DE69822102T2

DE69822102T2 - Brennstoffeinspritzventil und Verfahren zur Vormischung von Brennstoff und Luft

Info

Publication number: DE69822102T2
Application number: DE69822102T
Authority: DE
Inventors: Timothy S. Glastonbury Snyder; William A. Simsbury Sowa; Stephen A. Jupiter Morford; Kevin J. Palm Beach Gardens van Dyke
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: EP1340942A3; EP0924463B1; DE69832427T2; DE69822102D1; EP1340942B1; US6176087B1; CA2255549A1; CA2255549C; US6513329B1; EP0924463A3; DE69832427D1; EP1340942A2; EP0924463A2; RU2215243C2; CN1222660A; CN1129733C; JPH11237048A

Description

Die Erfindung betrifft Vorvermisch-Brennstoffinjektoren für Gasturbinenmaschinen und Verfahren zum Vorvermischen von Brennstoff und Luft vor dem Verbrennen des Brennstoffs in der Brennkammereinrichtung. Insbesondere ist die Erfindung ein Brennstoffinjektor und ein Verfahren zum Vermischen, welche eine saubere Verbrennung fördern und dabei die Haltbarkeit des Brennstoffinjektors und der Brennkammereinrichtung sichern.
Die Verbrennung von fossilen Brennstoffen erzeugt eine Anzahl von unerwünschten Schadstoffen, die Stickoxide (NOx) einschließen. NOx zuweisbare Umweltbeeinträchtigung wurde eine Frage zunehmender Aufmerksamkeit und deshalb besteht in intensives Interesse an der Unterdrückung der NOx-Bildung bei Brennstoffverbrennungsvorrichtungen.
Eine der Hauptstrategien zum Verhindern der NOx-Bildung ist das Verbrennen einer Brennstoff-Luft-Mischung, die sowohl stöchiometrisch mager ist als auch vollständig vermischt. Ein mageres stöchiometrisches Verhältnis und eine vollständige Vermischung halten die Verbrennungsflammentemperatur gleichförmig niedrig – eine Voraussetzung zum Verhindern von NOx-Bildung. Ein Typ von Brennstoffinjektor, der eine magere, vollständig vermischte Brennstoff-Luft-Mischung erzeugt, ist ein Tangentialeintritts-Injektor. Beispiele für Tangentialeintritts-Brennstoffinjektoren für Gasturbinenmaschinen sind in den US-Patenten 5 307 643, 5 402 633, 5 461 865 und 5 479 773 gegeben, die alle auf die vorliegende Anmelderin übertragen wurden. Diese Brennstoffinjektoren haben eine Mischkammer, die radial nach außen von einem Paar von zylinderbogenförmigen, versetzten Schnecken begrenzt ist. Benachbarte Enden der Schnecken definieren Lufteinlassschlitze zum Einlassen von Luft tangential in die Mischkammer. Eine lineare Anordnung von gleichmäßig beabstandeten Brennstoffinjektionspassagen erstreckt sich über die Länge eines jeden Schlitzes. Ein Brennstoffinjektor-Zentralkörper erstreckt sich von dem vorderen Ende des Injektors nach hinten, um eine radial innere Begrenzung der Mischkammer zu definieren. Der Zentralkörper kann Mittel zum Einbringen von zusätzlichem Brennstoff oder einer Brennstoff-Luft-Mischung in die Mischkammer aufweisen. Während des Maschinenbetriebs gelangt Verbrennungsluft in die Mischkammer tangential durch die Lufteinlassschlitze, wobei gleiche Mengen an Brennstoff in den Luftstrom durch jede der gleichmäßig beabstandeten Brennstoffinjektionspassagen injiziert werden. Der Brennstoff und die Luft wirbeln um den Zentralkörper und werden in der Mischkammer innig miteinander vermischt. Die Brennstoff-Luft-Mischung strömt in Längsrichtung nach hinten und wird in eine Maschinenbrennkammereinrichtung abgegeben, wo die Mischung entzündet und verbrannt wird. Das innige Vorvermischen des Brennstoffs und der Luft in der Mischkammer verhindert eine NOx-Bildung, indem eine gleichförmig niedrige Verbrennungsflammentemperatur sichergestellt wird.
Trotz der vielen Verdienste der Tangentialeintrittsinjektoren, auf die vorangehend Bezug genommen wurde, sind sie nicht ohne Nachteile, die sie für manche Anwendungen unbefriedigend sein lassen. Ein Nachteil ist, dass die Brennstoffmischung in der Mischkammer ein Wandern der Verbrennungsflamme in die Mischkammer fördern kann, wo die Flamme schnell die Schnecken und den Zentralkörper beschädigen kann. Ein zweiter Nachteil steht mit der Tendenz der Flamme, räumlich unstabil zu sein, selbst wenn sie außerhalb der Mischkammer bleibt, in Beziehung. Die räumliche Instabilität manifestiert sich durch Fluktuationen in der Position der Flamme und begleitende niederfrequente akustische (d. h. Druck-) Schwingungen. Obwohl die akustischen Schwingungen möglicherweise nicht hörbar störend sind, kann deren sich wiederholender Charakter die Verbrennungskammer belasten und deren Nutzlebensdauer verringern. Die vorangehend bezeichneten Injektoren sind ineffektiv, die Verbrennungsflamme zu stabilisieren, und können deshalb zu einer schlechten Haltbarkeit der Brennkammereinrichtung beitragen.
Das Problem des Aufnehmens der Flamme in die Mischkammer kann durch einen speziell konturierten Zentralkörper abgeschwächt werden, wie er in den ebenfalls anhängigen Patentanmeldungen US 08/771,408 und US 08/771,409 der gleichen Anmelderin beschrieben ist, die beide am 20. Dezember 1996 eingereicht wurden. Der beschriebene Zentralkörper ist aerodynamisch konturiert, so dass die Brennstoff-Luft-Mischung in Längsrichtung mit einer Geschwindigkeit strömt, die hoch genug ist, einer Flammenaufnahme zu widerstehen, und das Auswerfen einer aufgenommenen Flamme fördert. Leider können diese wünschenswerten Eigenschaften des konturierten Zentralkörpers durch die niedrige Geschwindigkeit des Fluids in der an dem Zentralkörper anhaftenden Grenzschicht beeinträchtigt werden. Das trifft insbesondere zu, wenn das sich langsam bewegende Grenzschichtfluid sowohl Brennstoff als auch Luft beinhaltet. Außerdem hat man festgestellt, dass der konturierte Zentralkörper das Fluidströmungsfeld in der Mischkammer in einer Weise beeinflusst, welche die Gleichförmigkeit der in die Brennkammereinrichtung abgegebenen Brennstoft-Luft-Mischung stört. In der Folge ist eine potentiell schädigende räumliche Instabilität der Verbrennungsflamme verschärft und das volle Potential des Injektors zum Verhindern einer NOx-Bildung kann beeinträchtigt sein.
