DE69919764T2 - Brennkammer - Google Patents

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Shigemi Arai-cho Mandai
Koichi Arai-cho Nishida
Masataka Arai-cho Ota
Satoshi Arai-cho Tanimura
Kotaro Arai-cho Miyauchi
Mitsuru Arai-cho Inada
Shinji Arai-cho Akamatsu
Hideki Arai-cho Haruta
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Eine solche Brennkammer ist in den 6 und 7 gezeigt. Die Brennkammer ist zur Anwendung auf eine Gasturbine geeignet, die entsprechend einer Belastung laufen kann, indem eine Flamme innerhalb eines Flammhaltekonus gehalten wird, der in einem an seinem Vorderende zu einer Brennkammer hin offenen Innenzylinder angeordnet ist, und indem mehrere Hauptdüsen gezündet und gelöscht werden, um gemäß der Last aktiviert und inaktiviert zu werden, wodurch die Anzahl aktiver Hauptdüsen geändert wird.
  • Stand der Technik
  • Im Stand der Technik ist eine Gasturbine mit einer Brennkammer eingesetzt worden, die gemäß einer bestimmten Last laufen kann, indem eine im zentralen Abschnitt eines an seinem Ende zu einer Brennkammer hin offenen Innenzylinders angeordnete Pilotdüse, die vorne einen sich an seinem Vorderendabschnitt zur Vorderseite des Innenzylinders hin öffnenden Flammhaltekonus aufweist, und indem mehrere Hauptdüsen aneinandergrenzend um den Außenumfang der Pilotdüse so angeordnet sind, dass irgendeine oder alle Hauptdüse(n) gemäß einer Fluktuation der Last aktiviert werden können, angeordnet ist.
  • In einer zur Erzeugung elektrischer Energie zu verwendenden Gasturbine wird/werden beispielsweise irgendeine oder alle der Hauptdüsen zur Nachtzeit mit einem geringeren Energiebedarf inaktiviert, aber die Hauptdüsen in der einer (bestimmten) Last entsprechenden Anzahl werden mit einer Flamme gezündet, die in einem Flammhaltekonus zur Tageszeit mit einem höheren Energiebedarf gestartet und gezündet wird, so dass die Gasturbine entsprechend der Last betrieben werden kann.
  • 6 zeigt einen Aufbau einer Brennkammer, die in einer solchen Gasturbine nach dem Stand der Technik eingesetzt wird.
  • Wie in 6 gezeigt ist, ist eine Pilotdüse 02 an der Achse eines Innenzylinders 01 mit einer zylindrischen Form angeordnet, der an seinem Hinterendabschnitt an einer Trennwand 011 befestigt ist. Um den Außenumfang der Pilotdüse 02 sind allgemein parallel mit der Pilotdüse 02 acht Hauptdüsen 03 angeordnet, die mit einem gleichen umfangsmäßigen Abstand angeordnet sind und die ebenfalls an ihren Hinterendabschnitten an der Trennwand 011 befestigt sind.
  • In dem Innenzylinder 01 ist andererseits über dem Innenzylinder 01 eine Basisplatte 04 quer angebracht, die mit Durchgangslöchern 05 zum Zuführen eines von der Pilotdüse 02 und den Hauptdüsen 03 eingespeisten Brennstoffs F versehen ist, einem Luftstrom A zum Erstellen eines Gemischs M durch dessen Vermischen mit dem Brennstoff F und einem Kühlluftstrom A. Die Trennwand 011, der Innenzylinder 01 und die Basisplatte 04 bilden einen Gebläsekasten 06 um die Pilotdüse 02 und die Hauptdüsen 03 herum.
  • Vor der Pilotdüse 02 ist außerdem ein Flammhaltekonus 014 angeordnet, der an seinem Hinterendabschnitt an der Basisplatte 04 befestigt ist und sich von der Basisplatte 04 in einer Kegelstumpfform mit auseinandergehender Vorderseite erstreckt. Der Flammhaltekonus 014 ist vor dem Innenzylinder 01 geöffnet, so dass das Gemisch M des Brennstoffs F, das die Durchgangslöcher 05 passiert hat, und der Luftstrom A gezündet werden können, um eine später beschriebene Vorgemischflamme 013 vor dem Innenzylinder 01 und in einer Brennkammer 018 herzustellen.
  • Um die einzelnen Außenumfänge der Pilotdüse 02 und jeder Hauptdüse 03 sind andererseits ein Pilotdüsen-Außenzylinder 09 und ein Hauptdüsen-Außenzylinder 010 angeordnet, die individuell an ihren Vorderenden geöffnet sind, um mit den Durchgangslöchern 05 der Basisplatte 04 zu kommunizieren, und die an den Innenseiten ihrer Hinterenden mit einem Pilot-Verwirbelungselement 07 und einem Hauptverwirbelungselement 08 zum Verwirbeln der in den Gebläsekasten 06 eingeleiteten Luftströmung A ausgestattet sind.
  • In einer so aufgebauten Brennkammer 012 für die Gasturbine nach dem Stand der Technik wird der Brennstoff F, wenn er vor der Basisplatte 04 von der Pilotdüse 02 eingespeist wird, mit der Wirbelströmung des Luftstroms A gemischt, der von dem Gebläsekasten 06 eingeleitet wird, und durch das Pilot-Verwirbelungselement 07 so verwirbelt, dass er durch die Innenseite des Pilotdüsen-Außenzylinders 09 zur Vorderseite der Basisplatte 04 geleitet wird, um dadurch das Gemisch M herzustellen. Dieses Gemisch M wird durch den nicht gezeigten Zünder gezündet, der an der Rückseite im Flammhaltekonus 014 angeordnet ist, so dass die Vorgemischflamme 013 zu jeder Zeit an einer Position von der Innenseite des Innenzylinders 01 vor dem Flammhaltekonus 014 zur Innenseite der Brennkammer 018 gehalten werden kann.
  • Andererseits wird der Brennstoff F, wenn er von den Hauptdüsen 03 zur Vorderseite der Basisplatte 04 geleitet wird, mit der Wirbelströmung des Luftstroms A gemischt, der ebenfalls von dem Gebläsekasten 06 eingeleitet und durch das Hauptverwirbelungselement 08 verwirbelt wird, und der durch die Innenseite der Hauptdüsen-Außenzylinder 010 zur Vorderseite der Basisplatte 04 geleitet wird, wodurch das Gemisch M zubereitet wird. Dieses Gemisch M wird mit der vorgenannten Vorgemischflamme 013 gezündet, so dass die Hauptdüsen 03 aktiviert werden, um ein Verbrennungsgas G hoher Energie zur Erzeugung einer Antriebskraft zu erzeugen.
