vormischkammer 84 hinein, so daß der Brennstoff und die Luft gemischt und einem zweiten oder Vormischkammer-Verwirblerringraum 86 zwischen dem Diffusionspiloten 62 und dem Kegelstumpf 85 der Vormischkammer zugeführt werden.
• Ein dritter oder mittlerer Düsenverwirbler 90 ist stromabwärts von dem Auslaßende der sekundären Düse 100 zwischen einer Verlängerung oder einem Becher 92 auf dem Auslaßende des Piloten und der Mittelkörperwand 95 der primären Brennkammer angeordnet. Verdichterluft wird ebenfalls rückwärts strömend diesem Verwirbler aus dem Volumen 76 zugeführt, das die Brennkammer auskleidungen umgibt. Der Zweck dieses dritten Verwirblers 90 besteht darin, der Diffusions- und Vormischdüsenflamme Stabilität zu geben, wenn sie mit der primären Vormischströmung aus der primären Brennkammer vereinigt wird.
• Der erforderliche Aufbau der ersten, zweiten und dritten Verwirbler 82, 86 bzw. 90 ist für Praktiker der Verbrennungstechnik bekannt und erfordert deshalb keine weitere Beschreibung. Der Kegelstumpf 85, der die Vormischkammer 84 definiert, wird aus irgendeinem Metall gebildet, das für eine Verwendung in einer Gasturbinenumgebung geeignet ist.
• Es wird nun auf Figur 4 Bezug genommen, in der eine sekundäre Düse 102 gemäß dieser Ausscheidungsanmeldung (continuation-inpart-Anmeldung) dargestellt ist. Die Diffusions-gesteuerte Vormischdüse enthält einen Diffusionspiloten bzw. eine Diffusionssteuerung 104 mit einer Brennstoffversorgungsleitung 106. Die Brennstoffversorgungsleitung hat einen axialen Leitungsabschnitt 108 und mehrere radiale Brennstoffverteilungsleitungen 110, die sich von dem axialen Leitungsabschnitt 108 radial nach außen erstrecken und die an ihren äußersten Enden verschlossen sind. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 enthält eine bevorzugte Anordnung sechs derartige Brennstoffverteilungsleitungen. Jede Leitung 108 weist auch mehrere Brennstoffauslaßlöcher oder -öffnungen 112 an verschiedenen radialen Stellen auf, die Brennstoff stromabwärts in Richtung auf das Auslaßende der sekundären Düse richten. Wie zuvor erläutert wurde, sind die Verteilungslöcher 112 in der Größe so bemessen, daß sie den gewünschten Prozentsatz der Brennstoff strömung in die Vormischkammer erhalten, wie es nachfolgend beschrieben wird.
• Der Diffusionspilot 104 enthält ferner eine Luftversorgungsleitung 114, die koaxial mit der Brennstoffversorgungsleitung 106 ist und diese umgibt. Die Luftzufuhr in die Luftversorgungsleitung 114 ist Verdichterauslaßluft, die rückwärts um den Brenner strömt, wie es oben in Verbindung mit dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Der Diffusionspilot 104 enthält an seinem Auslaßende einen ersten Verwirblerringraum 116, um Auslaßluft von der Luftversorgungsleitung in die Diffusionspilotflamme zu richten.
