EP2037172A2 - Gas turbine manager furnace with fuel nozzle with controlled fuel homogeneity - Google Patents

Gas turbine manager furnace with fuel nozzle with controlled fuel homogeneity Download PDF

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EP2037172A2
EP2037172A2 EP08015722A EP08015722A EP2037172A2 EP 2037172 A2 EP2037172 A2 EP 2037172A2 EP 08015722 A EP08015722 A EP 08015722A EP 08015722 A EP08015722 A EP 08015722A EP 2037172 A2 EP2037172 A2 EP 2037172A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
der
gasturbinenmagerbrenner
gas turbine
burner
Prior art date
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EP08015722A
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German (de)
French (fr)
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EP2037172A3 (en
EP2037172B1 (en
Inventor
Leif Rackwitz
Imon-Kalyan Bagchi
Thomas Dörr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Publication of EP2037172A3 publication Critical patent/EP2037172A3/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine lean burn burner according to the features of the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a fuel nozzle with controlled fuel inhomogeneity, which provides the opportunity to introduce the fuel in an optimal manner for combustion.
  • the main stage of the known so-called lean burners is often designed as a so-called film depositor ( US 2006/0248898 A1 ).
  • some injection methods with single-jet injection are known which are intended to ensure a high degree of homogenization of the initial fuel distribution and / or a high penetration depth of the injected fuel ( US 2004/0040311 A1 ).
  • bluff body geometries which may be designed as baffle plates or V-shaped stabilizers arranged (eg US 4445339 and WO 10/860659 ).
  • the local fuel-air mixture is not controlled adjustable.
  • the problem is that with a desired homogeneous axial and circumferential loading of the fuel on the film layer
  • a very good air-fuel mixture with average low combustion temperatures and thus low NOx emissions can be achieved, however the homogeneous mixture formation aimed at under high load conditions under partial load conditions as a result of insufficient fuel loading on the film former lead to a significant deterioration of the combustion chamber burnout (cf. Fig. 6 ).
  • the background is the reduced heat release associated with lean mixtures as well as the property for local flame extinction with successive reduction of the fuel and low combustion chamber pressure and temperature.
  • Another flow form is characterized by a so-called "unfolding" of the flow and the formation of a recirculation area on the burner axis (see Fig. 4 ).
  • an attenuated recirculation area in the wake of the stabilizer is additionally present in this variant of the flame stabilizer.
  • the invention has for its object to provide a Gasturbinenmagerbrenner of the type mentioned, which has a low structure while avoiding the disadvantages of the prior art low pollutant emissions, improved flame stability and a high Brennttingausbrand.
  • a burner operated with excess air having a pilot 17 and a main fuel injection 18.
  • the aim is to set a targeted inhomogeneity of the fuel-air mixture.
  • the goal is to create a load-dependent variation of fuel placement in the main stage of the fuel in order to influence the degree of local fuel-air mixture.
  • the background is that a high mixture homogenization on the one hand favors the formation of low NOx emissions, on the other hand, a reduced mixture homogenization by targeted formation of locally rich mixture zones advantageous for achieving a high burnout of the combustion chamber, especially at partial load conditions.
  • the partially competing properties are to be optimized by the method of load-dependent fuel inhomogeneity.
  • the burner is characterized by a novel flame stabilizer between the inner and middle flow channel, which should lead to improved flow control within the combustion chamber, in particular with regard to the interaction of the pilot and main flow in addition to the method for local load-dependent fuel enrichment.
  • An essential feature of the present invention is that the outlet openings of the discrete fuel injections are set in the circumferential direction ( see FIGS. 10, 12 ).
  • the angle of attack of the fuel jets in the circumferential direction should be in the range between 10 ° ⁇ ⁇ 2 ⁇ 60 °. This can be by a - in relation to the twisted air flow of the central air passage 15 - the same direction or opposite directions.
  • the fuel jets may be at individual angles ⁇ 2.
  • the fuel jets can continue to be employed with respect to the burner axis 4 in the axial direction.
  • the preferred axial angle of attack of the fuel jets is in the range between -10 ° ⁇ ⁇ 1 ⁇ 90 °.
  • the fuel jets can be set at individual angles ⁇ 1.
  • the recesses can also be made individually (both with respect to ⁇ 1 and ⁇ 2).
  • the first method is to meter the main fuel through discrete fuel bores upstream of the main fuel passage exit face and directly adjust a circumferentially controlled inhomogeneous fuel-air mixture. This can be achieved by a suitable choice of the number, arrangement and adjustment of the fuel bores and by ensuring a low interaction of the injected fuel jets with the wall element already described within the fuel level. This means that the fuel jets injected into the middle flow channel still have a defined velocity pulse.
  • the short run length of the main fuel between the inner surface of the main stage 19, 38 and the location of the holes 41 is a load-dependent penetration depth of a more or less closed fuel film, albeit reduced or to a fuel film approximated fuel entry adjustable.
  • a "subsequent" local enrichment of the fuel film in the circumferential direction is proposed when using a fuel film ( Fig. 19 ).
  • These inhomogeneities in the fuel distribution can be achieved by different measures, for example of turbulators placed on the film laying surface, a suitable design of the trailing edge of the film layer (eg corrugated arrangement, lamella shape).
  • the said methods for local adjustment of inhomogeneities for the fuel film can be located both within the middle flow channel both upstream and / or downstream of the film gap.
  • turbulators on the surface of the film layer as follows: upstream or downstream of the film gap, then each 1-row or multi-row, with / without circumferential position, but also a circumferentially closed ring geometry of the turbulator (eg circumferential edge / step).
  • a specific contouring, both in the axial and in the circumferential direction, of the flame stabilizer is proposed.
  • An embodiment with a flower-shaped geometry for the outlet cross-section of a flame stabilizer is in Fig. 14 shown.
  • the diameter of the exit surface varies between a minimum diameter A1, which can lead to a pronounced decentralized recirculation in the wake of the V-shaped flame stabilizer, and a maximum diameter A2, which favors the formation of a central recirculation on the burner axis.
  • a minimum diameter A1 which can lead to a pronounced decentralized recirculation in the wake of the V-shaped flame stabilizer
  • a maximum diameter A2 which favors the formation of a central recirculation on the burner axis.
  • Fig. 14 illustrated variant for a contoured flame stabilizer with 8 so-called “flowers” are proposed further variants, the proposed geometries between 2 and 20 "flowers” may have.
  • Fig. 15 Another version is shown for a slightly more contoured flame stabilizer with 8 "flowers” in which the diameter A1 is reduced and at the same time the diameter A2 is increased.
  • the flow locally undergoes a flow acceleration or delay, resulting in a highly three-dimensional flow area with both centralized and decentralized recirculation (see Fig. 5 ).
  • a further embodiment provides for the circumferential alignment of the 3D wave geometry (contours) of the flame stabilizer at the effective helix angle of the deflected air flow for the inner pilot stage and / or the effective helix angle of the deflected air flow for the radially outer main stage.
  • Fig. 16 another embodiment of the contoured flame stabilizer is shown.
  • the contouring of the inner leg of the flame holder has 5 flowers, whereby by the number and arrangement of the flowers a diameter variation is achieved with a controlled asymmetry in the flow guidance of the pilot flow.
  • both a strong flow acceleration as well as due to the cross-sectional widening a deflection and flow delay is implemented in a sectional plane.
  • Fig. 17 another embodiment of a flame stabilizer with an eccentric positioning shown.
  • An additional option for contouring 25 is a sawtooth profile.
  • bimetal elements can be integrated into the front part of the flame stabilizer or at the trailing edge of the flame stabilizer to achieve a desired change in exit geometry.
  • Another advantage of the invention is the possibility of controlled adjustment of a "mixed" flow field with distinct central and decentralized recirculation areas. It is expected that the presence of a central recirculation on the one hand, the NOx emissions can be significantly reduced and can be achieved by setting a sufficient sudströmzone in the wake of the flame stabilizer very high flame stability against lean burn. Furthermore, it is expected that the interaction between the pilot and main flame can be more controlled, since depending on the 3D contour of the flame stabilizer there is the possibility to generate different flow states with more or less strong interaction of the pilot and main flow. With the help of this targeted generation of a "mixed" flow form, the operating range of the lean burn burner can be significantly extended between low and full load.
  • Another advantage of the invention is expected in the field of ignition of the pilot stage. Due to the contoured geometry of the exit surface with locally increased pitch diameters A2, a radial expansion (dispersion) of the pilot spray is generated, which can lead to improved mixture preparation. This increases the likelihood that a greater part of the pilot spray can be brought into the vicinity of the combustion chamber wall in the region of the spark plug and thus - depending on the local fuel-air mixture - the ignition characteristics of the burner can be improved.
  • Another advantage of the three-dimensional contouring of the flame stabilizer is an equalization of the flow and thus the reduction of the occurrence of possible flow instabilities, which can often form in the wake of bluff bodies - especially in the shear layer.

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Abstract

Main-fuel injection (18) has central recesses (23) for controlled inhomogeneous fuel injection, especially in a peripheral direction. Their number on the periphery amounts to between 8 and 40 and, in a peripheral direction, they have a delta 2 setting angle of 10[deg] = delta 2 = 60[deg] and a delta 1 axial setting angle opposite a burner's axis between -10[deg] = delta 1 = 90[deg] . The central recesses are arranged in a single row, in multiple rows or in a zigzag layout.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinenmagerbrenner gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a gas turbine lean burn burner according to the features of the preamble of claim 1.

Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Kraftstoffdüse mit kontrollierter Kraftstoffinhomogenität, welche die Möglichkeit schafft, den Kraftstoff in für die Verbrennung optimaler Weise einzubringen.In particular, the invention relates to a fuel nozzle with controlled fuel inhomogeneity, which provides the opportunity to introduce the fuel in an optimal manner for combustion.

Zur Senkung der thermisch bedingten Stickoxidemissionen sind unterschiedliche Konzepte für Brennstoffdüsen bekannt. Eine Möglichkeit besteht in dem Betrieb von Brennern mit einem hohen Luft-Brennstoff-Überschuss. Hier wird das Prinzip ausgenutzt, dass infolge eines mageren Gemisches und bei gleichzeitiger Gewährleistung einer ausreichenden räumlichen Homogenität des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine Senkung der Verbrennungstemperaturen und damit der thermisch bedingten Stickoxide ermöglicht wird. Bei vielen derartigen Brennern wird zudem eine sogenannte interne Kraftstoffstufung angewendet. Dies bedeutet, dass neben einer für niedrige NOx-Emissionen ausgelegte Hauptkraftstoffeinspritzung noch eine sogenannte Pilotstufe in den Brenner integriert ist, die mit einem erhöhten Kraftstoff-Luft-Anteil betrieben wird und die Stabilität der Verbrennung, einen ausreichenden Brennkammerausbrand sowie ausreichende Zündeigenschaften gewährleisten soll (siehe Fig. 1). Die Hauptstufe der bekannten sogenannten Magerbrenner ist häufig als sogenannter Filmleger ausgebildet ( US 2006/0248898 A1 ). Neben den Filmlegervarianten sind auch einige Eindüsungsmethoden mit Einzelstrahleinspritzung bekannt, die einen hohen Homogenisierungsgrad der anfänglichen Kraftstoffverteilung und/oder eine hohe Eindringtiefe des eingespritzten Kraftstoffs gewährleisten sollen ( US 2004/0040311 A1 ).To reduce the thermally induced nitrogen oxide emissions different concepts for fuel nozzles are known. One possibility is the operation of burners with a high air-fuel excess. Here, the principle is exploited that due to a lean mixture and at the same time ensuring sufficient spatial homogeneity of the fuel-air mixture, a reduction in the combustion temperatures and thus the thermally induced nitrogen oxides is possible. In many such burners also a so-called internal fuel staging is applied. This means that in addition to a main fuel injection designed for low NOx emissions, a so-called pilot stage is also integrated into the burner, which is operated with an increased proportion of fuel and air and should ensure the stability of the combustion, adequate combustion of the combustion chamber and sufficient ignition properties (see Fig. 1 ). The main stage of the known so-called lean burners is often designed as a so-called film depositor ( US 2006/0248898 A1 ). In addition to the film-forming variants, some injection methods with single-jet injection are known which are intended to ensure a high degree of homogenization of the initial fuel distribution and / or a high penetration depth of the injected fuel ( US 2004/0040311 A1 ).