  • In der in der Gasturbine nach dem Stand der Technik verwendeten Brennkammer 012 kann es jedoch zu einer Stagnatoin oder einem Rückstrom in der sogenannten "Hauptverwirbelungszone 015" zwischen der Basisplatte 04 und der Öffnung des sich vor und nahe der Basisplatte 04 öffnenden Hauptdüsen-Außenzylinders 010 kommen. In diesem Fall kann bei aktiver Hauptdüse 03 die Vorgemischflamme 013, die innerhalb des Innenzylinders 01 vor dem Flammhaltekonus 014 erzeugt wird, sich zu der Hauptverwirbelungszone 015 hin fortsetzen, um das Gemisch M zu zünden, das um die Öffnung des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 herum zu der Hauptverwirbelungszone 015 geströmt ist, zu zünden, wodurch die heiße Vorgemischflamme 013 unmittelbar vor der Basisplatte 04 gebildet wird. Obwohl nur eine Hauptverwirbelungszone 015 in 6 gezeigt ist, um die Komplexität der Darstellung zu vermeiden, kann sie um irgendeine der Öffnungen der Hauptdüsen-Außenzylinder 010 der Hauptdüsen 03 im aktiven Stadium gebildet werden.
  • Infolgedessen ist speziell die Bildung der Vorgemischflamme vor der Basisplatte 04 markant, wenn die acht Hauptdüsen 03 aktiv sind, d.h. wenn die Brennkammer 012 der Gasturbine unter voller Last arbeitet.
  • Die als Vorgemischflamme 013 zu bildende heiße Vorgemischflamme 013 bewegt sich vor der Basisplatte 04, und wenn sie unmittelbar vor der Basisplatte 04 gebildet wird, nämlich in der sogenannten "Hauptverwirbelungszone 015", kommt es zu ernsthaften Verbrennungen der Hauptdüsen 03 und der Basisplatte 04, wodurch die Lebensdauer der Brennkammer 012 verkürzt wird.
  • Als nächstes zeigt 7 ein Beispiel der Hauptdüse nach dem Stand der Technik, die um den Außenumfang der Pilotdüse herum angeordnet ist.
  • In der Wandfläche der Hauptdüse 03 von 7 stromab der Position des Hauptverwirbelungselements 08 sind mehrere oder vier Brennstoffdüsenöffnungen 025 zur Zubereitung des Gemischs M durch Einspritzen des Brennstoffs F in den Luftstrom A ausgebildet, der in den Hauptdüsen-Außenzylinder 010 von dem Gebläsekasten 06 eingetreten ist und von dem Hauptverwirbelungselement 08 verwirbelt wurde.
  • In jede Hauptdüse 03 gemäß 7 wird der Brennstoff F von den Brennstoffdüsenöffnungen 025, die in der Wandfläche der Hauptdüse 03 ausgebildet sind, in den Hauptdüsen-Außenzylinder 010 eingespritzt, und wird durch das Hauptverwirbelungselement 08 so verwirbelt, dass es zur Bildung des Gemischs M mit dem Luftstrom A in dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 gemischt wird. Dieses Gemisch M wird, wenn es von dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 in die Brennkammer 018 strömt, mit der in der Pilotdüse 07 gebildeten Vorgemischflamme 013 gezündet, so dass das Verbrennungsgas G von hoher Energie erzeugt wird.
  • Im Fall der Hauptdüse 03, die stromab des Hauptverwirbelungselements 08 angeordnet ist, um den Brennstoff F von den in der Wandfläche der Hauptdüse 03 gemäß 7 ausgebildeten Brennstoffdüsenöffnungen 025 einzuspritzen, hat das in der Umgebung des Ausgangs des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 zubereitete Gemisch M jedoch eine Tendenz, zu einem Gemisch M mit hoher Konzentration des Brennstoffs F in seinem zentralen Teil zu werden. Um eine Durchdringung des Brennstoffs F zu erzielen, die zu einer effizienten Durchmischung des Brennstoffs mit dem Luftstrom A nötig ist, der durch das Hauptverwirbelungselement 08 verwirbelt wird, um in den Hauptdüsen-Außenzylinder 010 zu strömen, ist es außerdem nötig, den Brennstoff F mit hoher Geschwindigkeit aus den Brennstoffdüsenöffnungen 025 in den Luftstrom A in den Hauptdüsen-Außenzylinder 010 einzuspritzen. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass der Druck zur Zufuhr des Brennstoffs F ins Innere der Hauptdüse 03 hoch eingestellt werden muss.
  • US-A-2 824 603 offenbart eine Brennkammer mit einem zentralen Führungsrohr, das eine Hilfsbrennstoff-Verbrennungsvorrichtung oder einen Pilotbrenner und mehrere in umfangsmäßig beabstandeten Positionen um die Achse des Hilfs-Führungsrohrs angeordnete Brennerköpfe aufnehmen kann. Jeder Brennerkopf hat einen länglichen Aufbau und ist mit einem Schlitz versehen, durch den ein Hauptteil eines gasförmigen Brennstoffgemischs ausgestoßen wird. Die Seitenwände des Brennerkopfs sind mit konkaven Außenflächen ausgebildet, in denen kleine Austragsöffnungen vorgesehen sind, durch die ein kleiner Teil des Gas-Luftgemischs ausgestoßen wird, so dass die jeweiligen Brennstoffstrahlen, die durch diese Öffnungen austreten, aufeinandertreffen. Das Vorderende der Brennerköpfe ist fluchtend mit dem Vorderendabschnitt der Öffnung des Hilfsführungsrohrs.
  • ABRISS DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer bereitzustellen, welche einen Nachteil der Brennkammer nach dem Stand der Technik beseitigt, nämlich dass deren Lebensdauer durch die unmittelbar vor der vorgenannten Basisplatte auftretende Vorgemischflamme verkürzt wird, und dadurch die Lebensdauer bzw. Standzeit zu verlängern. Selbst wenn alle Hauptdüsen aktiv sind, so dass die Vorgemischflamme vorwiegend vor der Basisplatte gebildet wird, um eine hohe Temperatur zu erzeugen, wird daher das Gemisch des von der Hauptdüse in die Brennkammer eingespritzten Brennstoffs und der Luftströmung stromab der Öffnung des Flammhaltekonus gezündet, wobei verhindert wird, dass die Vorgemischflamme in dem Innenzylinder vor dem Flammhaltekonus auftaucht und sich in die Hauptverwirbelungszone in der Öffnung vor und nahe der Basisplatte fortsetzt. Somit wird verhindert, dass die Vorgemischflamme sich vor der Basisplatte bildet, wodurch das Verbrennen der Hauptdüse und der Basisplatte verringert wird, das andernfalls durch die Vorgemischflamme verursacht werden könnte.