Benötigt wird ein Vorvermisch-Brennstoffinjektor, der eine NOx-Bildung verhindert, die Verbrennungsflamme außerhalb des Injektors räumlich stabilisiert und effektiv und zuverlässig einer Flammenaufnahme widersteht.
Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, einen Tangentialeintritts-Vorvermisch-Brennstoffinjektor und ein korrespondierendes Verfahren zum Vermischen von Brennstoff und Luft bereitzustellen, welche eine NOx-Bildung verhindern, die Verbrennungsflamme räumlich stabilisieren, einer Flammenaufnahme widerstehen und ein zuverlässiges Auswerfen der Flamme fördern.
Es ist ein weiteres Ziel, einen Injektor bereitzustellen, dessen physische Merkmale harmonisch zusammenwirken, so dass den Merkmalen zuweisbare Vorteile nicht durch begleitende Nachteile oder durch irgendwelche anderen Merkmale beeinträchtigt werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Brennstoffinjektor bereitgestellt, wie er in Anspruch 1 definiert ist, aufweisend eine Anordnung von Brennstoffinjektionspassagen zum Injizieren von Primärbrennstoff ungleichförmig über die Länge eines Tangential-Lufteintrittsschlitzes.
Es kann ein flammenauswerfender, flammenstabilisierender Zentralkörper vorgesehen sein, der als Merkmal eine breite Spitze hat, die mit der Abgabeebene des Injektors ausgerichtet ist und die mindestens eine Abgabeöffnung zum Abgeben eines brennbaren Fluids in die Brennkammereinrichtung an der Injektorabgabeebene hat.
Das brennbare Fluid kann ein Sekundärbrennstoff, vorzugsweise gasförmiger Brennstoff sein oder kann eine Mischung aus Sekundärbrennstoff und Sekundärluft sein.
In einer Ausführungsform des Brennstoffinjektors weist die Primärbrennstoff-Passagenanordnung Passagen von mindestens zwei unterschiedlichen Typen auf, wobei sich jeder Passagentyp von dem anderen Passagentyp durch seine Fähigkeit zum Injizieren von Brennstoff unterscheidet. Die Passagen sind über die Länge des Eintrittsschlitzes verteilt, so dass die Verteilung der Passagentypen im wesentlichen periodisch ist. In einer detaillierten Ausführungsform sind die Passagentypen gewählt und Passagen sind so verteilt, dass Primärbrennstoff nicht in die an dem Zentralkörper anhaftende sich langsam bewegende Grenzschicht eindringt.
Die breite Spitze des Zentralkörpers, die mit der Abgabeebene ausgerichtet ist und Öffnungen zum Abgeben von Sekundärbrennstoff oder Brennstoff und Luft hat, verankert die Verbrennungsflamme an der Abgabeebene des Brennstoffinjektors, so dass die Verbrennungsflamme außerhalb des Injektors bleibt, wo es unwahrscheinlich ist, dass sie den Zentralkörper oder die Schnecken beschädigt. Die Fähigkeit des breiten Zentralkörpers zum Verankern stabilisiert auch die Flamme räumlich, um akustische Schwingungen zu unterdrücken. Die in Längsrichtung ungleichförmige Injektion des Primärbrennstoffs kompensiert die Tendenz des speziell geformten, flammenauswerfenden Zentralkörpers, die Gleichförmigkeit der in die Brennkammereinrichtung abgegebenen Brennstoff-Luft-Mischung zu stören. Folglich verstärken die Auswahl und die Verteilung der Passagentypen die akustische Unterdrückung, die durch die breite Spitze des Zentralkörpers geleistet wird, trägt dazu bei, die NOx-Bildung zu unterdrücken und fördert die Widerstandsfähigkeit des Brennstoftinjektors gegen ei ne Flammenaufnahme und dessen Fähigkeit zum Auswerfen, indem ein Eindringen von Brennstoff in die Grenzschicht des Zentralkörpers verhindert wird.
Ein dem beschriebenen Brennstoffinjektor und den Verfahren zum Brennstoffluftvermischen zuweisbarer Vorteil ist eine verbesserte Brennstoffinjektorhaltbarkeit infolge der verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen eine Flammenaufnahme und der verbesserten Fähigkeit zum Auswerfen der Flamme. Ein weiterer Vorteil ist die verbesserte Haltbarkeit der Brennkammereinrichtung infolge der unterdrückten akustischen Schwingungen.
Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
1 ist eine Seitenschnittansicht eines Brennstoffinjektors der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht in der Richtung 2-2 von 1.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 1, die eine Anordnung von Brennstoffinjektionspassagen benachbart zu einem Tangential-Lufteintrittssschlitz zeigt.
4 ist eine Ansicht, die einen Zentralkörper ähnlich zu dem von 1 zeigt, der jedoch Mittel zum Einbringen von Sekundärluft in eine Sekundärbrennstoffleitung hat.
Es wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Ein Vorvermisch-Brennstoffinjektor 10 mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Brennstoffinjektorachse 12 weist eine vordere Abschlussplatte 14 und eine hintere Abschlussplatte 16 und mindestens zwei zylinderbogenförmige Schnecken 18 auf, die sich in Längsrichtung zwischen den Abschlussplatten erstrecken. Eine Brennstoffinjektor-Abgabeöffnung 20 erstreckt sich durch die hintere Abschlussplatte, und der hinterste Extrembereich der Abgabeöffnung definiert ei ne Brennstoffinjektor-Abgabeebene 22. Der äußere Umfang der Öffnung 20 ist von einem sich verjüngenden Einsatz 24 definiert, der an der hinteren Abschlussplatte mit Verriegelungsstiften 26 befestigt ist.
