EP2980482A1

EP2980482A1 - Brenner für eine Verbrennungsmaschine und Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: EP2980482A1
Application number: EP14179137.6A
Authority: EP
Inventors: Jens Kleinfeld; Christian Beck; Andreas Böttcher; Christopher Grandt; Thomas Hauser; Tobias Krieger; Stefan Reich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2016-02-03
Also published as: WO2016016116A1; US20170227227A1; EP3143335A1; CA2956526A1; CA2956526C; EP3143335B1

Abstract

Brenner (2) für eine Verbrennungsmaschine, mit einem Pilotbrenner (4), der sich in axialer Richtung (A) erstreckt, mit einem Düsenraum (10), mit einem Brennbereich (6) und mit einer Deckplatte (20), die zwischen dem Düsenraum (10) und dem Brennbereich (6)angeordnet ist und die eine Einlassöffnung (26) aufweist, wobei ein Adapter (28) angeordnet ist, zur Führung von Luft aus dem Düsenraum (10) entlang eines vorgegebenen Strömungspfades (P) in Richtung des Brennbereiches (6). Desweiteren betrifft die Erfindung eine Verbrennungsmaschine mit einem solchen Brenner (2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner für eine Verbrennungsmaschine sowie eine Verbrennungsmaschine.
Die Verbrennungsmaschine ist insbesondere eine Gasturbine im Megawatt-Leistungsbereich, bevorzugt für ein Kraftwerk zur Energieerzeugung mit einer Leistung von mehreren hundert Megawatt. Die Verbrennungsmaschine umfasst dabei typischerweise mehrere Brenner, beispielsweise in einer Ringanordnung und einen den Brennern vorgeschalteten Verdichter sowie eine den Brennern nachgeschaltete Turbine. Hierbei umfasst jeder der Brenner einen Brennbereich, der im Innenraum einer Brennkammer der Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Dabei ist jeder der Brennbereiche ein Teil eines Brennraumes, der im Wesentlichen dem Innenraum der Brennkammer entspricht. Diese Brennkammer ist beispielsweise ringförmig ausgebildet, das heißt als Ringbrennkammer, entlang derer die Brenner angeordnet sind. In die Brennkammer wird ein geeignetes Brennstoff/LuftGemisch zunächst eingedüst und anschließend verbrannt. Der Brennstoff ist dabei beispielsweise Erdgas.
Dabei ist es bekannt, die Verbrennungsmaschine mit einer Anzahl von sogenannten vorgemischten Strahlflammen zu betreiben. Dazu sind typischerweise mehrere Düsen vorgesehen, die parallel zueinander verlaufen und in denen das Brennstoff/Luft-Gemisch jeweils gebildet wird, bevor dieses in die Brennkammer, das heißt insbesondere den Brennbereich eingedüst wird. Die Düsen sind hierbei häufig ringförmig angeordnet, zuweilen entlang mehrerer konzentrischer Ringe. Die Düsen weisen jeweils einen Düsenauslass auf, der in die Brennkammer mündet. Zusätzlich sind die Düsen nahe den Düsenauslässen mit einem Düsenträger verbunden, der zugleich das stromauf liegende Ende der Brennkammer darstellt und insbesondere die Brennkammer von einem auf der anderen Seite des Düsenträgers liegenden Düsenraum trennt. Der Düsenträger dient somit auch als Deckplatte.
Im Zuge einer allgemein angestrebten Leistungssteigerung und einer insbesondere dadurch bedingten Erhöhung der Anzahl an Düsen ergibt sich zum Einen eine Kostensteigerung, insbesondere bei den zum Betrieb der Verbrennungsmaschine verwendeten Hilfssystemen, beispielsweise Kühlsystemen und zum Anderen eine Vergrößerung des Systems, insbesondere des Düsenträgers. Im Fall des Düsenträgers wird zudem durch die typischerweise massive Auslegung desselben die Montage erschwert oder bei bestimmten Verbrennungsmaschinen aufgrund deren Ausgestaltung gänzlich verhindert. Zudem ist eine Kühlung des Düsenträgers in dessen Funktion als Deckplatte bei größerer Leistung zunehmend erschwert.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Brenner anzugeben, der einerseits kostengünstiger zu fertigen ist und andererseits einfacher zu montieren ist. Desweiteren soll eine Verbrennungsmaschine mit einem solchen Brenner angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Brenner mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die im Zusammenhang mit dem Brenner genannten Weiterbildungen und Vorteile sinngemäß auch für die Verbrennungsmaschine.