  • Um diese Aufgabe zu erfüllen, wird gemäß der Erfindung eine Brennkammer bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, mit einem solchen Aufbau, dass mehrere Hauptdüsen sich mit Öffnungen am Vorderendabschnitt eines Flammhaltekonus erstrecken, der von der Vorderseite im zentralen Abschnitt eines an seinem Vorderende zu einer Brennkammer hin geöffneten Innenzylinders angeordneten Pilotdüse 07 vorsteht, und bei dem die Hauptdüsen um seinen Außenumfang angeordnet sind, um eine Vorgemischflamme darin und vor dem Innenzylinder zu erzeugen und dadurch einen von den Hauptdüsen eingespritzten Brennstoff zu zünden.
  • Um die Öffnungen der Außenzylinder der Hauptdüsen bis zum Vorderendabschnitt des Flammhaltekonus in der Brennkammer der Erfindung zu verlängern, wird ein Aufbau mit Verlängerungsrohren einer geeigneten Querschnittsform angewandt, die entlang des Außenumfangs des Flammhaltekonus von der Vorderseite der einzelnen Hauptdüsen vorstehen, um Öffnungen an dem Vorderendabschnitt des Flammhaltekonus aufzuweisen, und die in der Umfangsrichtung des Innenzylinders angeordnet sind.
  • Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Aufbauten wird der Brennkammer der Erfindung vorzugsweise eine Struktur verliehen, bei der elliptische Erweiterungsrohre mit ihren zum Umfang des Innenzylinders hin angeordneten Langachsen und mit einem transversalen Querschnitt einer elliptischen Form als Erweiterungsrohre angewandt werden können, die von der Vorderseite der einzelnen Hauptdüsen vorstehen und sich zum Vorderende des Flammhaltekonus hin öffnen. Zusätzlich zu diesem Aufbau ist die Struktur vorzugsweise so gestaltet, dass eine poröse Scheibe mit einer Anzahl von Poren ausgebildet ist, um den zwischen der Umfangskante der Öffnung des Flammhaltekonus und den Umfangskanten der Öffnungen der Erweiterungsrohre gebildeten Zwischenraum zu überspannen, insbesondere wenn kegelstumpfförmige Konusse als Erweiterungsrohre vorgesehen sind, um dadurch zu verhindern, dass die Vorgemischflamme sich von dem Zwischenraum zu der Hauptverwirbelungszone hin fortsetzt.
  • Somit sind in der Brennkammer gemäß der Erfindung die Erweiterungsrohre vorgesehen, bei denen die Öffnungen der Hauptdüse zum Vorderendabschnitt des Flammhaltekonus hin verlängert sind, so dass der von den Hauptdüsen in die Brennkammer eingeleitete Brennstoff daran gehindert wird, in die Hauptverwirbelungszone zu strömen. Auch wenn es zu einer Stagnation oder einer Rückströmung in der Hauptverwirbelungszone kommt, wird verhindert, dass die Vorgemischflamme, so wie sie am Ausgang des Flammhaltekonus erzeugt wird, sich stromaufwärts fortsetzt, so dass vermieden wird, dass die mit den Hauptdüsen und dem Flammhaltekonus versehene Basisplatte verbrannt wird.
  • Bei dem mit elliptischen Verlängerungsrohren versehenen Aufbau wird andererseits die Verwirbelungsströmung des Luftstroms, wie sie durch das Hauptverwirbelungselement in dem um die Hauptdüse angeordneten Außenzylinder hergestellt wird, gehalten und von dem Innenzylinder in den Brennofen so eingespritzt, dass die Mischkraft des von den Hauptdüsen eingespritzten Brennstoffs und der Luft verbessert werden kann, um die NOx-Emission des Verbrennungsgases G zu reduzieren.
  • Bei dem Aufbau der Brennkammer der Erfindung, bei der die poröse Scheibe mit den zahlreichen Poren vorgesehen ist, um den zwischen der Öffnung des zum Innenzylinder hin geöffneten Flammhaltekonus und den Öffnungen der Verlängerungsrohre gebildeten Zwischenraum zu schließen, um dadurch ein Propagieren der Vorgemischflamme von dem Zwischenraum zu der Hauptverwirbelungszone zu verhindern, wird andererseits durch die poröse Scheibe verhindert, dass die Vorgemischflamme, so wie sie am Ausgang des Flammhaltekonus erzeugt wird, von dem Zwischenraum zwischen der Öffnung des Flammhaltekonus und den Öffnungen der Verlängerungsrohre zur Vorderseite der stromauf gelegenen Basisplatte zurückströmt, so dass das heiße Gas nicht in der Hauptverwirbelungszone erzeugt wird, womit noch zuverlässiger ein Verbrennen der die Hauptdüsen tragenden Basisplatte und des Flammhaltekonus verhindert wird.
  • Da die poröse Scheibe die Poren aufweist, kann der Kühlluftstrom, der durch die Basisplatte vom Innenzylinder in den Brennofen eingespritzt wird, homogen gestaltet werden, um die Kühlwirkung der Innenfläche des Innenzylinders o.dgl. zu verbessern.
  • Die Brennkammer der Erfindung kann die Hauptdüse mit dem folgenden Aufbau anwenden.
  • Zunächst ist ein stromaufwärtiges Verwirbelungselement an einer stromaufwärtigen Innenseite des Außenzylinders zum Verwirbeln der von dem Gebläsekasten in den Außenzylinder eintretenden Luft angeordnet.
  • Dieses stromaufwärtige Verwirbelungselement ist vorzugsweise aus einer Platte hergestellt, die umfangsmäßig zwischen dem Außenumfang der Hauptdüse und dem Innenumfang des Außenzylinders angebracht ist und die bezüglich der Richtung eines im Außenzylinder ausgebildeten Luftdurchgangs geneigt bzw. schräggestellt ist, um so eine Wirbelströmung des von dem Gebläsekasten in den Außenzylinder kommenden Luftstroms zu erzeugen.
