NO330494B1

NO330494B1 - Vaeskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner

Info

Publication number: NO330494B1
Application number: NO20002764A
Authority: NO
Inventors: Anthony Dean; Luciano Mei; Alessio Miliani
Original assignee: Nuovo Pignone Spa
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2011-05-02
Also published as: EP1058063A1; ES2300247T3; NO20002764D0; EG22570A; RU2224953C2; DZ3084A1; EP1058063B1; ITMI991204A0; AR024165A1; US6334309B1; MXPA00005371A; DE60037850D1; ITMI991204A1; NO20002764L; DE60037850T2; BR0002534A

Description

Oppfinnelsen angår en væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner.

Som kjent er gassturbiner maskiner som består av en kompressor og en turbin med et eller flere trinn, og hvor disse komponenter er forbundet til hverandre ved hjelp av en dreiende aksel og hvor det er et brennkammer mellom kompressoren og turbinen.

For å trykksette kompressoren tilføres den luft fra utsiden.

Trykkluften passerer gjennom en rekke forblandekammere som avsluttes i en dyse eller en sammenløpende del som injektoren tilfører brennstoff til som blandes med luften til en luft-brennstoffblanding som antennes.

I brennstoffkammeret tilføres brennstoff som er nødvendig for å frembringe forbrenning som gir en økning i temperaturen og gassentalpi.

Der det når gassen med høy temperatur og høyt trykk turbinen, via tilsvarende kanaler, som omdanner gassens entalpi til mekanisk energi som kan gjøres tilgjengelig for en bruker.

Mellom kompressoren og brennkammeret er det frembrakt en rekke brennerenheter hvis funksjon omfatter levering av flytende brennstoff fra en tank til brennkammeret.

Kjente brennerenheter har en kompleks oppbygning idet det innvendig finnes en injektor i et sammenløpende legeme som på fagspråket generelt er kjent som dekslet.

I sin tur er injektoren forbundet til en tilførselskanal for det flytende brennstoff, som generelt har et legeme som er forsynt med en sylindrisk del og en spiss endedel.

Injektorene for det flytende brennstoff for brennere i kjente gassturbiner, har en kanal som brukes for fremføring av brennstoffet og er forsynt med kanaler for innstrømning av trykkluft fra kompressoren i turbinen.

Både kanalen for brennstoffet og kanalene for trykkluften avsluttes i tilsvarende utløpshull hvor luften fra injektoren brukes for å fordampe brennstoffet for å forbedre forbrenningsegenskapene.

I tillegg er det tilknyttet et element med det sammenløpende legeme som generelt er benevnt i faget som virvleren som brukes for å avskjære strømmende luft fra kompressoren idet den har en kompleks form som består av to rekker med blader i motsatte retninger, som kan frembringe en bevegelig strøm av trykkluft fra kompressoren og således blande selve luften med det flytende brennstoff som blir injisert av injektoren inn i forblandekammeret.

Problemer som kan oppstå med slike brennere, er behovet for å oppnå optimal forstøvning av det flytende brennstoff og blande dette på beste måte i samsvar med de forskjellige egenskapene til de brennstoffene som brukes.

I tillegg er det ønskelig å unngå uønsket retur av flammen mot brenneren, hvilket kan føre til at maskinen slår seg av.

Endelig er det ønskelig å oppnå optimale forhold for turbulensen av de tilstedeværende væsker i forblandeområdet og minske utslipp av biprodukter etter forbrenningen og især forurensninger som salpetersyrer.

Det er således et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner som har en enkel og kompakt konstruksjon samtidig som det oppnås optimale fluid-dynamiske egenskaper, som tidligere beskrevet.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner som gir optimal pålitelighet ved bruk av maskinen.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner som kan produseres rimelig og som består av et mindre antall komponenter.

Disse og andre formål oppnås ved en væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner av den type som brukes inne i brennere og som er forsynt med et forblandekammer og et element for å frembringe turbulens i trykkluftstrømmen fra kompressoren i gassturbinen, idet injektoren består av et legeme som avsluttes i en spiss og er forsynt med minst en kanal for fremføringen av brennstoffet og kanaler for innstrømning av trykkluft fra kompressoren i turbinen, idet nevnte kanal for brennstoffet og kanalene for trykkluften avsluttes i respektive utløpshull,karakterisert vedat spissen av nevnte injektor avsluttes i den midtre del av den sammenløpende del av forblandekammeret.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hullene for den sideveis uttømning av trykkluften anbrakt nedstrøms i forhold til hullene som det flytende brennstoff tømmes ut fra.