Ein weiteres Merkmal bekannter Brenner ist das Vorhandensein von sogenannten Stabilisatorelementen, die zur Stabilisierung von Flammen in Brennkammern verwendet werden (siehe Fig. 2). Häufigste Anwendung sind neben Stromlinienkörpern vor allem sogenannte Bluff-Body-Geometrien, die z.B. als Stauscheiben oder auch V-förmig angeordnete Stabilisatoren ausgebildet sein können (z.B. US 4445339 und WO 10/860659 ). Durch die Platzierung eines Staukörpers in die Strömung wird die Strömungsgeschwindigkeit im Nachlauf des Stabilisators reduziert. Die Strömung erfährt am Rand des Staukörpers eine starke Beschleunigung, so dass infolge des hohen Druckgradienten stromab des Staukörpers eine Ablösung der Grenzschicht auftritt, verbunden mit der Ausbildung eines rezirkulierenden Wirbelsystems im Nachlauf des Staukörpers. Befindet sich am Rand der Rezirkulationszone ein verbrennungsfähiges Gemisch bzw. sind in der Umgebung des Staukörpers bereits heiße Verbrennungsprodukte vorhanden, steigt durch das Eindringen eines zündfähiges Gemisches bzw. der heißen Verbrennungsprodukte in die Rezirkulationszone die Wahrscheinlichkeit für eine Annäherung der Flammengeschwindigkeit an die Strömungsgeschwindigkeit.Another feature of known burners is the presence of so-called stabilizer elements which stabilize of flames used in combustion chambers (see Fig. 2 ). Most common application are in addition to streamline bodies especially so-called bluff body geometries, which may be designed as baffle plates or V-shaped stabilizers arranged (eg US 4445339 and WO 10/860659 ). By placing a bluff body in the flow, the flow velocity in the wake of the stabilizer is reduced. The flow experiences a strong acceleration at the edge of the bluff body, so that due to the high pressure gradient downstream of the bluff body separation of the boundary layer occurs, associated with the formation of a recirculating vortex system in the wake of the bluff body. If there is a combustible mixture at the edge of the recirculation zone or hot combustion products are already present in the vicinity of the bluff body, the probability of the flame velocity approaching the flow velocity increases as a result of the penetration of an ignitable mixture or the hot combustion products into the recirculation zone.

Für die bekannten Brennerkonzepte ist die lokale Kraftstoff-Luft-Mischung nicht kontrolliert einstellbar. Insbesondere bei den bereits angesprochenen Filmlegerkonzepten besteht das Problem, dass mit einer angestrebten homogenen axialen und umfangsmäßigen Beladung des Kraftstoffs auf dem Filmleger zwar eine sehr gute Kraftstoff-Luft-Mischung mit im Mittel niedrigen Verbrennungstemperaturen und damit niedrigen NOx-Emissionen erreicht werden kann, allerdings kann die für Hochlastbedingungen angestrebte homogene Gemischbildung bei Teillastbedingungen infolge einer ungenügenden Kraftstoffbeladung auf dem Filmleger zu einer deutlichen Verschlechterung des Brennkammerausbrandes führen (siehe Fig. 6). Hintergrund ist die mit mageren Gemischen verbundene verringerte Wärmefreisetzung sowie die Eigenschaft zur lokalen Flammenverlöschung bei sukzessiver Reduktion des Kraftstoffs und geringem Brennkammerdruck und -temperatur.For the known burner concepts, the local fuel-air mixture is not controlled adjustable. In particular, in the previously discussed filming concepts, the problem is that with a desired homogeneous axial and circumferential loading of the fuel on the film layer Although a very good air-fuel mixture with average low combustion temperatures and thus low NOx emissions can be achieved, however the homogeneous mixture formation aimed at under high load conditions under partial load conditions as a result of insufficient fuel loading on the film former lead to a significant deterioration of the combustion chamber burnout (cf. Fig. 6 ). The background is the reduced heat release associated with lean mixtures as well as the property for local flame extinction with successive reduction of the fuel and low combustion chamber pressure and temperature.

Auch hinsichtlich der Flammenverankerung mittels der bekannten Stabilisatoren sind Nachteile vorhanden. Allgemein lässt sich über die Dimension des Flammenhalters, wie z.B. den äußeren Durchmesser und den Widerstandsbeiwert der Strömungsblockage, eine Einstellung der Größe der Rezirkulation im Nachlauf des Stabilisators erzielen. Eine Anwendung für einen Flammenhalter für einen schadstoffarmen Magerbrenner ist z.B. aus ( US 6 272 840 B1 ) bekannt. Nachteil einer solchen Anwendung ist jedoch, dass mit Hilfe der gewählten Geometrie des Flammenstabilisators nur eine bestimmte Strömungsform einstellbar und die Scherschicht zwischen der beschleunigten und der verzögerten Strömung durch sehr hohe Turbulenz gekennzeichnet ist. Für einen derartigen Flammenstabilisator mit V-förmiger Geometrie ist bekannt, dass durch die Ausbildung einer starken Strömungsbeschleunigung ("Jet") im Nachlauf eines zentral auf der Brennerachse angeordneten Pilotbrenners eine hohe Magerverlöschstabilität der Flamme erzielt werden kann. Dies wird durch eine kontinuierliche Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit des Pilotstrahls weiter stromab, die Ausbildung einer Rezirkulation im Nachlauf des Flammenstabilisators und die Rückführung von heißen Verbrennungsgasen stromauf in die Nähe des Stabilisators erreicht (siehe Fig. 3). Allerdings können mit dieser Flammenstabilisierung oftmals erhöhte Ruß- und Stickoxid-Emissionen (NOx) auftreten. Diese Strömungsform kann beispielsweise durch einen kleinen Austrittsdurchmesser A = A1 für den inneren Schenkel des Flammenstabilisators erreicht werden.There are also disadvantages with regard to flame anchoring by means of the known stabilizers. In general, adjustment of the size of the recirculation in the wake of the stabilizer can be achieved via the dimension of the flame holder, such as the outer diameter and the drag coefficient of the flow blockage. An application for a flame holder for a low-emission lean burn burner is, for example, from ( US Pat. No. 6,272,840 B1 ) known. Disadvantage of such an application, however, is that with the help of the selected geometry of the flame stabilizer only a certain flow shape adjustable and the shear layer between the accelerated and the delayed flow is characterized by very high turbulence. For such a flame stabilizer with V-shaped geometry is known that by forming a strong flow acceleration ("jet") in the wake of a centrally located on the burner axis pilot burner, a high lean Verlöschstabilität the flame can be achieved. This is achieved by a continuous reduction in the flow rate of the pilot jet further downstream, the formation of a recirculation in the wake of the flame stabilizer and the return of hot combustion gases upstream in the vicinity of the stabilizer (see Fig. 3 ). However, with this flame stabilization often increased soot and nitrogen oxide (NOx) emissions can occur. This flow shape can be achieved for example by a small outlet diameter A = A1 for the inner leg of the flame stabilizer.

Als Stand der Technik ist weiterhin auf die US 2002/0011064 A1 zu verweisen.As state of the art is still on the US 2002/0011064 A1 to refer.

Eine andere Strömungsform zeichnet sich durch ein sog. "Aufklappen" der Strömung und der Ausbildung eines Rezirkulationsgebietes auf der Brennerachse aus (siehe Fig. 4). Dieser Effekt des "Aufklappens" der Strömung und der Ausbildung einer großen Rückströmzone auf der Brennerachse kann durch eine Vergrößerung des Austrittsdurchmessers A = A2 erreicht werden. Neben der zentralen Rezirkulation ist bei dieser Variante des Flammenstabilisators zusätzlich ein abgeschwächtes Rezirkulationsgebiet im Nachlauf des Stabilisators vorhanden. Als Konsequenz dieser Anordnung werden geringere Ruß- und NOx-Emissionen begünstigt, jedoch bei gleichzeitiger Verringerung der Flammenstabilität gegenüber Magerverlöschen.Another flow form is characterized by a so-called "unfolding" of the flow and the formation of a recirculation area on the burner axis (see Fig. 4 ). This effect of "unfolding" the flow and forming a large return flow zone on the burner axis can be achieved by enlargement of the outlet diameter A = A2 can be achieved. In addition to the central recirculation, an attenuated recirculation area in the wake of the stabilizer is additionally present in this variant of the flame stabilizer. As a consequence of this arrangement, lower soot and NOx emissions are favored, while at the same time reducing flame stability from lean extinction.

Aus den beschriebenen Effekten ist zu erkennen, dass mit den bisher bekannten Flammenstabilisatorgeometrien nur eine spezifische Strömungsform einstellbar ist, die jedoch nur zur Verbesserung einiger Betriebsparameter, wie z.B. der Magerverlöschstabilität beiträgt, während gleichzeitig eine Verschlechterung anderer Betriebsparameter, wie z.B. der Ruß- und NOx-Emissionen, zu beobachten ist.It can be seen from the effects described that with the previously known flame stabilizer geometries only a specific flow shape can be set, which, however, can only be adjusted to improve some operating parameters, e.g. contributes to the poor extinguishing stability while at the same time reducing the deterioration of other operating parameters, e.g. soot and NOx emissions.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasturbinenmagerbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik geringe Schadstoffemissionen, eine verbesserte Flammenstabilität und einen hohen Brennkammerausbrand aufweist.The invention has for its object to provide a Gasturbinenmagerbrenner of the type mentioned, which has a low structure while avoiding the disadvantages of the prior art low pollutant emissions, improved flame stability and a high Brennkammerausbrand.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung.According to the invention the object is achieved by combination of features of claim 1. The subclaims show further advantageous embodiments of the solution according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1:
Stand der Technik, Brenner für eine Fluggasturbine ( US 6 543 235 B1 );
Fig. 2:
Stand der Technik, Beispiel eines konventionell ausgebildeten Flammenstabilisators mit V-Form Geo- metrie ( US 6 272 840 B1 );
Fig. 3:
Stand der Technik, Berechnete Strömungsform in Abhängigkeit vom Austrittsdurchmesser des inneren Schenkels des Flammenstabilisators, Beispiel für eine Brennkammerströmung mit ausgeprägter dezentra- ler Rezirkulation im Nachlauf des Flammenstabilisa- tors infolge eines kleinen Austrittsdurchmessers A = A1;
Fig. 4:
Stand der Technik, Berechnete Strömungsform in Abhängigkeit vom Austrittsdurchmesser des inneren Schenkels des Flammenstabilisators, Beispiel für eine Brennkammerströmung mit zentraler Rezirkulation und deutlich verkleinertem Rezirkulationsgebiet im Nachlauf des Flammenstabilisators infolge eines ver- größerten Austrittsdurchmessers A = A2;
Fig. 5:
Berechnete "gemischte" Strömungsform mit zentraler Rezirkulation sowie ausgeprägter dezentraler Rezir- kulation im Nachlauf eines konturierten Flammensta- bilisators infolge eines im Umfang veränderlichen Austrittsdurchmessers des Flammenstabilisators A1 < A ≤ A2;
Fig. 6:
Brennkammerausbrand vs. Brennstoffanteil des Pilot- brenners, Schematische Darstellung des Ausbrandver- haltens für einen Filmleger sowie für eine diskrete Kraftstoffstrahleindüsung für die Hauptstufe des Ma- gerbrenners bei Teillastbedingungen;
Fig. 7:
Hauptkomponenten für den erfindungsgemäßen Magerbrenner, Ausführungsvariante mit diskretem Kraftstoffeintrag des Hauptkraftstoffs über Einzel- bohrungen an der inneren Oberfläche der Hauptkraft- stoffeinspritzung sowie mit blütenförmiger Geometrie für den inneren Schenkel des Flammenstabilisators;
Fig. 8:
Hauptkomponenten für den erfindungsgemäßen Magerbrenner, Ausführungsvariante mit diskretem Kraftstoffeintrag des Hauptkraftstoffs über einen Filmspalt an der inneren Oberfläche der Hauptkraft- stoffeinspritzung sowie mit blütenförmiger Geometrie für den inneren Schenkel des Flammenstabilisators;
Fig. 9:
Berechnete Umfangsverteilung der Kraftstoff-Luft- Verteilung im Nachlauf der Hauptkraftstoffeinsprit- zung des Brenners: Ausführungsform mit gezielter In- homogenität des Kraftstoffeintrags durch angestellte diskrete Kraftstoffbohrungen (Beispiel, n = 24);
Fig. 10:
Hauptstufe des erfindungsgemäßen Brenners: Darstel- lung der berechneten Strahleindringung in den mitt- leren Strömungskanal;
Fig. 11:
Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners mit Darstellung der Anstellung der Kraftstoffbohrun- gen in axialer Richtung δ1 sowie Anstellung der inne- ren stromabseitigen Oberfläche der Hauptkraftstoff- einspritzung β;
Fig. 12:
Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners mit Darstellung der Anstellung der Kraftstoffbohrun- gen in Umfangsrichtung δ2;
Fig. 13:
Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Brenners mit filmartiger Platzierung des Hauptkraftstoffs mit lokalen Kraftstoffanreicherungen, schematische Dar- stellung der stromaufseitigen Zumessung des Haupt- kraftstoffs über Einzelbohrungen;
Fig. 14:
Ausführungsform für einen Flammenstabilisator mit Konturierung der Austrittsgeometrie des inneren Schenkels, blütenförmige Geometrie;
Fig. 15:
Weitere Ausführungsform für einen Flammenstabilisa- tor mit stärkerer Konturierung der Austrittsgeomet- rie des inneren Schenkels, blütenförmige Geometrie;
Fig. 16:
Weitere Ausführungsform für einen Flammenstabilisa- tor mit Konturierung der Austrittsgeometrie des in- neren Schenkels, blütenförmige Geometrie mit gegenü- berliegender asymmetrischer Variation des Austritts- durchmessers;
Fig. 17:
Weitere Ausführungsform für einen Flammenstabilisa- tor mit Konturierung der Austrittsgeometrie des in- neren Schenkels, exzentrische Austrittsgeometrie;
Fig. 18:
Ausführungsform für einen Flammenstabilisator mit variabler Austrittsgeometrie, Darstellung von Posi- tionierungsmöglichkeiten von variablen Geometrieelementen (z.B. Piezo- oder Bi-Metall-Ele- mente) in den unteren und oberen Schenkel des Flam- menstabilisators, und
Fig. 19:
eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Bren- ners mit filmartiger Platzierung des Hauptkraft- stoffs mit lokalen Kraftstoffanreicherungen durch Turbulatoren stromab des Filmspalts.
In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the drawing. Showing:
Fig. 1:
Prior art burner for an aircraft gas turbine ( US Pat. No. 6,543,235 B1 );
Fig. 2:
State of the art, example of a conventionally designed flame stabilizer with V-shape geometry ( US Pat. No. 6,272,840 B1 );
3:
PRIOR ART, Calculated flow shape as a function of the exit diameter of the inner leg of the flame stabilizer, example of a combustion chamber flow with pronounced decentralized recirculation in the wake of the flame stabilizer as a result of a small exit diameter A = A1;
4:
PRIOR ART, Calculated flow shape as a function of the exit diameter of the inner leg of the flame stabilizer, example of a combustion chamber flow with central recirculation and clearly reduced recirculation area in the wake of the flame stabilizer as a result of an increased exit diameter A = A2;
Fig. 5:
Calculated "mixed" flow regime with central recirculation and pronounced decentralized recirculation in the wake of a contoured flame stabilizer due to a variable diameter exit diameter of the flame stabilizer A1 < A ≤ A2;
Fig. 6:
Combustion burnout vs. Fuel fraction of the pilot burner, Schematic representation of the burn-out behavior for a film lay- er as well as a discrete fuel-jet injection for the main stage of the fuel burner under partial load conditions;
Fig. 7:
Main components for the lean burn burner according to the invention, embodiment variant with discrete fuel input of the main fuel via individual bores on the inner surface of the main fuel injection and with flower-shaped geometry for the inner leg of the flame stabilizer;
Fig. 8:
Main components for the lean burn burner according to the invention, embodiment variant with discrete fuel input of the main fuel over a film gap on the inner surface of the main fuel injection and with flower-shaped geometry for the inner leg of the flame stabilizer;
Fig. 9:
Calculated circumferential distribution of the fuel-air distribution in the wake of the main fuel injection of the burner: embodiment with targeted inhomogeneity of the fuel input by employed discrete fuel bores (example, n = 24);
Fig. 10:
Main stage of the burner according to the invention: depiction of the calculated jet penetration into the central flow channel;
Fig. 11:
Embodiment variant of the burner according to the invention with representation of the setting of the fuel bores in the axial direction δ1 and employment of the inner downstream surface of the main fuel injection β;
Fig. 12:
Embodiment variant of the burner according to the invention with representation of the employment of fuel bores in the circumferential direction δ2;
Fig. 13:
Embodiment variant of the burner according to the invention with film-like placement of the main fuel with local fuel enrichments, schematic representation of the upstream metering of the main fuel via individual bores;
Fig. 14:
Embodiment for a flame stabilizer with contouring of the exit geometry of the inner leg, flower-shaped geometry;
Fig. 15:
Further embodiment for a flame stabilizer with more pronounced contouring of the exit geometry of the inner leg, flower-shaped geometry;
Fig. 16:
Further embodiment for a flame stabilizer with contouring of the outlet geometry of the inner leg, flower-shaped geometry with opposite asymmetrical variation of the outlet diameter;
Fig. 17:
Further embodiment for a flame stabilizer with contouring of the exit geometry of the inner leg, eccentric exit geometry;
Fig. 18:
Embodiment for a flame stabilizer with variable exit geometry, representation of possible positioning of variable geometry elements (eg piezo or bimetallic elements) in the lower and upper limb of the flame stabilizer, and
Fig. 19:
an embodiment variant of the burner according to the invention with film-like placement of the main fuel with local fuel enrichments by turbulators downstream of the film gap.