  • Dabei sind in der Wandfläche der Hauptdüse Brennstoffdüsenöffnungen ausgebildet, die vorzugsweise stromauf des stromaufwärtigen Verwirbelungselements positioniert sind, die aber auch zwischen dem stromaufwärtigen Verwirbelungselement und einem später beschriebenen stromabwärtigen Verwirbelungselement eingefügt sein können.
  • Ferner ist das stromabseitige Verwirbelungselement vorgesehen, das innerhalb des Außenzylinders an der stromabwärtigen Seite der Position des stromaufwärtigen Verwirbelungselements angeordnet ist, um eine rückwärtsgerichtete Verwirbelungsströmung herzustellen, um das Gemisch zu verwirbeln, das durch das Mischen des von den Brennstoffdüsenöffnungen in den Außenzylinder eingespritzten Brennstoffs zubereitet wird, und der Luftströmung, die durch das stromaufwärtige Verwirbelungselement in der Rückwärtsrichtung des von dem stromaufwärtigen Verwirbelungselement erzeugten Wirbelstroms verwirbelt wird.
  • Wie das stromaufwärtige Verwirbelungselement ist das stromabwärtige Verwirbelungselement bevorzugt aus einer Platte gebildet, die umfangsmäßig zwischen dem Außenumfang der Hauptdüse und dem Innenumfang des Außenzylinders angebracht ist.
  • Hierbei ist der Angriffswinkel des stromabwärtigen Verwirbelungselements in bezug auf die Richtung des Luftdurchgangs gegenüber demjenigen des stromaufwärtigen Verwirbelungselements umgekehrt.
  • Da die bei der Erfindung angewandte Hauptdüse die bisher beschriebene Struktur aufweist, wird der Brennstoff von den Hauptdüsenöffnungen in den Luftstrom, der durch das stromaufwärtige Verwirbelungselement im Außenzylinder verwirbelt wurde, eingespritzt und mit diesem vermischt. Das so durch das Mischen des Brennstoffs und des Luftstroms zubereitete Gemisch wird ferner durch das stromabwärtige Verwirbelungselement hinter der von dem stromaufwärtigen Verwirbelungselement hergestellten Wirbelströmung verwirbelt, so dass das Gemisch zwischen dem Brennstoff und der Luftströmung ausreichend gemischt wird. Somit wird der Brennstoff, so wie er von den Brennstoffdüsenöffnungen in den Außenzylinder eingespritzt wird, nicht lokal im zentralen Teil des Gemischs belassen, wodurch ein Gemisch bereitgestellt wird, das einen homogen verteilten Brennstoff enthält, so dass die Verbrennung in der Brennkammer wirksam durchgeführt werden kann, um die NOx-Emission des Verbrennungsgases zu reduzieren.
  • Außerdem kann die Einspritzrate des von den Düsenöffnungen einzuspritzenden Brennstoffs, die ausreichend hoch sein muss, um eine Durchdringung mit Brennstoff zu ergeben, um den Brennstoff mit dem Luftstrom wirksam zu vermischen, zur wirksamen Mischung des Luftstroms und des Gemischs gesenkt werden, so dass der Brennstoff-Zuführdruck gesenkt werden kann.
  • Infolgedessen kann die Kapazität des Verbrennungskompressors verringert werden, um dadurch dessen Kosten sowie die für die Brennkammer erforderlichen Betriebskosten zu reduzieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine Brennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei (a) ein Längsschnitt ist, und (b) eine entlang den Pfeilen A-A von (a) vorgenommene Vorderansicht ist,
  • 2 eine Brennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei (a) ein Längsschnitt ist und (b) eine entlang Pfeilen A-A von (a) vorgenommene Vorderansicht ist,
  • 3 eine Brennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei (a) ein Längsschnitt ist und (b) eine entlang Pfeilen A-A von (a) vorgenommene Vorderansicht ist,
  • 4 eine Hauptdüse der Brennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung, wobei (a) ein Längsschnitt ist, und (b) ein entlang Pfeilen A-A von (a) vorgenommener Querschnitt ist,
  • 5 eine Hauptdüse der Brennkammer gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, wobei (a) ein Längsschnitt ist und (b) ein entlang Pfeilen A-A von (a) vorgenommener Querschnitt ist,
  • 6 einen Aufbau einer in einer Gasturbine nach dem Stand der Technik verwendeten Brennkammer, wobei 6(a) ein Längsschnitt ist und 6(b) eine entlang Pfeilen A-A von 6(a) vorgenommene Vorderansicht ist, und
  • 7 ein weiteres Beispiel der Hauptdüse der Brennkammer nach dem Stand der Technik, wobei 7(a) ein Längsschnitt ist, und 7(b) ein entlang Pfeilen A-A von 7(a) vorgenommener Querschnitt ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Eine Ausführungsform einer Brennkammer der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Zunächst wird die erste Ausführungsform der Brennkammer der Erfindung mit Bezug auf 1 beschrieben.
  • In 1 werden Elemente, die identisch oder ähnlich mit denjenigen der 6 sind, durch die gemeinsamen Bezugsziffern bezeichnet und ihre Beschreibung fällt weg.
  • Wie in 1 gezeigt ist, wird einer Brennkammer 012 dieser Ausführungsform ein Aufbau gegeben, bei dem elliptische Erweiterungs- bzw. Verlängerungsrohre 016 so zur vorderen Öffnung eines Flammhaltekonus 014 hin verlängert sind, dass sie der Öffnung am Vorderendabschnitt eines Hauptdüsen-Außenzylinders 010 kommunizieren.
  • Die elliptischen Verlängerungsrohre 016 erstrecken sich axial im Innenzylinder 01 und haben Öffnungen an im wesentlichen den gleichen axialen Positionen wie die Öffnung des Flammhaltekonus 014. Diese elliptischen Verlängerungsrohre 016 sind so gestaltet, dass ihre Verbindungsabschnitte zu den Hauptdüsen-Außenzylindern 010, d.h. ihre an einer Basisplatte 04 zu befestigenden Hinterendabschnitte zylindrisch gefertigt sind, und dass sie abwärts allmählich so elliptisch geformt sind, dass ihre Langachsen in der Umfangsrichtung der Brennkammer 012 angeordnet sind. Die elliptischen Verlängerungsrohre 016 sind ferner so gestaltet, dass ihre Außenumfangs-Randabschnitte parallel zu der Außenumfangskante des Flammhaltekonus 014 sind.