Der Brenner ist zur Verwendung in einer Verbrennungsmaschine, insbesondere Gasturbine im Megawatt-Leistungsbereich ausgebildet und umfasst einen Pilotbrenner, der sich in axialer Richtung erstreckt, einen Düsenraum und einen Brennbereich. Desweiteren umfasst der Brenner eine Deckplatte, die zwischen dem Düsenraum und dem Brennbereich angeordnet ist und die eine Einlassöffnung aufweist. Zusätzlich ist ein Adapter angeordnet, zur Führung von Luft aus dem Düsenraum entlang eines vorgegebenen Strömungspfades in Richtung des Brennbereichs.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Ausgestaltung des Brenners in Leichtbauweise ermöglicht ist, da durch den Adapter auf einen massiven Düsenträger verzichtet wird, wodurch der Brenner zudem kostengünstig zu fertigen ist. Zudem ist der Brenner besonders einfach zu montieren, insbesondere ist es vorteilhaft möglich, die Komponenten des Brenners durch die Brennkammer der Verbrennungsmaschine hindurch zu montieren. Ein weiterer Vorteil ist insbesondere, dass mittels des Adapters zumindest ein Teil der Luft besonders effizient dem Pilotbrenner als Verbrennungsluft zuführbar ist. Zudem verhindert die Deckplatte vorteilhaft, dass Rauch und/oder Abgase vom Brennbereich in den Düsenraum gelangen. Dies wird insbesondere auch durch die entlang des Strömungspfads in den Brennbereich strömende Luft erzielt. Mit anderen Worten: obwohl zwischen Düsenraum und Brennbereich eine strömungstechnische Verbindung existiert, wird ein Eindringen von Abgasen in den Düsenraum insbesondere dadurch verhindert, dass Luft vom Düsenraum in den Brennbereich strömt.
Die Verbrennungsmaschine weist eine generelle Strömungsrichtung auf, die vom Verdichter in Richtung Brenner in Richtung Turbine weist. Die im Folgenden verwendeten Begriffe stromauf und stromab sind insbesondere bezüglich dieser generellen Strömungsrichtung zu verstehen.
Der Pilotbrenner erstreckt sich entlang einer Längsachse und ist insbesondere zentral im Brenner angeordnet. Der Pilotbrenner dient der Zufuhr eines Brennstoffes, insbesondere Öl in den Brennbereich. Um den Pilotbrenner herum sind eine Anzahl von Düsen angeordnet, die sich jeweils parallel zur Längsachse, das heißt auch in axialer Richtung erstrecken. Die Düsen sind im Düsenraum angeordnet und weisen jeweils stromab einen Düsenauslass auf, der einer jeweils in die Deckplatte eingebrachten Ausnehmung entspricht. Mit anderen Worten: die Düsen münden jeweils in den Brennbereich. Die Düsen sind insbesondere auf einer Anzahl von Ringen angeordnet, deren Mittelpunkt jeweils auf der Längsachse liegt. Jeder Ring von Düsen wird auch als Stufe bezeichnet. Im Falle mehrere Stufen sind die Ringe vorzugsweise konzentrisch angeordnet.
Stromauf sind die Düsen insbesondere zur Aufnahme von Luft aus dem Düsenraum ausgebildet, das heißt weisen einen geeigneten Düseneinlass auf, in den insbesondere jeweils auch eine Brennerlanze zur Zufuhr von Brennstoff hineinragt. Die im Düsenraum bereitgestellte Luft ist insbesondere verdichtete Luft, die von einem dem Brenner vorgeschalteten Verdichter der Verbrennungsmaschine in den Düsenraum geleitet wird. Der Düsenraum dient somit insbesondere als Reservoir für verdichtete Luft.
