EP1084368B2 - Fuel injector - Google Patents
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- EP1084368B2 EP1084368B2 EP99936291A EP99936291A EP1084368B2 EP 1084368 B2 EP1084368 B2 EP 1084368B2 EP 99936291 A EP99936291 A EP 99936291A EP 99936291 A EP99936291 A EP 99936291A EP 1084368 B2 EP1084368 B2 EP 1084368B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/48—Nozzles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23D2206/00—Burners for specific applications
- F23D2206/10—Turbines
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2210/00—Noise abatement
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
Definitions
- the invention relates a burner for a gas turbine, in particular for a stationary Gas turbine, with a fuel nozzle for liquid fuel with a mouth area, in which is a mouth channel along a nozzle axis extends.
- a burner is for example known from US 5,235,813.
- DE-OS 20 33 118 shows a gas burner for a gas-fired melting furnace. To a high To create flame temperature, points the gas burner in the region of the mouth converging nozzle in Shape of a gap. This will cause a high heat concentration guaranteed.
- DE 27 39 102 A1 shows a burner two nozzles for gaseous substances, with the nozzle openings have an oval cross-section.
- the mouth rim a nozzle ends by a chamfer not converging and has a twofold symmetry on.
- the object of the invention is the specification of a Brenners of the above kind through which a combustion vibration is at least reduced becomes.
- this object is achieved through a fuel nozzle for liquid fuel with an orifice area in which extends along a nozzle axis a mouth channel extending, which mouth channel not converging at a mouth edge ends, wherein the mouth edge is not rotationally symmetrical around the nozzle axis is.
- Liquid fuel is in the fuel nozzle passed through the mouth area in the mouth channel.
- the mouth channel is in the mouth area it does not converge, that is, it narrows not, so that no pressure loss occurs.
- the liquid Fuel exits the mouth channel at the mouth rim in the outside space. This is expanding the beam, i. you get a divergent, fanned out Fuel jet. Due to the fact that the mouth edge is not rotationally symmetric about the nozzle axis, Also, the divergent fuel jet is not rotationally symmetric. This gives a distorted cone of fuel, which at least in two spatial directions a different extent perpendicular to Beam direction has. Accordingly, this is distorted spatial area in which the combustion takes place.
- the mouth edge is asymmetrical around the nozzle axis. This means that the Mouth edge a full turn around the Nozzle axis must experience to be with its original Position to take cover again.
- the mouth edge a twofold symmetry. Further preferred while the mouth edge an ellipse or a rectangle, especially with rounded corners.
- the strange Symmetry means that the mouth edge a half rotation, i. 180 °, to experience with his original position to cover.
- the mouth edge corresponds to a Contour formed by a rectangle and a circle is where the circle with its center on the Focus of the rectangle is on the narrow side the rectangle protrudes, and where the contour encloses the outer edge of the rectangle and the circle.
- Preferred dimensions correspond to the mouth edge a contour perpendicular to each other by two standing, with a common focus Rectangles is formed, with the contour of the outer The edge of both rectangles encloses.
- the mouth channel a channel wall, with each point of the channel wall an axis distance to the nozzle axis and an axial Position along the nozzle axis, and wherein the axis distance for at least two points on the Duct wall, which have the same axial position, is different. More preferably changes the axis distance is the same for points on the channel wall axial position along a circumferential direction the nozzle axis steady.
- the mouth channel is so not rotationally symmetric about the nozzle axis.
- the liquid fuel is already a bit far in the Mouth area in a non-rotationally symmetric Electricity led.
- the fuel flow is thus a not rotationally symmetrical shape imprinted, which at the exit of fuel from the fuel nozzle particularly efficient means that one does not rotationally symmetric, distorted fuel cone formed.
- the mouth channel widens towards the mouth edge.
- the mouth edge has a Notch on.
- a notch becomes more fluid Fuel exiting the fuel nozzle more distracted in the direction of the notch, than in the remaining directions of the mouth edge.
- Preferred is a fuel nozzle for petroleum.
- FIG. 1 shows the side view of a fuel nozzle 1.
- a cylindrical nozzle body 3 tapers in a frusto-conical section to a also cylindrical mouth region 5 with a Face 5A.
