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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinen-Kombustor,
der als Brennstoff flüssigen
Brennstoff verwendet, und insbesondere auf einen Gasturbinen-Kombustor für ein Luftfahrzeugtriebwerk.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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11 zeigt einen vorbekannten
Gasturbinen-Kombustor. In der Figur umfasst der Gasburbinen-Kombustor 1 ein
aus einem äußeren Gehäuseteil 3' und einem inneren
Gehäuseteil 3" zusammengesetztes
zylindrisches Gehäuse 3,
das an einer Mittellinie 50 der Drehung einer Turbinenrotorschaufel 6 zentriert
ist, sowie eine aus einer äußeren Auskleidung 2' und einer inneren
Auskleidung 2" zusammengesetzte
zylindrische Auskleidung 2, die in dem Gehäuse 3 konzentrisch
mit diesem angeordnet ist.
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Durch
die äußere Auskleidung 2' und die innere
Auskleidung 2" sind
ein Luftloch 40 zum Zuführen
von Verbrennungsluft zu einer Brennkammer zur Bildung eines Flammenhaltebereichs
sowie ein Schlitz 41 zum Zuführen von Verdünnungsluft
zu der Brennkammer ausgebildet, um eine Temperatur von Verbrennungsgas
auf eine vorbestimmte Turbineneinlasstemperatur zu senken und um
NOx zu reduzieren.
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Von
einem Kompressor einem Raum zwischen dem Gehäuse 3 und der Auskleidung 2 zugeführt Luft
strömt
entlang der Auskleidung 2 zu der Turbine hin und kühlt die
Außenfläche der
Auskleidung 2. Währenddessen
strömt
ein Teil derselben von dem oben beschriebenen Luftloch 40 in
die Brennkammer, und der andere Teil strömt über den Schlitz 41 in
die Brennkammer und kühlt
die Innenfläche
der Auskleidung 2.
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Es
ist anzumerken, dass ein Führungsflügel 20 an
einem Auslaß des
Kompressors an der stromaufwärtigen
Seite des Gehäuses 3 vorgesehen
ist, eine Turbinendüse 30 an
dem stromabwärtigen
Ende des Gehäuses 3 vorgesehen
ist und ein Brennstoffzuführeinlaß 12,
ein Brennstoff-Luft-Vormischer 13 sowie ein Zünder 71 gemäß der Figur
vorgesehen sind.
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Da
die Luft zum Kühlen
der Auskleidung 2 teilweise aus dem Luftloch 40 und
dem Schlitz 41 nach obiger Beschreibung in die Brennkammer
einströmt,
ergaben sich Probleme, dass die Auskleidung 2 nicht gleichmäßig gekühlt wird,
und dass leicht ein sogenannter "Hot
Spot" im stromabwärtigen Bereich des
Luftlochs 40 entstehen kann, was ein Abschmelzen verursacht,
durch das ein Teil desselben geschmolzen wird und verlorengeht.
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Dies
wird teilweise dadurch verursacht, dass eine ausgeglichene Temperatur
der Auskleidung 2 nur ansteigen kann, da die Auskleidung 2 durch
Luft mit schlechter Wärmeübertragungseigenschaft
gekühlt
wird, und da infolgedessen nur ein Auskleidungsmaterial wie Hastelloy
X eingesetzt werden kann, dessen Wärmeleitfähigkeit schlecht ist, obwohl es
eine hohe Temperaturbeständigkeit
aufweist.
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US 3379009 A offenbart
einen Strahltriebwerks-Kombustor für ein Strahltriebwerk eines
Luftfahrzeugs, das eine einstellbare Strahltriebdüse aufweist,
die einen Auslaß eines
Kanals bildet, der Luft von einem Strahltriebwerkeinlaß aufnimmt.
Die Wände
der Strahltriebdüse
sind aus feuerfesten Materialien aufgebaut und können optional mit Kanälen für ein Fluid-Kühlmittel
versehen sein.
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US 4838029 A offenbart
ein externes Verdampfungssystem für einen Turbinen-Kombustor
mit einem Hilfsbrenner zum Verdampfen der Hauptbrennstoffzufuhr.
Der Hilfsbrenner wird mit Kompressor-Austragsluft versorgt, und
die Hauptdüse
wird in den Hilfsbrenner-Ausgangsgasstrom gesprüht, wo eine rapide Durchmischung
und Verdampfung erfolgt. Das sich ergebende verdampfte Brennstoff-/Inertgas-Gemisch
wird dann zu den einzelnen Hauptkombustor-Brennstoffinjektoren geleitet
und verteilt, wo es in die Vormischkanäle des Kombustors eingespritzt
wird.