Erfindungsgemäß ist ein mit Luftüberschuss betriebener Brenner (siehe Fig. 7) geschaffen, der eine Pilot- 17 und eine Hauptkraftstoffeinspritzung 18 besitzt. Innerhalb der Hauptstufe wird die Einstellung einer gezielten Inhomogenität der Kraftstoff-Luft-Mischung angestrebt. Ziel ist es, eine lastabhängige Variation der Kraftstoffplatzierung in der Hauptstufe des vorgeschlagenen Magerbrenners zu erreichen, um damit den Grad der lokalen Kraftstoff-Luft-Mischung zu beeinflussen. Hintergrund ist, dass eine hohe Gemischhomogenisierung einerseits die Bildung von niedrigen NOx-Emissionen begünstigt, andererseits eine verringerte Gemischhomogenisierung durch gezielte Ausbildung lokal fetter Gemischzonen vorteilhaft für die Erreichung eines hohen Ausbrandes der Brennkammer insbesondere bei Teillastbedingungen ist. Die zum Teil konkurrierenden Eigenschaften sollen durch die Methode der lastabhängigen Kraftstoffinhomogenität optimiert werden. Weiterhin zeichnet sich der Brenner durch einen neuartigen Flammenstabilisator zwischen dem inneren und mittleren Strömungskanal aus, der neben der Methode zur lokalen lastabhängigen Kraftstoffanreicherung zu einer verbesserten Strömungsführung innerhalb der Brennkammer insbesondere hinsichtlich der Interaktion der Pilot- und Hauptströmung führen soll.According to the invention, a burner operated with excess air (see Fig. 7 ) having a pilot 17 and a main fuel injection 18. Within the main stage, the aim is to set a targeted inhomogeneity of the fuel-air mixture. The goal is to create a load-dependent variation of fuel placement in the main stage of the fuel in order to influence the degree of local fuel-air mixture. The background is that a high mixture homogenization on the one hand favors the formation of low NOx emissions, on the other hand, a reduced mixture homogenization by targeted formation of locally rich mixture zones advantageous for achieving a high burnout of the combustion chamber, especially at partial load conditions. The partially competing properties are to be optimized by the method of load-dependent fuel inhomogeneity. Furthermore, the burner is characterized by a novel flame stabilizer between the inner and middle flow channel, which should lead to improved flow control within the combustion chamber, in particular with regard to the interaction of the pilot and main flow in addition to the method for local load-dependent fuel enrichment.

Kontrollierte Kraftstoffinhomogenität durch eine diskrete Strahleindüsung:

  • Als bevorzugte Methode zur Einstellung von lokalen Kraftstoffinhomogenitäten wird eine diskrete Strahleindüsung über mehrere Kraftstoffbohrungen n für die Hauptstufe eines Magerbrenners vorgeschlagen. Vorzugsweise sind zwischen n = 8 und n = 40 Bohrungen vorgesehen. Die Bohrungen können dabei gleichmäßig als auch ungleichmäßig im Umfang verteilt sein. Weiterhin ist eine einreihige als auch mehrreihige sowie gestaffelte Anordnung der Bohrungen möglich. Über geeignete konstruktive Maßnahmen kann eine kontrollierte Einstellung der Eindringtiefe der diskreten Kraftstoffstrahlen und damit der Güte der lokalen Kraftstoff-Luft-Mischung erreicht werden. Der größte Druckabfall in der Hauptkraftstoffleitung und damit der die Zumessung des Kraftstoffs bestimmende Querschnitt befindet sich an bzw. in der Nähe der inneren Oberfläche der Hauptstufe 19. Die diskrete Eindüsung des Kraftstoffs über Bohrungen erfolgt unter einem bestimmten Winkel zur Brennerachse radial nach innen in den mittleren Strömungskanal 15. Die Eindüsung des Kraftstoffs der Hauptstufe kann dabei sowohl an der stromauf- als auch stromabseitigen Oberfläche der Hauptkraftstoffeinspritzung erfolgen 38, 19. Die vorgeschlagene Methode der diskreten Strahleindüsung für die Hauptstufe eines Magerbrenners zeichnet sich durch eine lastabhängige Eindringtiefe der diskreten Strahlen aus. Bei niedrigen bis mittleren Betriebsbedingungen, bei der die Hauptstufe zur Gewährleistung verringerter NOx- und Ruß-Emissionen zusätzlich zur Pilotstufe zugeschaltet wird, ist infolge des verringerten Kraftstoffdrucks - und damit infolge eines niedrigen Kraftstoff-Luft-Impulsverhältnisses - die Eindringtiefe der diskreten Kraftstoffstrahlen gering. Bei höheren Lastbedingungen steigt das Kraftstoff-Luft-Impulsverhältnis deutlich an und führt zu einem tieferen Eindringen der Kraftstoffstrahlen in den mittleren Strömungskanal.
Controlled fuel inhomogeneity through a discrete jet injection:
  • As a preferred method for adjusting local fuel inhomogeneities, a discrete jet injection over a plurality of fuel wells n for the main stage of a lean burn burner is proposed. Preferably, between n = 8 and n = 40 holes are provided. The holes can be distributed evenly as well as unevenly around the circumference. Furthermore, a single-row and multi-row and staggered arrangement of the holes is possible. By appropriate design measures, a controlled adjustment of the penetration depth of the discrete fuel jets and thus the quality of the local fuel-air mixture can be achieved. The largest pressure drop in the main fuel line and thus the metering of the fuel defining cross section is located at or in the vicinity of the inner surface of the main stage 19. The discrete injection of the fuel through holes is carried out at a certain angle to the burner axis radially in the middle flow channel 15. The injection of the fuel of the main stage can take place both at the upstream and downstream surface of the main fuel injection 38, 19. The proposed method of discrete jet injection for the main stage of a lean burn burner is characterized by a load-dependent penetration depth of discrete rays out. At low to medium operating conditions, where the main stage is switched on in addition to the pilot stage to ensure reduced NOx and soot emissions, the penetration depth of the discrete fuel jets is low due to the reduced fuel pressure, and hence low fuel to air pulse ratio. At higher load conditions, the fuel-air-pulse ratio increases significantly and leads to a deeper penetration of the fuel jets in the middle flow channel.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Austrittsöffnungen der diskreten Kraftstoffeindüsungen in Umfangsrichtung angestellt sind (siehe Fig. 10, 12). Der Anstellwinkel der Kraftstoffstrahlen in Umfangsrichtung soll im Bereich zwischen 10° ≤ δ2 ≤ 60° liegen. Dies kann durch eine - in Relation zur verdrallten Luftströmung des mittleren Luftkanals 15 - gleichsinnige oder gegensinnige Orientierung sein. Generell können die Kraftstoffstrahlen mit individuellen Winkeln angestellt δ2 sein. Durch die erfolgte Umfangsanstellung der Kraftstoffstrahlen wird gegenüber einer unverdrallten Einspritzung mit δ2 = 0° eine deutliche Verringerung der Eindringtiefe der Strahlen erreicht, was bei gegebener Anzahl von Eindüsungspunkten einerseits zu einer Homogenisierung der Kraftstoff-Luft-Mischung im Umfang führt und andererseits eine radiale Begrenzung der Kraftstoffplatzierung in der Nähe der inneren Oberfläche der Hauptkraftstoffeinspritzung zur Folge hat. Die Kraftstoffstrahlen können weiterhin gegenüber der Brennerachse 4 in axialer Richtung angestellt sein. Der bevorzugte axiale Anstellwinkel der Kraftstoffstrahlen liegt im Bereich zwischen -10° ≤ δ1 ≤ 90°. Wie bei der Umfangsanstellung können die Kraftstoffstrahlen mit individuellen Winkeln δ1 angestellt sein. Auch die Ausnehmungen können auch individuell angestellt sein (sowohl hinsichtlich δ1 als auch δ2).An essential feature of the present invention is that the outlet openings of the discrete fuel injections are set in the circumferential direction ( see FIGS. 10, 12 ). The angle of attack of the fuel jets in the circumferential direction should be in the range between 10 ° ≤ δ2 ≤ 60 °. This can be by a - in relation to the twisted air flow of the central air passage 15 - the same direction or opposite directions. Generally, the fuel jets may be at individual angles δ2. Due to the circumferential setting of the fuel jets is compared to a non-twisted injection with δ2 = 0 ° achieved a significant reduction in the penetration depth of the jets, which leads to a given number of injection points on the one hand to homogenization of the fuel-air mixture in the periphery and on the other hand, a radial boundary Fuel placement near the inner surface of the main fuel injection result. The fuel jets can continue to be employed with respect to the burner axis 4 in the axial direction. The preferred axial angle of attack of the fuel jets is in the range between -10 ° ≤ δ1 ≤ 90 °. As with the circumferential adjustment, the fuel jets can be set at individual angles δ1. The recesses can also be made individually (both with respect to δ1 and δ2).