- a mouth channel 7 Directed along a nozzle axis 2 runs in the fuel nozzle 1 a mouth channel 7, at the end of the mouth region 5 with a mouth edge 9 opens.
- a bevel 10 of the channel wall 8 of the mouth channel 7 visible is.
- this bevel 10 is the mouth edge 9 not rotationally symmetrical about the nozzle axis 2. This becomes clear in FIG.
- FIG. 2 shows a plan view of the fuel nozzle 1 of Figure 1.
- the Mouth edge 9 By two opposing Bevels 10 of the channel wall 8 receives the Mouth edge 9 a twofold symmetry.
- the Mouth edge 9 thus corresponds to a contour, the through the outer edge of a rectangle 11 and a Circle 13 is formed, with the circle 13 with his Center 15 on the center of gravity 17 of the rectangle 11 and over the narrow side of the rectangle 11 protrudes.
- the fuel nozzle 1 also has a cheap Influence on nitrogen oxide reduction.
- the Distorted fuel cone allows a better fine distribution reach of liquid fuel. Especially results in a small droplet size for the fuel. Due to the better distribution and the small droplet size of the fuel results in a Equalization of the flame temperatures of Combustion. As a result, not so high maximum temperatures achieved, which significantly affects the production of nitrogen oxides determine.
- a non-rotationally symmetric fuel cone 33 results in a better penetration of liquid Fuel and water.
- FIG. 3 is a plan view of a fuel nozzle 1 shown.
- the difference to the fuel nozzle 1 of Figures 1 and 2 is that the mouth edge FIG. 9 shows a contour passing through a Rectangle 21 and a vertical rectangle 23 is formed.
- the two rectangles 21, 23 point a common center of gravity 25, 27.
- FIG 4 is a longitudinal section through the mouth area 5 of a fuel nozzle 1 shown. Of the Fuel channel 7 expands to the mouth edge. 9 out.
- Two opposite points P1, P2 on the channel wall 8 have opposite to an arbitrary one Nullage an axial position B along the nozzle axis 2 on.
- the point P1 has a distance A1 to the Nozzle axis 2.
- the point P2 has a distance A2 to the Nozzle axis 2.
- the distance A1 is greater than the distance A2.
- the respective distance changes A to the nozzle axis 2 steadily.
- a fuel stream in the mouth channel 7 is a non-rotationally symmetric Mold imprinted. This manifests itself at the outlet of the fuel from the mouth channel. 7 in a non-rotationally symmetric, distorted Fuel cone 33. This has the advantages explained above with regard to the suppression of combustion vibrations and the reduction of nitrogen oxide emissions result.
- FIG. 5 shows a plan view of a fuel nozzle 1.
- FIG. 6 shows the fuel nozzle 1 of the figure 5 in a side view.
- a semi-cylindrical notch 31 milled or sawn, which the mouth of the mouth channel 7 intersects.
- This has the Mouth edge 9 also a notch 31.
- Notch 31 becomes liquid fuel in particular far laterally sprayed. This does not result rotationally symmetric fuel cone 33 for the off the fuel nozzle 1 leaking fuel.
- the benefits already mentioned arise for the reduction of combustion vibrations and nitrogen oxide emission.
- FIG. 7 shows a burner arrangement 40 a plurality of burners 42 in an annular combustion chamber 44 of a gas turbine, not shown.
- the Ring combustion chamber 44 is rotationally symmetrical about a Combustion chamber axis 46. It has an inner wall 48th and an outer wall 50 enclosing an annular space 51.
- the inside of the outer wall 50 and the Outside of the inner wall 48 are refractory Outside clothing 52 provided.
- the mouth edges 9 of the burners 42 are not rotationally symmetrical and irregular to each other oriented. This results in a reduced slope for the formation of a combustion vibration, as the from the individual burners 42 emanating combustion vibrations overlap irregularly and largely extinguish it.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner für eine Gasturbine, insbesondere für eine stationäre Gasturbine, mit einer Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff mit einem Mündungsbereich, in dem sich entlang einer Düsenachse ein Mündungskanal erstreckt. Ein solcher Brenner ist beispielsweise aus der US 5,235,813 bekannt.The invention relates a burner for a gas turbine, in particular for a stationary Gas turbine, with a fuel nozzle for liquid fuel with a mouth area, in which is a mouth channel along a nozzle axis extends. Such a burner is for example known from US 5,235,813.