Der Düsenraum ist mit dem Brennbereich strömungstechnisch verbunden, wodurch eine Versorgung des Pilotbrenners mit Luft als Verbrennungsluft ermöglicht ist. Der Adapter dient dabei insbesondere zur geeigneten Führung der Luft, das heißt insbesondere eines Luftstroms entlang eines geeigneten Strömungspfades. Die Luft weist dabei eine Strömungsrichtung auf, die allgemein vom Düsenraum aus in Richtung des Brennbereiches orientiert ist. Dabei entspricht die Strömungsrichtung nicht generell der axialen Richtung, sondern kann sich entlang des Strömungspfades ändern. Dazu ermöglicht der Adapter eine Umlenkung der Luft in besonders geeigneter Weise.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Adapter und der Deckplatte ein Strömungskanal gebildet, wodurch auf besonders einfache Weise ein geeigneter Strömungspfad realisiert ist. Der Strömungskanal ist demnach durch den Adapter und die Deckplatte begrenzt, das heißt der Adapter und die Deckplatte bilden jeweils eine Begrenzung des Strömungskanals aus. Dabei ist der Strömungskanal insbesondere ein Strömungsraum, der sich derart um die Einlassöffnung herum erstreckt, dass die Luft an einer vorgegebenen Position im Strömungsraum jeweils im Wesentlichen in Richtung der Einlassöffnung strömt.
Insbesondere zur verbesserten Zufuhr der Luft als Verbrennungsluft für den Pilotbrenner weist der Adapter in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung einen Kopfbereich auf, in den der Pilotbrenner hineinragt. Mit anderen Worten: der Kopfbereich umschließt das stromab liegende Ende des Pilotbrenners und insbesondere auch die Auslassöffnung. Dadurch wird im Betrieb eine besonders vorteilhafte Umlenkung der Luft und eine anschließende Vermischung dieser mit Brennstoff erzielt.
Zur Zuführung der Luft ist zwischen dem Pilotbrenner und dem Kopfbereich zweckmäßigerweise ein Ringkanal gebildet. Insbesondere wird dadurch die Luft besonders gleichmäßig eingebracht. Der Pilotbrenner oder zumindest dessen Ende weist dabei insbesondere eine kreisförmige Umrandung auf; ebenso ist auch die Einlassöffnung kreisförmig.
Um insbesondere die Vermischung von Luft und mittels des Pilotbrenners ausgedüsten Brennstoffes zu verbessern, ist ein Teil der Deckplatte als Axialkegel ausgebildet, an dessen stromauf liegendem Ende die Einlassöffnung angeordnet ist. Insbesondere ist der Axialkegel im Zentrum der Deckplatte angeordnet und weitet sich in Gegenrichtung zum Pilotbrenner, das heißt stromab auf. Der Axialkegel bildet somit insbesondere einen kegelmantelförmigen Fortsatz der Brennkammer in Richtung des Brenners. Der Axialkegel wird hierbei insbesondere auch als Axialgitterkegel bezeichnet und dient entsprechend zur verbesserten Führung oder Einleitung des Brennstoff/Luft-Gemisches in Richtung der Brennkammer.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der Adapter einen diagonal verlaufenden Abschnitt auf, der beabstandet von dem Axialkegel verläuft und dadurch einen kegelmantelförmigen Abschnitt des Strömungskanals ausbildet. Der kegelmantelförmige Abschnitt wird auch als Diagonalabschnitt bezeichnet.
Durch diese Weiterbildung ist es insbesondere möglich, die Luft aus dem Düsenraum vorteilhaft zur Kühlung des Axialkegels zu verwenden.
