DE69925357T2

DE69925357T2 - Brennkammer für gasturbine

Info

Publication number: DE69925357T2
Application number: DE69925357T
Authority: DE
Inventors: S. Takasago-shi MANDAI; M. Takasago-shi OHTA; H. Takasago-shi HARUTA; K. Takasago-shi NISHIDA; S. Takasago-shi AKAMATSU; M. Takasago-shi KAMOGAWA
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2019-09-18
Also published as: JP2000088250A; CA2310389C; CA2310389A1; US6301900B1; DE69925357D1; WO2000017578A1; EP1033536B1; EP1033536A1; JP3337427B2; EP1033536A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbine.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Wie bereits bekannt ist, ist eine Brennkammer für eine Gasturbine so ausgelegt, dass ein Treibstoff, welcher von einem oder mehreren Düsenlöchern eines Düsenkörpers ausgestoßen wird, mit verwirbelter Luft, welche von einem Verwirbelungspfad, der um den Düsenkörper herum ausgebildet ist, gemischt wird.
Insbesondere, wenn der Düsenkörper von zylindrischer Säulenform ist, welche eine Wand an einem Spitzenende aufweist, d.h. ein in Flussrichtung unten liegendes Ende, und wenn das eine Düsenloch oder die mehreren Düsenlöcher im Zentrum der unteren Endwand angeordnet ist wie in einem Fall von einer Vorsteuerbrennkammer, trennt sich die Verwirbelungsluft, welche entlang des äußeren Umfangs des Düsenkörpers fließt, davon am Umfang der untenliegenden Endwand des Düsenkörpers und erzeugt Zirkulationsstränge, in welche der Treibstoff, der von einem oder von mehreren Düsenlöchern ausgestoßen wird, eingebunden wird. Dies verursacht ein Problem, insofern als Rauch erzeugt werden kann, da der Treibstoff brennt, während er ebendort verbleibt (siehe 2). Solch eine Brennkammergestaltung wird auch in US 5 303 554 A offenbart.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das oben erwähnte Problem zu lösen, und eine Aufgabe derselben besteht darin, eine Brennkammer für eine Gasturbine bereitzustellen, worin Treibstoff, welcher von einem oder mehreren Düsenlöchern im Zentrum der stromabwärtigen Endwand eines Düsenkörpers mit einem Wirbelluftstrom, welcher von einem Verwirbelungspfad, der um den Düsenkörper ausgebildet ist, herbeiströmt, vermischt wird und, ohne nahe dem einen oder den mehreren Düsenlöchern zu verweilen, verbrannt wird, um zu verhindern, dass Rauch entwickelt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkammer für eine Gasturbine bereitgestellt, welche einen Düsenkörper, ein Düsenloch oder mehrere Düsenlöcher im Zentrum einer stromabwärtigen Endwand des Düsenkörpers und einen Verwirbelungspfad, der um den Düsenkörper ausgebildet ist, umfasst, worin Treibstoff, welcher von einem oder mehreren der oben genannten Düsenlöcher ausgestoßen wird, mit einem Wirbelluftstrom, welcher von dem Verwirbelungspfad herbeiströmt, vermischt wird. Die Brennkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenkappe von allgemein konischer Gestalt, welche in Strömungsrichtung von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern eines Düsenkörpers auseinander geht, bereitgestellt wird, wobei das stromabwärtige Ende der Düsenkappe mit der inneren Wand des Verwirbelungspfads vereint ist, so dass die Düsenkappe eine Treibstoffstrahlführung zum glatten Leiten des Treibstoffs bildet, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern in den Verwirbelungspfad ausgestoßen wird. Gemäß der Brennkammer für eine Gasturbine solch eines Typs strömt der Treibstoff, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern ausgestoßen wird, entlang der Düsenkappe, ohne darauf zu verweilen.
Auch kann ein Pfad zum Lenken von Kühlluft in Richtung des einen Düsenlochs oder der mehreren Düsenlöcher am stromaufwärtigen Ende der Düsenkappe bereitgestellt werden, so dass die Düsenkappe durch einen Fluss von Kühlluft entlang der Treibstoffstrahlführung gekühlt wird, um zu verhindern, dass Treibstoffnebel an der Treibstoffstrahlführung anhaftet.
Des Weiteren kann eine Trennwand zwischen dem Verwirbelungspfad und einem Umfang des Düsenkörpers bereitgestellt werden, um einen engen Pfad zwischen dem Umfang der Düse und der Trennwand zu definieren, wobei das stromabwärtige Ende des engen Pfads mit dem stromaufwärtigen Ende des Kühlluftpfades verbunden ist, um Kühlluft von einer stromaufwärtigen Stelle des engen Pfades einströmen zu lassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines Aufbaus einer Ausführungsform einer Brennkammer für eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 ist eine Darstellung eines Aufbaus einer herkömmlichen Brennkammer, welche keine Düsenkappe aufweist.
DIE BESTEN AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
1 stellt eine Verbrennungskammer in einer Brennkammer für eine Gasturbine zum Ausbilden einer sogenannten Zündflamme zum Anzünden eines Hauptgasgemisches dar, welches durch vorangehendes Mischen von Treibstoff und Luft ausgebildet wird.