In der DE 32 35 080 A1 ist eine Rücklaufeinspritzdüse beschrieben, bei der zwei einander entgegengesetzte Flüssigkeitszuführungen tangential in einen kreiszylindrischen Drallraum münden. Mit dem Drallraum ist einerseits ein Einspritzkanal und entgegengesetzt dazu andererseits eine Rücklaufbohrung verbunden. Die Rücklaufeinspritzdüse ist insbesondere für die Zerstäubung von flüssigem Brennstoff in Gasturbinenbrennkammern geeignet. Eine Zerstäubung wird dadurch erreicht, daß tangential in die Drallkammer Brennstoff einströmt und zu einem Hauptstrom vereinigt wird, wobei durch eine kreisförmige Führung in der Drallkammer dem Hauptstrom ein Drall erteilt wird, der im Einspritzkanal erhalten bleibt. Dadurch fächert der Brennstoffstrahl beim Austritt des Brennstoffs aus dem Einspritzkanal kegelförmig auf. Andererseits wird Brennstoff über die Rücklaufbohrung zurückgeführt. Unter Beibehaltung eines konstanten Brennstoffzustroms zur Rücklaufeinspritzdüse wird die Menge von eingespritztem Brennstoff dadurch gesteuert, daß die Menge an zurückgeführtem Brennstoff eingestellt wird.In DE 32 35 080 A1 is a return injection nozzle described in the two opposite Liquid feeds tangentially into one open circular cylindrical swirl space. With the Swirl space is on the one hand an injection channel and opposite on the other hand, a return bore connected. The return injector is particular for the atomization of liquid fuel in gas turbine combustors suitable. An atomization will achieved by tangential in the swirl chamber Fuel flows in and unites into a main flow being guided by a circular guide in the Swirl chamber the main stream is given a twist, the retained in the injection channel. This fans the Fuel jet at the exit of the fuel from the Injection channel cone-shaped. On the other hand will Fuel returned via the return bore. While maintaining a constant fuel flow to the return injector, the amount of Injected fuel thereby controlled that the Amount of recirculated fuel is adjusted.
In dem Artikel "Aktive Dämpfung selbsterregter Brennkammerschwingungen (AIC) bei Druckzerstäuberbrennern durch Modulation derflüssigen Brennstoffzufuhr" von J. Hermann, D. Vortmeyer und S. Gleis, VDI-Berichte Nr. 1090, 1993, ist beschrieben, wie eine Verbrennungsschwingung in der Brennkammer einer Gasturbine oder eines Kessels entsteht und wie sie aktiv gedämpft werden kann. Bei der Verbrennung in der Brennkammer kann es nämlich zu der erwähnten selbsterregten Verbrennungsschwingung kommen, die auch als Verbrennungs-Instabilität bezeichnet wird. Eine solche Verbrennungsschwingung entsteht durch die Wechselwirkung zwischen einer schwankenden Wärmefreisetzung bei der Verbrennung und der Akustik der Brennkammer. Eine Verbrennungsschwingung geht häufig einher mit einer hohen Lärmemission und einer mechanischen Belastung der Brennkammer, die bis zu einer Zerstörung von Bauteilen gehen kann.In the article "Active damping self-excited Combustion chamber vibrations (AIC) in pressure atomizing burners by modulation of the liquid fuel supply " by J. Hermann, D. Vortmeyer and S. Gleis, VDI Report No. 1090, 1993 is described as one Combustion vibration in the combustion chamber of a Gas turbine or a boiler is created and how they are active can be dampened. When burning in the Combustion chamber can namely to the mentioned self-excited combustion vibration come, the also referred to as combustion instability. A Such combustion vibration is caused by the Interaction between a fluctuating Heat release during combustion and acoustics the combustion chamber. A combustion vibration goes often accompanied by a high noise emission and a mechanical load of the combustion chamber, which up to a destruction of components can go.