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Demgemäß ist es
eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gasturbinen-Kombustor
bereitzustellen, der es ermöglicht,
einen solchen "Hot-Spot", der zu einem Abschmelzen
führt,
zu verhindern, und ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, dessen Hochtemperaturbeständigkeit
aber gering ist, als Auskleidungsmaterial zu verwenden, indem die
Auskleidung gleichmäßig durch
flüssigen Brennstoff
mit einer höheren
Wärmeübertragungseigenschaft
als der von Luft gekühlt
wird.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Um
die obigen Probleme des Gasturbinen-Kombustbrs mit der die Brennkammer
und den Brennstoff-Luft-Vormischer bildenden Auskleidung, die in
bzw. an der stromaufwärtigen
Seite der Auskleidung vorgesehen sind, zum Mischen flüssigen Brennstoffs
mit von dem Kompressor zugeführter Luft
und zum Zuführen
desselben zu der Brennkammer gemäß der vorliegenden
Erfindung zu lösen,
ist ein Gasturbinen-Kombustor, der nach der Definition in den Ansprüchen 1 oder
3 aufgebaut ist, vorgesehen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
dieser Gasturbinen-Kombustoren
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert. Ein erster Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung
umfasst ein Gehäuse, dessen
stromaufwärtige
Seite mit der Auslassseite des Kompressors verbunden ist, und dessen
stromabwärtige
Seite mit der stromabwärtigen
Seite der Auskleidung verbunden ist, und das einen Zwischenraum
zwischen sich und der Auskleidung bildet, mehrere Strömungswege,
die in der Auskleidung zum Strömenlassen
flüssigen
Brennstoffs in der Longitudinalrichtung der Auskleidung vorgesehen
sind, Mittel, die an einem Ende der Auskleidung zum Zuführen flüssigen Brennstoffs
zu den Brennstoffwegen vorgesehen sind, Mittel, die am anderen Ende
der Auskleidung zum Austragen des flüssigen Brennstoffs aus den
Brennstoffwegen vorgesehen sind, und ein durch die Auskleidung hindurch
gebildetes Luftloch zum Zuführen
von von dem Kompressor in den Raum zwischen dem Gehäuse und
der Auskleidung eingeleiteter Luft zu der Brennkammer als Verbrennungsluft,
um einen Flammenhaltebereich zu schaffen.
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Gemäß dem nach
obiger Beschreibung aufgebauten Gasturbinen-Kombustor wird der flüssige Brennstoff
in die in der Auskleidung vorgesehenen Strömungswege geleitet und kühlt die
Auskleidung gleichmäßig, so
dass kein "Hot Spot" erzeugt wird, der
ansonsten an dem stromabwärtigen
Abschnitt des Luftlochs entstehen könnte, wobei ein Material mit
guter Wärmeübertragungseigenschaft
als Material für
die Auskleidung eingesetzt werden kann, wenn auch seine Hochtemperaturbeständigkeit
gering ist.
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Ein
zweiter Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung, der vorgesehen
ist, um die oben genannten Probleme zu lösen, hat eine Struktur, bei der
das Luftloch, das bei dem ersten Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden
Erfindung durch die Auskleidung vorgesehen war, eliminiert ist,
und bei der ein Flammenhaltebereich-Erzeugungsmittel an der stromabwärtigen Seite
des Brennstoff-Luft-Vormischers vorgesehen ist.
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Da
durch die Auskleidung kein Luftloch vorgesehen ist, hat der nach
obiger Beschreibung aufgebaute Gasturbinen-Kombustor zusätzlich zu den oben beschriebenen
Wirkungen des ersten Gasturbinen-Kombustors die Auswirkungen, dass
die Brennstoffströmungswege
innerhalb der Auskleidung einfach ausgebildet werden können und
dass eine Ungleichheit der Verteilung der Verbrennungsgas-Temperatur
am Auslaß des
Kombustors, die andernfalls durch das Luftloch verursacht würde, verhindert
werden kann.
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Ferner
hat ein dritter Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung,
der zur Lösung
der oben genannten Probleme vorgesehen ist, eine Struktur, bei der
die stromabwärtige
Seite des Gehäuses,
dessen stromaufwärtige
Seite mit der Auslassseite des Kompressors verbunden ist, bei dem oben
beschriebenen zweiten Gasturbinen-Kombustor mit der stromaufwärtigen Seite
der Auskleidung verbunden ist.
