-
Die
Erfindung betrifft Niedrig-NOx-Vormischbrennstoffdüsen und
insbesondere ein Verfahren zum Verbrennen in Gasturbinenmaschinen.
-
Die
Erzeugung von Stickoxiden (nachfolgend "NOx")
erfolgt als Ergebnis der Verbrennung bei hohen Temperaturen. NOx
ist ein bekannter Schadstoff, und in der Folge sind Verbrennungsvorrichtungen,
die NOx erzeugen, immer strengeren Standards für die Abgabe derartiger Schadstoffe
ausgesetzt. Folglich wird viel Aufwand betrieben, um die Bildung von
NOx in Verbrennungsvorrichtungen zu verringern.
-
Eine
Lösung
war das Vorvermischen des Brennstoffs mit einem Luftüberschuss,
so dass die Verbrennung mit lokal hohem Luftüberschuss erfolgt, was zu einer
relativ niedrigen Verbrennungstemperatur und somit dem Minimieren
der Bildung von NOx führt.
Eine Brennstoffdüse,
die derart arbeitet, ist in US-Patent Nr. 5 307 634 gezeigt, welches
einen Schneckenverwirbler mit einem konischen Zentralkörper beschreibt.
Diese Art von Brennstoffdüse
ist als eine Tangential-Eintrittsbrennstoffdüse bekannt, und
sie weist zwei versetzte zylinderbogenartige Schnecken auf, die
mit zwei Begrenzungsplatten verbunden sind. Verbrennungsluft gelangt
in den Verwirbler durch zwei im wesentlichen rechteckige Schlitze,
die durch die versetzten Schnecken gebildet sind, und tritt durch
eine Brennkammereinlassöffnung
einer Begrenzungsplatte aus und strömt in die Brennkammer. Eine
lineare Anordnung von Öffnungen,
die an der äußeren Schnecke
dem inneren hinteren Rand entgegengesetzt angeordnet sind, injiziert
Brennstoff in die Luftströmung
an jedem Einlassschlitz aus einer Verzweigungseinrichtung, um eine gleichförmige Brennstoff/Luftmischung
vor dem Austreten in die Brennkammer zu erzeugen.
-
Vormischbrennstoffdüsen des
Tangential-Eintritts-Typs haben, verglichen mit Brennstoffdüsen des
Stands der Technik, niedrige NOx-Emissionen gezeigt. Leider hat
sich jedoch herausgestellt, dass Brennstoffdüsen, wie die in dem genannten
Patent beschriebene, bei bestimmten Betriebsbedingungen akustische
Geräusche
und übermäßige Brennkammerdruckfluktuationen
erzeugen, was zu einer Verschlechterung der Gasturbinenmaschine führt. In
der Folge wurden Tangential-Eintrittsbrennstoffdüsen dieses Typs nicht in kommerziell
verfügbare
Gasturbinenmaschinen inkorporiert.
-
Benötigt wird
ein Verfahren zum Verbrennen, welches die akustischen Effekte substanziell
verringert, die zu übermäßigen Brennkammerdruckfluktuationen
führen.
-
US 5 251 447 beschreibt
ein Verfahren zum Verringern von Druckfluktuationen in der Brennkammer
einer Gasturbinenmaschine, welche sich aus der Verbrennung von Brennstoff
und Luft ergeben, welches das Mischen von Brennstoff und Luft in
einer Brennstoffdüsenanordnung,
und so das Erzeugen einer Brennstoff/Luftmischung, und das Strömen-Lassen
der Mischung in eine Brennkammer durch eine Austrittsebene einer
Brennkammereinlassöffnung strömungsabwärts der
Mischzone aufweist.