• Eine Vormischkammer 118 ist durch eine Hülse 120 gebildet, die den Diffusionspiloten 104 umgibt und ein Auslaßende 119 aufweist, das neben dem Auslaßende des Diffusionspiloten endet, d.h. neben dem ersten Verwirbler 116. Verdichterauslaßluft strömt ebenfalls rückwärts in die Vormischkammer 118, wie es vorstehend beschrieben wurde. Die mehreren radialen Brennstoffverteilungsleitungen 110 verlaufen durch die Luftversorgungsleitung 114 und in die Vormischkammer hinein. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch der zweite Verwirblerringraum 122 stromaufwärts von den radialen Brennstoffversorgungsleitungen 110 angeordnet. Durch diese Anordnung des Verwirblers 122 ist er zu keiner Zeit einem direkten Flammenkontakt ausgesetzt, wodurch die Lebensdauer des Verwirblers verlängert wird, während die Funktion des zuvor beschriebenen Verwirblers 86 beibehalten wird. Mit anderen Worten, die Luftströmung ist im wesentlichen ähnlich zu derjenigen, die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 beschrieben wurde, da der gleiche Grad an Verwirbelung von Luft und Brennstoff erzielt wird, um so die Flammenstabilität zu bewahren, aber die Gefahr der Hitzebeschädigung an dem zweiten Verwirbler 122 ist minimiert. Vorausgesetzt, die Flammencharakteristiken sind identisch mit den Flammencharakteristiken in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, sollte also das Ergebnis eine identische oder ähnliche Leistungsfähigkeit in der vorgemischten Verbrennung als ein Ganzes sein.
• In einer gegenwärtig bevorzugten Konstruktion wird der zweite Verwirbler 122 ein integraler Bestandteil der sekundären Brennstoffdüse 102 sein, und der Verwirbler wird aus einer Reihe von Schaufeln bestehen, die in Umfangsrichtung in einem gewissen Winkel in bezug auf die axiale Mittellinie der Brennstoffdüse angeordnet sind, wie es für den Fachmann verständlich ist. Die Schaufeln können als Teil der Düse gegossen sein oder getrennt hergestellt und durch Schweißen oder Hartlöten an der Düse mechanisch befestigt sein. Die Schaufeln können aerodynamisch oder nicht-aerodynamisch sein, um eine aerodynamische Strömung oder eine von den Schaufeln abgelöste Strömung zur Folge zu haben. Es ist zwar gegenwärtig bevorzugt, ein nicht-aerodynamisches Schema zu verwenden, aber es können auch aerodynamische Schaufeln benutzt werden.
• In dem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Figur 5 dargestellt ist, wird eine Diffusions-gesteuerte Vormischdüse beschrieben, die mit der in Figur 4 dargestellten identisch ist, aber mit dem Zusatz von einer Venturi-Komponente 124, die an dem Ende von der sekundären Vormischkammer angeordnet ist. Die Venturi- Komponente ist nicht ein integraler Bestandteil der sekundären Brennstoffdüse. Die Venturi-Komponente 124 ergänzt die Verwirbelung, die durch den stromaufwärtigen Verwirbler 122 erteilt wird, mit einer rezirkulierenden Strömung, die die Tendenz hat, die Stabilisierung der intensiven Verwirbelungsströmung zu verbessern.
• Zusammenfassend erzeugt die vorstehende Erfindung, wie sie beschrieben wurde, weniger NOx, während eine Möglichkeit geschaffen wird, die Brennstoffströmung durch die sekundäre Düse zu ergänzen aufgrund der geringeren NOx-Abgabe, wogegen das Abschaltverhältnis oder die Fähigkeit, unter verschiedenen Bedingungen zu arbeiten, wesentlich ausgeweitet wird, weil der Diffusionspilot der Vormischströmung des Piloten ausgesetzt ist, anstatt der gesamten Vormischströmung von den umgebenden primären Düsen.
• Zur gleichen Zeit ist die Betriebsdauer des Vormischverwirblers, der zuvor an dem Auslaßende von der Vormischkammer angeordnet war, verbessert worden durch die neue Anordnung stromaufwärts von den Brennstoffeinspritzöffnungen von dem Diffusionspiloten.