Die Schnecken und die Abschlussplatten begrenzen eine Mischkammer 28, die sich in Längsrichtung zu der Abgabeebene erstreckt und in der Brennstoff und Luft vorvermischt werden, bevor sie in einer Brennkammereinrichtung 30 hinter der Abgabeebene 22 verbrannt werden.
Die Schnecken 18 sind gleichförmig um die Brennstoffinjektorachse 12 beabstandet und jede Schnecke hat eine radial innere Oberfläche 32, welche auf die Brennstoffinjektorachse gerichtet ist. Jede innere Oberfläche ist eine Teilrotationsfläche um eine entsprechende Schnecken-Mittellinie 34a, 34b, die in der Mischkammer positioniert ist. So wie er hier verwendet wird, bedeutet der Begriff "Teilrotationsfläche" eine Fläche, die durch das Rotieren einer Linie um weniger als eine komplette Umdrehung um eine der Mittellinien 34a, 34b gebildet ist. Die Schnecken-Mittellinien sind parallel zu der Brennstoffinjektorachse und mit gleichem Abstand von dieser versetzt, so dass jedes benachbarte Paar von Schnecken einen zu der Injektorachse parallelen Eintrittsschlitz 36 definiert zum Einlassen eines Stroms von primärer Verbrennungsluft in die Mischkammer. Der Eintrittsschlitz erstreckt sich radial von der scharfen Kante 38 einer Schnecke zu der inneren Oberfläche 32 der benachbarten Schnecke. Jede scharfe Kante hat eine Dicke t, die ausreichend dünn ist, um eine Flamme abzuhalten, an der Kante anzuhaften. Eine typische Dicke beträgt etwa 0,02 bis 0,04 Inch (0,5 bis 1 mm).
Mindestens eine und vorzugsweise alle Schnecken weisen eine Brennstoffversorgungs-Verzweigungseinrichtung 40 und eine in Längsrichtung verteilte Anordnung von im wesentlichen radial gerichteten Brennstoffinjektionspassagen 42 zum Injizieren eines Primärbrennstoffs (vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff) in den Primärverbrennungsluftstrom auf, wenn dieser in die Mischkammer strömt. Zum Maximieren der für das Vermischen von Brennstoff und Luft zur Verfügung stehenden Zeit ist die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz benachbart. Vorzugsweise ist die Passagenanordnung umfangsmäßig mit der scharfen Kante 38 der gegenüberliegenden Schnecke ausgerichtet, kann jedoch um einen Winkel σ versetzt sein. Der Versatzwinkel σ kann bis zu 10° weg von der Mischkammer (in der 2 im Uhrzeigersinn) oder 20° in Richtung auf die Mischkammer (im Gegenuhrzeigersinn in 2) betragen.
Der Brennstoffinjektor weist auch einen Zentralkörper 48 auf, der sich von der vorderen Abschlussplatte nach hinten erstreckt. Der Zentralkörper hat eine Achse 50, eine Basis 52, eine Spitze 54 und eine Schale 60, deren radial äußere Oberfläche 62 von der Basis bis zur Spitze geht. Der Zentralkörper ist koaxial zur Brennstoffinjektorachse, so dass die Oberfläche 62 eine radial innere Begrenzung der Mischkammer 28 definiert. Die Basis 52 weist eine Reihe von Sekundärluftversorgungsöffnungen 64 auf, von denen jede umfangsmäßig mit einem Durchlass 66 in der vorderen Abschlussplatte ausgerichtet ist, so dass Sekundärluft in das innere des Zentralkörper strömen kann. Die Spitze 54 des Zentralkörpers ist breit, d. h. sie ist aufgeweitet und hat eine flache oder sanft abgerundete Fläche. Die Spitze ist im wesentlichen in Längsrichtung mit der Abgabeebene 22 ausgerichtet.
Die radial äußere Oberfläche 62 der Zentralkörperschale 60 weist einen abgerundeten Bereich 70 auf, der sich von der Basis 52 nach hinten erstreckt, und einen Stumpfbereich 72, der sich von dem gekrümmten Bereich in Richtung der Spitze erstreckt. Der Stumpfbereich kann ein zusammengesetzter Kegelstumpf sein, wie in der 1 gezeigt. Der Kegelstumpfwinkel θ₁ und der Einsatzwinkel θ₂ sind derart gewählt, dass die ringförmige Querschnittsfläche Ap der Abgabeöffnung 20 in Richtung nach hinten abnimmt oder wenigstens nicht zunimmt, um eine Fluidablösung von dem Einsatz 24 oder dem Stumpf 72 zu vermeiden. Der gekrümmte Bereich der Zentralkörperoberfläche ist vorzugsweise eine Oberfläche, die durch das Rotieren eines kreisförmigen Bogens A um die Zentralkörperachse 50 gebildet ist, der tangential zu dem Stumpfbereich 72 ist und einen Mittelpunkt hat, der radial außerhalb des Stumpfs liegt.
Das vordere Ende des Stumpfbereichs 72 passt in einen Kreis C (2), der in die Mischkammer 28 eingeschrieben ist und dessen Mittelpunkt 74 an der Brennstoffinjektorachse 12 ist. Da jedoch die Mischkammer in ihrem Quer schnitt nicht kreisförmig ist, muss der gekrümmte Bereich 70, der in Radialrichtung größer als der Stumpf ist, angepasst werden, dass er in die Kammer passt. Teile des Zentralkörpers ragen deshalb in jeden Eintrittsschlitz 36 und diese Teile werden maschinell bearbeitet, um aerodynamisch geformte Rampen 76 zu bilden. Die Rampen lenken das in den Schlitz 36 in der Nähe der Zentralkörper-Basis 52 eintretende Fluid weg von der Basis und auf den gekrümmten Bereich 70 des Zentralkörpers in der Mischkammer 28.