-
Die
vorliegende Erfindung ist gegenüber
US 5 251 447 dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren ferner aufweist:
Mischen von Brennstoff
und Luft in einer inneren Durchgangspassage, die in einem Zentralkörper einer
Brennstoffdüsenanordnung
vorgesehen ist und koaxial mit der Längsachse des Zentralkörpers verläuft, um
so einen Zentralströmungs-Strom
von Brennstoff/Luftmischung zu erzeugen;
Mischen von Brennstoff
und Luft in einer Mischzone, um einen Ringströmungs-Strom von Brennstoff/Luftmischung
zu erzeugen, der um den Zentralkörper
in einem Schneckenverwirbler strömt;
Strömen-Lassen
des Zentralströmungs-Stroms,
welcher von dem Ringströmungs-Strom
umgeben ist, in die Brennkammer durch die Austrittsebene der Brennkammereinlassöffnung,
welche strömungsabwärts von
der Mischzone angeordnet ist;
Strömen-Lassen eines ersten Teils
der Brennstoff/Luftmischung von den Strömungs-Strömen in eine zentrale Rezirkulationszone
und Verbrennen von mindestens etwas von dem ersten Teil der Mischung
darin;
Strömen-Lassen
eines zweiten Teils der Brennstoff/Luftmischung von den Strömungs-Strömen in eine
Rezirkulationszone, die radial außerhalb von der zentralen Rezirkulationszone
ist, und Verbrennen von mindestens etwas von dem zweiten Teil der
Mischung darin; und
Halten der Rezirkulationszonen in beabstandeter
Relation zu der Austrittsebene bei allen Betriebszuständen der
Maschine.
-
Einige
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft mit Bezugnahme
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
-
1 ist
eine Schnittansicht der Brennstoffdüse zum Ausführen der vorliegenden Erfindung,
die entlang der Linie 1-1 von 2 genommen
ist.
-
2 ist
eine Schnittansicht, die abwärts
der Längsachse
der Düse
von 1 blickt.
-
3 ist
eine Schnittansicht der Brennstoffdüse, die entlang der Linie 3-3
von 2 genommen ist.
-
4 ist
eine Schnittansicht durch eine weitere Düse zum Ausführen der Erfindung, welche
sich von der Brennstoffdüse
der 1 bis 3 lediglich in der Form ihrer
Brennkammereinlassöffnung
unterscheidet.
-
Es
wird auf die 1 Bezug genommen. Die Niedrig-NOx-Vormischbrennstoffdüse 10 der
vorliegenden Erfindung weist einen Zentralkörper in einem Schneckenverwirbler 14 auf.
Der Schneckenverwirbler 14 weist eine erste und eine zweite
Begrenzungsplatte 16, 18 auf, und die erste Begrenzungsplatte
ist mit dem Zentralkörper 12 verbunden
und befindet sich in beabstandeter Rela tion zu der zweiten Begrenzungsplatte 18,
welche eine Brennkammereinlassöffnung 20 hat,
die durch diese hindurchgeht. Eine Mehrzahl und vorzugsweise zwei
zylinderbogenförmige
Schneckenelemente 22, 24 erstrecken sich von der
ersten Begrenzungsplatte 16 zu der zweiten Begrenzungsplatte 18.
-
Die
Schneckenelemente 22, 24 sind gleichförmig um
die Längsachse 26 der
Düse 10 beabstandet
und definieren so eine Mischzone 28 dazwischen, wie in 2 gezeigt.
Jedes Schneckenelement 22, 24 hat eine radial
innere Oberfläche,
welche zu der Längsachse 26 gerichtet
ist, und definiert eine Teilrotationsoberfläche um eine Mittellinie 32, 34.
So, wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff "Teilrotationsoberfläche" eine durch das Rotieren
einer Linie um weniger als eine vollständige Umdrehung um eine der
Mittellinien 32, 34 erzeugte Oberfläche.
-
Jedes
Schneckenelement 22 befindet sich in beabstandeter Relation
zu dem anderen Schneckenelement 24, und die Mittellinie 32, 34 von
jedem der Schneckenelemente 22, 24 ist, wie in 2 gezeigt, in
der Mischzone 28 angeordnet. Es wird auf 3 Bezug
genommen. Jede der Mittellinien 32, 34 ist parallel
und in beabstandeter Relation zu der Längsachse 26, und sämtliche
Mittellinien 32, 34 sind mit gleichem Abstand
von der Längsachse 26 angeordnet und
definieren so Einlassschlitze 36, 38, welche parallel
zur Längsachse 26 zwischen
jedem Paar von benachbarten Schneckenelementen 22, 24 zum
Einbringen von Verbrennungsluft 40 in die Mischzone 28 verlaufen.