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Durch
den oben beschriebenen Aufbau übernimmt
die Auskleidung eine Funktion als Gehäuse, so dass die Größe des Kombustors
durch Eliminieren des Zwischenraums zwischen der Auskleidung und
dem Gehäuse
reduziert werden kann, und dadurch die Länge der den Kompressor mit
der Turbine verbindenden Welle verkürzt werden kann, und die Größe und das
Gewicht des Kombustors und des gesamten Systems verringert werden
kann, und zwar zusätzlich
zu den bei dem oben beschriebenen Gasturbinen-Kombustor der zweiten
Ausführungsform der
Erfindung erreichten Wirkungen.
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Es
ist bevorzugt, den dritten Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden
Erfindung so aufzubauen, dass die Auskleidung eine Doppelschichtstruktur
mit einem äußeren Zylinder
und einem inneren Zylinder aufweist, in denen die Brennstoffströmungswege
geschaffen sind, und so, dass der innere Zylinder aus einem Material
mit hoher Wärmeübertragungseigenschaft
und der äußere Zylinder
aus einem Material mit hoher Festigkeit gefertigt sind, um in der
Lage zu sein, die Auskleidungs-Kühlwirkung
zu verbessern und die Festigkeit des Kombustors selbst zu verstärken, und
zwar zusätzlich
zu den oben genannten Wirkungen.
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Es
wird auch bevorzugt, die ersten bis dritten Gasturbinen-Kombustoren
der vorliegenden Erfindung so aufzubauen, dass eine Querschnittsform des
Brennstoffwegs in der Auskleidung senkrecht zu der Strömungsrichtung
in etwa quadratisch ist, und so, dass die Querschnittsfläche der
Brennkammerseite in die gegenüber
der Brennkammer entgegengesetzte Richtung vorsteht, um eine Temperaturverteilung
in der Auskleidungsfläche
in den Brennstoffwegen zu vereinheitlichen und um ein Verkoken von Brennstoff,
das andernfalls durch eine teilweise erhöhte Temperatur des durch den
Strömungsweg
auf der Seite der Brennkammer strömenden Brennstoffs verursacht
werden könnte,
zu verhindern.
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Ferner
ist bei den ersten bis dritten Gasturbinen-Kombustoren der vorliegenden Erfindung
bevorzugt, Mittel zum Erfassen einer Temperatur von durch jeden
der in der Auskleidung an der Brennstoffaustragsseite gebildeten Strömungswege
strömenden Brennstoff
vorzusehen, und Mittel zum Steuern eines jeden Brennstoffwegs gemäß der erfassten
Brennstofftemperatur der an der Brennstoffzuführseite zugeführten Brennstoffmenge
bereitzustellen, um die Auskleidungstemperatur auszugleichen und
um ein lokales Abschmelzen der Auskleidung und die Verkokung von
Brennstoff zu verhindern.
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Oder
es wird beim dem ersten bis dritten Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung bevorzugt,
Mittel zum Erfassen einer Temperatur von von der Auskleidung in
der Richtung einer Mittellinie der Drehachse des Brennstoff-Luft-Vormischers ausgetragenen
Verbrennungsgases bereitzustellen, und Mittel zum Steuern einer
der Brennkammer gemäß der erfassten
Verbrennungsgastemperatur an der stromaufwärtigen Seite des Brennstoff-Luft-Vormischers
in der Auskleidung zugeführten
Luftmenge bereitzustellen, um die Temperaturverteilung des Verbrennungsgases
am Auslaß des
Kombustors zu vereinheitlichen, die andernfalls infolge der umfangsmäßigen Verteilung
von dem Kompressor zugeführter
Luft variieren könnte,
und um eine hocheffiziente Turbinenausgangsleistung zu erzielen.