Eine Sekundärbrennstoffleitung 80 erstreckt sich in Längsrichtung durch den Zentralkörper und endet in einer Reihe von Zweigleitungen 82, die jeweils zu einer Brennstoffabgabeöffnung 84 in der Spitze des Zentralkörpers führen, um ein sekundäres brennbares Fluid in die Brennkammereinrichtung 30 zu injizieren. Das brennbare Fluid kann flüssiger oder gasförmiger Brennstoff oder in der nachfolgend beschriebenen alternativen Ausführungsform eine Mischung aus Brennstoff und Luft sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist das brennbare Fluid gasförmiger Brennstoff. Der Zentralkörper weist auch ein Sekundärluftrohr 86 auf, welches die Brennstoffleitung 80 umgibt und eine kontinuierliche Zufuhr von Sekundärverbrennungsluft durch die Durchlässe 66 und die Luftzufuhröffnungen 64 erhält. Eine oder mehrere interne Luftleitungen 88, die von den Zweigbrennstoffleitungen 88 umfangsmäßig versetzt sind, verbinden das Luftrohr mit einem Spitzenhohlraum 90. Eine Mehrzahl von Luftabgabeöffnungen 92 erstreckt sich von dem Hohlraum durch die breite Spitze, so dass die Sekundärluft in die Brennkammereinrichtung abgegeben werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform des Zentralkörpers, die man in der 4 sieht, weist eine Sekundärbrennstoffleitung 80' eine Brennstofflanze 81, auf die in einen Stamm 83 ragt. Die Brennstofflanze weist eine Reihe von Brennstoffzufuhröffnungen 85 auf und der Stamm weist einen Satz von Lufteinlässen 87 zum Einlassen des größten Teils der Sekundärluft in das innere des Stamms auf. Durch die Brennstofflanze zugeführter Brennstoff und durch die Einlässe eintretende Luft vermischen sich in dem Stamm miteinander, so dass das brennbare Fluid, welches durch Öffnungen 84' abgegeben wird, eine Mischung aus Sekundärbrennstoff und Sekundärluft ist. Zum Kühlen der Spitze strömt ein Teil der Sekundärluft durch innere Luftleitungen 88' und Luftabgabeöffnungen 92'.
Die Anordnung von primären Brennstoffinjektionspassagen ist derart konfiguriert, dass sie den Primärbrennstoff nicht gleichförmig über die Länge L des Eintrittsschlitzes injiziert. Um eine in Längsrichtung ungleichförmige Brennstoffinjektion zu erzielen, weist die Passagenanordnung Passagen von mindestens zwei verschiedenen Typen auf. Jeder Typ unterscheidet sich von dem anderen Typ durch seine Fähigkeit Primärbrennstoff in den primären Verbrennungsluftstrom zu injizieren. Beispielsweise können die Typen sich durch den Querschnitts-Strömungszumessquerschnitt der Passagen unterscheiden. Eine andere Art zum Unterscheiden der Passagentypen ist eine Brennstoffeindringtiefe, die, wie man am besten in der 3 erkennt, die radiale Tiefe d ist, die Brennstoff, der durch die Passagen injiziert wurde, in den tangential eintretenden Primärluftstrom eindringt. Unterschiede in der Brennstoffein-dringtiefe können erreicht werden, indem man Passagen mit unterschiedlichen Querschnitts-Strömungsquerschnitten verwendet, wobei in diesem Fall die Unterscheidung durch Strömungsquerschnitt und Eindringtiefe austauschbar sind. Verschiedene Brennstoff-Eindringtiefen können auch auf andere Weise erzielt werden, beispielsweise durch die Verwendung von Passagen mit gleichem Querschnitt, die mit Brennstoffzufuhreinrichtungen mit unterschiedlichen Drücken verbunden sind.
Zu unterschiedlichen Typen gehörende Passagen sind über die Länge L des Eintrittsschlitzes 36 verteilt, um Primärbrennstoff ungleichförmig über die Länge des Schlitzes zu verteilen. Eine mögliche Verteilung der Passagentypen ist eine, die über mindestens einen Teil der Länge des Eintrittsschlitzes im wesentlichen periodisch ist. Im Fall dass nur zwei Passagentypen verwendet werden, kann die Verteilung der Typen über mindestens einen Teil des Eintrittsschlitzes bipolar sein. So wie es hier verwendet wird, bedeutet "bipolar" eine Zwei-Typen-Verteilung, bei der jede Passage eine Passage entweder des gleichen Typs oder des anderen Typs zum Nachbarn hat. Die bipolare Verteilung kann periodisch oder unperiodisch sein. Eine spezielle bipolare Verteilung ist eine alternierende Verteilung, bei der jede Passagen Passagen der anderen Klasse zum Nachbarn hat. Spezielle Beispiele von periodischen, bipolaren und alternierenden Passagentypenverteilungen sind nachfolgend gezeigt, wobei die verschiedenen Passagentypen mit den Buchstaben "A", "B" und "C" bezeichnet sind:
Periodisch (drei Typen) A-B-C-A-B-C-A-B-C-A-B-CA-B-C; oder A-B-C-B-A-B-C-B-A-B-C-B-A-B-C;
Bipolar (unperiodisch) A-A-B-B-B-A-A-B-A-B-B-A-A-A-A;
Bipolar (periodisch) A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-A-A-A;
Alternierend A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A.
Durch das Verwenden einer Mehrtyp-Passagenanordnung, die Brennstoff ungleichförmig über die Länge des Eintrittsschlitzes 36 injiziert, kann die räumliche Gleichförmigkeit der von dem Brennstoffinjektor abgegebenen primären Brennstoff-Luft-Mischung eingestellt werden. Deshalb können wünschenswerte Merkmale, beispielsweise der vorangehend und ebenfalls in den anhängigen Anmeldungen 08/771,408 und 08/771,409 beschriebene flammenauswerfende Zentralkörper verwendet werden und irgendwelche begleitenden unerwünschten Störungen des Fluidströmungsfelds in der Mischkammer können durch ein ungleichförmiges Injizieren des primären Brennstoffs über die Länge der Eintrittsschlitze abgeschwächt werden.