Die Verbrennung unterstützende
Luft 42 von dem Verdichter (nicht gezeigt) tritt durch
die Einlassschlitze 36, 38, welche durch die überlappenden Enden 44, 50, 48, 46 der
Schneckenelemente 22, 24 mit versetzten Mittellinien 32, 34 gebildet
sind.
-
Jedes
der Schneckenelemente 22, 24 weist ferner eine
Brennstoffleitung 52, 54 zum Einbringen von Brennstoff
in die Verbrennungsluft 40 auf, wenn diese in die Mischzone 28 durch
einen der Einlassschlitze 36, 38 eingebracht wird.
Eine erste Zuführleitung
(nicht gezeigt), welche entweder einen flüssigen oder einen gasförmigen Brennstoff,
jedoch vorzugsweise Gas, zuführen
kann, ist mit jeder der Brennstoffleitungen 52, 54 verbunden.
Die Brennkammereinlassöffnung 20,
die zur Längsachse 26 koaxial
ist, ist der Brennkammer 56 unmittelbar be nachbart angeordnet,
um den Brennstoff und die Verbrennungsluft von der vorliegenden
Erfindung in die Brennkammer 56 abzugeben, wo die Verbrennung
von Brennstoff und Luft erfolgt.
-
Es
wird wieder auf 1 Bezug genommen. Der Zentralkörper 12 hat
ein Basiselement 58, welches mindestens einen und vorzugsweise
eine Mehrzahl von dort hindurchgehenden Luftzuführdurchgängen 60, 62 hat,
und das Basiselement 58 ist rechtwinklig zu der durch dieses
gehenden Längsachse 26.
Der Zentralkörper 12 hat
auch eine innere Passage 64, die mit der Längsachse 26 koaxial
ist und in die Brennkammereinlassöffnung 20 abgibt.
Die durch die innere Durchgangspassage 64 strömende Luft, die
vorzugsweise gleichsinnig mit der Verbrennungsluft rotiert, welche
durch die Einlassschlitze 36, 38 eintritt, aber
auch gegensinnig rotieren kann oder nicht rotieren kann, kann mit
Brennstoff versehen sein oder auch nicht mit Brennstoff versehen
sein. Wenn eine Brennstoffzugabe des Zentralkörpers erwünscht ist, weist in der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung die innere Durchgangspassage 64 eine erste
zylinderförmige
Passage 66 mit einem ersten Ende 68 und einem
zweiten Ende 70 und eine zweite zylinderförmige Passage 72 mit
größerem Durchmesser
als die erste zylinderförmige
Passage 66 und ebenso einem ersten Ende 74 und
einem zweiten Ende 76 auf. Die zweite zylinderförmige Passage 72 kommuniziert
mit der ersten zylinderförmigen
Passage 66 durch eine sich verjüngende Passage 78 mit
einem ersten Ende 80, welches einen Durchmesser hat, der
gleich dem Durchmesser der ersten zylinderförmigen Passage 66 ist,
und einem zweiten Ende 82, welches einen Durchmesser hat, der
gleich dem Durchmesser der zweiten zylinderförmigen Passage 72 ist.
Jede der Passagen 66, 72, 78 ist zur
Längsachse 26 koaxial,
und das erste Ende 80 der sich verjüngenden Passage 78 ist
integral mit dem zweiten Ende 70 der ersten zylinderförmigen Passage 66,
während
das zweite Ende 82 der sich verjüngenden Passage 78 integral
mit dem ersten Ende 74 der zweiten zylinderförmigen Passage 72 ist.
Die erste zylinderförmige
Passage 66 weist eine Abgabeöffnung 68 auf, die
kreisförmig
und koaxial zu der Längsachse 26 ist,
und sie ist an dem ersten Ende 68 der ersten zylinderförmigen Passage 66 positioniert.