  • Im einzelnen ist zwischen dem Ausgang des Flammhaltekonus 014, der an seinem Hinterendabschnitt am Umfangsrandabschnitt der Vorderendöffnung eines Pilotdüsen-Außenzylinders 09 befestigt ist und nach vorne vorsteht, und dem Innenumfang des Innenzylinders 01 ein Ring ausgebildet, der einen langen Umfang und eine geringe Breite aufweist. Daher sind Verlängerungsrohre vor der Hauptdüse 03 zu elliptischen Verlängerungsrohren 016 ausgebildet, die derart elliptisch gestaltet sind, dass der Ring am Ausgangsabschnitt minimiert sein bzw. werden kann.
  • In der Brennkammer 012 dieser Ausführungsform wird ein Gemisch M zubereitet, wenn ein Brennstoff F, der durch die Hauptdüsen 03 von dem Vorderendabschnitt eingespritzt wird, und ein Luftstrom A, wie er von einem Gebläsekasten 06 eingeleitet und von einem Hauptverwirbelungselement 08 verwirbelt wird und durch das Innere des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 von dem Vorderendabschnitt aus eingespritzt wird, gemischt werden. Dieses Gemisch M wird gezündet, wenn es von dem Vorderende des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 durch die elliptischen Verlängerungsrohre 016 passiert und von den Vorderendöffnungen in den Innenzylinder 01 strömt, wobei die Flamme in der Umgebung des Ausgangs des Flammhaltekonus 014 gehalten wird, so dass eine Vorgemischflamme 013 von der Öffnung des Innenzylinders 01 in die Brennkammer 018 eingespritzt wird.
  • Auch wenn eine Stagnation oder eine Rückströmung in der Öffnung des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 vorhanden ist, der sich unmittelbar vor und nahe der Basisplatte 04 öffnet, und in der sogenannten "Hauptverwirbelungszone 015", die zwischen dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 und dem Pilotdüsen-Außenzylinder 09 ausgebildet ist, kommt es nicht dazu, dass der Brennstoff F ins Innere der Hauptdüsen 03 gelangt und von den Hauptdüsen 03 in die Brennkammer 018 ausgestoßen wird. Infolgedessen setzt sich die Vorgemischflamme 013, so wie sie am Ausgang des Flammhaltekonus 014 erzeugt wird, weder zu der Hauptverwirbelungszone 015 fort, noch erscheint die heiße Vorgemischflamme 013 in der Hauptverwirbelungszone 015, so dass weder die Hauptdüse 03 noch die Basisplatte 04 durch die Vorgemischflamme 013 verbrannt werden, was andernfalls in der Hauptverwirbelungszone 015 vorkommen könnte.
  • Andererseits behält das Gemisch M, so wie es durch den Mischvorgang zwischen dem von den Hauptdüsen 03 eingespritzten Brennstoff F und der in der Wirbelströmung von dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 ausgetragene Luftströmung A zubereitet wird, die Verwirbelungskraft des Hauptverwirbelungselements 08 bei, während es durch die elliptischen Verlängerungsrohre 016 zu den Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre 016 strömt, an denen das Gemisch M mit der Flamme zu entzünden ist. Infolgedessen kann die Mischung zwischen dem Brennstoff F und der Luftströmung A verbessert werden, um die Emission von NOx in einem aus der Brennkammer 012 auszutragenden Verbrennungsgas G zu mindern.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine Brennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben.
  • In der Brennkammer 012 dieser Ausführungsform gemäß 2 ersetzen die Verlängerungsrohre, die sich zu der Position der vorderen Öffnung des Flammhaltekonus 014 erstrecken, während sie mit der Öffnung des Vorderendabschnitts des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 kommunizieren, die elliptischen Verlängerungsrohre 016, die gemäß der ersten Ausführungsform in ihrem Querschnitt zu der elliptischen Form ausgebildet sind, durch ein ringförmiges Verlängerungsrohr 016', dem eine ringförmige Öffnung gegeben wird, indem sein Innenumfang zum Außenumfang der Öffnung des Vorderendabschnitts des Flammhaltekonus 014 gemacht wird und sein Außenumfang zum Innenumfang des Innenzylinders 01.
  • Dieses ringförmige Verlängerungsrohr 016' ist an seiner Verbindungsstelle zu dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 zu einer zylindrischen Form wie bei den vorgenannten elliptischen Verlängerungsrohren 016 ausgebildet und ist allmählich nach unten von der zylindrischen Form so verformt, dass es die Sektoröffnungen bildet, die durch Trennwände 026, welche den Ring in die Anzahl der Hauptdüsen 03 unterteilt, aufgeteilt sind.
  • Im Vergleich zu dem elliptischen Verlängerungsrohr 016 der ersten Ausführungsform ist das ringförmige Verlängerungsrohr 016' dieser Ausführungsform zu der zylindrischen Form an seinem Verbindungsabschnitt mit der Basisplatte 04 und zu der Sektorform an seiner Öffnung ausgebildet. Infolgedessen sind die Funktionen und Wirkungen, die von dem ringförmigen Verlängerungsrohr 016' dieser Ausführungsform zu erhalten sind, ähnlich denjenigen der elliptischen Verlängerungsrohre 016, obwohl Nachteile auftreten in: einer erforderlichen hochentwickelten Arbeitstechnik zum Bearbeiten der stromabwärtigen Formung, insbesondere der vorderen Öffnung, zu den Sektorformen, sowie in einer Bearbeitungsstärke an den Ecken der Öffnung und der Homogenität des Gemischs M an den Ecken.
  • Wenn das/die Verlängerungsrohr e) ungeachtet dessen, ob sie durch die elliptischen Verlängerungsrohre 016 oder das ringförmige Verlängerungsrohr 016' als Beispiel dargestellt werden, vorzusehen sind, ist es andererseits wichtig, dass die Bearbeitung an der Öffnung einfach ist und dass die Bearbeitbarkeit der Öffnung ausgezeichnet ist, wenn zahlreiche Verlängerungsrohre bereitzustellen sind. In dieser Hinsicht ist das ringförmige Verlängerungsrohr 016' gegenüber den elliptischen Verlängerungsrohren 016 überlegen, da es kaum eine Bearbeitung an der Öffnung erfordert.
  • Bei dem mit dem ringförmigen Verlängerungsrohr 016' versehenen Aufbau kann außerdem der Zwischenraum, der zwischen dem Außenumfang der Öffnung des Flammhaltekonus 014 und dem Innenumfang des Innenzylinders 01 auszubilden ist, ausreichend reduziert werden, obwohl er auch ein wenig bei den elliptischen Verlängerungsrohren 016 verringert werden kann. Infolgedessen kann das Auftreten der Vorgemischflamme 013 in der Hauptverwirbelungszone 015 noch besser gemindert werden, um das Verbrennen der Hauptdüsen 03 und der Basisplatte 04 zuverlässig zu verhindern.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Eine Brennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • In einer Brennkammer 012 dieser Ausführungsform gemäß 3 ist ein Zwischenraum zwischen der Öffnung des Flammhaltekonus 014 gemäß 1 und den Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre 016 mit einer porösen Scheibe 017 geschlossen.