Bevorzugterweise ist zwischen der Einlassöffnung des Axialkegels und der Auslassöffnung des Pilotbrenners ein Axialverwirbler angeordnet, zur verbesserten Vermischung von mittels des Ringkanals zugeführter Luft und mittels des Pilotbrenners zugeführtem Brennstoff. Insbesondere erstreckt sich der Axialverwirbler zumindest teilweise am Ende des Pilotbrenners vorbei und in den Ringkanal hinein. Der Axialverwirbler ist zweckmäßigerweise von einem Kragen umgegeben oder umringt, der insbesondere an den Axialkegel angeformt ist. Dabei ist der Axialverwirbler innerhalb des Kragens angeordnet und die außen liegende Seite des Kragens bildet in Kombination mit dem Adapter eine vorteilhafte Verlängerung des Diagonalabschnitts des Strömungskanals.
Zur Kühlung der Deckplatte mittels der Luft weist der Adapter einen sich radial erstreckenden, ringförmigen Abschnitt auf, der mit der Deckplatte einen radialen Abschnitt des Strömungskanals ausbildet. Der radiale Abschnitt des Strömungskanals wird auch als Radialabschnitt bezeichnet. Mittels dessen ist insbesondere eine besonders effektive Kühlung der Deckplatte ermöglicht. Insbesondere schließen der ringförmige Abschnitt des Adapters und die Deckplatte einen ringförmigen Strömungsraum ein, durch den die Luft im Wesentlichen in radialer Richtung und in Richtung des Diagonalabschnitts strömt. Dabei bilden die in axialer Richtung verlaufenden Düsen im Strömungskanal insbesondere jeweils eine Unterbrechung. Mit anderen Worten: die Düsen weisen jeweils einen Endabschnitt auf, der im Strömungsraum, das heißt im Radialabschnitt angeordnet ist und dadurch vorteilhaft von der dort strömenden Luft umspült wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, zusätzlich zur Deckplatte auch die Düsenenden, das heißt die Endabschnitte der Düsen mittels der Luft zu kühlen. Der Adapter ist insbesondere nach Art einer Glocke ausgeformt, wobei der Kopfbereich einen oberen Glockenteil bildet und der diagonale Abschnitt einen unteren Teil der Glocke, an den sich wiederum der radiale Abschnitt anschließt. Dabei sind die drei Abschnitte entweder einstückig ausgebildet oder der radiale Abschnitt und die Glocke sind separate, miteinander verbundene Teile. Die aus dem Düsenraum strömende Luft wird dann über den äußeren Rand des radialen Abschnittes angesaugt und strömt an der düsenraumseitigen Wand der Deckplatte entlang in den unteren Teil der Glocke ein. Dabei wird die Deckplatte mittels der Luft gekühlt. Im unteren Teil der Glocke strömt die Luft am Axialkegel entlang und kühlt insbesondere auch diesen. Die Strömungsrichtung auf dem Diagonalabschnitt ist dabei im Wesentlichen entgegengesetzt der generellen Strömungsrichtung in der Verbrennungsmaschine. Anschließend strömt die Luft in den Kopfbereich und wird dort derart umgelenkt, dass die Strömungsrichtung der Luft im Wesentlichen der generellen Strömungsrichtung entspricht. Die Luft wird dabei entlang des stromab liegenden Endes des Pilotbrenners geführt und schließlich im Brennbereich als Verbrennungsluft für den Pilotbrenner bereitgestellt. Die Luft strömt also allgemein von außen nach innen an der Innenwand des Adapters entlang.
Zweckmäßigerweise ist der Strömungskanal als Ringraum ausgebildet. Dadurch ist die Luft insgesamt über einen besonders großen Bereich führbar und daher besonders effizient zur Kühlung der Deckplatte verwendbar. Unter Ringraum wird dabei insbesondere verstanden, dass der Strömungskanal ein von geeigneten Seitenwänden eingeschlossener Raum ist, der in zumindest einer Richtung quer zur Strömungsrichtung eine Ausdehnung aufweist, die vergleichbar ist mit der Länge des Strömungskanals in Strömungsrichtung der Luft. Im Vergleich zu beispielsweise Strömungskanäle, die in ein massives Teil mittels Bohrungen eingebracht sind, lässt sich der als Ringraum ausgebildete Strömungskanal besonders materialsparend fertigen und ist zudem hinsichtlich dessen Gewichtes leichter. Im Falle des Ringraums ist weiterhin die Kontaktfläche zwischen Luft und zu kühlenden Elementen, hier insbesondere der Deckplatte auf vorteilhafte Weise vergrößert.