I tillegg er midten av hvert av hullene for sideveis uttømning av trykkluft anbrakt på en linje parallell med injektorens akse i forhold til tilsvarende hull for uttømningen av det flytende brennstoff.

Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hullene for sideveis uttømning av trykkluft og hullene for uttømning av flytende brennstoff anbrakt ned-strøms i forhold til elementet for turbulens og på et sted som er markert atskilt fra sistnevnte.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har injek-torlegemet flere innløpskanaler for trykkluft fra kompressoren.

Ifølge en annen foretrukket utførelse av oppfinnelsen har innsiden av injektoren inne i sin egen spiss, en kanal som står i forbindelse med kanalen for tilførsel av trykkluft og avsluttes i et hull hvorfra dets fremside trykkluften tømmes ut.

I tillegg er injektoren ifølge oppfinnelsen forsynt med et rør som er utenfor røret for tilførsel av flytende brennstoff og virker som en termisk isolator. De to rørene holdes like fra hverandre ved hjelp av en tilsvarende fjær.

Andre egenskaper ved oppfinnelsen er definert i kravene vedføyet søk-naden.

Andre formål og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse og vedføyde tegninger som er tilveiebrakt som et ikke-begrensende eksempel og hvor: fig. 1 viser et riss, delvis i snitt, av en brenner for gassturbiner forsynt med en injektor ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et riss, delvis i snitt, av en injektor for gassturbin ifølge oppfinnelsen, fig. 3 viser et riss av injektoren på fig. 1 og 2 i snitt, langs et plan som står loddrett på injektorens akse og fig. 4 viser et riss fra siden av en detalj av injektoren for gassturbiner ifølge oppfinnelsen.

Under henvisning til figurene er væskebrennstoffinjektoren for brennere i gassturbiner ifølge oppfinnelsen, benevnt ved 10.

Især, og som det vil fremgå av fig. 1, er væskebrennstoffinjektoren 10 for brennere i gassturbiner ifølge oppfinnelsen, av den type som brukes inne i brennere som er forsynt med et forblandekammer 62 og et element 13, generelt benevnt som virvler som brukes for å frembringe turbulens i trykklutfstrømmen fra kompressoren i gassturbinen.

Forblandekammeret 62 har en første seksjon 60 som er vesentlig sylindrisk, og en avsluttende, sammenløpende del 61 som ifølge faget er kjent som et deksel.

Fig. 1 viser også linjen 63 for separering mellom den sylindriske seksjon 60 og den endelige, sammenløpende del 61.

Injektoren er forbundet til et rør 14 hvor det flytende brennstoff leveres gjennom, mens det også er i forbindelse med forblandekammeret 62 er tilknyttet en primærgasskanal 70 og en kanal 71 som tilhører flammens pilotkrets.

Injektoren 10 omfatter et legeme 11 som avsluttes i en spiss 12 og som er forsynt med en kanal 25 for tilførsel av brennstoff fra røret 21.

Kanalen 25 for flytende brennstoff strekker seg inn i en konstruksjon 26 som er beskrevet i detalj nedenfor, og som står i forbindelse med utløpshullene 22 og 23 for brennstoffet.

Som det vil fremgå av fig. 1, er injektoren 10 satt sentralt inn i forhold til virvleren 13 for en seksjon som tilsvarer en del av legemets 11 lengde.

I tillegg avsluttes spissen 12 av injektoren 10 ved den midtre del av den sammenløpende del 61 av forblandekammeret 62, og etterlater således en vesentlig ledig del foran utløpet 64 av den sammenløpende del 61.

Hvis den innvendige konstruksjon av injektoren 10, som ses i snitt på fig. 2, må undersøkes, vil det fremgå at injektoren også er forsynt med kanaler som er benevnt med 48 og 58, som tillater innstrømning av trykkluft fra kompressoren (ikke vist) av gassturbinen.

Kanalene 48 og 58 står i forbindelse med utløpshullene 20 og 21 for trykkluften.

Hvis arrangementet av hullene 20, 21, 22 og 23 undersøkes, vil det fremgå at hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluften, er plassert nedenfor hullene 22 og 23, hvorfra det flytende brennstoff tømmes ut.