Die DE-OS 20 33 118 zeigt einen Gasbrenner für einen gasgefeuerten Schmelzofen. Um eine hohen Flammentemperatur zu schaffen, weist der Gasbrenner eine im Bereich der Mündung konvergierende Düse in Form eines Spaltes auf. Dadurch wird eine hohe Wärmekonzentration gewährleistet.DE-OS 20 33 118 shows a gas burner for a gas-fired melting furnace. To a high To create flame temperature, points the gas burner in the region of the mouth converging nozzle in Shape of a gap. This will cause a high heat concentration guaranteed.
Die DE 27 39 102 A1 zeigt einen Brenner mit zwei Düsen für gasförmige Stoffe, wobei die Düsenöffnungen einen ovalen Querschnitt haben. Der Mündungsrand einer Düse endet durch eine Abschrägung nicht konvergierend und weist eine zweizählige Symmetrie auf.DE 27 39 102 A1 shows a burner two nozzles for gaseous substances, with the nozzle openings have an oval cross-section. The mouth rim a nozzle ends by a chamfer not converging and has a twofold symmetry on.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Brenners der oben genannten Art durch welchen eine Verbrennungsschwingung zumindest vermindert wird.The object of the invention is the specification of a Brenners of the above kind through which a combustion vibration is at least reduced becomes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff mit einem Mündungsbereich, in dem sich entlang einer Düsenachse ein Mündungskanal erstreckt, welcher Mündungskanal an einem Mündungsrand nicht konvergierend endet, wobei der Mündungsrand nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse ist.According to the invention, this object is achieved through a fuel nozzle for liquid fuel with an orifice area in which extends along a nozzle axis a mouth channel extending, which mouth channel not converging at a mouth edge ends, wherein the mouth edge is not rotationally symmetrical around the nozzle axis is.
Flüssiger Brennstoff wird in der Brennstoffdüse durch den Mündungsbereich im Mündungskanal geführt. Der Mündungskanal ist im Mündungsbereich nicht-konvergierend ausgeführt, das heißt, er verengt sich nicht, so daß kein Druckverlust entsteht. Der flüssige Brennstoff tritt aus dem Mündungskanal am Mündungsrand in den Außenraum aus. Dabei erweitert sich der Strahl, d.h. man erhält einen divergenten, aufgefächerten Brennstoffstrahl. Dadurch daß der Mündungsrand nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse ist, ist auch der divergente Brennstoffstrahl nicht rotationssymmetrisch. Man erhält somit einen verzerrten Brennstoffkegel, welcher zumindest in zwei Raumrichtungen eine unterschiedliche Ausdehnung senkrecht zur Strahlrichtung aufweist. Entsprechend verzerrt sich das räumliche Gebiet, in welchem die Verbrennung stattfindet. Durch diese Verzerrung des Verbrennungsgebietes wird Einfluß auf das Entstehen einer Verbrennungsschwingung genommen. Das Gebiet der Verbrennung wird so verlagert und auseinandergezogen, daß das akustische System aus Brenner und Brennerumgebung verstimmt wird. Die Brennstoffdüse und damit der austretende Brennstoffkegel werden so orientiert, daß sich eine Verringerung der Verbrennungsschwingungen bis hin zu einer vollständigen Unterdrückung der Verbrennungsschwingungen ergibt.Liquid fuel is in the fuel nozzle passed through the mouth area in the mouth channel. The mouth channel is in the mouth area it does not converge, that is, it narrows not, so that no pressure loss occurs. The liquid Fuel exits the mouth channel at the mouth rim in the outside space. This is expanding the beam, i. you get a divergent, fanned out Fuel jet. Due to the fact that the mouth edge is not rotationally symmetric about the nozzle axis, Also, the divergent fuel jet is not rotationally symmetric. This gives a distorted cone of fuel, which at least in two spatial directions a different extent perpendicular to Beam direction has. Accordingly, this is distorted spatial area in which the combustion takes place. Due to this distortion of the combustion area becomes influence on the emergence of a combustion vibration taken. The area of combustion is so shifted and pulled apart that the acoustic system from burner and burner environment is detuned. The fuel nozzle and thus the exiting Fuel cones are oriented so that a reduction of combustion vibrations up to towards a complete suppression of combustion oscillations results.