-
Es
wird auf 3 Bezug genommen. Die radial äußere Oberfläche 84 des
Zentralkörpers 12 weist
einen Kegelstumpfbereich 86 auf, der eine äußere Kegelstumpfoberfläche definiert,
die koaxial zur Längsachse 26 ist
und sich in Richtung zu dem Basiselement 58 aufweitet,
und einen gekrümmten
Bereich 88, der integral mit dem Kegelstumpfbereich 86 ist
und vorzugsweise einen Teil der Oberfläche definiert, der durch das
Rotieren eines Kreises um die Längsachse 26 generiert
ist, der tangential zu dem Kegelstumpfbereich 86 ist und
einen Mittelpunkt hat, der radial außerhalb davon liegt. In der
bevorzugten Ausführungsform
endet der Kegelstumpfbereich 86 an der Ebene, in der die
Abgabeöffnung 68 angeordnet
ist, wobei der Durchmesser der Basis (nicht zu verwechseln mit dem
Basiselement 58 des Zentralkörpers) des Kegelstumpfbereichs 86 2,65
Mal größer als
der Durchmesser des Kegelstumpfbereichs 86 an dessen Spitze
ist und die Höhe 90 des
Kegelstumpfbereichs 86 (die Strecke zwischen der Ebene, in
der die Basis des Kegelstumpfbereichs 86 positioniert ist,
und der Ebene, in der die Spitze des Kegelstumpfbereichs 86 positioniert
ist) ist etwa 1,90 Mal der Durchmesser des Kegelstumpfbereichs 86 an dessen
Basis. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, liefert der
gekrümmte
Bereich 88, der zwischen dem Basiselement 58 und
dem Kegelstumpfbereich 86 angeordnet ist, eine allmähliche Übergangsoberfläche, welche
Verbrennungsluft 40, welche in die Tangential-Eintrittsdüse 10 dem
Basiselement 58 benachbart gelangt, axial dreht. Wie in 3 gezeigt,
ist die innere Durchgangspassage 64 radial innerhalb von
der radial äußeren Oberfläche 84 des
Zentralkörpers 12 angeordnet,
wobei der Kegelstumpfbereich 86 koaxial zur Längsachse 26 ist,
und der Zentralkörper 12 ist
mit dem Basiselement 58 verbunden, so dass der Kegelstumpfbereich 86 sich in
Richtung zu der Abgabeöffnung 68 der
ersten zylinderförmigen
Passage 66 verjüngt
und dort endet.
-
Wie
in 2 gezeigt, passt die Basis des Kegelstumpfbereichs 86 in
einen Kreis 92, der in die Mischzone 28 eingeschrieben
ist und dessen Mittelpunkt 94 an der Längsachse 26 ist. Fachleute
werden schnell erkennen, dass, da die Mischzone 28 keinen kreisförmigen Querschnitt
hat, der gekrümmte
Bereich 88 geschnitten sein muss, um dort hinein zu passen.
Ein Rampenbereich 96, 98 verbleibt an dem gekrümmten Bereich 88,
wo der gekrümmte
Bereich 88 in jeden Einlassschlitz 36, 38 ragt,
und dieser Bereich ist maschinell bearbeitet, um eine aerodynamisch
geformte Rampe 96, 98 zu bilden, welche die in
den Einlassschlitz 36, 38 gelangende Luft weg
von dem Basiselement 58 und auf den gekrümmten Bereich 88 in
der Mischzone 28 lenkt.
-
Es
wird auf 1 Bezug genommen. In der bevorzugten
Ausführungsform
ist eine innere Kammer 100 in dem Zentralkörper 12 zwischen
dem Basiselement 58 und dem zweiten Ende 76 der
zweiten zylinderförmigen
Passage 72 positioniert, welche an der Kammer 100 endet.