Bei dem gezeigten Brennstoffinjektor unterscheiden sich die Passagentypen entweder durch die Brennstoffeindringtiefe d oder, korrespondierend, durch den Strömungszumessquerschnitt, da die Unterschiede bei der Eindringtiefe erzielt werden, indem man Passagen verwendet, die verschiedene Querschnitts-Strömungsquerschnitte haben. Die Passagen sind in Längsrichtung verteilt, so dass die Verteilung der Passagentypen entlang einem hinteren Abschnitt 94 des Eintrittsschlitzes (d. h. den Teil des Eintrittsschlitzes, der sich in Längsrichtung zumindest mit einem Teil des Zentralkörper-Stumpfs 72 gemeinsam erstreckt) im wesentlichen periodisch ist. Insbesondere verwendet der gezeigte Injektor zwei Typen von Passagen. Ein Typ c₁ zeichnet sich durch einen kleinen Strömungszumessquerschnitt und eine flache Brennstoffeindringtiefe aus, während der Typ c₂ sich durch einen großen Strömungszumessquerschnitt und eine tiefe Brennstoffeindringtiefe auszeichnet. Jede der acht Passagen vom Typ c₁ injiziert etwa 3,4% des Primärbrennstoffs und jede der sieben Passagen von Typ c₂ injiziert etwa 10,4% des Primärbrennstoffs. Die Verteilung von Passagentypen entlang des hinteren Abschnitts des Eintrittsschlitzes ist eine bipolare Verteilung und insbesondere eine alternierende Verteilung.
Die Passagentypen sind ausgewählt und verteilt nicht nur zur Verbesserung der räumlichen Gleichförmigkeit der von dem Brennstoffinjektor abgegebenen Brennstoff-Luft-Mischung sondern auch zum Vermeiden des Eindringens von Primärbrennstoff in die Grenzfluidschicht, die an den Zentralkörper anhaftet. Das Verhindern des Eindringens von Brennstoff in die sich langsam bewegende Grenzschicht verbessert die Widerstandsfähigkeit des Brennstoffinjektors gegen eine Flammenaufnahme und erleichtert seine Fähigkeit zum Auswerfen einer aufgenommenen Flamme. Generell ist die maximale Brennstofteindringtiefe der Passagenanordnung flach genug, um das Eindringen von primärem Brennstoff in die an den Zentralkörper anhaftende Fluidgrenzschicht zu verhindern. Primärbrennstoff wird am wahrscheinlichsten entlang des gekrümmten Bereichs 70 des Zentralkörpers in die Grenzschicht eindringen und nicht entlang des Stumpfbereichs 72, weil der gekrümmte Bereich radial näher an den Brennstoffinjektionspassagen ist. Deshalb sind die Passagen mit dem größten Strömungszumessquerschnitt und der tiefsten Eindringtiefe entlang eines vorderen Abschnitts 96 des Eintrittsschlitzes (d. h. dem Bereich des Eintrittsschlitzes, der sich in Längsrichtung mit dem gekrümmten Bereich 70 des Zentralkörpers gemeinsam erstreckt) ausgeschlossen. Folglich sind für die spezielle gezeigte Ausführungsform mit zwei Typen entlang des vorderen Abschnitts 96 des Eintrittsschlitzes 36 nur Passagen verteilt, die zu dem Typ c, mit kleinem Querschnittflacher Eindringtiefe gehören.
Zur Erzielung einer vollständigen Fluidvermischung und zum Verhindern des Eindringens von Brennstoff in die Zentralkörpergrenzschicht beträgt die Eindringtiefe d des Primärbrennstoffs mindestens 30% aber nicht mehr als 80% der Höhe H des Eintrittsschlitzes und bevorzugen mindestens 40% aber weniger als 70% der Schlitzhöhe. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass wenn das Eindringen von Fluid in den Bereich von 45% bis 60% der Passagenhöhe konzentriert ist, die Gleichförmigkeit der Brennstoff-Luft-Mischung, die von dem Injektor abgegeben wurde, akzeptabel, aber suboptimal ist. Folglich ist die empfohlene minimale Brennstoffeindringtiefe mindestens 40% aber nicht mehr als 45% der Schlitzhöhe und die empfohlene maximale Brennstoffeindringtiefe ist mindestens 60% aber nicht mehr als 70% der Schlitzhöhe.
Bei Betrieb gelangt Primärverbrennungsluft von dem Verdichter der Gasturbinenmaschine in die Mischkammer 28 durch die Eintrittsschlitze 36. Primärbrennstoff wird ungleichförmig über die Länge des Eintrittsschlitzes durch die Injektionspassagen 42 injiziert und beginnt, sich mit der Primärverbrennungsluft zu vermischen. Die Brennstoff-Luft-Mischung, die der Basis 52 des Zentralkörpers unmittelbar benachbart ist, wird durch die Rampen 76 an den gekrümmten Bereich 70 des Zentralkörpers in der Mischkammer 28 des Injektors gelenkt. Der gekrümmte Bereich dient als glatte Übergangsoberfläche, welche die in Tangentialrichtung eintretende Mischung in Längsrichtung in Richtung des Stumpfs 72 lenkt. Infolge der Form der Schnecken 18 bildet die primäre Brennstoff-Luft-Mischung einen ringförmigen Strom, der um den Zentralkörper 48 wirbelt, so dass der Brennstoff und die Luft sich weiterhin vermischen, wenn sich die ringförmige Strömung in Längsrichtung in Richtung zu der Brennstoffinjektor-Abgabeöffnung 20 weiter bewegt. Infolge der Gestalt des Zentralkörpers bleibt die Längsgeschwindigkeit des ringförmigen Brennstoffluftstroms hoch genug, um ein Wandern der Brennkammerflamme in die Mischkammer 28 und ein Anhaften an der äußeren Oberfläche 62 des Zentralkörpers zu verhindern.
Dabei wird in der Ausführungsform der 1 Sekundärbrennstoff durch die Brennstoffleitung 80 zugeführt und verlässt den Brennstoffinjektor durch die Brennstofföffnungen 84 in der breiten Zentralkörperspitze. Luft aus dem Verdichter der Maschine strömt durch die Durchlässe 66 und die Luftzufuhröffnungen 64 und in das Sekundärluftrohr 86. Die Sekundärluft verlässt den Brennstoffinjektor durch die Luftabgabeöffnungen 92 in der breiten Zentralkörper spitze. In der alternativen Ausführungsform der 4 gelangt Sekundärbrennstoff von der Brennstofflanze 81 in den Stammbereich 83 der Brennstoffleitung 80' und dabei gelangt Sekundärluft in den Stamm durch Einlässe 87. Der Brennstoff und die Luft vermischen sich in dem Stamm, so dass ein Brennstoff-Luft-Mischung durch Öffnungen 84' abgegeben wird. Ein Teil der Sekundärluft strömt durch interne Luftleitungen 88' und Luftabgabeöffnungen 92'. Bei beiden Ausführungsformen ist die Zentralkörperspitze breit und somit definitionsgemäß der Lage, die Brennkammerflamme zu verankern. Das Eindringen von Brennstoff und Luft durch die Öffnungen in die breite Spitze fördert ein Verankern der Flamme an der Spitze. Da die breite Spitze in Längsrichtung im wesentlichen mit der Injektorabgabeebene ausgerichtet ist, erfolgt die Verbrennung hinter der Abgabeebene und besonders bevorzugt in einer Flamme, die im wesentlichen an der Abgabeebene verankert ist und nicht im Inneren des Injektors, wo die Flamme schnell den Injektor beschädigen würde. Die räumliche Stabilität der verankerten Flamme trägt merklich zu den verbesserten akustischen Eigenschaften Brennkammereinrichtung bei.