Zum Einströmen von Luft in den Strömungskanal weist dieser vorzugsweise einen in radialer Richtung außen liegenden Lufteinlass auf. Dadurch wird insbesondere ein Luftstrom von außen nach innen ausgebildet und ein besonders großer Teil der Deckplatte mittels der daran vorbeiströmenden Luft gekühlt. Der Lufteinlass ist insbesondere ringförmig und wird dann auch als Ringeinlass bezeichnet. Dieser weist einen Radius auf, der insbesondere größer ist, als die radialen Abstände der Düsen zur Längsachse des Brenners. Die Luft wird somit auch aus einem bezüglich der Düsen außenliegenden Bereich des Düsenraums angesaugt. Durch die äußere Lage des Lufteinlasses ist zudem ein besonders großer Strömungsquerschnitt erzielbar. Somit steht eine entsprechende Menge an Luft zur Kühlung und anschließend zur Einleitung in den Brennbereich zur Verfügung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in radialer Richtung zwischen dem Pilotbrenner und dem Adapter ein ringförmiger Spalt ausgebildet, in den ein Dichtring eingesetzt ist. Dieser dient insbesondere dazu, ein Einströmen von Luft aus dem Düsenraum durch den Spalt, das heißt am Pilotbrenner vorbei in den vom Kopfbereich des Adapters eingeschlossenen Kopfinnenraum zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Dichtring an einem der beiden Teile, nämlich am Pilotbrenner oder am Adapter befestigt und relativ zu dem anderen dieser beiden Teile verschiebbar. Der Dichtring ist folglich entweder am Pilotbrenner befestigt und relativ zum Adapter verschiebbar oder am Adapter befestigt und relativ zum Pilotbrenner verschiebbar. Aufgrund der im Betrieb üblicherweise vorliegenden thermischen Belastung der verschiedenen Teile des Brenners ergibt sich eine thermische Ausdehnung, die für verschiedene Teile möglicherweise auch verschieden groß ist oder in unterschiedliche Richtungen gerichtet ist. Die Verschiebbarkeit des Dichtkolbens ermöglicht dann insbesondere eine Vermeidung von Verspannungen des Pilotbrenners gegen den Adapter und eine daraus möglicherweise resultierende Beschädigung.
Um insbesondere zusätzlich zur oben beschriebenen Verschiebbarkeit die Dichtwirkung zu verbessern, weist der Dichtring zumindest einen Steg auf, der sich in axialer Richtung erstreckt und den Dichtring umläuft, wobei der Steg eine Dichtfläche bildet, die an dem Adapter ansitzt. Insbesondere weist der Dichtring somit einen etwa H-förmigen Querschnitt auf und ist dadurch besonders materialsparsam herstellbar, bei zugleich geeigneter Dichtwirkung.
Das oben beschriebene Problem der thermischen Ausdehnung gilt insbesondere auch für den Adapter und die Deckplatte. Um ein Verklemmen oder Verschieben dieser beiden gegeneinander und eine daraus möglicherweise folgende Verformung des Strömungskanals zu vermeiden, weist der Adapter zumindest einen Abstandshalter auf, der an der Deckplatte ansitzt. Vorzugsweise ist der Abstandshalter am diagonal verlaufenden Abschnitt des Adapters angebracht und liegt am Axialkegel an, wodurch insbesondere gleichzeitig eine geeignete Beabstandung in radialer sowie in axialer Richtung erfolgt. Zusätzlich ist durch den Abstandshalter die Montage des Brenners dahingehend vereinfacht, dass beim Zusammensetzen automatisch eine geeignete Beabstandung und Ausrichtung, insbesondere Zentrierung der Deckplatte, des Adapters und des Pilotbrenners erfolgt.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Abstandshalter als eine Verformung des Adapters ausgebildet. Dadurch ist auf besonders einfache Weise ein geeigneter Abstandshalter herstellbar. Insbesondere ist der Abstandshalter als Dimpel, Noppe oder Nocke ausgebildet und stellt eine Erhebung oder Vertiefung entlang der Oberfläche des Adapters dar. Zweckmäßigerweise sind mehrere Abstandshalter vorhanden, insbesondere zur Verbesserung der Beabstandung bei der Montage und zur verbesserten Zentrierung bezüglich der Längsachse des Brenners. Im Falle mehrerer Abstandshalter sind diese insbesondere gleichmäßig in Umlaufrichtung des Adapters verteilt.