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Die
obigen und andere verwandte Aufgaben und Merkmale der vorliegenden
Erfindung gehen aus einer Lektüre
der folgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen enthaltenen
Offenbarung hervor, deren Neuigkeit in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine Aufbauzeichnung eines
Gasturbinen-Kombustors gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 eine Schnittansicht längs einer
Linie II–II
in 1,
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3 eine Schnittansicht längs einer
Linie III–III
in 2,
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4 eine Aufbauzeichnung eines
Gasturbinen-Kombustors gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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5 eine Aufbauzeichnung eines
Gasturbinen-Kombustors gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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6 eine Schnittansicht längs einer
Linie IV–IV
in 5,
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7 eine Schnittansicht zur
Darstellung eines Aufbaus einer Auskleidung in einem Gasturbinen-Kombustor
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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8 eine graphische Darstellung
zur Erläuterung
einer Arbeitsweise der Auskleidung in dem Gasturbinen-Kombustor gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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9 eine Aufbauzeichnung eines
Gasturbinen-Kombustors gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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10 eine Aufbauzeichnung
eines Gasturbinen-Kombustors gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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11 eine Aufbauzeichnung
eines vorbekannten Gasturbinen-Kombustors.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein
Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung wird nachstehend
konkret auf der Basis bevorzugter Ausführungsformen desselben erläutert, die
in den 1 bis 10 gezeigt sind. Es ist anzumerken,
dass zur Vereinfachung der Erläuterung
die gleichen Bezugsziffern auf entsprechende Teile der in 11 gezeigten vorbekannten
Einheit in mehreren Ansichten bezogen sind.
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Erste Ausführungsform
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Nachstehend
wird die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 erläutert. Eine
Auskleidung 2 hat eine Doppelschichtstruktur, die aus einem äußeren Auskleidungszylinder 14 und
einem inneren Auskleidungszylinder 15 besteht, wie in einer
Schnittansicht derselben in 2 gezeigt
ist. Mehrere Brennstoffwege 16, von denen jeder einen quadratischen
Querschnitt aufweist und die in der Longitudinalrichtung der Auskleidung 2 ausgebildet
sind, sind in der Umfangsrichtung der Auskleidung 2 vorgesehen.
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Ferner
ist gemäß 3 ein Luftloch 40 durch den
inneren Auskleidungszylinder 15 und den äußeren Auskleidungszylinder 14 geschaffen,
wobei die Brennstoffwege 16 den Teil, an dem sich das Luftloch 40 befindet,
umgehen.
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Von
der Außenseite über Brennstoffzuführleitungen 7 und 8 sowie
stromabwärtige
Verteiler 9 und 10 zugeführter Brennstoff (Jet-A, flüssiger Wasserstoff,
flüssiges
Methan, etc.) wird den Brennstoffwegen 16 zugeführt und
strömt
zur stromaufwärtigen Seite,
wodurch Wärme
der Auskleidung 2 aufgenommen wird und die Auskleidung 2 gleichmäßig gekühlt wird.
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Dadurch
wird kein sog. "Hot-Spot" an dem stromabwärtigen Teil
des Luftlochs 40 erzeugt, da die Strömungswege 16 auch
um das Luftloch 40 herum nach obiger Beschreibung ausgebildet
sind. Da ferner die Auskleidung 2 auf diese Weise durch
den flüssigen
Brennstoff mit hoher Wärmeübertragungseigenschaft
gekühlt
wird, kann ein Material (z.B. Kupfer) mit guter Wärmeleitfähigkeit,
auch wenn seine Hochtemperaturbeständigkeit gering ist, als Material der
Auskleidung verwendet werden.
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Der
an der stromaufwärtigen
Seite der Auskleidung ankommende Hochtemperaturbrennstoff wird aus
dem Kombustor 1 über
einen stromaufseitigen Verteiler 11 ausgetragen, auf einen
vorbestimmten Druck durch eine nicht dargestellte Brennstoffpumpe
hochgefahren, und dann einem Brennstoff-Luft-Vormischer 13 über eine
Brennstoffzuführöffnung 12 zugeführt.
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Dabei
strömt
ein Teil der vom Kompressor in den Raum zwischen dem Gehäuse 3 und
der Auskleidung 2 eingeleiteten Luft in die Brennkammer über das
Luftloch 40 als Verbrennungsluft und erzeugt einen Flammenhaltebereich
innerhalb der Brennkammer, womit eine kontinuierliche und stabile Verbrennung
beibehalten wird. Verdünnungsluft
wird der Brennkammer über
den Brennstoff-Luft-Vormischer 13 zugeführt.
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Es
ist anzumerken, dass der Brennstoff, wenn ein Druck des an dem stromaufseitigen
Verteiler 11 erhaltenen Brennstoffs sehr hoch ist, direkt
der Brennstoffzuführöffnung 12 zugeführt werden
kann, ohne ihn über
die Brennstoffpumpe zu schicken. Ferner ist es nicht nötig, den
gesamten von außen
zugeführten
Brennstoff den Brennstoffwegen 16 zuzuführen, sondern ein Teil davon
kann genügen.