Ein Düsenkörper 1 von einer allgemein zylindrischen Säulenform wird im Zentrum einer stromabwärtigen Endoberfläche 2 mit einem Düsenloch oder mehreren Düsenlöchern 3 (nur deren Position ist gekennzeichnet) bereitgestellt, von welchem(n) Treibstoff ausgestoßen wird. Eine rohrförmige Trennwand 5 ist außerhalb eines Umfangs 4 des Düsenkörpers 1 zu diesem beabstandet angeordnet, um einen ersten Hilfsluftpfad 6 zwischen eben diesem und dem Düsenkörper 1 zu definieren.
Ein äußerer rohrförmiger Körper 8 ist außerhalb der rohrförmigen Trennwand 5 über einen Verwirbler 7 angeordnet, um einen Verwirbelungspfad 9 zwischen der rohrförmigen Trennwand 5 und dem äußeren rohrförmigen Körper 8 zu definieren. Luft, welche in den Verwirbelungspfad 9 an einer stromaufwärtigen Position eingeleitet wird, nicht gezeigt, geht durch den Verwirbler 7 hindurch und wird in einen Wirbelstrom verwandelt, welcher eine Drehkraft aufweist, wie durch S angezeigt. Die Luft wird auch in den ersten Hilfsluftpfad 6 an einer stromaufwärtigen Position, hier nicht gezeigt, eingeleitet.
Eine Düsenkappe 10 ist stromabwärts des Düsenkörpers 1 bereitgestellt, welche einen äußeren Oberflächenteil 11 und einen inneren Oberflächenteil 12 aufweist, die beide miteinander durch eine stromaufwärtige Endoberfläche 13 und durch eine stromabwärtige Kante 14 verbunden sind.
Der äußere Oberflächenteil 11 der Düsenkappe 10 und eine äußere Oberfläche der rohrförmigen Trennwand 5 sind bündig zueinander und ein stromaufwärtiges Ende 15 des äußeren Oberflächenteils 11 der Düsenkappe 10 ist mit einem stromabwärtigen Ende der rohrförmigen Trennwand 5 verbunden. Jedoch ist ein Spalt zwischen der stromaufwärtigen Endoberfläche 13 der Düsenkappe 10 und einer stromabwärtigen Endoberfläche 2 des Düsenkörpers 1 ausgebildet, um einen ringförmigen zweiten Hilfsluftpfad 16 zu definieren. Der zweite Hilfsluftpfad 16 kommuniziert mit dem ersten Hilfsluftpfad 6 um seine Außenseite herum.
Der innere Oberflächenteil 12 der Düsenkappe 10 ist von konischer Gestalt, welche stromabwärts auseinander geht, um eine Treibstoffstrahlführung 17 zum Leiten des Treibstoffstrahls, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern 3 des Düsenkörpers 1 ausgestoßen wird, zu definieren. Die Treibstoffstrahlführung 17 weist einen Eingang 19, welcher durch eine stromaufwärtige Endkante 18 des inneren Oberflächenteils 12 der Düsenkappe 10 definiert wird, und einen Ausgang 20 auf, welcher durch eine stromabwärtige Endkante 14 desselben definiert wird.
Treibstoff, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern 3 der stromabwärtigen Endoberfläche 2 des Düsenkörpers 1 ausgestoßen wird, fließt entlang der Treibstoffstrahlführung 17, welche durch den inneren Oberflächenteil 12 der Düsenkappe 10 definiert ist, um glatt mit dem Wirbelstrom S vermischt zu werden, ohne auf eben dieser Oberfläche zu verbleiben, und verbrennt. Daraus ergibt sich, dass verhindert wird, dass sich Rauch entwickelt.
Andererseits strömt die Luft, welche in den ersten Hilfsluftpfad 6 an einer stromaufwärtigen Position davon eingeleitet wird, hier nicht gezeigt, durch den ersten Hilfsluftpfad 6 und den zweiten Hilfsluftpfad 16, wie durch einen durchgezogenen Pfeil C gezeigt, hindurch und erreicht den Eingang 19 der Treibstoffstrahlführung 17, von welchem er entlang der Treibstoffstrahlführung 17 abfließt, welche ihrerseits durch den inneren Oberflächenteil 12 der Düsenkappe 10 definiert ist, und vermischt sich mit dem Wirbelstrom S.
Während diese Luft Kühlluft genannt wird, weil sie den inneren Oberflächenteil 12 der Düsenkappe 10 kühlt, weist sie auch die Funktion auf zu verhindern, dass der Treibstoff, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern 3 der stromabwärtigen Endoberfläche 2 des Düsenkörpers 1 ausgestoßen wird, am inneren Oberflächenteil 12 anklebt und dort entzündet wird.
2 stellt einen Aufbau einer Brennkammer für eine Gasturbine nach dem Stand der Technik, welche keine Düsenkappe 10 aufweist, dar und zudem stellt sie einen Treibstofffluss in solch einem Fall dar, wo die Zirkulationswirbel V, welche hinter dem Düsenkörper 1 erzeugt werden, einen Teil des Treibstoffes mit sich ziehen. Der Treibstoff verbleibt dort und erzeugt Rauch.
Wie oben beschrieben, wird die Brennkammer für eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Düsenkappe von einer allgemein konischen Gestalt bereitgestellt, welche stromabwärts von einem Strahl eines Düsenkörpers auseinander geht, wobei Treibstoff, welcher von dem Strahl des Düsenkörpers ausgestoßen wird, glatt entlang der Düsenkappe entlang fließt, ohne dort zu verbleiben wie nach dem Stand der Technik, was dazu führt, dass kein Rauch entwickelt wird.