Vorzugsweise sind der Adapter und die Deckplatte jeweils aus Blechen gefertigt, das heißt mit geringer Materialstärke, wodurch der Brenner in einer vorteilhaften Leichtbauweise herstellbar ist. Die Materialstärke beträgt dabei insbesondere etwa 1-4mm im Falle sowohl des Adapters als auch der Deckplatte.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: einen Brenner in einer Längsschnittansicht, mit einem Düsenraum und mit einem Adapter,
FIG 2: einen Ausschnitt des Düsenraums gemäß FIG 1 und einen alternativen Adapter,
FIG 3: einen Ausschnitt der Anordnung gemäß FIG 1,
FIG 4: einen Ausschnitt der Anordnung gemäß FIG 1 mit einem alternativen Dichtring, und
FIG 5: den Adapter gemäß FIG 2 in einer perspektivischen Ansicht.

In FIG 1 ist schematisch ein Brenner 2 dargestellt, in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse L des Brenners 2. Entlang der Längsachse L, das heißt in axialer Richtung A erstreckt sich ein Pilotbrenner 4, zur Förderung eines Brennstoffes in einen Brennbereich 6, der stromab des Pilotbrenners 4 angeordnet ist. Der Brennstoff wird über eine Auslassöffnung 8 des Pilotbrenners 4 in den Brennbereich 6 eingedüst. Der Brennbereich 6 entspricht dabei dem Innenraun einer dem Brenner 2 nachgeschalteten, hier nicht näher dargestellten Brennkammer.
Um den Pilotbrenner 4 herum ist in einem Düsenraum 10 eine Anzahl von Düsen 12 angeordnet, die sich ebenfalls jeweils in axialer Richtung A erstrecken und zueinander parallel verlaufen. Die Düsen 12 dienen der Bereitstellung eines Brennstoff/Luft-Gemisches im Brennbereich 6. Dazu ist zu jeder Düse 12 jeweils eine Brennstofflanze 14 derart angeordnet, dass diese zumindest teilweise rückseitig, das heißt am stromauf liegenden Düsenende 16 in die Düse 12 hineinragt. Dadurch wird insbesondere jeweils ein ringförmiger Düseneinlass ausgebildet, mittels dessen Luft aus dem Düsenraum 10 in die Düse 12 einströmbar oder ansaugbar ist, um dort mit dem aus der jeweiligen Brennstofflanze 14 ausgedüsten Brennstoff vermischt zu werden. Die im Düsenraum 10 vorhandene Luft ist hier insbesondere von einem dem Brenner 2 vorgeschalteten, hier nicht gezeigten Verdichter bereitgestellt und somit verdichtete Luft. Der Brennstoff wird stromauf der Brennstofflanzen 14 über eine Anzahl von, hier zwei Brennstoff-Ringkanälen 18 bereitgestellt. Entsprechend sind die Düsen 12 entlang einer Anzahl von, hier zwei Ringen angeordnet und bilden in FIG 1 eine innenliegende und eine außenliegende Stufe.
Der Düsenraum 10 ist vom Brennbereich 6, das heißt von der Brennkammer mittels einer Deckplatte 20 getrennt. Diese erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Richtung R und weist eine Anzahl von Ausnehmungen auf, die jeweils einem Düsenauslass 22 einer Düse 12 zugeordnet sind, zum Einlassen des in den Düsen 12 gebildeten Brennstoff/Luft-Gemisches in den Brennbereich 6. Im Bereich der Längsachse L weist die Deckplatte 20 einen Axialkegel 24 auf der in Strömungsrichtung S aufgeweitet ist. Am stromauf liegenden Ende weist der Axialkegel 24 eine Einlassöffnung 26 auf, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel stromab der Auslassöffnung 8 des Pilotbrenners 4 angeordnet ist.