Bei niedrigen bis mittleren Lastbedingungen führen die beschriebenen Effekte vor allem zu einer Verbesserung des Brennkammerausbrandes infolge lokaler Kraftstoffanreicherung. Bei höheren Lastbedingungen bis zu Volllastbedingungen stellt sich durch einen höheren Kraftstoffdruck und damit auch höherer Kraftstoffgeschwindigkeit der Einzelstrahlen eine größere Eindringtiefe der Strahlen ein. Die damit verbundene Intensivierung der Strahldispersion führt bei gegebener Umfangsanstellung der Kraftstoffstrahlen zu einer weiteren Vergleichmäßigung der Kraftstoff-Luft-Mischung in radialer Richtung und Umfangsrichtung. Mit dieser Methode der starken Anstellung der Kraftstoffstrahlen δ1, δ2 lassen sich bei Hochlastbedingungen magere Kraftstoff-Luft-Verhältnisse einstellen.At low to medium load conditions, the effects described above lead to an improvement of the combustion chamber burnout as a result of local fuel enrichment. At higher load conditions up to full load conditions, a higher penetration depth of the jets arises due to a higher fuel pressure and thus also higher fuel speed of the individual jets. The associated intensification of the jet dispersion results in a given circumferential adjustment of the fuel jets to a further homogenization of the fuel-air mixture in the radial direction and circumferential direction. With this method of the strong employment of the fuel jets δ1, δ2 can be set under high load conditions lean air-fuel ratios.

Kontrollierte Kraftstoffinhomogenität durch einen Kraftstofffilm mit lokalen Kraftstoffanreicherungen:

  • In Fig. 9 ist in einer Querschnittsdarstellung eine berechnete Umfangsverteilung der Kraftstoff-Luft-Mischung für die Anwendung von stark angestellten Kraftstoffstrahlen für die Hauptstufe gezeigt. Es sind lokal magere Gemische 32 sowie im Bereich der Strahleindringung in den mittleren Strömungskanal lokal kraftstoffangereicherte Zonen 31 zu erkennen. Neben der Zumessung des Kraftstoffs über Bohrungen an oder nahe der Oberfläche der Hauptkraftstoffeinspritzung 38, 19 besteht ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Zumessung des Kraftstoffs für die Hauptstufe weiter stromauf in der Kraftstoffpassage. Eine gegenüber der diskreten Kraftstoffeindüsung für die Hauptstufe geänderte Kraftstoffplatzierung über einen Filmspalt im Austritt der Kraftstoffpassage ist in Fig. 8 dargestellt. Über diskrete Kraftstoffbohrungen 41 wird der Hauptkraftstoff zunächst stromauf der Austrittsfläche der Kraftstoffpassage zugemessen (siehe Fig. 13). Sowohl die Anzahl der Bohrungen n als auch die Umfangsanstellung der Bohrungen δ2 entsprechen hierbei den bereits beschriebenen Parameterbereichen für den Fall der Integration der Kraftstoffbohrungen an oder nahe der inneren Oberfläche der Hauptkraftstoffeinspritzung 19, 38. Über eine geeignete Strömungsführung durch ein inneres und äußeres Wandelement der Kraftstoffpassage 40, 43 wird ein Teil des Kraftstoffimpulses bereits vor dem Einspritzen in den mittleren Strömungskanal 15 abgebaut. Ziel ist die Erzeugung eines Kraftstofffilms mit in Umfangsrichtung kontrolliert einstellbaren Kraftstoffinhomogenitäten (ähnlich zu der in Fig. 9 gezeigten Kraftstoff-LuftVerteilung).
Controlled fuel inhomogeneity through a fuel film with local fuel enrichment:
  • In Fig. 9 Figure 3 is a cross-sectional view showing a calculated circumferential distribution of the fuel-air mixture for the application of high-powered fuel jets to the main stage. Locally lean mixtures 32 as well as locally fuel-enriched zones 31 can be recognized in the region of the jet penetration into the middle flow channel. In addition to metering the fuel through wells at or near the surface of the main fuel injection 38, 19, another feature of the present invention is the metering of fuel for the main stage further upstream in the fuel passage. A fuel placement over a film gap in the exit of the fuel passage changed in relation to the discrete fuel injection for the main stage is in Fig. 8 shown. About discrete fuel holes 41 is the Main fuel is first metered upstream of the exit surface of the fuel passage (see Fig. 13 ). Both the number of holes n and the circumferential setting of the bores δ2 correspond to the parameter ranges already described for the case of the integration of the fuel bores at or near the inner surface of the main fuel injection 19, 38. Via a suitable flow guidance through an inner and outer wall element of the fuel passage 40, 43, part of the fuel pulse is already reduced before being injected into the middle flow channel 15. The aim is to produce a fuel film with circumferentially controlled adjustable fuel inhomogeneities (similar to those in Fig. 9 shown fuel-air distribution).

Dies kann durch zwei unterschiedliche Methoden verwirklicht werden. Die erste Methode besteht in der Zumessung des Hauptkraftstoffs durch diskrete Kraftstoffbohrungen stromauf der Austrittsfläche der Hauptkraftstoffpassage und der direkten Einstellung eines in Umfangsrichtung kontrolliert inhomogenen Kraftstoff-Luft-Gemisches. Dies kann durch eine geeignete Wahl der Anzahl, Anordnung und Anstellung der Kraftstoffbohrungen sowie durch die Gewährleistung einer geringen Interaktion der eingedüsten Kraftstoffstrahlen mit dem bereits beschriebenen Wandelement innerhalb der Kraftstoffstufe erreicht werden. Damit besitzen die in den mittleren Strömungskanal eingedüsten Kraftstoffstrahlen noch einen definierten Geschwindigkeitsimpuls. Während der Kraftstofffilm für bekannte Filmlegerkonzepte nahezu keinen Kraftstoffimpuls aufweist, ist infolge der Strömungsführung, der kurzen Lauflänge des Hauptkraftstoffs zwischen der inneren Oberfläche der Hauptstufe 19, 38 und der Lage der Bohrungen 41 eine - wenn auch verringerte - lastabhängige Eindringtiefe eines mehr oder weniger geschlossenen Kraftstofffilms bzw. an einen Kraftstofffilm angenäherten Kraftstoffeintrag einstellbar.This can be realized by two different methods. The first method is to meter the main fuel through discrete fuel bores upstream of the main fuel passage exit face and directly adjust a circumferentially controlled inhomogeneous fuel-air mixture. This can be achieved by a suitable choice of the number, arrangement and adjustment of the fuel bores and by ensuring a low interaction of the injected fuel jets with the wall element already described within the fuel level. This means that the fuel jets injected into the middle flow channel still have a defined velocity pulse. While the fuel film for known film laying concepts has almost no fuel pulse, due to the flow guidance, the short run length of the main fuel between the inner surface of the main stage 19, 38 and the location of the holes 41 is a load-dependent penetration depth of a more or less closed fuel film, albeit reduced or to a fuel film approximated fuel entry adjustable.

Zur Zumessung des Kraftstoffs über diskrete Ausnehmungen sind stromauf einer Austrittsfläche einer Hauptkraftstoffleitung und zur Erzeugung eines Kraftstofffilms mit definierten Kraftstoffsträhnen zusätzliche Wandelemente stromab des Filmspaltes, z.B. Turbulatoren/Turbolatoren, Lamellengeometrien, etc., vorgesehen, die zu einer Ausbildung von Kraftstoffinhomogenitäten in Umfangsrichtung führen.For metering the fuel via discrete recesses, upstream of an exit face of a main fuel line and to produce a fuel film with defined fuel strands additional wall elements downstream of the film gap, e.g. Turbulators / turbulators, lamella geometries, etc., provided, which lead to a formation of fuel inhomogeneities in the circumferential direction.

Als eine weitere Methode zur Einstellung einer in Umfangsrichtung vorhandenen Inhomogenität der Kraftstoff-Luft-Mischung wird bei der Verwendung eines Kraftstofffilms eine "nachträgliche" lokale Anfettung des Kraftstofffilms in Umfangsrichtung vorgeschlagen (Fig. 19). Diese Inhomogenitäten in der Kraftstoffverteilung können durch unterschiedliche Maßnahmen erreicht werden, z.B. von auf der Filmlegeroberfläche platzierten Turbulatoren, einer geeigneten Gestaltung der Hinterkante des Filmlegers (z.B. gewellte Anordnung, Lamellenform). Die genannten Methoden zur lokalen Einstellung von Inhomogenitäten für den Kraftstofffilm können sich dabei innerhalb des mittleren Strömungskanals sowohl stromauf und/oder stromab des Filmspaltes befinden.As another method for adjusting circumferentially inhomogeneity of the fuel-air mixture, a "subsequent" local enrichment of the fuel film in the circumferential direction is proposed when using a fuel film ( Fig. 19 ). These inhomogeneities in the fuel distribution can be achieved by different measures, for example of turbulators placed on the film laying surface, a suitable design of the trailing edge of the film layer (eg corrugated arrangement, lamella shape). The said methods for local adjustment of inhomogeneities for the fuel film can be located both within the middle flow channel both upstream and / or downstream of the film gap.

Weiterhin ist erfindungsgemäß bevorzugterweise vorgesehen, die Anordnung der Turbulatoren auf der Oberfläche des Filmlegers wie folgt vorzusehen: stromauf oder stromab des Filmspalts, dann jeweils 1-reihig oder mehrreihig, mit/ohne Umfangsanstellung, aber auch eine im Umfang geschlossene Ringgeometrie des Turbulators (z.B. eine umlaufende Kante/ Stufe).Furthermore, according to the invention is preferably provided to provide the arrangement of the turbulators on the surface of the film layer as follows: upstream or downstream of the film gap, then each 1-row or multi-row, with / without circumferential position, but also a circumferentially closed ring geometry of the turbulator (eg circumferential edge / step).

Methoden zur Erhöhung der Luftgeschwindigkeit im mittleren Strömungskanal:

  • Ein wesentliches Merkmal der vorgeschlagenen Erfindung ist weiterhin die Intensivierung des Strahlzerfalls der diskreten Einzelstrahlen bzw. des Filmzerfalls eines im Umfang kontrolliert inhomogenen Kraftstofffilms zur Reduktion der mittleren Tropfendurchmesser des erzeugten Kraftstoffsprays. Dies soll durch die Einspritzung des Hauptkraftstoffs in Strömungsgebiete mit hoher Strömungsgeschwindigkeit im mittleren Luftkanal verwirklicht werden 36. Der Flammenstabilisator 24, der sich zwischen der Pilot- und der Hauptstufe befindet, ist mit einem an die Geometrie der Hauptstufe angepassten äußeren Umlenkring (Schenkel) versehen 26. Dieser Umlenkring ist in Bezug zur Brennerachse mit einem definierten Winkel angestellt, wobei der Anstellwinkel α zwischen 10° und 50° liegen kann. Eine weitere Maßnahme zur Strömungsbeschleunigung im Nachlauf der Schaufeln für den mittleren Luftkanal ist das Vorsehen eines definierten Anstellwinkels für die innere Wand der Hauptstufe 19. Dieser Anstellwinkel liegt - bezogen auf die nicht abgelenkte Hauptströmungsrichtung - im Bereich zwischen 5° ≤ β ≤ 40° (siehe Fig. 11). Die beschriebenen Methoden - Anstellung des äußeren Umlenkrings, und Anstellung der inneren Wand der Hauptstufe - führen zu einer deutlichen Beschleunigung der Luftströmung im mittleren Luftkanal im Nachlauf der Schaufeln. Der Strömungskanal ist so ausgelegt, dass sich das Gebiet der höchsten Strömungsgeschwindigkeiten nahe der Eindüsung des Hauptkraftstoffs befindet.
Methods for increasing the air velocity in the middle flow channel:
  • An essential feature of the proposed invention is also the intensification of the jet disintegration of the discrete individual beams or of the film decay of a controlled in the range of inhomogeneous fuel film for reducing the average Drop diameter of the generated fuel spray. This is to be achieved by the injection of the main fuel into flow areas with high flow velocity in the middle air duct 36. The flame stabilizer 24, which is located between the pilot and the main stage, is provided with an outer deflection ring (leg) adapted to the geometry of the main stage 26 This deflection ring is set with respect to the burner axis with a defined angle, wherein the angle of attack α can be between 10 ° and 50 °. Another measure for the flow acceleration in the wake of the blades for the middle air duct is the provision of a defined angle of attack for the inner wall of the main stage 19. This angle is - based on the undeflected main flow direction - in the range between 5 ° ≤ β ≤ 40 ° (see Fig. 11 ). The methods described - employment of the outer deflection ring, and employment of the inner wall of the main stage - lead to a significant acceleration of the air flow in the middle air duct in the wake of the blades. The flow channel is designed so that the area of the highest flow velocities is close to the injection of the main fuel.

Methoden zur Vermeidung eines Strömungsabrisses im äußeren Strömungskanal sowie zur Verbesserung der Kraftstoffaufbereitung der Haupteinspritzung:

  • Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die geeignete konstruktive Gestaltung der äußeren Brennerrings 27. Die innere Kontur der Ringgeometrie 28 ist so ausgelegt, dass in Abhängigkeit von der Anstellung der äußeren Wand der Hauptstufe 20 unter keinen Betriebsbedingungen ein Abreißen der Luftströmung im äußeren Luftkanal eintritt (siehe Fig. 11). Damit soll eine möglichst verlustreduzierte Strömung ohne Strömungsrezirkulation im Nachlauf des äußeren Luftdrallerzeugers 13 gewährleistet werden. Weiterhin ist die Profilierung der inneren Kontur der Ringgeometrie so gewählt, dass ein hoher Luftanteil aus dem äußeren Strömungskanal für die Kraftstoff-Luft-Mischung der Hauptkraftstoffeinspritzung bereitgestellt wird.
Methods to avoid a stall in the outer flow channel and to improve the fuel economy of the main injection:
  • Another feature of the present invention is the appropriate structural design of the outer burner ring 27. The inner contour of the ring geometry 28 is designed so that depending on the employment of the outer wall of the main stage 20 under any operating conditions tearing of the air flow in the outer air channel occurs ( please refer Fig. 11 ). This is to ensure a possible loss-reduced flow without flow recirculation in the wake of the outer air swirler 13. Furthermore, the profiling the inner contour of the ring geometry is selected so that a high proportion of air from the outer flow channel for the fuel-air mixture of the main fuel injection is provided.