Claims

Brennkammer für eine Gasturbine, umfassend einen Düsenkörper (1), ein Düsenloch oder mehrere Düsenlöcher (3) im Zentrum einer stromabwärtigen Endwand (2) des Düsenkörpers (1) und einen Verwirbelungspfad (9), der um den Düsenkörper (1) ausgebildet ist, worin Treibstoff, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern (3) ausgestoßen wird, mit dem Wirbelluftstrom, welcher von dem Verwirbelungspfad (9) herbeiströmt, vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düsenkappe (10) von allgemein konischer Gestalt, welche in Strömungsrichtung von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern (3) eines Düsenkörpers (1) auseinander geht, bereitgestellt wird, wobei das stromabwärtige Ende (14) der Düsenkappe (10) in die innere Wand des Verwirbelungspfads (9) übergeht, so dass die Düsenkappe (10) eine Treibstoffstrahlführung (17) zum glatten Leiten des Treibstoffs bildet, welcher von dem einen Düsenloch oder den mehreren Düsenlöchern (3) in den Verwirbelungspfad (9) ausgestoßen wird.
Brennkammer für eine Gasturbine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pfad (16) zum Lenken von Kühlluft in Richtung des einen Düsenlochs oder der mehreren Düsenlöcher (3) an einem stromaufwärtigen Ende (13) der Düsenkappe (10) bereitgestellt ist, so dass die Düsenkappe (10) durch einen Strom an Kühlluft entlang der Treibstoffstrahlführung (17) gekühlt wird.
Brennkammer für eine Gasturbine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennwand (5) zwischen dem Verwirbelungspfad (9) und einem Umfang (4) des Düsenkörpers (1) bereitgestellt wird, um einen engen Pfad (6) zwischen dem Umfang (4) des Düsenkörpers (1) und der Trennwand (5) zu definieren, wobei das stromabwärtige Ende des engen Pfades (6) mit dem stromaufwärtigen Ende des Kühlluftpfades (16) verbunden ist, um Kühlluft vom stromaufwärtigen Ende des engen Pfades (6) einzulassen.