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Es
ist auch anzumerken, dass eine wärmebeständige Beschichtung
auf die Fläche
in 2, die gegenüber dem
Verbrennungsgas freiliegt, aufgebracht werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Die
zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf der Basis von 4 erläutert, wobei ein Unterschied
zur ersten Ausführungsform
herausgehoben wird. Der Aufbau der Auskleidung 2 der zweiten
Ausführungsform
ist zwar der gleiche wie der der ersten Ausführungsform insofern, als die
mehreren in der Longitudinalrichtung ausgebildeten Brennstoffwege
in der Auskleidung 2 in deren Umfangsrichtung gemäß 2 ausgebildet sind, sie
unterscheidet sich jedoch von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass
die Auskleidung 2 außer
einem Einleitabschnitt von Brennstoff-Luft-Gasgemisch vollständig geschlossen
ist und ein Verbrennungsgas-Austragsabschnitt
der Auskleidung 2 und des Luftlochs 40 eliminiert
ist.
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Da
der Flammenhaltebereich zum kontinuierlichen und stabilen Aufrechterhalten
einer Verbrennung nicht als Luftloch 40 der ersten Ausführungsform
gebildet werden kann, eliminiert wird, wird ein Flammenhaltebereich
durch Vorsehen eines (Stumpfkörper-)Flammenhalters 60 an
der stromabwärtigen Seite
des Brennstoff-Luft-Vormischers 13 anstelle des Luftlochs 40 erzeugt.
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Brennstoff
wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform über die
Brennstoffwege 16 zugeführt
und ausgetragen. Ferner wird die gesamte Verbrennungsluft und Verdünnungsluft über den
Brennstoff-Luft-Vormischer 13 der Brennkammer zugeführt.
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Die
vorliegende Ausführungsform
hat die Wirkung, dass die Brennstoffwege 16 einfach ausgebildet
werden können,
da sie nicht durch Umgehung des Luftlochs gebildet werden müssen, und
zwar zusätzlich
zu den durch die erste Ausführungsform
erzielten Wirkungen.
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Ferner
wird es möglich,
die Verteilung der Verbrennungsgastemperatur am Auslaß der Brennkammer
durch Eliminieren des Luftlochs noch gleichmäßiger zu gestalten, wobei die
Luft vom Außenumfang
der Auskleidung 2 in die Brennkammer eintritt.
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Es
ist anzumerken, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwar der Stumpfkörper-Flammenhalter
als Flammenhaltemittel eingesetzt wurde, dass es aber auch möglich ist,
einen Flammenhalter vom V-Rinnentyp, Rundnasen-V-Rinnentyp oder Strahlvorhangstyp zu
verwenden, wobei das Flammenhaltemittel nicht auf den Einsatz dieser
Flammenhalter beschränkt
ist.
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Dritte Ausführungsform
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Nachstehend
wird die dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung auf der Basis von 5 erläutert,
wobei ein Unterschied gegenüber der
zweiten Ausführungsform
hervorgehoben wird. Die dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet,
dass die stromabwärtige
Seite des Gehäuses 3, dessen
stromaufwärtige
Seite mit dem Auslaß des Kompressors
verbunden ist, den gleichen Durchmesser wie die Auskleidung 2 aufweist
und mit der stromaufwärtigen
Seite der Auskleidung 2 verbunden ist, um der Auskleidung 2 eine
Funktion eines Gehäuses zu
geben.
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Die
dritte Ausführungsform
ist auch darin gleich mit der zweiten Ausführungsform, dass die Strömungswege 16 in
der Auskleidung 2 vorgesehen sind, der Brennstoff über die
Brennstoffwege 16 zugeführt
und ausgetragen wird und die Verdünnungsluft der Brennkammer über den
Brennstoff-Luft-Vormischer
zugeführt
wird.
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Die
vorliegende Ausführungsform
hat die Wirkungen, dass die Größe der Brennkammer
durch Eliminieren des Zwischenraums zwischen der Auskleidung und
dem Gehäuse 3 verringert
werden kann und dadurch die Länge
einer den Kompressor mit der Turbine verbindenden Welle verkürzt werden
kann, womit zusätzlich
zu den durch die zweite Ausführungsform
erzielten Wirkungen eine Verringerung der Größe und des Gewichts des gesamten
Systems ermöglicht
wird.