In ihren bevorzugten Ausführungsformen erhöht die vorliegend Erfindung die Nutzlebensdauer des Zentralkörpers 48, indem sie die Axialgeschwindigkeit der um den Zentralkörper wirbelnden Brennstoff-Luft-Mischung signifikant erhöht und sicherstellt, dass Brennstoff nicht in die sich langsam bewegende Grenzschicht des Zentralkörpers gelangt. Die erhöhte Axialgeschwindigkeit ergibt sich aus dem gekrümmten Bereich 70, der verhindert, dass Luft, die in die Mischkammer 28 durch die Eintrittsschlitze 36 unmittelbar der Basis 52 benachbart eintritt, mit wenig oder keiner Longitudinalgeschwindigkeit rezirkuliert und ergibt sich von dem Stumpfbereich 70, der die Längsgeschwindigkeit in der ringförmigen Strömung bei einer Geschwindigkeit hält, die ein Anhaften einer Flamme an den Zentralkörper 48 verhindert und tendenziell die Flamme auswirft, wenn sie an den Zentralkörper festmacht. Die Fähigkeit zum Auswerfen der Flamme und die Widerstandsfähigkeit gegen eine Aufnahme werden durch die Auswahl und die Verteilung der Brennstoffinjektionspassagentypen verstärkt, um ein Eindringen von Brennstoff in die Grenzschicht des Zentralkörpers zu vermeiden.
Verbesserungen in der Injektorlebensdauer sind auch dem breiten Zentralkörper zuweisbar, der in Längsrichtung mit der Abgabeebene 22 ausgerichtet ist und Brennstoffabgabeöftnungen hat, um Brennstoff in die Brennkammer abzugeben. Der breite Zentralkörper dient als eine Oberfläche, die in der Lage ist, die Flamme zu verankern, so dass es zu einer Verbrennung außerhalb des Injektors und nicht innerhalb davon kommt. Der breite Zentralkörper verbessert auch die Haltbarkeit der Brennkammereinrichtung indem er ein Verankern der Flamme an der Spitze fördert, so dass akustische Oszillationen der Brennkammereinrichtung verringert sind. Die Haltbarkeit der Brennkammereinrichtung ist auch verstärkt durch eine in Längsrichtung ungleichförmige Injektion von Primärbrennstoff, was die Gleichförmigkeit der primären Brennstoff-Luft-Mischung verbessert, die durch die Injektorabgabeöffnung abgegeben wird, und deshalb zur Flammenstabilität und zu abgeschwächten akustischen Schwingungen beiträgt.
Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf eine detaillierte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Änderungen in deren Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen ausgeführt ist.

Claims

Brennstoffinjektor (10) für eine Gasturbinenmaschinen-Brennkammereinrichtung, aufweisend: eine vordere Abschlussplatte (14) und eine hintere Abschlussplatte (16), die von der vorderen Abschlussplatte beabstandet ist, wobei die hintere Abschlussplatte eine Brennstoffinjektorabgabeöffnung (20) hat, welche sich durch diese erstreckt, wobei die Abgabeöffnung einen hinteren Extrembereich hat, der eine Brennstoffinjektorabgabeebene (22) definiert; mindestens zwei zylinderbogenförmige Schnecken (18), die sich in Längsrichtung zwischen der vorderen Abschlussplatte (14) und der hinteren Abschlussplatte (16) erstrecken und mit den Abschlussplatten kooperieren, um eine Mischkammer (28) zu begrenzen, wobei jede Schnecke eine Teilrotationsoberfläche um eine entsprechende Schneckenmittellinie (34a, 34b) definiert, wobei die Schneckenmittellinien parallel zu einer sich in Längsrichtung erstrekkenden Brennstoffinjektorachse (12) sind und mit gleichem Abstand von dieser versetzt sind, so dass jedes benachbarte Paar von Schnecken einen Eintrittsschlitz (36) parallel zu der Achse definiert, um einen Strom von primärer Verbrennungsluft in die Mischkammer (28) einzulassen, wobei mindestens eine der Schnecken eine in Längsrichtung verteilte Anordnung von Brennstoffinjektionspassagen (42) zum Injizieren eines Primärbrennstoffs in den primären Verbrennungsluftstrom aufweist, wobei die Passagenanordnung so gestaltet ist, dass sie den Primärbrennstoff ungleichförmig über die Länge des Eintrittsschlitzes (36) injiziert; und einen Zentralkörper (48) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Schale (60) mit einer radial äußeren Oberfläche (62), wobei der Zentralkörper zu der Brennstoffinjektorachse (12) koaxial ist und eine radial innere Begrenzung der Mischkammer (28) definiert.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, wobei der Zentralkörper (48) ferner eine sich in Längsrichtung erstreckende Zentralkörperachse (50), eine Basis (52) und eine breite Spitze (54) aufweist, wobei sich die radial äußere Oberfläche (62) in Längsrichtung von der Basis zu der Spitze erstreckt, wobei die Spitze im wesentlichen in Längsrichtung mit der Abgabeebene (22) ausgerichtet ist, und wobei der Zentralkörper eine Brennstoffleitung (80, 80') hat, die sich durch diesen erstreckt und in Verbindung mit mindestens einer der Brennstoffabgabeöffnungen (84; 84') in der Spitze zum Injizieren eines brennbaren Fluids in die Brennkammereinrichtung (30) ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zentralkörper-Schalenoberfläche (60) einen gekrümmten Bereich (70), welcher sich von der Basis (52) nach hinten erstreckt, und einen Stumpfbereich (72) aufweist, der sich von dem gekrümmten Bereich in Richtung zu der Spitze (54) nach hinten erstreckt.