Konturierter Flammenstabilisator, feste Geometrie:

  • Um neben einer Verbesserung des Brennkammerausbrandes auch eine Senkung der Schadstoffemissionen über einen weiten Lastbereich zu erreichen, erscheint die Einstellung einer gemischten und/oder lastabhängigen Strömungsform mit einer definierten Interaktion der Pilot- und Hauptflamme als vorteilhaft. Eine zu starke Separation der Pilot- und Hauptflamme soll vermieden werden. Generell wird erwartet, dass eine starke Separierung beider Zonen zu einem verbesserten Betriebsverhalten des Brenners führen kann, wenn vorzugsweise die Pilot- bzw. die Hauptstufe betrieben wird. Dies ist z.B. der Fall im unteren Lastbereich (nur die Pilotstufe wird mit Kraftstoff versorgt) und im Hochlastbetrieb (der überwiegende Anteil des Kraftstoffs wird auf die mager operierende Hauptstufe verteilt). Allerdings kann dadurch über einen weiten Teil des Betriebsbereiches, insbesondere im Teillastbereich (z.B. Reiseflugbedingung, Stufungspunkt), eine Verminderung des Brennkammerausbrandes stattfinden, da ein vollständiger Ausbrand des Kraftstoffs für die mit hohem Luftüberschuss operierende Hauptstufe kritisch ist. Aus diesem Grund wird eine kontrollierte Interaktion beider Verbrennungszonen angestrebt, um mit Hilfe der heißen Verbrennungsgase der Pilotstufe eine Temperaturerhöhung in der Hauptreaktionszone zu bewirken.
Contoured flame stabilizer, fixed geometry:
  • In order to achieve a reduction of pollutant emissions over a wide load range in addition to an improvement of the Brennkammerausbrandes, the setting of a mixed and / or load-dependent flow form with a defined interaction of the pilot and main flame appears to be advantageous. Too much separation of the pilot and main flame should be avoided. In general, it is expected that a strong separation of both zones can lead to an improved performance of the burner, if preferably the pilot or the main stage is operated. This is the case, for example, in the lower load range (only the pilot stage is fueled) and in high load mode (the majority of the fuel is distributed to the lean main stage). However, this can take place over a large part of the operating range, in particular in the partial load range (eg cruising condition, staging point), a reduction of Brennkammerausbrandes, since a complete burnout of the fuel for the operating at high excess air main stage is critical. For this reason, a controlled interaction of both combustion zones is sought in order to bring about a temperature increase in the main reaction zone with the aid of the hot combustion gases of the pilot stage.

Erfindungsgemäß vorgesehen werden unterschiedliche Geometrien für Flammenstabilisatoren 24, die die definierte Einstellung eines Strömungsfeldes mit ausgeprägten Eigenschaften zentraler und dezentraler Rezirkulation ermöglichen. Allgemein wird eine spezifische Konturierung, sowohl in axialer als auch Umfangsrichtung, des Flammenstabilisators vorgeschlagen. Eine Ausführungsform mit einer blütenförmigen Geometrie für den Austrittsquerschnitt eines Flammenstabilisators ist in Fig. 14 gezeigt. Der Durchmesser der Austrittsfläche variiert zwischen einem minimalen Durchmesser A1, der zu einer ausgeprägten dezentralen Rezirkulation im Nachlauf des V-förmig ausgebildeten Flammenstabilisators führen kann, und einem maximalen Durchmesser A2, der die Ausbildung einer zentralen Rezirkulation auf der Brennerachse begünstigt. Insbesondere durch die Umfangsvariation des Austrittsdurchmessers A des Flammenstabilisators wird erwartet, dass sowohl eine zentrale als auch dezentrale Rezirkulation gezielt eingestellt werden kann.Provided according to the invention are different geometries for flame stabilizers 24, which enable the defined setting of a flow field with pronounced properties of centralized and decentralized recirculation. In general, a specific contouring, both in the axial and in the circumferential direction, of the flame stabilizer is proposed. An embodiment with a flower-shaped geometry for the outlet cross-section of a flame stabilizer is in Fig. 14 shown. The diameter of the exit surface varies between a minimum diameter A1, which can lead to a pronounced decentralized recirculation in the wake of the V-shaped flame stabilizer, and a maximum diameter A2, which favors the formation of a central recirculation on the burner axis. In particular, by the circumferential variation of the outlet diameter A of the flame stabilizer is expected that both a central and decentralized recirculation can be targeted.

Neben der in Fig. 14 dargestellten Ausführungsvariante für einen konturierten Flammenstabilisator mit 8 sogenannten "Blüten" werden weitere Ausführungsvarianten vorgeschlagen, wobei die vorgeschlagenen Geometrien zwischen 2 und 20 "Blüten" aufweisen können. In Fig. 15 ist eine weitere Ausführung für einen etwas stärker konturierten Flammenstabilisator mit 8 "Blüten" gezeigt, bei der der Durchmesser A1 reduziert und gleichzeitig der Durchmesser A2 erhöht wurde. Damit erfährt die Strömung lokal eine Strömungsbeschleunigung bzw. -verzögerung, was zu einem stark dreidimensionalen Strömungsgebiet mit einerseits zentraler als auch dezentraler Rezirkulation führt (siehe Fig. 5).In addition to the in Fig. 14 illustrated variant for a contoured flame stabilizer with 8 so-called "flowers" are proposed further variants, the proposed geometries between 2 and 20 "flowers" may have. In Fig. 15 Another version is shown for a slightly more contoured flame stabilizer with 8 "flowers" in which the diameter A1 is reduced and at the same time the diameter A2 is increased. Thus, the flow locally undergoes a flow acceleration or delay, resulting in a highly three-dimensional flow area with both centralized and decentralized recirculation (see Fig. 5 ).

Eine weitere Ausführungsform sieht die umfangsmäßige Ausrichtung der 3D-Wellengeometrie (Konturierungen) des Flammenstabilisators am effektiven Drallwinkel der umgelenkten Luftströmung für die innere Pilotstufe und/oder am effektiven Drallwinkel der umgelenkten Luftströmung für die radial außen angeordnete Hauptstufe vor.A further embodiment provides for the circumferential alignment of the 3D wave geometry (contours) of the flame stabilizer at the effective helix angle of the deflected air flow for the inner pilot stage and / or the effective helix angle of the deflected air flow for the radially outer main stage.

In Fig. 16 ist eine weitere Ausführungsform des konturierten Flammenstabilisators gezeigt. Die Konturierung des inneren Schenkels des Flammenhalters weist 5 Blüten auf, wobei durch die Anzahl und Anordnung der Blüten eine Durchmesservariation mit einer kontrollierten Asymmetrie in der Strömungsführung der Pilotströmung erreicht wird. Damit wird in einer Schnittebene sowohl eine starke Strömungsbeschleunigung als auch infolge der Querschnittserweiterung eine Umlenkung und Strömungsverzögerung umgesetzt. Hinsichtlich der einstellbaren Asymmetrie in der Pilotströmung ist in Fig. 17 eine weitere Ausführungsform eines Flammenstabilisators mit einer exzentrischen Positionierung dargestellt. Eine zusätzliche Möglichkeit der Konturierung von 25 ist ein Sägezahn-Profil.In Fig. 16 another embodiment of the contoured flame stabilizer is shown. The contouring of the inner leg of the flame holder has 5 flowers, whereby by the number and arrangement of the flowers a diameter variation is achieved with a controlled asymmetry in the flow guidance of the pilot flow. Thus, both a strong flow acceleration as well as due to the cross-sectional widening a deflection and flow delay is implemented in a sectional plane. Regarding the adjustable asymmetry in the pilot flow is in Fig. 17 another embodiment of a flame stabilizer with an eccentric positioning shown. An additional option for contouring 25 is a sawtooth profile.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung bezüglich der Ausbildung des Flammenstabilisators ist neben der beschriebenen Konturierung des inneren Schenkels 25 eine Konturierung des äußeren Schenkels des Flammenstabilisators 26, wobei die für den inneren Schenkel des Flammenstabilisators vorgeschlagenen Geometrien auch für den äußeren Schenkel 26 verwendet werden können.Another feature of the present invention with respect to the design of the flame stabilizer, in addition to the described contouring of the inner leg 25 is a contouring of the outer leg of the flame stabilizer 26, wherein the proposed for the inner leg of the flame stabilizer geometries can also be used for the outer leg 26.

Konturierter Flammenstabilisator, variable Geometrie:

  • Zur kontrollierten Einstellung eines Strömungsfeldes mit unterschiedlichen Rückströmzonen wird neben einer geometrisch festen Geometrie eines konturierten Flammenstabilisators eine variable Geometrie vorgeschlagen. Der Vorteil einer variablen Geometrie ist, dass in Abhängigkeit vom Lastzustand eine gewünschte Strömungsform in der Brennkammer eingestellt werden kann und somit das Betriebsverhalten des Brenners hinsichtlich Schadstoffreduktion, Ausbrand und Flammenstabilität positiv beeinflusst werden kann. Als eine Möglichkeit zur Anpassung des Strömungsfeldes mit Hilfe einer variablen Geometrie für den Flammenstabilisator wird z.B. die Integration von Piezo-Elementen als Zwischenelement oder direkt an der Hinterkante des inneren oder äußeren Schenkels des Flammenstabilisators vorgeschlagen. Bei diesen Elementen soll das Prinzip der spannungsabhängigen Feldausdehnung ausgenutzt werden. Dies bedeutet, dass im Originalzustand, d.h. ohne Spannungsbelastung der Piezo-Elemente, ein vergrößerter Austrittsquerschnitt des Flammenstabilisators vorhanden ist. Dieser Zustand entspricht dem Vorhandensein eines vergrößerten Austrittsdurchmessers A2, der das Ausbilden einer vorwiegend dezentralen Rezirkulationszone begünstigt. Bei Anlegen eines Spannungszustandes tritt eine Materialausdehnung mit einer radialen Komponente in Richtung Brennerachse auf (siehe Fig. 18). Dies führt zu einem kleinen Austrittsquerschnitt und in Kombination mit einem erniedrigten Luftdrall für die Pilotstufe zur Generierung eines ausgeprägten Rückströmgebietes im Nachlauf des Flammenstabilisators. Dies führt u.a. zu einer deutlichen Verbesserung der Flammenstabilität hinsichtlich einer Verlöschung bei magerem Betrieb des Brenners.
Contoured flame stabilizer, variable geometry:
  • For the controlled adjustment of a flow field with different backflow zones, a variable geometry is proposed in addition to a geometrically fixed geometry of a contoured flame stabilizer. The advantage of a variable geometry is that, depending on the load condition, a desired flow pattern can be set in the combustion chamber, and thus the performance of the burner with respect to pollutant reduction, burnout and flame stability can be positively influenced. As one way to adapt the flow field using a variable geometry for the flame stabilizer, for example, the integration of piezo elements as an intermediate element or directly to the trailing edge of the inner or outer leg of the flame stabilizer is proposed. These elements should exploit the principle of voltage-dependent field expansion. This means that in the original state, ie without stress of the Piezo elements, an enlarged outlet cross-section of the flame stabilizer is present. This condition corresponds to the presence of an increased exit diameter A2, which favors the formation of a predominantly decentralized recirculation zone. When a stress state is applied, a material expansion with a radial component occurs in the direction of the burner axis (see Fig. 18 ). This leads to a small outlet cross-section and in combination with a reduced air swirl for the pilot stage to generate a pronounced return flow region in the wake of the flame stabilizer. This leads, inter alia, to a significant improvement in the flame stability with respect to a quenching during lean operation of the burner.

Als ein weiteres Prinzip der variablen Einstellung der Strömungsform über eine Anpassung der Austrittsgeometrie des Flammenstabilisators wird die Implementierung von Bimetall-Elementen in die Geometrie des Flammenhalters vorgeschlagen. Zunutze gemacht wird das Prinzip der temperaturabhängigen Materialausdehnung. Beispielsweise können Bimetall-Elemente in den vorderen Teil des Flammenstabilisators oder an der Hinterkante des Flammenstabilisators integriert werden, um eine gewünschte Änderung der Austrittsgeometrie zu erreichen.As another principle of variably adjusting the flow shape by adjusting the exit geometry of the flame stabilizer, the implementation of bimetal elements in the geometry of the flame holder is proposed. The principle of temperature-dependent material expansion is used. For example, bimetal elements can be integrated into the front part of the flame stabilizer or at the trailing edge of the flame stabilizer to achieve a desired change in exit geometry.