Claims (10)

1. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) für eine Gasturbinen-Brenukammer, enthaltend eine Hülse (120); eine Diffusions-Steuerung (104) in der Hülse (120) und enthaltend eine Brennstoffversorgungsleitung (106) mit einem Einlaßende und einem Auslaßende und eine Luftversorgungsleitung (114); wobei die Brennstoffversorgungsleitung (106) ferner mehrere Brennstoffverteilungsrohre (110) aufweist, die sich radial weg von dem axialen Abschnitt (108) erstrecken; eine Vormischkammer(118), die die Diffusion-Steuerung (104) umgibt und ein Einlaßende und ein Auslaßende (119) aufweist, wobei die Brennstoffverteilungrohre (110) wenigstens eine Abgabeöffnung aufweisen, um Brennstoff in die Vormischkammer (118) abzugeben, gekennzeichnet durch:

einen Vormisch-Luftverwirbler (122), der in der Vormischkammer (118) stromaufwärts von den Brennstoffverteilungs rohren (110) angebracht ist und die Brennstoffversorgungsleitung (106) und die Luftversorgungsleitung (114) umgibt, wobei der Luftverwirbler (122) in der Lage ist, Luft in der Hülse außerhalb der Diffusion-Steuerung (104) zu empfangen und zu verwirbeln.

2. Diffusion-gesteuertevormischdüse (102) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Venturi-Anordnung (124), die benachbart zu dem Auslaßende von der Diffusion-Steuerung (104) angeordnet ist.

3. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffversorgungsleitung (106) einen axialen Abschnitt (108) mit einem Einlaßende aufweist und der Vormisch-Verwirbler (122) neben den Brennstoffverteilungsrohren (110) angebracht ist.

4. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) nach Anspruch 3, wobei sich die Luftversorgungsleitung (114) im wesentlichen koaxial zu wenigstens einem Teil der Brennstoffversorgungsleitung (106) erstreckt und diese umgibt.

5. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) nach Anspruch 3, wobei die radialen Brennstoffverteilungsrohre (110) in Richtung auf das Einlaßende der Vormischkammer (118) angeordnet sind.

6. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) nach Anspruch 3, wobei die Brennstoffverteilungsrohre (110) jeweils mehrere Brennstoffabgabeöffnungen (112) aufweisen, die an unterschiedlichen radialen Stellen angeordnet sind zum Abgeben von Brennstoff in Richtung auf das Ausgangsende der Diffusion-Steuerung (104).

7. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Luftverteilungsleitung (114) die axiale Brennstoffversorgungsleitung (106) entlang im wesentlichen der gesamten Länge der axialen Brennstoffversorgungsleitung (106) umgibt.

8. Diffusion-gesteuerte Vormischdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Verwirbler-Ringraum (116) zwischen der Brennstoffversorgungsleitung (106) und der Luftversorgungsleitung (114) angeordnet ist.

9. Gasturbinen-Brennkammer des Typs enthaltend erste und zweite Brennkammern (24,26), die durch einen Hals- bzw. Engstellenbereich (28) miteinander verbunden sind, der im Vergleich zu den ersten und zweiten Brennkammern (24,26) eine verkleinerte Abmessung hat; mehrere primäre Diffussions-Brennstoffdüsen (54) in einer Ringanordnung stromauf wärts von der ersten Brennkammer (24) zum Einführen von Brennstoff in die erste Brennkammer (24), wobei die Diffusionsdüsen jeweils einen Verwirbler-Ringraum (56) aufweisen zum Einführen von Druckluft in die erste Brennkammer (24), zum Erzeugen eines brennbaren Brennstoff-Luft-Gemisches; und eine Diffusion-gesteuerte Vormischdüse, wie sie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht ist und die stromaufwärts von der zweiten Brennkammer (26) angeordnet ist und ein Auslaßende hat, das in die zweite Brennkammer (26) gerichtet ist.

10. Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 9, wobei die Difffusion-gesteuerte Vormischdüse (102) in der Mitte der Ringanordnung von primären Brennstoffdüsen (54) angeordnet ist und eine Venturi-Anordnung (124) zwischen der Diffusion-gesteuerten Vormischdüse (102) und der umgebenden Hülse (120) aufweist.