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Ferner
kann die Kühlwirkung
der Auskleidung 2 durch Strukturieren der Auskleidung 2 erhöht werden,
welche die zusätzliche
Funktion des Gehäuses
mit der Doppelschichtstruktur des äußeren Auskleidungszylinders 14 und
des inneren Auskleidungszylinders 15 aufweist, indem die
Brennstoffwege 16 in dem inneren Auskleidungszylinder 15 vorgesehen sind,
und dieser mit einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet wird. Außerdem kann
die Festigkeit des Kombustors 1 selbst verbessert werden
und die Auskleidung 2 kann die Rolle des Gehäuses voll übernehmen,
indem ein Material mit hoher Festigkeit für den äußeren Auskleidungszylinder 14 verwendet wird.
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Vierte Ausführungsform
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Die
vierte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf der Basis der 7 und 8 erläutert.
Die vorliegende Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform des Brennstoffwegs
verändert
ist. Sie kann auf Brennstoffwege in den ersten bis dritten Ausführungsformen
angewandt werden.
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Wie
in 7 gezeigt ist, hat
der Brennstoffweg 16 der vorliegenden Ausführungsform,
der in dem inneren Auskleidungszylinder 15 vorgesehen ist,
in etwa einen quadratischen Querschnitt in der Longitudinalrichtung
der Auskleidung 2. Das heißt, eine Fläche 22 des Brennstoffswegs 16 auf
der Seite der dem Verbrennungsgas ausgesetzten Fläche steht
in der zur Brennkammer entgegengesetzten Richtung vor. Der äußere Verkleidungszylinder 14 und
die Rippenabschnitte 23 sind gemäß der Figur vorgesehen.
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Da
die in einen abgewinkelten Abschnitt 21 eindringende Hitze
einen größeren Freiheitsgrad
bei ihrer Ableitung aufweist, wird eine Temperaturverteilung der
Fläche 22 so,
wie es durch eine unterbrochene Linie in 8 angedeutet ist, wobei der Mittelabschnitt
hoch ist, wenn ein Steg 24 (eine Dicke zwischen der gegenüber dem
Verbrennungsgas freiliegenden Fläche
und dem Brennstoffweg 16) flach ist, d.h. der Brennstoffweg 16 hat
einen quadratischen Querschnitt. Da unter den Abschnitten des Brennstoffwegs 16 die
Fläche 22 der
höchsten
Temperatur ausgesetzt ist, wird eine Temperatur des mittleren Abschnitts
der Fläche 22 am
höchsten.
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Im
allgemeinen hat ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie Jet-A eine
Eigenschaft, dass er eine thermische Zersetzung bewirkt und Kohle
unter einer bestimmten hohen Temperatur abgelagert wird (Verkoken).
Demgemäß wird es
notwendig, das Auftreten eines Verkokens infolge des oben beschriebenen
partiellen Hochtemperaturabschnitts zu verhindern, wenn der Kohlenwasserstoff-Brennstoff
in die Brennstoffwege 16 geleitet wird.
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Dabei
wird das Verkoken durch Vereinheitlichen der Temperaturverteilung
der Fläche 22 verhindert,
wie durch eine durchgezogene Linie in 8 angedeutet
ist, und durch Eliminieren des partiellen Hochtemperaturabschnitts
durch Vorstehenlassen der Fläche 22 zum
Brennstoffweg 16 insgesamt, damit in deren mittlerem Abschnitt
eine Spitze entsteht, um den Bereich der Fläche 22 zu vergrößern und
die Dicke des Stegs 24 zu vergrößern, wie oben beschrieben
wurde.
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Fünfte Ausführungsform
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Die
fünfte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf der Basis der 9 erläutert. Ein Kombustor 1 gemäß 9 ist dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich
zum Aufbau der ersten, in 1 gezeigten
Ausführungsform
ein Brennstofftemperatur-Erfassungsensor 62 an der stromabwärtigen Seite
jedes Brennstoffwegs 16 vorgesehen ist, ein Brennstoffströmungsmengen-Steuerventil 61 an
der stromaufwärtigen
Seite des Brennstoffwegs 16 vorgesehen ist, und ein Brennstoffzuführmengen-Kontroller 80 zum
Steuern eines Ventilöffnungswinkels
des Steuerventils 61 auf der Basis eines Erfassungswerts
des Sensors 62 vorgesehen ist. Der restliche Aufbau ist
der gleiche wie bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform,
und eine Erläuterung
desselben fällt
weg.
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Wie
in 9 gezeigt ist, wird
eine von jedem Brennstofftemperatur-Erfassungssensor 62 erfaßte Brennstofftemperatur
in den Brennstoffzuführmengen-Kontroller 80 eingegeben.