Vorteile der Erfindung:

  • Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der kontrollierten Einstellung der Kraftstoff-Luft-Mischung für die Hauptstufe eines mager betriebenen Brenners. Durch das Vorhandensein lokal fetter Gemische kann mit den beschriebenen Maßnahmen ein ausreichend hoher Brennkammerausbrand insbesondere bei niedrigen bis mittleren Lastbedingungen erreicht werden. Über die Anstellung der Kraftstoffstrahlen (insbesondere im Umfang) kann zudem bei Hochlastbedingungen eine im Umfang verbesserte Kraftstoff-Luft-Mischung erzielt werden, so dass ähnlich zu einem optimierten Filmleger sehr geringere NOx-Emissionen entstehen.
Advantages of the invention:
  • The essential advantage of the present invention lies in the controlled adjustment of the fuel-air mixture for the main stage of a lean-burn burner. Due to the presence of locally rich mixtures, a sufficiently high combustion chamber burnout can be achieved with the measures described, in particular at low to medium load conditions. The employment of the fuel jets (especially in the scope) can also be achieved under high load conditions to a much improved air-fuel mixture, so that similar to an optimized film depositor very low NOx emissions arise.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit einer kontrollierten Einstellung eines "gemischten" Strömungsfeldes mit ausgeprägten zentralen und dezentralen Rezirkulationsgebieten. Es wird erwartet, dass durch das Vorhandensein einer zentralen Rezirkulation einerseits die NOx-Emissionen signifikant gesenkt werden können als auch durch die Einstellung einer ausreichenden Rückströmzone im Nachlauf des Flammenstabilisators eine sehr hohe Flammenstabilität gegenüber Magerverlöschen erreicht werden kann. Weiterhin wird erwartet, dass die Interaktion zwischen der Pilot- und Hauptflamme kontrollierter eingestellt werden kann, da in Abhängigkeit von der 3D-Kontur des Flammenstabilisators die Möglichkeit vorhanden ist, unterschiedliche Strömungszustände mit mehr oder wenig starker Interaktion der Pilot- und Hauptströmung zu generieren. Mit Hilfe dieser gezielten Erzeugung einer "gemischten" Strömungsform kann der Betriebsbereich des Magerbrenners zwischen Niedrig- und Volllast deutlich erweitert werden.Another advantage of the invention is the possibility of controlled adjustment of a "mixed" flow field with distinct central and decentralized recirculation areas. It is expected that the presence of a central recirculation on the one hand, the NOx emissions can be significantly reduced and can be achieved by setting a sufficient Rückströmzone in the wake of the flame stabilizer very high flame stability against lean burn. Furthermore, it is expected that the interaction between the pilot and main flame can be more controlled, since depending on the 3D contour of the flame stabilizer there is the possibility to generate different flow states with more or less strong interaction of the pilot and main flow. With the help of this targeted generation of a "mixed" flow form, the operating range of the lean burn burner can be significantly extended between low and full load.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird im Bereich der Zündung der Pilotstufe erwartet. Infolge der konturierten Geometrie der Austrittsfläche mit lokal erhöhten Teilkreisdurchmessern A2 wird eine radiale Aufweitung (Dispersion) des Pilotsprays generiert, die zu einer verbesserten Gemischaufbereitung führen kann. Damit steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ein größerer Teil des Pilotsprays in die Nähe der Brennkammerwand in den Bereich der Zündkerze geführt werden kann und somit - in Abhängigkeit von der lokalen Kraftstoff-Luft-Mischung - die Zündeigenschaften des Brenners verbessert werden können. Ein weiterer Vorteil der dreidimensionalen Konturierung des Flammenstabilisators ist eine Vergleichmäßigung der Strömung und somit die Reduzierung des Auftretens von möglichen Strömungsinstabilitäten, die sich oftmals im Nachlauf von Staukörpern - insbesondere in der Scherschicht - ausbilden können.Another advantage of the invention is expected in the field of ignition of the pilot stage. Due to the contoured geometry of the exit surface with locally increased pitch diameters A2, a radial expansion (dispersion) of the pilot spray is generated, which can lead to improved mixture preparation. This increases the likelihood that a greater part of the pilot spray can be brought into the vicinity of the combustion chamber wall in the region of the spark plug and thus - depending on the local fuel-air mixture - the ignition characteristics of the burner can be improved. Another advantage of the three-dimensional contouring of the flame stabilizer is an equalization of the flow and thus the reduction of the occurrence of possible flow instabilities, which can often form in the wake of bluff bodies - especially in the shear layer.

Der Vorteil einer variablen Anpassung des Austrittquerschnitts des Flammenstabilisators und damit letztendlich der Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit liegt in der Möglichkeit, zentrale oder dezentrale Rezirkulationszonen innerhalb der Brennkammer in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand "automatisch" einzustellen. Mit Hilfe dieser Methode wäre es möglich, in einem bestimmten Betriebsbereich eine zentrale Strömungsrezirkulation auf der Brennerachse zu generieren, die infolge des "Aufklappens" der Pilotströmung und der entsprechenden Interaktion zwischen der Pilot- und Hauptflamme die Reduktion der NOx-Emissionen insbesondere im Hochlastbereich begünstigt. Andererseits kann eine hohe Flammenstabilität im unteren Lastbereich erreicht werden, indem über eine Verringerung der Austrittsfläche des Flammenstabilisators eine deutliche Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit begünstigt wird. Damit wird eine gezielte Optimierung des Brennerverhaltens für unterschiedliche Betriebszustände möglich.The advantage of a variable adaptation of the outlet cross section of the flame stabilizer and thus ultimately the adjustment of the flow velocity is the possibility of "automatically" set central or decentralized recirculation zones within the combustion chamber as a function of the current operating state. Using this method, it would be possible to generate a central flow recirculation on the burner axis in a certain operating range, which favors the reduction of NOx emissions, particularly in the high load range, due to the "opening up" of the pilot flow and the corresponding interaction between the pilot and main flame. On the other hand, a high flame stability in the lower load range can be achieved by favoring a significant increase in the flow rate by reducing the exit area of the flame stabilizer. This enables targeted optimization of the burner behavior for different operating states.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kraftstoffdüsefuel nozzle
22
Brennkammercombustion chamber
33
Brennkammerströmungcombustor flow
44
BrennerachseBrenner
55
zentrales Rezirkulationsgebietcentral recirculation area
66
Rezirkulationsgebiet im Nachlauf des FlammenstabilisatorsRezirkulationsgebiet in the wake of the flame stabilizer
77
Kraftstoffeintrag für die HauptstufeFuel input for the main stage
88th
Kraftstoffeintrag für die PilotstufeFuel input for the pilot stage
99
Kraftstoff-Luft-Gemisch der HauptstufeFuel-air mixture of the main stage
1010
Kraftstoff-Luft-Gemisch der PilotstufeFuel-air mixture of the pilot stage
1111
innerer Luftdrallerzeugerinner air swirl generator
1212
mittlerer Luftdrallerzeugermedium air swirl generator
1313
äußerer Luftdrallerzeugerouter air swirl generator
1414
innerer Strömungskanalinner flow channel
1515
mittlerer Strömungskanalmedium flow channel
1616
äußerer Strömungskanalouter flow channel
1717
PilotkraftstoffeinspritzungPilot fuel injection
1818
HauptkraftstoffeinspritzungMain fuel injection
1919
innere stromabseitige Oberfläche der Hauptkraftstoffein- spritzung, Filmlegerinner downstream surface of the main fuel injection, film layer
2020
äußere Oberfläche der Hauptkraftstoffeinspritzungouter surface of the main fuel injection
2121
Hinterkante der HauptkraftstoffeinspritzungTrailing edge of the main fuel injection
2222
Austrittsspalt der HauptkraftstoffeinspritzungExit slit of the main fuel injection
2323
Austrittsbohrungen der HauptkraftstoffeinspritzungOutlet holes of the main fuel injection
2424
Flammenstabilisatorflame stabilizer
2525
innerer Schenkel des Flammenstabilisatorsinner leg of the flame stabilizer
2626
äußerer Schenkel des Flammenstabilisatorsouter leg of the flame stabilizer
2727
äußerer Brennerring (dome)outer burner ring (dome)
2828
innere Kontur des äußeren Brennerringsinner contour of the outer burner ring
2929
PilotkraftstoffzuführungPilot fuel supply
3030
HauptkraftstoffzuführungMain fuel supply
3131
lokal fettes Kraftstoff-Luft Gemischlocally rich fuel-air mixture
3232
lokal mageres Kraftstoff-Luft Gemischlocally lean fuel-air mixture
3333
Austrittsfläche der PilotkraftstoffeinspritzungExit surface of the pilot fuel injection
3434
Austrittskontur des inneren Schenkels des Flammensta- bilisatorsOutlet contour of the inner leg of the flame stabilizer
3535
Bi-Metall-ElementeBi-metal elements
3636
Strömung im Nachlauf des mittleren DrallerzeugersFlow in the wake of the middle swirl generator
3737
beschleunigtes Geschwindigkeitsgebiet auf der Brenner- achseaccelerated velocity region on the burner axis
3838
innere stromaufseitige Oberfläche der Hauptkraft- stoffeinspritzunginner upstream surface of the main fuel injection
3939
Kraftstoffpassage der HauptkraftstoffeinspritzungFuel passage of the main fuel injection
4040
äußeres Wandelement der Kraftstoffpassage der Hauptein- spritzungouter wall element of the fuel passage of the main injection
4141
Alternative Zumessung des Hauptkraftstoffs über strom- aufseitige BohrungenAlternative metering of the main fuel via upstream holes
4242
Kraftstofffilm mit lokaler Kraftstoffanreicherung in axialer und/oder UmfangsrichtungFuel film with local fuel enrichment in the axial and / or circumferential direction
4343
inneres Wandelement der Kraftstoffpassage der Hauptein- spritzunginner wall element of the fuel passage of the main injection
4444
Turbulatorelement zur Erzeugung von lokalen Kraftstoffinhomogenitäten auf dem FilmlegerTurbulator element for generating local fuel inhomogeneities on the film former
4545
Kraftstofffilm mit geringen Kraftstoffinhomogenitäten in UmfangsrichtungFuel film with low fuel inhomogeneities in the circumferential direction

Claims (19)