  • In dieser porösen Scheibe 017 sind eine Anzahl von Poren 019 ausgebildet, um zu verhindern, dass der Raum, der zwischen den Außenumfängen des Flammhaltekonus 014 und der elliptischen Verlängerungsrohre 016 gebildet wird, an seiner vorderen stromabwärtigen Seite geschlossen wird.
  • Die Kühlluftströmung A, die direkt von der Innenseite des Gebläsekastens 06 in den Innenzylinder 010 vor der Basisplatte 04 einströmt, wird zum sanften Strömen durch die poröse Scheibe 017 gebracht und im Innenzylinder 01 homogen gestaltet.
  • Außerdem ist die poröse Scheibe 017 im Innenzylinder 01 durch Verschweißen seiner Außenumfangskante an der Innenfläche des Innenzylinders 01 und ebenso an der Umfangskante der Öffnung des Flammhaltekonus 01 und den Umfangskanten der Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre 016 befestigt.
  • In der Brennkammer 012 dieser Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird der Zwischenraum zwischen den Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre 016 an der vorderen Öffnung des Hauptdüsen-Außenzylinders 016 und der Öffnung des Flammhaltekonus 014 so mit der porösen Scheibe 017 verschlossen, dass er nicht versiegelt ist, da die zahlreichen Poren 019 durch die poröse Scheibe 017 hindurch ausgebildet sind. Infolgedessen wir das heiße Gas, wie es vor den Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre 016 und der Öffnung des Flammhaltekonus 014 erzeugt wird, durch die poröse Scheibe 017 und die mit hoher Geschwindigkeit von den Poren 019 der porösen Scheibe 017 ausströmenden Kühlluftströmung A daran gehindert, nach rückwärts von dem Zwischenraum in den Raum, der zwischen den Außenumfängen des Flammhaltekonus 014 vor der Basisplatte 04 gebildet ist, und den elliptischen Verlängerungsrohren 016 zu strömen.
  • Infolgedessen wird die heiße Vorgemischflamme 013 weniger in der Hauptverwirbelungszone erzeugt, womit zuverlässiger verhindert wird, dass die Außenumfänge des Flammhaltekonus 014 oder der elliptischen Verlängerungsrohre 016 oder der Vorderfläche der Basisplatte 04 dem heißen Gas ausgesetzt sind, so dass die Hauptdüsen 03 oder die Basisplatte 04 weniger verbrannt wird.
  • Da die zahlreichen Poren 019 in der porösen Scheibe 017 gebildet sind, wird andererseits der zwischen den Außenumfängen des Flammhaltekonus 014 vor der Basisplatte 04 und den elliptischen Verlängerungsrohren 016 zu bildende Raum nicht versiegelt. Infolgedessen wird die Kühlluftströmung, die die Basisplatte 04 und das Innere des Innenzylinders 01 passieren und in die Brennkammer 018 eintreten soll, vereinheitlicht, um die Innenfläche des Innenzylinders 01, die Außenflächen der Hauptdüsen 03 und die Pilotdüse 02 oder die Außenumfänge des Flammhaltekonus 014 und der elliptischen Verlängerungsrohre 016 wirksam zu kühlen.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben.
  • Hierbei sind die Elemente, die denen in der 7 identisch oder ähnlich sind, durch gemeinsame Bezugsziffern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird so knapp wie möglich gehalten.
  • Wie in 4 gezeigt ist, sind die Hauptdüsen 03 in der Brennkammer dieser Ausführungsform so aufgebaut, dass das Hauptverwirbelungselement, das um die Hauptdüsen 03 herum anzuordnen ist, in zwei Teile geteilt ist. Im einzelnen sind im Tandem und mit einer geeigneten Beabstandung in der Axialrichtung der Hauptdüsen 03 angeordnet: ein stromaufwärtiges Hauptverwirbelungselement 028a als stromaufwärtiges Verwirbelungselement, das am Hinterendabschnitt oder an der stromaufwärtigen Seite des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 angeordnet ist, sowie ein stromabwärtiges Hauptverwirbelungselement 028b als stromabwärtiges Verwirbelungselement, das am Vorderendabschnitt oder an der stromabwärtigen Seite des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 angeordnet ist.
  • Das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028a und das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b kehren die Verwirbelungsrichtungen der Wirbelströmung um, die in der Luftströmung A herzustellen ist, welche in einem zwischen den Außenumfängen der Hauptdüsen 03 und dem Innenumfang des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 ausgebildeten Luftdurchgang 024 strömt.
  • Im einzelnen ist das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028a aus einer Platte hergestellt, die in bezug auf die Richtung des in dem Hauptdüsen-Außenzylinder 010 ausgebildeten Luftdurchgangs 024 so geneigt, dass eine Wirbelströmung im Uhrzeigersinn erzeugt werden kann, wenn der von dem Gebläsekasten 06 in den Hauptdüsen-Außenzylinder 010 strömende Luftstrom A diesen passiert. Dabei ist das das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b bildende Plattenelement so in bezug auf die Richtung des Luftdurchgangs 024 geneigt, dass eine Luftströmung im Gegenuhrzeigersinn umgekehrt zu der des stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselements 028a in dem Luftstrom A hergestellt werden kann.
  • Andererseits öffnen sich vier Brennstoffdüsenöffnungen 025, die beispielsweise vertikal oder horizontal durch die Wände der Hauptdüsen 03 gebildet sind, so dass der Brennstoff F von den Hauptdüsen 03 in die Luftdurchgänge 024 eingespritzt wird, stromauf des stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselements 028a.
  • Dabei können die Brennstoffdüsenöffnungen 025 zwischen dem stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselement 028a und dem stromabwärtigen Hauptverwirbelungselement 028b münden. Bei dieser Anordnung der Brennstoffdüsenöffnungen 025 ist jedoch vorauszusehen, dass die Vergleichmäßigung der Konzentration geringfügig schlechter ist als bei dem vorgenannten Fall, bei dem die Brennstoffdüsenöffnungen 025 stromauf des stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselements 028a ausgebildet sind, so dass der Mischabschnitt durch Zubereiten des Gemischs M und durch dessen Passierenlassen durch das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028a verlängert werden kann, wodurch eine homogenere Konzentration sichergestellt wird.