Der Brennstoffzuführmengen-Kontroller 80 berechnet
einen Durchschnittswert jedes eingegebenen Erfassungswerts, findet
eine Differenz von +/- zwischen dem Durchschnittswert und jedem
Erfassungswert heraus und gibt ein Ventilöffnungswinkelsignal entsprechend
der Differenz von +/- an jedes entsprechende Brennstoffströmungsmengen-Steuerventil 61 aus.
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Dabei
wird der Ventilöffnungswinkel
des Brennstoffmengen-Steuerventils 61 entsprechend dem
Signal gesteuert, und eine jedem Brennstoffweg 16 zugeführte Brennstoffmenge
wird entsprechend erhöht/vermindert.
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Es
ist anzumerken, dass die Beziehung zwischen der Differenz +/- zwischen
dem Durchschnittswert und dem Erfassungswert und dem Ventilöffnungswinkelsignal
im voraus herausgefunden und in dem Brennstoffzuführmengen-Kontroller 80 gespeichert
wird.
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Durch
den oben beschriebenen Aufbau kann die Auskleidung 2 gleichmäßig gekühlt werden,
und ein partielles Abschmelzen der Auskleidung 2 kann auch
dann verhindert werden, wenn eine Temperatur eines Teils der Auskleidung 2 infolge
einer partiellen Änderung
der Verbrennung in der Brennkammer ansteigt, indem ein etwaiger
lokaler Hochtemperaturabschnitt durch Erhöhen einer durch den entsprechenden
Abschnitt strömenden
Brennstoffmenge eliminiert wird.
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Es
ist anzumerken, dass bei der vorliegenden Erfindung zwar der Ventilöffnungswinkel
des Brennstoffströmungsmengen-Steuerventils 61 auf der
Basis der Differenz zwischen dem Durchschnittswert und jedem Erfassungswert
der Brennstofftemperatur gesteuert wurde, dass die vorliegende Erfindung
jedoch nicht hierauf beschränkt
ist. Das heißt, dass
es auch möglich
ist, einen geeigneten Wert der Brennstofftemperatur an der stromabwärtigen Seite des
Brennstoffwegs 16 vorab einzustellen und den Ventilöffnungswinkel
des Brennstoffströmungsmengen-Steuerventils 61 so
zu steuern, dass der Brennstoff diese Temperatur beibehält.
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Die
vorliegende Ausführungsform
eröffnet die
Möglichkeit
zu verhindern, dass die Auskleidung 2 sich insgesamt überhitzt,
um ein Verkoken zu verhindern, wenn der Kohlenwasserstoff-Brennstoff
verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch
auf die zweite und dritte Ausführungsform
angewandt werden.
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Sechste Ausführungsform
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Die
sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend auf der Basis der 10 erläutert. Ein in 10 gezeigter Kombustor 1 ist
dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich
zu dem Aufbau der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform
ein Verbrennungsgas-Temperaturerfassungssensor 73 zum Erfassen
einer aus der Brennkammer in Richtung der Mittellinie 50 der
Drehachse jedes Brennstoff-Luft-Vormischers 13 ausgetragenen Verbrennungsgases
vorgesehen ist, ein Luftströmungsmengen-Steuerventil 72 in
der Auskleidung 2 an der stromaufwärtigen Seite des Brennstoff-Luft-Vormischers 13 vorgesehen
ist und ein Luftzuführmengen-Kontroller 90 zum
Steuern eines Ventilöffnungswinkels
des Steuerventils 72 auf der Basis eines erfassten Werts
des Sensors 73 vorgesehen ist. Der restliche Aufbau ist
der gleiche wie bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform,
und eine Erläuterung
desselben fällt
hier weg.
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Wie
in 10 gezeigt ist, wird
eine durch jeden Verbrennungsgastemperatur-Erfassungssensor 73 erfaßte Verbrennungsgastemperatur
in den Luftzuführmengen-Kontroller 90 eingegeben.
Der Luftzuführmengen-Kontroller 90 berechnet
einen Durchschnittswert jedes eingegebenen Erfassungswerts, findet
eine Differenz von +/- zwischen dem Durchschnittswert und jedem
Erfassungswert heraus und gibt ein Ventilöffnungswinkelsignal entsprechend
der Differenz von +/- an jedes entsprechende Luftströmungsmengen-Steuerventil 72 aus.