Gasturbinenmagerbrenner mit einer Brennkammer (2) sowie mit einer Kraftstoffdüse (1), welche eine Pilotkraftstoffeinspritzung (17) und eine Hauptkraftstoffeinspritzung (18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkraftstoffeinspritzung (18) mittlere Ausnehmungen (23) zur kontrollierten inhomogenen Kraftstoffeinspritzung vornehmlich in Umfamgsrichtung umfasst, deren Anzahl am Umfang zwischen 8 und 40 beträgt und die einen Anstellwinkel δ2 in Umfangsrichtung von 10° ≤ δ2 ≤ 60° und einen axialen Anstellwinkel δ1 gegenüber der Brennerachse (4) zwischen -10° ≤ δ1 ≤ 90° aufweisen.A gas turbine lean burn burner having a combustion chamber (2) and a fuel nozzle (1) comprising a pilot fuel injection (17) and a main fuel injection (18), characterized in that the main fuel injection (18) comprises central inhomogeneous fuel injection controlled recesses (23) primarily in the circumferential direction whose number on the circumference between 8 and 40 and which have a pitch angle δ2 in the circumferential direction of 10 ° ≤ δ2 ≤ 60 ° and an axial angle δ1 relative to the burner axis (4) between -10 ° ≤ δ1 ≤ 90 °. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (23) in einer einreihigen Anordnung angeordnet sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 1, characterized in that the recesses (23) are arranged in a single-row arrangement. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (23) in einer mehrreihigen Anordnung angeordnet sind.Gas turbine lean burn burner according to claim 1, characterized in that the recesses (23) are arranged in a multi-row arrangement. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (23) in einer gestaffelten Anordnung angeordnet sind.Gas turbine lean burn burner according to claim 1, characterized in that the recesses (23) are arranged in a staggered arrangement. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zumessung des Kraftstoffs über diskrete Ausnehmungen stromauf einer Austrittsfläche einer Hauptkraftstoffleitung und zur Erzeugung eines Kraftstofffilms mit definierten Kraftstoffsträhnen mehrere Ausnehmungen vorgesehen sind, deren Anzahl zwischen 8 und 40 beträgt und die einen Anstellwinkel δ2 in Umfangsrichtung zwischen 10° ≤ δ2 ≤ 60° aufweisen.Gasturbinenmagerbrenner according to one of claims 1 to 4, characterized in that for metering the fuel via discrete recesses upstream of an exit surface of a main fuel line and to produce a fuel film with defined fuel strands a plurality of recesses are provided, the number is between 8 and 40 and the angle of attack δ2 in the circumferential direction between 10 ° ≤ δ2 ≤ 60 °. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zumessung des Kraftstoffs über diskrete Ausnehmungen stromauf einer Austrittsfläche einer Hauptkraftstoffleitung und zur Erzeugung eines Kraftstofffilms mit definierten Kraftstoffsträhnen zusätzliche Wandelemente stromab des Filmspaltes vorgesehen sind, die zu einer Ausbildung von Kraftstoffinhomogenitäten in Umfangsrichtung führen.Gasturbinenmagerbrenner according to one of claims 1 to 5, characterized in that for metering the fuel via discrete recesses upstream of an exit surface of a main fuel line and to produce a fuel film with defined fuel strands additional wall elements are provided downstream of the film gap, leading to a formation of fuel inhomogeneities in the circumferential direction , Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen V-förmigen Flammenstabilisator (24), welcher einen inneren Schenkel (25) aufweist, der in axialer Richtung und in Umfangsrichtung konturiert ist und 2 bis 20 am Umfang angeordnete Konturen einer Blütenform umfasst.Gasturbinenmagerbrenner according to one of claims 1 to 6, characterized by a V-shaped flame stabilizer (24) having an inner leg (25) which is contoured in the axial direction and in the circumferential direction and comprises 2 to 20 circumferentially arranged contours of a flower shape. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform gleichmäßig am Umfang verteilt sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 7, characterized in that the contours of the flower shape are distributed uniformly around the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform ungleichmäßig am Umfang verteilt sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 7, characterized in that the contours of the flower shape are distributed unevenly around the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform mit einer Exzentrizität der Austrittsgeometrie gegenüber der Brennerachse am Umfang verteilt sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 7, characterized in that the contours of the flower shape are distributed with an eccentricity of the exit geometry relative to the burner axis on the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Schenkel (26) des V-förmigen Flammenstabilisators (24) in axialer Richtung und in Umfangsrichtung mit 2 bis 20 am Umfang angeordneter Konturen einer Blütenform konturiert ist.Gasturbinenmagerbrenner according to one of claims 1 to 10, characterized in that an outer leg (26) of the V-shaped flame stabilizer (24) is contoured in the axial direction and in the circumferential direction with 2 to 20 circumferentially arranged contours of a flower shape. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform gleichmäßig am Umfang verteilt sind.Gas turbine lean burn burner according to claim 11, characterized in that the contours of the flower shape are distributed uniformly around the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform ungleichmäßig am Umfang verteilt sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 11, characterized in that the contours of the flower shape are distributed unevenly around the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der Blütenform mit einer Exzentrizität der Austrittsgeometrie gegenüber der Brennerachse am Umfang verteilt sind.Gasturbinenmagerbrenner according to claim 11, characterized in that the contours of the flower shape are distributed with an eccentricity of the exit geometry relative to the burner axis on the circumference. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch einen V-förmigen Flammenstabilisator (24), welcher an einem inneren Schenkel (25) und/oder an einem äußeren Schenkel (26) mit einer variablen Geometrie versehen ist.Gas turbine lean burn burner according to one of claims 1 to 14, characterized by a V-shaped flame stabilizer (24) which is provided on an inner leg (25) and / or on an outer leg (26) with a variable geometry. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptstufe der Kraftstoffeinspritzung zwischen 5° und 60° zur Brennerachse (4) angestellt ist.Gasturbinenmagerbrenner according to one of claims 1 to 15, characterized in that a main stage of the fuel injection between 5 ° and 60 ° to the burner axis (4) is employed. Gasturbinenmagerbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Filmlegers Turbulatorelemente (44) angeordnet sind.Gas turbine lean burn burner according to one of claims 1 to 16, characterized in that turbulator elements (44) are arranged on the surface of the film applicator. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulatorelemente (44) stromauf des Filmspalts angeordnet sind.Gas turbine lean burn burner according to claim 17, characterized in that the turbulator elements (44) are arranged upstream of the film gap. Gasturbinenmagerbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulatorelemente (44) stromab des Filmspalts angeordnet sind.Gas turbine lean burn burner according to claim 17, characterized in that the turbulator elements (44) are arranged downstream of the film gap.
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EP (1) EP2037172B1 (en)
DE (1) DE102007043626A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102639939A (en) * 2009-11-30 2012-08-15 西门子公司 Burner assembly
EP2549183A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-23 Rolls-Royce plc A fuel injector
EP2703720A3 (en) * 2012-08-28 2017-12-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Method for operating a lean burn pre-mix burner of a flue gas turbine and device for carrying out the method

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2107306A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-07 Siemens Aktiengesellschaft A combustor casing
FR2971038B1 (en) * 2011-01-31 2013-02-08 Snecma INJECTION DEVICE FOR A TURBOMACHINE COMBUSTION CHAMBER
US8925325B2 (en) * 2011-03-18 2015-01-06 Delavan Inc. Recirculating product injection nozzle
US9291102B2 (en) * 2011-09-07 2016-03-22 Siemens Energy, Inc. Interface ring for gas turbine fuel nozzle assemblies
DE102012217263B4 (en) * 2012-09-25 2023-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Swirl burner and method for operating a swirl burner
US20140144152A1 (en) * 2012-11-26 2014-05-29 General Electric Company Premixer With Fuel Tubes Having Chevron Outlets
US20140144141A1 (en) * 2012-11-26 2014-05-29 General Electric Company Premixer with diluent fluid and fuel tubes having chevron outlets
US10281146B1 (en) * 2013-04-18 2019-05-07 Astec, Inc. Apparatus and method for a center fuel stabilization bluff body
WO2015178149A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Gas turbine combustion device and gas turbine
JP6351071B2 (en) 2014-08-18 2018-07-04 川崎重工業株式会社 Fuel injection device
US20160061452A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 General Electric Company Corrugated cyclone mixer assembly to facilitate reduced nox emissions and improve operability in a combustor system
US10252270B2 (en) * 2014-09-08 2019-04-09 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Nozzle apparatus and methods for use thereof
EP3207312B1 (en) * 2014-10-17 2020-08-26 Nuovo Pignone S.r.l. Method for reducing nox emission in a gas turbine, air fuel mixer, gas turbine and swirler
US9638477B1 (en) * 2015-10-13 2017-05-02 Caterpillar, Inc. Sealless cooling device having manifold and turbulator
EP3184898A1 (en) * 2015-12-23 2017-06-28 Siemens Aktiengesellschaft Combustor for a gas turbine
US10352570B2 (en) 2016-03-31 2019-07-16 General Electric Company Turbine engine fuel injection system and methods of assembling the same
US10801728B2 (en) * 2016-12-07 2020-10-13 Raytheon Technologies Corporation Gas turbine engine combustor main mixer with vane supported centerbody
US11149952B2 (en) * 2016-12-07 2021-10-19 Raytheon Technologies Corporation Main mixer in an axial staged combustor for a gas turbine engine
US11561008B2 (en) * 2017-08-23 2023-01-24 General Electric Company Fuel nozzle assembly for high fuel/air ratio and reduced combustion dynamics
GB2568981A (en) * 2017-12-01 2019-06-05 Rolls Royce Plc Fuel spray nozzle
CN108844097B (en) * 2018-03-16 2020-04-24 南京航空航天大学 Low-pollution combustion chamber for multi-point lean oil direct injection
JP6692847B2 (en) 2018-03-26 2020-05-13 三菱重工業株式会社 Gas turbine combustor and gas turbine engine including the same
DE102020106842A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Nozzle with jet generator channel for fuel to be injected into a combustion chamber of an engine
GB202019219D0 (en) * 2020-12-07 2021-01-20 Rolls Royce Plc Lean burn combustor
GB202019222D0 (en) 2020-12-07 2021-01-20 Rolls Royce Plc Lean burn combustor
CN113551261B (en) * 2021-07-19 2022-06-14 南昌航空大学 Wave V type flame stabilizer
CN113551262B (en) * 2021-07-19 2022-06-14 南昌航空大学 Take extension board flame holder of crescent sand dune profile
CN114526497B (en) * 2022-01-07 2023-02-07 清华大学 Double-necking combined spiral-flow type center-grading high-temperature-rise combustion chamber

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445339A (en) 1980-11-24 1984-05-01 General Electric Co. Wingtip vortex flame stabilizer for gas turbine combustor flame holder
US6272840B1 (en) 2000-01-13 2001-08-14 Cfd Research Corporation Piloted airblast lean direct fuel injector
US6543235B1 (en) 2001-08-08 2003-04-08 Cfd Research Corporation Single-circuit fuel injector for gas turbine combustors
US20040040311A1 (en) 2002-04-30 2004-03-04 Thomas Doerr Gas turbine combustion chamber with defined fuel input for the improvement of the homogeneity of the fuel-air mixture
WO2005028526A1 (en) 2003-08-13 2005-03-31 Societe De Technologie Michelin Catalytic system for the production of conjugated diene/mono-olefin copolymers and copolymers thereof
US20060248898A1 (en) 2005-05-04 2006-11-09 Delavan Inc And Rolls-Royce Plc Lean direct injection atomizer for gas turbine engines