  • Infolgedessen strömt der Brennstoff F, so wie er von den Brennstoffdüsenöffnungen 025 in den Luftdurchgang 024 eingespritzt wird, während er mit der Luftströmung A, die das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028a passiert hat und in einer Wirbelströmung im Uhrzeigersinn beispielsweise durch den Luftdurchgang 024 strömt, gemischt wird, so dass das Gemisch M in das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b strömt.
  • Außerdem wird dem Gemisch M, das in das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b geströmt ist, die Verwirbelungskraft im Gegenuhrzeigersinn vermittelt, während es durch das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b hindurchströmt, so dass das homogenere Gemisch M von dem Luftdurchgang 024 in die in den 1 bis 3 dargestellte Brennkammer 018 strömt.
  • Obwohl nur ein Hauptverwirbelungselement 08 in jeder Hauptdüse 03 nach dem Stand der Technik angeordnet ist, werden bei den Hauptdüsen 03 bei der Brennkammer dieser Ausführungsform das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028a und das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b individuell an den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten der Brennstoffdüsenöffnungen 025 angeordnet und es werden ihnen umgekehrte Verwirbelungsrichtungen vermittelt.
  • Infolgedessen wird der Brennstoff F, so wie er von den Brennstoffdüsenöffnungen 025 zur stromaufwärtigen Seite der beiden stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselemente 028a eingespritzt wird, mit dem Luftstrom A gemischt, der das stromaufwärtige Hauptverwirbelungselement 028 passiert hat, und er strömt stromab zu dem Luftdurchgang 024, während er in einer Richtung wirbelt, und strömt weiter durch das stromabwärtige Hauptverwirbelungselement 028b, um die Wirbelströmung in der anderen Richtung herzustellen, so dass das Gemisch M, das in die Brennkammer 018 von dem Ausgang des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 einzuspritzen ist, in der Brennstoff-Konzentrationsverteilung vergleichmäßigt wird.
  • Infolgedessen kann dieses homogene Gemisch M mit der Diffusionsflamme gezündet werden, die vor der Pilotdüse 02 gehalten wird, um die Menge an im Verbrennungsgas G in der Brennkammer 018 erzeugtem NOx zu mindern.
  • Andererseits erfordern die Hauptdüsen 03 des Standes der Technik einen hohen Brennstoffzuführdruck, um das homogene Gemisch M am Ausgang des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 herzustellen. In dieser Ausführungsform jedoch wird der Brennstoff F stromauf des stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselements 028a zugeführt, so dass der von den Brennstoffdüsenöffnungen 025 eingespritzte Brennstoff F und die Luftströmung A in den Hauptdüsen-Außenzylinders 010 zwangsläufig durch die Verwirbelungskräfte in den beiden umgekehrten Richtungen gemischt werden. Infolgedessen kann ein zufriedenstellender Mischzustand auch unter einem niedrigen Brennstoffzuführdruck hergestellt werden.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • Bei dem Aufbau der Hauptdüsen 03 der Brennkammer dieser Ausführungsform gemäß 5 erstrecken sich die elliptischen Verlängerungsrohre 016 zu der Position der vorderen Öffnung des Flammhaltekonus 014, wie bei der Brennkammer 012 der ersten Ausführungsform gemäß 1, während sie mit der Öffnung des Vorderendabschnitts des Hauptdüsen-Außenzylinders 010 kommunizieren. Wie bei der Brennkammer 012 der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform setzt sich darüberhinaus das Hauptverwirbelungselement 08, das in jeder der um den Flammhaltekonus 014 angeordneten Hauptdüsen 03 angeordnet ist, aus dem stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselement 028a und dem stromabwärtigen Hauptverwirbelungselement 028b zusammen.
  • Infolgedessen können nicht nur Funktionen und Wirkungen ähnlich denjenigen der Hauptdüsen 03 mit den elliptischen Verlängerungsrohren 016 der vorstehenden ersten Ausführungsform, sondern auch Funktionen und Wirkungen ähnlich denjenigen der Hauptdüsen 03 mit den stromaufwärtigen Hauptverwirbelungselementen 028a und den stromabwärtigen Hauptverwirbelungselementen 028b der vorstehenden vierten Ausführungsform erzielt werden, so dass die mannigfaltigen Funktionen und Wirkungen der beiden Ausführungsformen erzielt werden können.

Claims (4)

  1. Brennkammer mit: einer Pilotdüse (02), die im mittleren Abschnitt eines Innenzylinders (01) angeordnet ist, der sich an seinem Ende zu einer Brennkammer (018) öffnet und mehrere Hauptdüsen (03) aufweist, die um seinen Außenumfang angeordnet sind, einem Flammhaltekonus (014), der von der Vorderseite der Pilotdüse (02) vorsteht und eine Öffnung innerhalb des Vorderbereichs des Innenzylinders (01) aufweist, so dass eine Vorgemischflamme durch Erzeugen einer Flamme vor dem Innenzylinder (01) von der Innenseite des Flammhaltekonus (014) ausgebildet werden kann, um einen von den Hauptdüsen (03) eingespritzten Brennstoff zu zünden, wobei jede der Hauptdüsen (03) einen mit einem Zwischenraum um den Außenumfang der betreffenden Hauptdüse (03) herum angeordneten Außenzylinder (019) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Verlängerungsrohre (016) so ausgebildet sind, dass sie Öffnungen der Außenzylinder (010) der Hauptdüsen (03) zum Vorderendabschnitt der Öffnung des Flammhaltekonus (014) erstrecken bzw. verlängern.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerungsrohre (016) eine elliptische Querschnittsform aufweisen, die sich von den einzelnen Öffnungen der Außenzylinder (010) der Hauptdüsen (03) entlang dem Außenumfang des Flammhaltekonus (014) erstreckt, um Öffnungen an der axialen Position der Öffnung des Flammhaltekonus (014) zu haben und längere Achsen in der Umfangsrichtung angeordnet aufweisen, wodurch die Öffnungen der Hauptdüsen (03) erstreckt bzw. verlängert werden.
  3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine poröse Scheibe (017) mit einer Vielzahl von Poren so angeordnet ist, dass sie den Zwischenraum, der in dem Innenzylinder (01) zwischen der Öffnung des Flammhaltekonus (014) und den Öffnungen der elliptischen Verlängerungsrohre (016) ausgebildet ist, überspannt.