Luft 102 wird der Kammer 100 durch die Luftzuführdurchgänge 60, 62 in
dem Basiselement 58 zugeführt, welche mit dieser kommunizieren,
und die Kammer 100 liefert wiederum Luft an die innere
Durchgangspassage 64 durch das zweite Ende 76 der
zweiten zylinderförmigen
Passage 72. Die erste Begrenzungsplatte 16 hat Öffnungen 104, 106 darin,
welche mit den Luftzuführdurchgänge 60, 62 des
Basiselements 58 ausgerichtet sind, um nicht die Strömung von
Verbrennungsluft 102 von dem Verdichter der Gasturbinenmaschine
zu stören. Ein
Verwirbler 108, vorzugsweise des in dem Technikgebiet bekannten
Typs radialer Einströmung
ist koaxial zu der Längsachse 26 und
ist in der Kammer 100 dem zweiten Ende 76 der
zweiten zylinderförmigen
Passage 72 unmittelbar benachbart angeordnet, so dass sämtliche
Luft, welche in die innere Durchgangspassage 64 aus der
Kammer 100 gelangt, durch den Verwirbler 108 treten
muss.
-
Vorzugsweise
erstreckt sich eine Brennstofflanze 110, die in ähnlicher
Weise koaxial zur Längsachse 26 ist,
durch das Basiselement 58, die Kammer 100 und
den Verwirbler 108 und in die zweite zylinderförmige Passage 72 der
inneren Durchgangspassage 64. Der größere Durchmesser der zweiten zylinderförmigen Passage 72 nimmt
die Querschnittsfläche
der Brennstofflanze 110 auf, so dass der Strömungsquerschnitt
in der zweiten zylinderförmigen
Passage 72 im wesentlichen gleich dem Strömungsquerschnitt
der ersten zylinderförmigen
Passage 66 ist. Eine zweite Brennstoffzuführleitung (nicht
gezeigt), die entweder einen flüssigen
oder einen gasförmigen
Brennstoff zuführen
kann, ist mit der Brennstofflanze 110 verbunden, um einer
inneren Passage 112 in der Brennstofflanze 110 Brennstoff zuzuführen. Brennstoffdüsen 114 sind
in der Brennstofflanze 110 angeordnet und schaffen einen
Weg zum Austreten von Brennstoff aus der Brennstofflanze 110 in
die innere Durchgangspassage 64.
-
Es
wird auf 3 Bezug genommen. Die Brennkammereinlassöffnung 20 ist
koaxial zur Längsachse 26 und
weist eine konvergente Oberfläche 116 und
eine Abgabeoberfläche 118 auf,
welche sich zu der Austrittsebene 124 der Brennstoffdüse 10 erstreckt
und divergent, wie in 3 gezeigt, konvergent sein oder
zylinderförmig,
wie in 4 gezeigt, sein kann. Es wird auf 4 Bezug
genommen (die sich nur in der Gestalt der Brennkammereinlassöffnung 20 von 3 unterscheidet,
wobei andere Details gleich sind und somit die gleichen Bezugszeichen
tragen). Die konvergente Oberfläche 116 und die
zylinderförmige
Oberfläche 118' sind ebenso
koaxial zu der Längsachse 26,
und die konvergente Oberfläche 116 ist
zwischen der ersten Begrenzungsplatte 16 und der zylinderförmigen Oberfläche 118' angeordnet.
Die konvergente Oberfläche 116 ist im
wesentlichen von konischer Gestalt und verjüngt sich in Richtung der zylinderförmigen Oberfläche 118'. Die zylinderförmige Oberfläche 118' erstreckt sich
zwischen der Schlundebene 120 der Öffnung 20 und der
Brennkammeroberfläche 122 des
Brennkammeröffnungseinlasses 20,
die rechtwinklig zur Längsachse 26 ist
und die Austrittsebene 124 der Brennstoffdüse 10 definiert.