Family Cites Families (128)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3091283A (en) * 1960-02-24 1963-05-28 Babcock & Wilcox Co Liquid fuel burner
GB1275255A (en) * 1968-07-18 1972-05-24 Lucas Industries Ltd Liquid atomising devices
US3568650A (en) * 1968-12-05 1971-03-09 Sonic Air Inc Supercharger and fuel injector assembly for internal combustion engines
US3699773A (en) * 1968-12-23 1972-10-24 Gen Electric Fuel cooled fuel injectors
US3713588A (en) * 1970-11-27 1973-01-30 Gen Motors Corp Liquid fuel spray nozzles with air atomization
US3703259A (en) * 1971-05-03 1972-11-21 Gen Electric Air blast fuel atomizer
US3955361A (en) * 1971-12-15 1976-05-11 Phillips Petroleum Company Gas turbine combustor with controlled fuel mixing
SE371685B (en) 1972-04-21 1974-11-25 Stal Laval Turbin Ab
GB1421399A (en) * 1972-11-13 1976-01-14 Snecma Fuel injectors
US3866413A (en) * 1973-01-22 1975-02-18 Parker Hannifin Corp Air blast fuel atomizer
US3808803A (en) * 1973-03-15 1974-05-07 Us Navy Anticarbon device for the scroll fuel carburetor
US3919840A (en) * 1973-04-18 1975-11-18 United Technologies Corp Combustion chamber for dissimilar fluids in swirling flow relationship
US3930369A (en) * 1974-02-04 1976-01-06 General Motors Corporation Lean prechamber outflow combustor with two sets of primary air entrances
US3980233A (en) * 1974-10-07 1976-09-14 Parker-Hannifin Corporation Air-atomizing fuel nozzle
GB1537671A (en) * 1975-04-25 1979-01-04 Rolls Royce Fuel injectors for gas turbine engines
US4170108A (en) * 1975-04-25 1979-10-09 Rolls-Royce Limited Fuel injectors for gas turbine engines
DE2529701A1 (en) * 1975-07-03 1977-01-27 Bosch Gmbh Robert FUEL INJECTION SYSTEM
US3977186A (en) * 1975-07-24 1976-08-31 General Motors Corporation Impinging air jet combustion apparatus
GB1597968A (en) * 1977-06-10 1981-09-16 Rolls Royce Fuel burners for gas turbine engines
US4141213A (en) * 1977-06-23 1979-02-27 General Motors Corporation Pilot flame tube
GB2012415B (en) 1978-01-04 1982-03-03 Secr Defence Fuel mixers
US4175380A (en) * 1978-03-24 1979-11-27 Baycura Orestes M Low noise gas turbine
IT1111808B (en) * 1978-03-28 1986-01-13 Rolls Royce REFINEMENTS MADE TO COMBUSTION DEVICES FOR GAS TURBINE ENGINES
US4218020A (en) * 1979-02-23 1980-08-19 General Motors Corporation Elliptical airblast nozzle
US4425755A (en) * 1980-09-16 1984-01-17 Rolls-Royce Limited Gas turbine dual fuel burners
US4519958A (en) * 1982-06-14 1985-05-28 Kenna Research Corporation Fuel flow metering apparatus
CH670296A5 (en) 1986-02-24 1989-05-31 Bbc Brown Boveri & Cie Gas turbine fuel nozzle - has externally-supported premixing chamber for liq. fuel and air
CA1306873C (en) * 1987-04-27 1992-09-01 Jack R. Taylor Low coke fuel injector for a gas turbine engine
US4845952A (en) * 1987-10-23 1989-07-11 General Electric Company Multiple venturi tube gas fuel injector for catalytic combustor
US4920740A (en) * 1987-11-23 1990-05-01 Sundstrand Corporation Starting of turbine engines
US4854127A (en) * 1988-01-14 1989-08-08 General Electric Company Bimodal swirler injector for a gas turbine combustor
DE3819898A1 (en) 1988-06-11 1989-12-14 Daimler Benz Ag Combustion chamber for a thermal turbo-engine
CH680084A5 (en) * 1989-06-06 1992-06-15 Asea Brown Boveri
US5165241A (en) 1991-02-22 1992-11-24 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
JP2839777B2 (en) 1991-12-24 1998-12-16 株式会社東芝 Fuel injection nozzle for gas turbine combustor
DE4203775C2 (en) * 1992-02-10 1993-11-18 Erno Raumfahrttechnik Gmbh Engine based on catalytic decomposition
US5267851A (en) 1992-03-16 1993-12-07 General Electric Company Swirl gutters for isolating flow fields for combustion enhancement at non-baseload operating conditions
DE4228816C2 (en) * 1992-08-29 1998-08-06 Mtu Muenchen Gmbh Burners for gas turbine engines
US5251447A (en) * 1992-10-01 1993-10-12 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
US5505045A (en) * 1992-11-09 1996-04-09 Fuel Systems Textron, Inc. Fuel injector assembly with first and second fuel injectors and inner, outer, and intermediate air discharge chambers
FR2698157B1 (en) * 1992-11-18 1994-12-16 Snecma Aerodynamic combustion chamber injection system.
US5303554A (en) * 1992-11-27 1994-04-19 Solar Turbines Incorporated Low NOx injector with central air swirling and angled fuel inlets
DE4304213A1 (en) * 1993-02-12 1994-08-18 Abb Research Ltd Burner for operating an internal combustion engine, a combustion chamber of a gas turbine group or a combustion system
JPH06272862A (en) * 1993-03-18 1994-09-27 Hitachi Ltd Method and apparatus for mixing fuel into air
DE4316474A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 Abb Management Ag Premix burner for operating an internal combustion engine, a combustion chamber of a gas turbine group or a combustion system
US5479781A (en) * 1993-09-02 1996-01-02 General Electric Company Low emission combustor having tangential lean direct injection
US5351477A (en) * 1993-12-21 1994-10-04 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US5511375A (en) * 1994-09-12 1996-04-30 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US5590529A (en) * 1994-09-26 1997-01-07 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
DE4446611A1 (en) * 1994-12-24 1996-06-27 Abb Management Ag Combustion chamber
US5701732A (en) 1995-01-24 1997-12-30 Delavan Inc. Method and apparatus for purging of gas turbine injectors
EP0747635B1 (en) * 1995-06-05 2003-01-15 Rolls-Royce Corporation Dry low oxides of nitrogen lean premix module for industrial gas turbine engines
DE19527453B4 (en) 1995-07-27 2009-05-07 Alstom premix
US5735117A (en) * 1995-08-18 1998-04-07 Fuel Systems Textron, Inc. Staged fuel injection system with shuttle valve and fuel injector therefor
DE19532264C2 (en) 1995-09-01 2001-09-06 Mtu Aero Engines Gmbh Device for the preparation of a mixture of fuel and air in combustion chambers for gas turbine engines
DE19535370B4 (en) 1995-09-25 2006-05-11 Alstom Process for low-emission premix combustion in gas turbine combustion chambers
US5822992A (en) * 1995-10-19 1998-10-20 General Electric Company Low emissions combustor premixer
US5647215A (en) * 1995-11-07 1997-07-15 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor with turbulence enhanced mixing fuel injectors
US5778676A (en) * 1996-01-02 1998-07-14 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US6067790A (en) * 1996-01-05 2000-05-30 Choi; Kyung J. Lean direct wall fuel injection method and devices
FR2751054B1 (en) * 1996-07-11 1998-09-18 Snecma ANNULAR TYPE FUEL INJECTION ANTI-NOX COMBUSTION CHAMBER
US5916142A (en) * 1996-10-21 1999-06-29 General Electric Company Self-aligning swirler with ball joint
US5927076A (en) * 1996-10-22 1999-07-27 Westinghouse Electric Corporation Multiple venturi ultra-low nox combustor
GB2319078B (en) * 1996-11-08 1999-11-03 Europ Gas Turbines Ltd Combustor arrangement
JP3619626B2 (en) * 1996-11-29 2005-02-09 株式会社東芝 Operation method of gas turbine combustor
US5816049A (en) * 1997-01-02 1998-10-06 General Electric Company Dual fuel mixer for gas turbine combustor
US5961646A (en) 1997-01-02 1999-10-05 Level One Communications, Inc. Method and apparatus employing an invalid symbol security jam for communications network security
US5899075A (en) * 1997-03-17 1999-05-04 General Electric Company Turbine engine combustor with fuel-air mixer
GB2324147B (en) * 1997-04-10 2001-09-05 Europ Gas Turbines Ltd Fuel-injection arrangement for a gas turbine combuster
EP1009952A4 (en) * 1997-05-13 2001-05-02 Maxon Corp Low-emissions industrial burner
WO1998055800A1 (en) * 1997-06-02 1998-12-10 Solar Turbines Incorporated Dual fuel injection method and apparatus
WO1999006767A1 (en) * 1997-07-31 1999-02-11 Siemens Aktiengesellschaft Burner
JP3448190B2 (en) * 1997-08-29 2003-09-16 三菱重工業株式会社 Gas turbine combustor
US6502399B2 (en) * 1997-09-10 2003-01-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Three-dimensional swirler in a gas turbine combustor
US5966937A (en) * 1997-10-09 1999-10-19 United Technologies Corporation Radial inlet swirler with twisted vanes for fuel injector
US5983642A (en) * 1997-10-13 1999-11-16 Siemens Westinghouse Power Corporation Combustor with two stage primary fuel tube with concentric members and flow regulating
GB9726697D0 (en) * 1997-12-18 1998-02-18 Secr Defence Fuel injector
DE19757189B4 (en) * 1997-12-22 2008-05-08 Alstom Method for operating a burner of a heat generator
US6122916A (en) * 1998-01-02 2000-09-26 Siemens Westinghouse Power Corporation Pilot cones for dry low-NOx combustors
US6141967A (en) * 1998-01-09 2000-11-07 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
GB2333832A (en) * 1998-01-31 1999-08-04 Europ Gas Turbines Ltd Multi-fuel gas turbine engine combustor
EP0939220B1 (en) * 1998-02-26 2003-11-12 ALSTOM (Switzerland) Ltd Method for safely removing liquid fuel out of a gas turbine fuel system and device for carrying out the method
US6082113A (en) * 1998-05-22 2000-07-04 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine fuel injector
US6289676B1 (en) * 1998-06-26 2001-09-18 Pratt & Whitney Canada Corp. Simplex and duplex injector having primary and secondary annular lud channels and primary and secondary lud nozzles
US6119459A (en) * 1998-08-18 2000-09-19 Alliedsignal Inc. Elliptical axial combustor swirler
DE59810284D1 (en) * 1998-10-14 2004-01-08 Alstom Switzerland Ltd Burner for operating a heat generator
ITMI991204A1 (en) * 1999-05-31 2000-12-01 Nuovo Pignone Spa LIQUID FUEL INJECTOR FOR GAS TURBINE BURNERS
JP3364169B2 (en) * 1999-06-09 2003-01-08 三菱重工業株式会社 Gas turbine and its combustor
IT1313547B1 (en) * 1999-09-23 2002-07-24 Nuovo Pignone Spa PRE-MIXING CHAMBER FOR GAS TURBINES
EP1096201A1 (en) * 1999-10-29 2001-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Burner
JP2001263143A (en) * 2000-03-16 2001-09-26 Hitachi Ltd Control device for internal combustion engine
US6481209B1 (en) * 2000-06-28 2002-11-19 General Electric Company Methods and apparatus for decreasing combustor emissions with swirl stabilized mixer
JP2002031343A (en) 2000-07-13 2002-01-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel injection member, burner, premixing nozzle of combustor, combustor, gas turbine and jet engine
US6367262B1 (en) * 2000-09-29 2002-04-09 General Electric Company Multiple annular swirler
US6675583B2 (en) * 2000-10-04 2004-01-13 Capstone Turbine Corporation Combustion method
DE10056243A1 (en) * 2000-11-14 2002-05-23 Alstom Switzerland Ltd Combustion chamber and method for operating this combustion chamber
US6460345B1 (en) * 2000-11-14 2002-10-08 General Electric Company Catalytic combustor flow conditioner and method for providing uniform gasvelocity distribution
US6453660B1 (en) * 2001-01-18 2002-09-24 General Electric Company Combustor mixer having plasma generating nozzle
US6539724B2 (en) * 2001-03-30 2003-04-01 Delavan Inc Airblast fuel atomization system
US20020162333A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Honeywell International, Inc., Law Dept. Ab2 Partial premix dual circuit fuel injector
GB2375601A (en) 2001-05-18 2002-11-20 Siemens Ag Burner apparatus for reducing combustion vibrations
US6418726B1 (en) * 2001-05-31 2002-07-16 General Electric Company Method and apparatus for controlling combustor emissions
US6655145B2 (en) * 2001-12-20 2003-12-02 Solar Turbings Inc Fuel nozzle for a gas turbine engine
FR2836986B1 (en) 2002-03-07 2004-11-19 Snecma Moteurs MULTI-MODEL INJECTION SYSTEM FOR AN AIR / FUEL MIXTURE IN A COMBUSTION CHAMBER
EP1499800B1 (en) * 2002-04-26 2011-06-29 Rolls-Royce Corporation Fuel premixing module for gas turbine engine combustor
EP1359377B1 (en) * 2002-05-02 2010-09-01 Alstom Technology Ltd Catalytic burner
WO2003098110A1 (en) * 2002-05-16 2003-11-27 Alstom Technology Ltd Premix burner
US6735949B1 (en) 2002-06-11 2004-05-18 General Electric Company Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity
US6691516B2 (en) 2002-07-15 2004-02-17 Power Systems Mfg, Llc Fully premixed secondary fuel nozzle with improved stability
US6675581B1 (en) * 2002-07-15 2004-01-13 Power Systems Mfg, Llc Fully premixed secondary fuel nozzle
US6722132B2 (en) 2002-07-15 2004-04-20 Power Systems Mfg, Llc Fully premixed secondary fuel nozzle with improved stability and dual fuel capability
GB0219461D0 (en) 2002-08-21 2002-09-25 Rolls Royce Plc Fuel injection arrangement
US6705087B1 (en) 2002-09-13 2004-03-16 Siemens Westinghouse Power Corporation Swirler assembly with improved vibrational response
US6820411B2 (en) 2002-09-13 2004-11-23 The Boeing Company Compact, lightweight high-performance lift thruster incorporating swirl-augmented oxidizer/fuel injection, mixing and combustion
EP1400752B1 (en) 2002-09-20 2008-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Premixed burner with profiled air mass stream, gas turbine and process for burning fuel in air
US6986255B2 (en) 2002-10-24 2006-01-17 Rolls-Royce Plc Piloted airblast lean direct fuel injector with modified air splitter
US6866503B2 (en) 2003-01-29 2005-03-15 Air Products And Chemicals, Inc. Slotted injection nozzle and low NOx burner assembly
US6898926B2 (en) 2003-01-31 2005-05-31 General Electric Company Cooled purging fuel injectors
DE10326720A1 (en) 2003-06-06 2004-12-23 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Burner for a gas turbine combustor
JP4065947B2 (en) 2003-08-05 2008-03-26 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 Fuel / air premixer for gas turbine combustor
DE10340826A1 (en) * 2003-09-04 2005-03-31 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Homogeneous mixture formation by twisted injection of the fuel
CA2555481A1 (en) * 2004-02-12 2005-08-25 Alstom Technology Ltd Premix burner arrangement for operating a combustion chamber and method for operating a combustion chamber
CN100590359C (en) * 2004-03-03 2010-02-17 三菱重工业株式会社 Combustor
US7065972B2 (en) 2004-05-21 2006-06-27 Honeywell International, Inc. Fuel-air mixing apparatus for reducing gas turbine combustor exhaust emissions
US6993916B2 (en) 2004-06-08 2006-02-07 General Electric Company Burner tube and method for mixing air and gas in a gas turbine engine
US6968255B1 (en) 2004-10-22 2005-11-22 Pulse Microsystems, Ltd. Method and system for automatically deriving stippling stitch designs in embroidery patterns
DE102005062079A1 (en) * 2005-12-22 2007-07-12 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Magervormic burner with a nebulizer lip
DE102007015311A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Alstom Technology Ltd. Method for operating a gas turbine wherein during conversion of combustion process based on liquid fuel operation to gaseous operation, the first fuel which is kept back by combustion is purged by means of water

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445339A (en) 1980-11-24 1984-05-01 General Electric Co. Wingtip vortex flame stabilizer for gas turbine combustor flame holder
US6272840B1 (en) 2000-01-13 2001-08-14 Cfd Research Corporation Piloted airblast lean direct fuel injector
US20020011064A1 (en) 2000-01-13 2002-01-31 Crocker David S. Fuel injector with bifurcated recirculation zone
US6543235B1 (en) 2001-08-08 2003-04-08 Cfd Research Corporation Single-circuit fuel injector for gas turbine combustors
US20040040311A1 (en) 2002-04-30 2004-03-04 Thomas Doerr Gas turbine combustion chamber with defined fuel input for the improvement of the homogeneity of the fuel-air mixture
WO2005028526A1 (en) 2003-08-13 2005-03-31 Societe De Technologie Michelin Catalytic system for the production of conjugated diene/mono-olefin copolymers and copolymers thereof
US20060248898A1 (en) 2005-05-04 2006-11-09 Delavan Inc And Rolls-Royce Plc Lean direct injection atomizer for gas turbine engines

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102639939A (en) * 2009-11-30 2012-08-15 西门子公司 Burner assembly
CN102639939B (en) * 2009-11-30 2014-11-12 西门子公司 Burner assembly
US9103552B2 (en) 2009-11-30 2015-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Burner assembly including a fuel distribution ring with a slot and recess
EP2549183A1 (en) * 2011-07-20 2013-01-23 Rolls-Royce plc A fuel injector
US9285122B2 (en) 2011-07-20 2016-03-15 Rolls-Royce Plc Fuel injector
EP2703720A3 (en) * 2012-08-28 2017-12-27 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG Method for operating a lean burn pre-mix burner of a flue gas turbine and device for carrying out the method

Also Published As

Publication number Publication date
US20120174588A1 (en) 2012-07-12
EP2037172A3 (en) 2012-09-26
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