Im Düsenraum 10 ist ein Adapter 28 angeordnet, der einen das Ende des Pilotbrenners 4 umschließenden Kopfbereich 30, einen sich von diesem stromab erstreckenden und sich aufweitenden diagonalen Abschnitt 32 aufweist. Dabei ist der Adapter 28 nach Art einer Glocke ausgeformt, wobei der Kopfbereich 30 ein oberer Teil der Glocke ist und der diagonale Abschnitt 32 ein kegelstumpfförmiger, unterer Teil. Vom stromab liegenden Ende des diagonalen Abschnitts 22 aus erstreckt sich ein radialer Abschnitt 34 in radialer Richtung R. Der diagonale und der radiale Abschnitt 32, 34 sind dabei jeweils in einem geeigneten Abstand A1, A2 bezüglich des Axialkegels 24 beziehungsweise der Deckplatte 20 angeordnet, beispielsweise etwa 2-5mm. In FIG 1 ist der Adapter 28 einstückig ausgeführt, alternativ ist jedoch eine mehrteilige Ausführung möglich, wie in FIG 2 dargestellt.
Die Deckplatte 20 und der Adapter 28 bilden einen Zwischenraum, der als Strömungskanal 36 dient, um Luft aus dem Düsenraum 10 in den Brennbereich 6 einzuströmen und dabei die Deckplatte 20 zu kühlen. Der Strömungskanal 36 umfasst dazu mehrere Abschnitte 38, 40, 42, nämlich: einen radialen Abschnitt 38 an der Deckplatte 20 entlang, auch als Radialabschnitt 38 bezeichnet, einen diagonalen Abschnitt 40 am Axialkegel 24 entlang, auch als Diagonalabschnitt 40 bezeichnet, und einen Ringkanal 42, im Kopfbereich 30 zwischen dem Adapter 28 und dem Pilotbrenner 4. Als Lufteinlass 44 dient ein ringförmiger Einlass, der auch als Ringeinlass bezeichnet wird. Dieser umläuft den radialen Abschnitt 34 des Adapters 28, wie besonders FIG 2 deutlich zeigt. Dort sind zudem eine Anzahl an Positionierstegen 46 an den radialen Abschnitt 34 des Adapters 28 angeformt, um eine geeignete Positionierung zu erzielen. Zudem ist aus FIG 2 in Kombination mit FIG 1 erkennbar, dass die Düsen 12 mit deren Düsenenden 16 jeweils in den Radialabschnitt 38 hineinragen und auf diese Weise zylinderförmige Ausnehmungen 48 im Radialabschnitt 38 bilden.
In FIG 1 ist der Strömungspfad P der Luft durch eine Anzahl von Pfeilen verdeutlicht. Die Luft wird zunächst über den Lufteinlass 44 in den Strömungskanal 36 eingelassen und folgt dann dem Radialabschnitt 38 von außen nach innen bis zum Diagonalabschnitt 40. Auf diesem erfolgt eine Umlenkung entlang des Axialkegels 24 in den Innenraum des Kopfbereichs 30. Dort wird die Luft wiederum in Richtung der Einlassöffnung 26 umgelenkt. Zwischen Einlass- und Auslassöffnung 26, 8 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Axialverwirbler 50 angeordnet, in den die Luft vor einer Vermischung mit dem Brennstoff aus dem Pilotbrenner 4 eingeleitet wird. Der Axialverwirbler 50 ist dabei von einem Kragen 52 umgeben, der als Fortsatz am Axialkegel 24 angebracht ist.
Wie FIG 1 und in einer Vergrößerung FIG 3 zeigen, ist zwischen dem Pilotbrenner 4 und dem stromauf liegenden Ende des Adapters 28 ein Spalt 54 ausgebildet, in den ein Dichtring 56 eingesetzt ist. Dieser ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel am Pilotbrenner 4 befestigt und relativ zum Adapter 28 verschiebbar. In FIG 4 ist eine Variante des Dichtrings 56 dargestellt, mit einem diesen radial außen umlaufenden, sich axial erstreckenden Steg 58, der nach außen eine Dichtfläche 60 ausbildet, die an einer Gegenfläche 62 des Adapters 28 anliegt.