-
Die
konvergente Oberfläche 116 endet
an der Schlundebene 120, wo der Durchmesser der konvergenten
Oberfläche 116 gleich
dem Durchmesser der zylinderförmigen
Oberfläche 118' ist. Wie in 3 gezeigt,
ist die Schlundebene 120 zwischen der Austrittsebene 124 und
der Abgabeöffnung 68 der
inneren Durchgangspassage 64 angeordnet, und die konvergente
Oberfläche 116 ist
zwischen der zylinderförmigen
Oberfläche 118' und der ersten
Begrenzungsplatte 16 angeordnet. Um das gewünschte Geschwindigkeitsprofil
der Brennstoff/Luftmischung in der Brennkammereinlassöffnung 20 herzustellen, verläuft die
konvergente Oberfläche 116 eine
vorbestimmte Strecke 126 entlang der Längsachse 26, und die
zylinderförmige
Oberfläche 118 verläuft eine zweite
Strecke 128 entlang der Längsachse 26, die vorzugsweise
mindestens 30% der vorbestimmten Strecke 126 ist. Auch
sollte die dort hindurch strömende
Verbrennungsluft in bevorzugten Ausführungsformen auf dem minimalen
Strömungsquerschnitt
oder Schlundquerschnitt an der Brennkammereinlassöffnung 20 treffen.
Um dieses Ergebnis zu erzielen, ist die zylinderförmige Oberfläche 118' vorzugsweise
mit einem vorbestimmten Radius von der Längsachse 26 angeordnet,
der mindestens 10% geringer ist als der Radius der Basis des Kegelstumpfbereichs 86.
-
Bei
Betrieb strömt
Verbrennungsluft von dem Verdichter der Gasturbinenmaschine durch
die Öffnungen 104, 106 und
die Luftzuführdurchgänge 60, 62 in
dem Basiselement 58 und in die Kammer 100 des
Zentralkörpers 12.
Die Verbrennungsluft verlässt die
Kammer 100 durch den Radial-Einströmungs-Verwirbler 108 und gelangt
in die innere Durchgangspassage 64 mit einer im wesentlichen tangentialen
Geschwindigkeit oder Verwirbelung relativ zur Längsachse 26. Wenn
diese wirbelnde Verbrennungsluft an der Brennstofflanze 110 vorbei kommt,
wird Brennstoff, vorzugsweise in gasförmiger Form, von der Brennstofflanze 110 in
die innere Passage 64 gesprüht und vermischt sich mit der
wirbelnden Verbrennungsluft. Die Mischung aus Brennstoff und Verbrennungsluft
strömt
dann von der zweiten zylinderförmigen
Passage 72 in die erste zylinderförmige Passage 66 durch
die sich verjüngende
Passage 78. Die Mischung gelangt dann weiter abwärts der Länge der
ersten zylinderförmigen
Passage 66, verlässt
die erste zylinderförmige
Passage 66 kurz vor oder an der Schlundebene 120 der
Brennkammereinlassöffnung 20 und
liefert einen zentralen Strom von Brennstoff/Luftmischung.
-
Zusätzliche
Verbrennungsluft von dem Verdichter der Gasturbinenmaschine gelangt
in die Mischzone 28 durch jeden der Einlassschlitze 36, 38. In
die Einlassschlitze 36, 38 unmittelbar dem Basiselement 58 benachbart
eintretende Luft wird durch die Rampen 96, 98 an
den gekrümmten
Bereich 88 in der Mischzone 28 des Schneckenverwirblers 14 gelenkt. Brennstoff,
vorzugsweise gasförmiger
Brennstoff, der den Brennstoffleitungen 52, 54 zugeführt wird,
wird in die Verbrennungsluft, welche durch die Einlassschlitze 36, 38 gelangt,
gesprüht
und beginnt, sich mit dieser zu vermischen. In Folge der Form der
Schneckenelemente 22, 24 bildet diese Mischung
eine ringförmige
Strömung
aus, welche um den Zentralkörper 12 wirbelt,
und die Brennstoff/Luftmischung vermischt sich weiter, während sie
um diesen wirbelt und dabei entlang der Längsachse 26 in Richtung
der Brennkammereinlassöffnung 20 fortschreitet.