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Dabei
wird der Ventilöffnungswinkel
des Luftmengensteuerventils 72 entsprechend dem Signal gesteuert,
und eine der Brennkammer über
jeden Brennstoff-Luft-Vormischer 13 zugeführte Luftmenge wird
entsprechend erhöht/verringert.
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Es
ist anzumerken, dass die Beziehung der Differenz von +/- zwischen
dem Durchschnittswert und dem Erfassungswert und dem Ventilöffnungswinkelsignal
im voraus ermittelt und in dem Luftzuführmengen-Kontroller 90 gespeichert
wird.
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Durch
den oben beschriebenen Aufbau kann eine Verteilung der Verbrennungsgastemperatur
am Auslaß der
Auskleidung 2, die ansonsten infolge der Umfangsverteilung
von dem Kompressor zugeführter Luftströmung variieren
könnte,
ausgeglichen werden und das Abschmelzen der Turbine und der Druckverlust
in der Brennkammer können
reduziert werden.
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Es
ist anzumerken, dass der Ventilöffnungswinkel
des Luftströmungsmengen-Steuerventils 72 zwar
auf der Basis der Differenz zwischen dem Durchschnittswert und jedem
Erfassungswert der Verbrennungsgastemperatur bei der vorliegenden Ausführungsform
gesteuert wurde, dass die vorliegende Erfindung jedoch nicht hierauf
beschränkt
ist. Das heißt,
dass es auch möglich
ist, einen geeigneten Wert einer Temperatur des Verbrennungsgases am
Auslaß der
Auskleidung 2 (Verbrennungsgas am Auslaß der Turbine) im voraus einzustellen
und den Ventilöffnungswinkel
des Luftströmungsmengen-Steuerventils 72 so
zu steuern, dass das Verbrennungsgas diese Temperatur beibehält.
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Die
vorliegende Ausführungsform
wirkt sich dahingehend aus, dass eine hocheffiziente Turbinenausgangsleistung
erzielt werden kann. Selbstverständlich
kann die vorliegende Ausführungsform auch
auf die zweite und dritte Ausführungsform
angewandt werden.
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Wie
oben beschrieben wurde, sind die Strömungswege von flüssigem Brennstoff
in der Auskleidung ausgebildet, welche die Brennkammer bildet, und
die Auskleidung wird in dem Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden
Erfindung gleichmäßig gekühlt, so
dass der "Hot-Spot", der andernfalls
an der stromabwärtigen
Seite des durch die Auskleidung hindurch geschaffenen Luftlochs
entstehen würde, verhindert
werden kann, und ein Material mit guter Wärmeübertragungseigenschaft trotz
seiner geringen Hochtemperaturbeständigkeit als Auskleidungsmaterial
eingesetzt werden kann.
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Ferner
wird das Luftloch aus der Auskleidung eliminiert und das Flammenhaltebereichs-Erzeugungsmittel
wird an der stromabwärtigen
Seite des Brennstoff-Luft-Vormischers vorgesehen, so dass die Gasbrennstoffwege
in der Auskleidung einfach ausgebildet werden können und die Verteilung einer
Verbrennungsgastemperatur am Auslaß der Brennkammer, die andernfalls
infolge der über
das Luftloch einströmenden
Luft variieren würde,
kann zusätzlich
zu den oben beschriebenen Wirkungen bei dem Gasturbinen-Kombustor
ausgeglichen werden.
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Darüber hinaus
kann die Größe des Kombustors
bei dem Gasturbinen-Kombustor der vorliegenden Erfindung reduziert
werden, der so aufgebaut ist, dass die Auskleidung die Funktion
des Gehäuses übernimmt,
indem der Zwischenraum zwischen der Auskleidung und dem Gehäuse eliminiert wird,
so dass die Länge
der den Kompressor mit der Turbine verbindenden Welle verkürzt werden
kann und die Größe und das
Gewicht des Kombustors und des gesamten Systems verringert werden
kann.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, stellt die vorliegende Erfindung
die Gasturbinen-Kombustoren bereit, bei denen die in dem Kombustorgehäuse vorgesehene
Auskleidung gleichmäßig gekühlt werden
kann und bei der ein Abschmelzen, das andernfalls durch einen darin
entstehenden "Hot-Spot" verursacht würde, verhindert
werden kann.
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Es
sind zwar bevorzugte Ausführungsformen beschrieben
worden, Fachleuten sind jedoch Variationen an diesen innerhalb des
Schutzumfangs der vorliegenden erfinderischen Konzepte ersichtlich,
die durch die folgenden Ansprüche
umrissen sind.