FIG 4 zeigt weiterhin, dass der Adapter 28 eine Anzahl von Abstandshaltern 64 aufweist, um den Adapter 28 von der Deckplatte 20 geeignet zu beabstanden und bei der Montage des Brenners 2 eine geeignete Ausrichtung der Deckplatte 20, des Adapters 28 und des Pilotbrenners 4 zueinander zu erzielen. Der in der FIG 4 gezeigte Adapter 28 ist zudem in FIG 5 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Deutlich sichtbar sind die als Vertiefungen bezüglich der Außenseite des Adapters 28 ausgebildeten Abstandshalter 64, die jeweils nach Art eines Dimpels, einer Noppe oder einer Nocke ausgebildet sind. Die Abstandshalter 64 ragen in den Strömungskanal 36 hinein und sitzen an der Deckplatte 20 an. In der hier gezeigten Ausführungsform sind die Abstandshalter 64 auf dem diagonalen Abschnitt 32 des Adapters 28 angeordnet und sitzen außenseitig am Axialkegel 24 an.

Claims

Brenner (2) für eine Verbrennungsmaschine, mit einem Pilotbrenner (4), der sich in axialer Richtung (A) erstreckt, mit einem Düsenraum (10), mit einem Brennbereich (6) und mit einer Deckplatte (20), die zwischen dem Düsenraum (10) und dem Brennbereich (6)angeordnet ist und die eine Einlassöffnung (26) aufweist, wobei ein Adapter (28) angeordnet ist, zur Führung von Luft aus dem Düsenraum (10) entlang eines vorgegebenen Strömungspfades (P) in Richtung des Brennbereiches (6).
Brenner (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Adapter (28) und der Deckplatte (20) ein Strömungskanal (36) als Teil des Strömungspfades (P) gebildet ist.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (28) einen Kopfbereich (30) aufweist, in den der Pilotbrenner (4) hineinragt.
Brenner (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pilotbrenner (4) und dem Kopfbereich (30) ein Ringkanal (42) als Teil des Strömungspfades (P) gebildet ist.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Deckplatte (20) als Axialkegel (24) ausgebildet ist, an dessen stromauf liegendem Ende die Einlassöffnung (26) angeordnet ist.
Brenner (2) nach dem vorhergehenden Anspruch und nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (28) einen diagonal verlaufenden Abschnitt (32) aufweist, der beabstandet von dem Axialkegel (24) verläuft und dadurch einen kegelmantelförmigen Diagonalabschnitt (40) des Strömungskanals (36) ausbildet.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (28) einen sich radial erstreckenden, ringförmigen Abschnitt (34) aufweist, der mit der Deckplatte (20) einen Radialabschnitt (38) des Strömungskanals (36) ausbildet, zur Kühlung der Deckplatte (20) mittels der Luft.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (36) als Ringraum ausgebildet ist.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (36) einen in radialer Richtung (R) außen liegenden Lufteinlass (44) aufweist.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung (R) zwischen dem Pilotbrenner (4) und dem Adapter (28) ein ringförmiger Spalt (54) ausgebildet ist, in den ein Dichtring (56) eingesetzt ist.
Brenner (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (56) an einem der beiden Teile, nämlich am Pilotbrenner (4) oder am Adapter (28) befestigt ist und relativ zu dem anderen dieser beiden Teile verschiebbar ist.
Brenner (2) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (56) zumindest einen Steg (58) aufweist, der sich in axialer Richtung (A) erstreckt und den Dichtring (56) umläuft, wobei der Steg (58) eine Dichtfläche (60) bildet, die an dem Adapter (28) ansitzt.
Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (28) zumindest einen Abstandshalter (64) aufweist, der an der Deckplatte (20) ansitzt.
Brenner (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (64) als eine Verformung des Adapters (28) ausgebildet ist.
Verbrennungsmaschine, insbesondere Gasturbine mit einem Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.