Vorzugsweise ist der Mündungsrand unsymmetrisch um die Düsenachse. Dies bedeutet, daß der Mündungsrand eine vollständige Umdrehung um die Düsenachse erfahren muß, um mit seiner ursprünglichen Position wieder in Deckung zu kommen.Preferably, the mouth edge is asymmetrical around the nozzle axis. This means that the Mouth edge a full turn around the Nozzle axis must experience to be with its original Position to take cover again.
Bevorzugtermaßen weist der Mündungsrand eine zweizählige Symmetrie auf. Weiter bevorzugt ist dabei der Mündungsrand eine Ellipse oder ein Rechteck, insbesondere mit abgerundeten Ecken. Die zweizählige Symmetrie bedeutet, daß der Mündungsrand eine halbe Drehung, d.h. 180°, erfahren muß, um mit seiner ursprünglichen Position in Deckung zu kommen.Preferred dimensions, the mouth edge a twofold symmetry. Further preferred while the mouth edge an ellipse or a rectangle, especially with rounded corners. The bizarre Symmetry means that the mouth edge a half rotation, i. 180 °, to experience with his original position to cover.
Bevorzugt entspricht der Mündungsrand einer Kontur, die durch ein Rechteck und einen Kreis gebildet ist, wobei der Kreis mit seinem Mittelpunkt auf dem Schwerpunkt des Rechtecks liegt und über die Schmalseite des Rechtecks hinausragt, und wobei die Kontur den äußeren Rand des Rechtecks und des Kreises umschließt.Preferably, the mouth edge corresponds to a Contour formed by a rectangle and a circle is where the circle with its center on the Focus of the rectangle is on the narrow side the rectangle protrudes, and where the contour encloses the outer edge of the rectangle and the circle.
Bevorzugtermaßen entspricht der Mündungsrand einer Kontur, die durch zwei zueinander senkrecht stehende, einen gemeinsamen Schwerpunkt aufweisende Rechtecke gebildet ist, wobei die Kontur den äußeren Rand beider Rechtecke umschließt.Preferred dimensions correspond to the mouth edge a contour perpendicular to each other by two standing, with a common focus Rectangles is formed, with the contour of the outer The edge of both rectangles encloses.
Bevorzugtermaßen weist der Mündungskanal eine Kanalwand auf, wobei jeder Punkt der Kanalwand einen Achsenabstand zur Düsenachse und eine axiale Position entlang der Düsenachse aufweist, und wobei der Achsenabstand für mindestens zwei Punkte auf der Kanalwand, welche die gleiche axiale Position aufweisen, unterschiedlich ist. Weiter bevorzugt ändert sich der Achsenabstand für Punkte auf der Kanalwand gleicher axialer Position entlang einer Umfangsrichtung um die Düsenachse stetig.Der Mündungskanal ist also nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse. Damit wird der flüssige Brennstoff bereits ein Stück weit im Mündungsbereich in einem nicht rotationssymmetrischen Strom geführt. Dem Brennstoffstrom wird also eine nicht rotationssymmetrische Form aufgeprägt, welche beim Austritt des Brennstofffs aus der Brennstoffdüse besonders effizient dazu führt, daß sich ein nicht rotationssymmetrischer, verzerrter Brennstoffkegel ausbildet.Preferred dimensions, the mouth channel a channel wall, with each point of the channel wall an axis distance to the nozzle axis and an axial Position along the nozzle axis, and wherein the axis distance for at least two points on the Duct wall, which have the same axial position, is different. More preferably changes the axis distance is the same for points on the channel wall axial position along a circumferential direction the nozzle axis steady. The mouth channel is so not rotationally symmetric about the nozzle axis. In order to The liquid fuel is already a bit far in the Mouth area in a non-rotationally symmetric Electricity led. The fuel flow is thus a not rotationally symmetrical shape imprinted, which at the exit of fuel from the fuel nozzle particularly efficient means that one does not rotationally symmetric, distorted fuel cone formed.
Bevorzugtermaßen erweitert sich der Mündungskanal zum Mündungsrand hin.Preferred dimensions, the mouth channel widens towards the mouth edge.