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und Passagen (42) von mindestens zwei unterschiedlichen Typen aufweist, wobei jeder Typ durch seine Fähigkeit zum Injizieren von Brennstoff in den primären Verbrennungsluftstrom gekennzeichnet ist, wobei die Passagen über die Länge des Eintrittsschlitzes verteilt sind, so dass die Verteilung der Passagentypen über mindestens einen Bereich der Länge des Eintrittsschlitzes im wesentlichen periodisch ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und Passagen (42) von zwei verschiedenen Typen aufweist, wobei jeder Typ durch seine Fähigkeit zum Injizieren von Brennstoff in den primären Verbrennungsluftstrom gekennzeichnet ist, wobei die Passagen über die Länge des Eintrittsschlitzes verteilt sind, so dass die Verteilung der Passagentypen über mindestens einen Bereich der Länge des Eintrittsschlitzes bipolar ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 5, wobei die Verteilung der Passagentypen über mindestens einem Bereich der Länge des Eintrittsschlitzes (36) alternierend ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei jede Passage (42) einen Fluidströmungszumessquerschnitt hat und wobei die Typen durch den Zumessquerschnitt gekennzeichnet sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei der Primärbrennstoff, der durch eine jede Brennstoffinjektionspassage (42) injiziert wird, eine Brennstoffeindringtiefe (d) in den Primärluftstrom hat, und wobei die Passagentypen durch die Eindringtiefe (d) gekennzeichnet sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 3, wobei der Eintrittsschlitz (36) einen vorderen Abschnitt (96), der sich in Längsrichtung mit dem gekrümmten Bereich (70) des Zentralkörper (48) gemeinsam erstreckt, und einen hinteren Abschnitt (94) hat, der sich in Längsrichtung mit dem Stumpfbereich (72) des Zentralkörpers gemeinsam erstreckt, wobei die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und mindestens zwei Typen von Passagen (42) aufweist, wobei sich die Typen voneinander durch den Fluidströmungszumessquerschnitt der Passagen unterscheiden, und wobei die Passagen (42) in Längsrichtung verteilt sind, so dass die Verteilung der Passagentypen entlang des hinteren Abschnitts (94) des Eintrittsschlitzes im wesentlichen periodisch ist, und derart, dass Passagen, die zu dem Passagentyp mit dem größten Zumessquerschnitt gehören, entlang des vorderen Abschnitts (96) des Eintrittsschlitzes ausgeschlossen sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 3, wobei der Eintrittsschlitz (36) einen vorderen Abschnitt (96), der sich in Längsrichtung mit dem gekrümmten Bereich (70) des Zentralkörpers (48) gemeinsam erstreckt, und einen hinteren Abschnitt (94) hat, der sich mit dem Stumpfbereich (72) des Zentralkörpers in Längsrichtung gemeinsam erstreckt, wobei die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und zwei Typen von Passagen (42) aufweist, wobei ein Typ einen kleinen Fluidströmungszumessquerschnitt und der andere Typ einen großen Zumessquerschnitt hat, wobei die Verteilung der Passagentypen in Längsrichtung entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes bipolar ist, und nur Passagen des Typs mit kleinem Querschnitt entlang dem vorderen Abschnitt (96) des Eintrittsschlitzes verteilt sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 10, wobei die Verteilung der Passagentypen (42) entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes (36) alternierend ist.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 3, wobei der durch jede Injektionspassage (42) injizierte Primärbrennstoff eine Brennstofteindringtiefe (d) in den primären Verbrennungsluftstrom hat, wobei der Eintrittsschlitz (36) einen vorderen Abschnitt (96), der sich in Längsrichtung mit dem gekrümmten Bereich (70) des Zentralkörpers (48) gemeinsam erstreckt, und einen hinteren Abschnitt (94), der sich in Längsrichtung mit dem Stumpfbereich (72) des Zentralkörpers gemeinsam erstreckt, hat, wobei die Passagenanordnung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und mindestens zwei Typen von Passagen (42) aufweist, wobei sich die Typen voneinander durch die Brennstoffeindringtiefe (d) der Passagen unterscheiden, und wobei die Verteilung der Passagentypen in Längsrichtung im wesentlichen periodisch entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes ist, und wobei Passagen, die zu dem Typ mit der tiefsten Eindringtiefe (d) gehören, entlang dem vorderen Abschnitt (96) des Eintrittsschlitzes ausgeschlossen sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 3, wobei der durch jede Injektionspassage (42) injizierte Primärbrennstoff eine Eindringtiefe (d) in den primären Verbrennungsluftstrom hat, wobei der Eintrittsschlitz einen vorderen Abschnitt (96), der sich in Längsrichtung gemeinsam mit dem gekrümmten Bereich (70) des Zentralkörpers erstreckt, und einen hinteren Abschnitt (94), der sich in Längsrichtung gemeinsam mit dem Stumpfbereich (72) des Zentralkörpers erstreckt, hat, wobei die Passagenanordung dem Eintrittsschlitz (36) benachbart ist und zwei Typen von Passagen (42) aufweist, wobei ein Typ eine kleine Brennstoffeindringtiefe (d) hat und der andere Typ eine große Brennstoffeindringtiefe (d) hat, wobei die Verteilung der Passagentypen in Längsrichtung bi polar entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes (36) ist, und nur Passagen des Typs mit kleiner Eindringtiefe entlang dem vorderen Abschnitt (96) des Eintrittsschlitzes verteilt sind.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 13, wobei die Verteilung der Typen von Passagen (42) entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes (36) alternierend ist.
Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8, 12, 13 oder 14, wobei die minimale Brennstoffeindringtiefe (d) der Passagenanordnung mindestens etwa 30% und bevorzugter mindestens etwa 40% der Höhe des Eintrittsschlitzes (36) ist und die maximale Eindringtiefe nicht mehr als etwa 80% und vorzugsweise nicht mehr als etwa 70% der Höhe des Eintrittsschlitzes ist.
Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 8, 12, 13 oder 14, wobei die minimale Brennstoffeindringtiefe (d) der Passagenanordnung mindestens etwa 40% und nicht mehr als etwa 45% der Höhe des Eintrittsschlitzes (36) ist, und wobei die maximale Eindringtiefe der Passagenanordnung mindestens etwa 60 % und nicht mehr als etwa 70% der Höhe des Eintrittsschlitzes ist.
Brennstoffinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die maximale Brennstoffeindringtiefe (d) der Passagenanordnung gering genug ist, um ein Gelangen von Primärbrennstoff an die Fluidgrenzschicht auszuschließen, die an dem Zentralkörper (48) anhaftet.
Brennstoffinjektor nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 17, sofern dieser von Anspruch 3 abhängig ist, wobei der gekrümmte Bereich (70) der Schalenoberfläche (62) ein Teil einer Oberfläche ist, die durch das Rotieren eines Kreises um die Brennstoffinjektorachse (12) gebildet ist, wobei der Kreis tangential zu dem Stumpfbereich (72) der Schalenoberfläche ist und einen Mittelpunkt hat, der radial außerhalb des Stumpfbereichs (72) ist.
Brennstoffinjektor für eine Gasturbinenmaschinenbrennkammereinrichtung nach Anspruch 3, sofern dieser von Anspruch 2 abhängig ist, wobei der Brennstoffinjektor auch ein Sekundärluft-Rohr (80; 80') zum Einlassen von sekundärer Verbrennungsluft in das Innere des Zentralkörpers (48) und mindestens eine Luftabgabeöftnung (84; 84') in der Zentralkörperspitze (54) zum Abgeben der sekundären Verbrennungsluft in die Brennkammereinrichtung (30) aufweist; wobei der Eintrittsschlitz (36) einen vorderen Abschnitt (96), der sich in Längsrichtung gemeinsam mit dem gekrümmten Bereich (70) des Zentralkörpers (48) erstreckt, und einen hinteren Abschnitt (94), der sich in Längsrichtung mit dem Stumpfbereich (72) des Zentralkörpers erstreckt, aufweist, wobei die Passagenanordnung Passagen (42) mit einem kleinen Fluidströmungszumessquerschnitt und andere Passagen (42) mit einem großen Zumessquerschnitt aufweist, wobei die Passagen mit kleinem und großem Querschnitt entlang dem hinteren Abschnitt (94) des Eintrittsschlitzes (36) alternieren und wobei nur Passagen mit kleinem Querschnitt entlang dem vorderen Abschnitt (96) des Eintrittsschlitzes vorgesehen sind.
Brennstoffinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brennstoffinjektionspassagen (42) dem Eintrittsschlitz (36) benachbart sind.
Brennstoffinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das brennbare Fluid ein gasförmiges Fluid ist.
Brennstoffinjektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennstoffinjektor ein Sekundärluftrohr (80) zum Strömen von sekundärer Verbrennungsluft durch das Innere des Zentralkörpers (48) und mindestens eine Luftabgabeöffnung (84) in der Zentralkörperspitze zum Abgeben der sekundären Verbrennungsluft in die Brennkammereinrichtung (30) aufweist.
Brennstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der Brennstoffinjektor eine Sekundärluft-Leitung (80') zum Strömen von sekundärer Verbrennungsluft durch das Innere des Zentralkörpers (48) und eine Einrichtung zum Einbringen der Sekundärluft in die Brennstoffleitung aufweist, so dass das brennbare Fluid eine Mischung aus Sekundärbrennstoff und Luft ist.
Verfahren zum Verbrennen von Brennstoff in der Brennkammereinrichtung (30) einer Gasturbinenmaschine, aufweisend: Bereitstellen eines Brennstoffinjektors (10) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Brennstoffinjektorachse (12), wobei der Brennstoffinjektor aufweist: eine vordere Abschlussplatte (14) und eine hintere Abschlussplatte (16), die in Längsrichtung von der vorderen Abschlussplatte beabstandet ist, wobei die hintere Abschlussplatte eine Brennstoffinjektorabgabeöffnung (20) hat, welche sich durch diese erstreckt, wobei die Abgabeöffnung einen hinteren Extrembereich hat, der eine Brennstoffinjektorabgabeebene (22) definiert; mindestens zwei zylinderbogenförmige Schnecken (18), welche sich in Längsrichtung zwischen der vorderen Abschlussplatte (14) und der hinteren Abschlussplatte (16) erstrecken und mit den Endplatten kooperieren, um eine Mischkammer (28) zu begrenzen, wobei jedes benachbare Paar von Schnecken einen Eintrittsschlitz (36) parallel zu der Brennstoffinjektorachse (12) zum Einlassen eines Stroms aus primärer Verbrennungsluft in die Mischkammer (28) definiert, wobei mindestens eine der Schnecken Mittel zum Injizieren eines primären Brennstoffs in den primären Verbrennungsluftstrom hat; und einen Zentralkörper (48) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Zentralkörperachse (50), einer Basis (52), einer Spitze (54) und einer Schale (60) mit einer radial äußeren Oberfläche (62), welche sich in Längsrichtung von der Basis zu der Spitze erstreckt, wobei der Zentralkörper koaxial zu der Brennstoffinjektorachse (12) ist und eine radial innere Begrenzung der Mischkammer (28) definiert; Einlassen von primärer Verbrennungsluft tangential in die Mischkammer mittels des Eintrittsschlitzes (36); Injizieren von Primärbrennstoff in die Primärluft ungleichförmig entlang der Länge des Eintrittsschlitzes und gleichzeitig mit dem Einbringen der Primärluft; und Wirbeln der Primärluft und des Primärbrennstoffs um den Zentralkörper und dabei Fließenlassen der Primärluft und des Primärbrennstoffs in Richtung zur Abgabeebene; und Verbrennen des Primärbrennstoffs hinter der Abgabeebene (22).
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Primärbrennstoff in einer Flamme verbrannt wird, die im wesentlichen an der Abgabeebene (22) verankert ist.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei der Schritt des Wirbelns der Primärluft und des Primärbrennstoffs das Strömenlassen der Primärluft und des Primärbrennstoffs in Richtung zu der Abgabeebene (22) mit einer Longitudinalgeschwindigkeit beinhaltet, die ein Verweilen der Flammen in der Mischkammer (28) verhindert.
Verfahren nach Anspruch 24, 25 oder 26, wobei der Primärbrennstoff in einer Flamme verbrannt wird, die im wesentlichen an der Abgabeebene (22) verankert ist.