-
Das
durch den Schneckenverwirbler 14 erzeugte Wirbeln des ringförmigen Stroms
ist vorzugsweise gleichsinnig rotierend mit dem Wirbeln der Brennstoff/Luftmischung
in der ersten zylinderförmigen
Passage 66 und hat vorzugsweise eine Winkelgeschwindigkeit,
die mindestens so groß ist
wie die Winkelgeschwindigkeit der Brennstoff/Luftmischung in der
ersten zylinderförmigen
Passage 66. In der Folge der Form des Zentralkörpers 12 wird
die Axialgeschwindigkeit der Ringströmung bei Geschwindigkeiten
gehalten, welche ein Wandern der Brennkammerflamme in den Schneckenverwirbler 14 und
ein Anhaften der Flamme an der äußeren Oberfläche 84 des
Zentralkörpers 12 verhindern.
Beim Verlassen der ersten zylinderförmigen Passage 66 ist
die wirbelnde Brennstoff/Luftmischung des zentralen Stroms von dem
ringförmigen
Strom von dem Schneckenverwirbler 14 umgeben, und die zwei
Ströme
gelangen in den Schlund 120 der Brennkammereinlassöffnung 20 und
strömen
radial der divergenten Oberfläche 118 oder
der zylinderförmigen
Oberfläche 118' nach innen,
bis sie die Austrittsebene 124 der Verbrennungseinlassöffnung 20 strömungsabwärts von
der Mischzone 28 erreichen.
-
Beim
Verlassen der Brennkammereinlassöffnung 20 erzeugt
die Wechselwirkung des Zentralstroms mit dem ringförmigen Strom
eine zentrale Rezirkulationszone 200, die strömungsabwärts von
der Austrittsebene 124 (d. h. die Austrittsebene liegt
zwischen der zentralen Rezirkulationszone und der Abgabeöffnung der
inneren Durchgangspassage) und in beabstandeter Relation zu dieser
ist. Die scharfe Lippe 130, die dort gebildet ist, wo die
divergente Oberfläche 118 oder
die zylinderförmige
Oberfläche 118' auf die Brennkammeroberfläche 122 der
Brennkammereinlassöffnung 20 trifft,
bewirkt eine plötzliche
Aufweitung der Brennstoff/Luftmischung und Rezirkulation der Brennstoff/Luftmischung
radial nach außen
von der zentralen Rezirkulationszone 200. Die in dieser äußeren Rezirkulation 300 gebildete
Verbrennung und Flamme verankern diese "äußere" Flamme der Lippe 130 benachbart.
Die Flamme ist jedoch in beabstandeter Relation zur Austrittsebene 124 und
komplett strömungsabwärts davon.
Infolge der Konstruktion der vorliegenden Erfindung sind beide Rezirkulationszonen 200, 300 in
beabstandeter Relation zur Austrittsebene 124 bei allen
Maschinenbetriebszuständen
gehalten.
-
Die
beschriebene Brennstoffdüse 10 verringert
substanziell die Strömungsoszillationen
und die daraus resultierenden begleitenden Wärmefreisetzraten, was übermäßige Brennkammerdruckfluktuationen
und akustisches Geräusch
verursacht. Das beschriebene Verbrennungsverfahren eliminiert die
genannte Wechselwirkung zwischen dem Verbrennungsprozess und der
Austrittsebene 124 und führt zu signifikant niedrigen
akustischen Fluktuationen. Folglich liefert die vorliegende Erfindung
eine Lösung für das Problem übermäßiger Druckfluktuationen
in der Tangential-Eintrittsbrennstoffdüse 10 und erzielt dabei
die niedrige Emissionsleistung davon.
-
Obwohl
die Erfindung mit Bezugnahme auf eine detaillierte Ausführungsform
der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen,
dass verschiedene Änderungen
in deren Form und Detail der vorangehend beschriebenen Ausführungsform
vorgenommen werden können, ohne
von dem Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
kann die gekrümmte äußere Wand 84 des
Zentralkörpers
der beschriebenen Düse
weggelassen werden, wobei eine äußere Wand
zurückbleibt,
die einen Kegelstumpf- und einen Zylinderbereich hat.