Vorzugsweise weist der Mündungsrand eine Einkerbung auf. Durch eine solche Einkerbung wird flüssiger Brennstoff beim Austritt aus der Brennstoffdüse stärker in Richtung der Einkerbung abgelenkt, als in die übrigen Richtungen des Mündungsrandes. Durch eine solche Einkerbung wird also wiederum erreicht, daß flüssiger Brennstoff nicht in alle Raumrichtungen gleich stark abgelenkt wird. Es bildet sich ebenfalls ein verzerrter Brennstoffkegel aus.Preferably, the mouth edge has a Notch on. Such a notch becomes more fluid Fuel exiting the fuel nozzle more distracted in the direction of the notch, than in the remaining directions of the mouth edge. By a Such a notch is thus achieved again that liquid fuel is not the same in all directions is strongly distracted. It also forms a distorted Fuel cone out.
Bevorzugt ist eine Brennstoffdüse für Erdöl.Preferred is a fuel nozzle for petroleum.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft und teilweise schematisch näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1- die Seitenansicht einer Brennstoffdüse,
Figur 2- die Draufsicht auf die Brennstoffdüse der
Figur 1, Figur 3- eine Draufsicht auf eine weitere Brennstoffdüse,
- Figur 4
- einen Längsschnitt durch den Mündungsbereich einer Brennstoffdüse,
Figur 5- eine Draufsicht auf eine weitere Brennstoffdüse,
- Figur 6
- eine Seitenansicht der Brennstoffdüse aus
Figur 5 und Figur 7- eine Brenneranordnung in einer Ringbrennkammer.
- FIG. 1
- the side view of a fuel nozzle,
- FIG. 2
- the top view of the fuel nozzle of Figure 1,
- FIG. 3
- a top view of another fuel nozzle,
- FIG. 4
- a longitudinal section through the mouth region of a fuel nozzle,
- FIG. 5
- a top view of another fuel nozzle,
- FIG. 6
- a side view of the fuel nozzle of Figure 5 and
- FIG. 7
- a burner assembly in an annular combustion chamber.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.The same reference numerals have in the various Figures have the same meaning.
Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer Brennstoffdüse
1. Ein zylindrischer Düsenkörper 3 verjüngt
sich in einem kegelstumpfförmigen Abschnitt zu einem
ebenfalls zylindrischen Mündungsbereich 5 mit einer
Stirnfläche 5A. Entlang einer Düsenachse 2 gerichtet
verläuft in der Brennstoffdüse 1 ein Mündungskanal 7,
der am Ende des Mündungsbereichs 5 mit einem Mündungsrand
9 mündet. Durch den Mündungsbereich 5 ist
ein rechtwinkliger Schnitt gelegt, so daß eine Abschrägung
10 der Kanalwand 8 des Mündungskanals 7 sichtbar
ist. Durch diese Abschrägung 10 ist der Mündungsrand
9 nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse
2. Dies wird in Figur 2 deutlich.FIG. 1 shows the side view of a
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Brennstoffdüse
1 aus Figur 1. Durch zwei einander gegenüberliegende
Abschrägungen 10 der Kanalwand 8 erhält der
Mündungsrand 9 eine zweizählige Symmetrie. Der
Mündungsrand 9 entspricht somit einer Kontur, die
durch den äußeren Rand eines Rechteckes 11 und eines
Kreises 13 gebildet ist, wobei der Kreis 13 mit seinem
Mittelpunkt 15 auf dem Schwerpunkt 17 des Rechtecks
11 liegt und über die Schmalseite des Rechtecks
11 hinausragt.FIG. 2 shows a plan view of the
Dadurch, daß der Mündungsrand 9 nicht rotationssymmetrisch
um die Düsenachse 2 ist, bildet sich
bei Austritt von flüssigem Brennstoff aus der Brennstoffdüse
1 ein nicht rotationssymmetrischer, verzerrter
Brennstoffkegel 33 aus (siehe auch Figur4). Dieserverzerrte
Brennstoffkegel 33 führt dazu, daß das Gebiet der
Verbrennung ebenfalls verzerrt ist. Durch geeignete Orientierung
der Brennstoffdüse 1 kann eine akustische
Wechselwirkung zwischen der Brennstoffdüse 1 und ihrer
Umgebung so verstimmt werden, daß sich allenfalls
geringe Verbrennungsschwingungen ausbilden. Eine
solche Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen
ist besonders effektiv möglich, wenn mehrere