  4. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Hauptdüsen (03) umfasst: ein stromaufwärtiges Verwirbelungselement (028a), das an der stromaufwärtigen Seite in dem Außenzylinder (010) angeordnet ist, um eine Wirbelströmung in einem in den Außenzylinder (010) eintretenden Luftstrom zu erzeugen, und ein stromabwärtiges Verwirbelungselement (028b), das stromab des stromaufwärtigen Verwirbelungselements (028a) angeordnet ist, um eine rückwärts gerichtete Wirbelströmung, die umgekehrt zur erstgenannten Wirbelströmung ist, in dem Gemisch herzustellen, das durch Mischen des von Brennstoffdüsenöffnungen (25) der Hauptdüse (03) eingespritzten Brennstoffs und der Luftströmung erzeugt wird.
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3448190B2 (ja) * 1997-08-29 2003-09-16 三菱重工業株式会社 ガスタービンの燃焼器
JP2001254946A (ja) 2000-03-14 2001-09-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器
JP4610796B2 (ja) 2001-06-13 2011-01-12 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
JP4610800B2 (ja) * 2001-06-29 2011-01-12 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
US6928823B2 (en) * 2001-08-29 2005-08-16 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor and operating method thereof
CN100590359C (zh) * 2004-03-03 2010-02-17 三菱重工业株式会社 燃烧器
JP4070758B2 (ja) * 2004-09-10 2008-04-02 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
US8127550B2 (en) 2007-01-23 2012-03-06 Siemens Energy, Inc. Anti-flashback features in gas turbine engine combustors
CN101571293B (zh) * 2008-04-28 2011-04-13 于治华 一种高效能蜂巢漩流式燃烧器
US8113000B2 (en) * 2008-09-15 2012-02-14 Siemens Energy, Inc. Flashback resistant pre-mixer assembly
US9500368B2 (en) * 2008-09-23 2016-11-22 Siemens Energy, Inc. Alternately swirling mains in lean premixed gas turbine combustors
US8387393B2 (en) * 2009-06-23 2013-03-05 Siemens Energy, Inc. Flashback resistant fuel injection system
CN102052677B (zh) * 2011-01-19 2012-09-12 兰州泰得燃烧设备工程有限公司 一种工业燃气燃烧器
JP5762558B2 (ja) * 2011-11-16 2015-08-12 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器
US20130189632A1 (en) * 2012-01-23 2013-07-25 General Electric Company Fuel nozzel
US20130219897A1 (en) * 2012-02-28 2013-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Combustor and gas turbine
WO2013128572A1 (ja) * 2012-02-28 2013-09-06 三菱重工業株式会社 燃焼器及びガスタービン
JP6021705B2 (ja) * 2013-03-22 2016-11-09 三菱重工業株式会社 燃焼器、および、ガスタービン
CN103196140A (zh) * 2013-04-22 2013-07-10 湖南吉祥石化科技股份有限公司 两级火焰安全长明灯
US9303871B2 (en) 2013-06-26 2016-04-05 Siemens Aktiengesellschaft Combustor assembly including a transition inlet cone in a gas turbine engine
EP2933560B1 (de) 2014-04-17 2017-12-06 Ansaldo Energia Switzerland AG Verfahren zur Vormischung von Luft mit gasförmigem Brennstoff und Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens
JP6177187B2 (ja) * 2014-04-30 2017-08-09 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器、ガスタービン、制御装置及び制御方法
CN104266227A (zh) * 2014-09-22 2015-01-07 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机燃烧室轴向两级旋流喷嘴
CN104266228B (zh) * 2014-09-22 2018-02-09 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 燃气轮机燃烧室轴向两级方向相反的旋流喷嘴
CN104501207B (zh) * 2014-11-27 2018-03-06 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 燃气轮机燃烧室喷嘴
CN104534514B (zh) * 2014-11-27 2017-09-15 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种燃气轮机燃烧室叶片引气旋流喷嘴
CN104848210A (zh) * 2015-05-28 2015-08-19 苏州斯洛莱自动化设备有限公司 一种锅炉燃气燃烧装置
CN105650680A (zh) * 2016-01-19 2016-06-08 西北工业大学 一种双级预混地面燃机燃烧室头部设计
JP6433965B2 (ja) * 2016-11-29 2018-12-05 ボルカノ株式会社 燃焼装置
KR102046455B1 (ko) * 2017-10-30 2019-11-19 두산중공업 주식회사 연료 노즐, 이를 포함하는 연소기 및 가스 터빈
FR3080437B1 (fr) * 2018-04-24 2020-04-17 Safran Aircraft Engines Systeme d'injection pour une chambre annulaire de combustion de turbomachine
CN112050204B (zh) * 2020-09-18 2023-04-28 中自环保科技股份有限公司 一种低氮燃烧器
CN112762448B (zh) * 2021-02-01 2022-04-22 西安交通大学 一种耦合分级旋流分散燃烧技术的低NOx燃气燃烧器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2824603A (en) * 1954-08-02 1958-02-25 Zink Co John Gas fueled burner assembly
US3033273A (en) * 1959-11-09 1962-05-08 Zink Co John Fuel burner assembly
US4453913A (en) * 1982-05-21 1984-06-12 The Cadre Corporation Recuperative burner
JPH05196232A (ja) * 1991-08-01 1993-08-06 General Electric Co <Ge> 耐逆火性燃料ステージング式予混合燃焼器
US5410884A (en) * 1992-10-19 1995-05-02 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Combustor for gas turbines with diverging pilot nozzle cone
US5345768A (en) * 1993-04-07 1994-09-13 General Electric Company Dual-fuel pre-mixing burner assembly
DE4411622A1 (de) * 1994-04-02 1995-10-05 Abb Management Ag Vormischbrenner
JPH0814565A (ja) * 1994-04-28 1996-01-19 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器
US5836164A (en) * 1995-01-30 1998-11-17 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor
WO1998040670A1 (en) * 1997-03-13 1998-09-17 Westinghouse Electric Corporation AN IMPROVED COMBUSTOR FOR LOW CO, LOW NOx FORMATION
EP0935095A3 (de) * 1998-02-09 2000-07-19 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gasturbinenbrennkammer

Also Published As

Publication number Publication date
CA2260713C (en) 2003-07-08
CA2260713A1 (en) 1999-08-09
DE69919764D1 (de) 2004-10-07
US6068467A (en) 2000-05-30
EP0935097A3 (de) 2000-01-19
EP0935097B1 (de) 2004-09-01
EP0935097A2 (de) 1999-08-11

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