Brennstoffdüsen 1 in einer Brennkammer angeordnet
sind. Solche Brennstoffdüsen 1 werden
in Brennern für Gasturbinen eingesetzt. Die großvolumigen,
energiereichen Verbrennungen in Gasturbinen
können Verbrennungsschwingungen hervorrufen, welche
nicht nur erhebliche Lärmbelastungen, sondern
auch Materialschäden hervorrufen.Characterized in that the
Die Brennstoffdüse 1 hat zudem einen günstigen
Einfluß auf eine Stickoxidverringerung. Durch den
verzerrten Brennstoffkegel läßt sich eine bessere Feinverteilung
von flüssigem Brennstoff erreichen. Insbesondere
ergibt sich eine geringe Tröpfchengröße für
den Brennstoff. Durch die bessere Verteilung und die
geringe Tröpfchengröße des Brennstoffs ergibt sich eine
Vergleichmäßigung der Flammentemperaturen der
Verbrennung. Dadurch werden nicht so hohe Maximaltemperaturen
erreicht, die maßgeblich die Stickoxidproduktion
bestimmen. Weiterhin ergibt sich eine bessere
Durchmischung mit bedarfsweise gleichzeitig eingesprühtem
Wasser. Wasser wird zur Senkung von Flammentemperaturen
in der Verbrennung eingedüst, wodurch
die Stickoxidbildung verringert wird. Bei einem
nicht rotationssymmetrischen Brennstoffkegel 33 (siehe
Fig. 4) ergibt sich eine bessere Durchdringung von flüssigem
Brennstoff und Wasser.The
In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Brennstoffdüse
1 gezeigt. Der Unterschied zur Brennstoffdüse
1 aus den Figuren 1 und 2 besteht darin, daß der Mündungsrand
9 eine Kontur darstellt, welche durch ein
Rechteck 21 und ein dazu senkrecht stehendes Rechteck
23 gebildet ist. Die beiden Rechtecke 21, 23 weisen
einen gemeinsamen Schwerpunkt 25, 27 auf.In Figure 3 is a plan view of a
In Figur 4 ist ein Längsschnitt durch den Mündungsbereich
5 einer Brennstoffdüse 1 gezeigt. Der
Brennstoffkanal 7 erweitert sich zum Mündungsrand 9
hin. Zwei gegenüberliegende Punkte P1, P2 auf der Kanalwand
8 weisen gegenüber einer willkürlich gewählten
Nullage eine axiale Position B entlang der Düsenachse
2 auf. Der Punkt P1 hat einen Abstand A1 zur
Düsenachse 2. Der Punkt P2 hat einen Abstand A2 zur
Düsenachse 2. Der Abstand A1 ist größer als der Abstand
A2. Entlang einer Umfangsrichtung U um die Düsenachse
2, also für Punkte P auf der Kanalwand 8, welche
alle die gleiche axiale Position B entlang der Düsenachse
2 aufweisen, ändert sich der jeweilige Abstand
A zur Düsenachse 2 stetig. Einem Brennstoffstrom
in dem Mündungskanal 7 wird eine nicht rotationssymmetrische
Form aufgeprägt. Dies äußert sich
bei Austritt des Brennstoffs aus dem Mündungskanal 7
in einem nicht rotationssymmetrischen, verzerrten
Brennstoffkegel 33. Dies hat die oben erläuterten Vorteile
hinsichtlich der Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen
und die Verminderung von Stickoxidemissionen
zur Folge.In Figure 4 is a longitudinal section through the
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Brennstoffdüse
1. Figur 6 zeigt die Brennstoffdüse 1 der Figur
5 in einer Seitenansicht. In die Stirnfläche 5A des Mündungsbereichs
5 ist eine halbzylinderförmige Einkerbung
31 eingefräst oder gesägt, welche die Mündung
des Mündungskanals 7 schneidet. Dadurch hat der
Mündungsrand 9 ebenfalls eine Einkerbung 31. An dieser
Einkerbung 31 wird flüssiger Brennstoff besonders
weit seitlich abgesprüht. Dadurch ergibt sich ein nicht
rotationssymmetrischer Brennstoffkegel 33 für den aus
der Brennstoffdüse 1 austretenden Brennstoff. Damit
ergeben sich wiederum die bereits erwähnten Vorteile
für die Verringerung von Verbrennungsschwingungen
und Stickoxidemission.FIG. 5 shows a plan view of a
Figur 7 zeigt eine Brenneranordnung 40 aus
einer Vielzahl von Brennern 42 in einer Ringbrennkammer
44 einer nicht näher dargestellten Gasturbine. Die
Ringbrennkammer 44 ist rotationssymmetrisch um eine
Brennkammerachse 46. Sie weist eine Innenwand 48
und eine Außenwand 50 auf, die einen Ringraum 51 umschließen.
Die Innenseite der Außenwand 50 und die
Außenseite der Innenwand 48 sind mit einer feuerfesten
Außkleidung 52 versehen.FIG. 7 shows a burner arrangement 40
a plurality of
Die Mündungsränder 9 der Brenner 42 sind
nicht rotationssymmetrisch und unregelmäßig zueinander
orientiert. Damit ergibt sich eine verringerte Neigung
zur Ausbildung einer Verbrennungsschwingung, da die
von den einzelnen Brennern 42 ausgehenden Verbrennungsschwingungen
sich unregelmäßig überlagern und
dabei weitgehend auslöschen.The mouth edges 9 of the
Claims (14)
- Burner (42) for a gas turbine, in particular for a stationary gas turbine, having a fuel injector (1) for liquid fuel, having an orifice region (5) in which an orifice passage (7) extends along an injector axis (2) and ends at an orifice edge (9) in a non-convergent manner, characterized in that the orifice edge (9) is rotationally asymmetrical about the injector axis (2).
- Burner (42) according to Claim 1, characterized in that the orifice edge (9) is asymmetrical about the injector axis (2).
- Burner (42) according to Claim 1, characterized in that the orifice edge (9) has twofold symmetry.
- Burner (42) according to Claim 3, characterized in that the orifice edge (9) is an ellipse.
- Burner (42) according to Claim 3, characterized in that the orifice edge (9) is a rectangle, in particular with rounded-off corners.
- Burner (42) according to Claim 1 or 3, characterized in that the orifice edge (9) corresponds to a contour which is formed by a rectangle (11) and a circle (13), the circle (13) lying with its centre (15) on the centroid (17) of the rectangle (11) and extending beyond the narrow side of the rectangle (11), and the contour enclosing the outer edge of the rectangle (11) and the circle (13).
- Burner (42) according to Claim 1 or 3, characterized in that the orifice edge (9) corresponds to a contour which is formed by two rectangles (21, 23) which are perpendicular to one another and have a common centroid (25, 27), the contour enclosing the outer edge of both rectangles (21, 23).
- Burner (42) according to one of the preceding claims, characterized in that the orifice passage (7) has a passage wall (8), each point (P) of the passage wall (8) being at a distance (A) from the injector axis (2) and having an axial position (B) along the injector axis (2), the distance (A) from the axis for at least two points (P1, P2) on the passage wall (8) which have the same axial position (B) being different.
- Burner (42) according to Claim 8, characterized in that the distance (A) from the axis for points (P) on the passage wall (8) having the same axial position (P) changes continuously in a circumferential direction (U) about the injector axis (2).
- Burner (42) according to one of the preceding claims, characterized in that the orifice passage (7) widens towards the orifice edge (9).
- Burner (42) according to one of the preceding claims, characterized in that the orifice edge (9) has a notch (31).
- Burner (42) according to one of the preceding claims, for crude oil.
- Burner arrangement (40) having a plurality of burners (42) which are arranged in a common combustion chamber (44), at least two of the burners (42) being designed according to one of the preceding claims.
- Burner arrangement (40) according to Claim 13, which is arranged in an annular combustion chamber (44) for a gas turbine.
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