Fortrinnsvis er midten av hver av disse hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft anbrakt på en linje som er parallell med nevnte injektors 10 akse i forhold til de tilsvarende hull 22 og 23 for uttømning av flytende brennstoff.

En viktig egenskap ved injektoren ifølge oppfinnelsen består i at hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft, og hullene 22 og 23 for uttømning av flytende brennstoff, er anbrakt nedenfor virvleren 13 og i en posisjon som tydelig er atskilt fra sistnevnte.

Fig. 4 viser også i detalj at hullene 20, 21 for sideveis uttømning av trykkluften og hullene 22 og 23 for uttømning av flytende brennstoff, er anbrakt inne i den sylindriske del 60 av forblandekammeret 62 i brenneren.

Især har både hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft og hullene 22 og 23 for uttømning av flytende brennstoff, sine egne akser innrettet radialt i forhold til injektorens 10 legeme 11.

Især har både hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft og hullene 22 og 23 for uttømning av flytende brennstoff, et ovalt tverrsnitt.

I tillegg er hullene 22 og 23 fortrinnsvis mindre enn hullene 20 og 21.

Som tidligere nevnt har injektorens 10 legeme 11 et midtre hull hvor røret 14 for tilførsel av flytende brennstoff er satt inn i.

Som det fremgår av fig. 3 har injektorens 10 legeme 11 også flere innløpskanaler 18, 28, 38 for å tillate innstrømning av trykkluft fra kompressoren.

Det vil også fremgå at det finnes tre kanaler 18, 28 og 38 for inntak av trykkluft i utførelsen ifølge oppfinnelsen, som er vist av et ikke-begrensende eksempel.

Inne i spissen 12 har injektoren 10 også en kanal 19 som står i forbindelse med kanalene 48 og 58, og endene i et hull 17, fra fremsiden som trykkluften tømmes ut gjennom.

Inne i spissen 12, og i forbindelse med kanalen 19, finnes det også et luftgap 40.

Røret 14 for tilførsel av flytende brennstoff har et isolerende mellomrom 16 som er forsynt for å omslutte, sammen med fjæren 15 et innvendig rør 20 som danner kanalen 25 for det flytende brennstoff.

Inne i injektoren 10 er det tilveiebrakt den tidligere nevnte borede konstruksjon 26, hvis funksjon er å tilkople endedelen av røret 14 for tilførsel av flytende brennstoff og således frembringe en enkelt kanal 25 for tilførsel av flytende brennstoff.

I tillegg står den borede konstruksjon 26 i forbindelse med hullene 22 og 23 hvorfra det flytende brennstoff tømmes ut.

Funksjonen av væskebrennstoffinjektoren 10 for brennere i gassturbiner ifølge oppfinnelsen, vil bli beskrevet kort nedenfor.

Det flytende brennstoff tilføres fra en fjerntliggende tank ved hjelp av røret 14, til injektoren 10, for å tilføre hovedflammen til brenneren.

Samtidig blir trykkluft fra brenneren tilført oppstrøms fra injektoren 10 og kommer i berøring med virvleren 13, slik at det frembringes turbulens i trykk-luftstrømmen og dette gjør det mulig å stabilisere flammen nedstrøms i forhold til injektoren 10.

Det flytende brennstoff beveger seg gjennom kanalen 25 og tømmes ut gjennom hullene 22 og 23 som er anbrakt radialt langs injektorens 10 legeme 11.

Samtidig beveger luft fra kompressoren seg langs kanalene 48 og 58 og tømmes fra utløpshullene 20 og 21.

På grunn av at hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft er anbrakt nedstrøms i forhold til hullene 22 og 23, hvorfra det flytende brennstoff blir tømt ut, frembringes en film med luft på spissen 12 av injektoren 10 som således hindrer det flytende brennstoff i å legge seg på selve injektoren.

Denne virkning økes ved at midten av hullene 20 og 21 for trykkluften er anbrakt på linjer som er parallelle med injektorens 10 akse i forhold til tilsvarende huller 22 og 23 for uttømning av det flytende brennstoff.

Langs sin egen bane inne i injektoren 10, vil trykkluften dessuten følge kanalen 19 som i sin tur står i forbindelse med kanalene 48 og 58, for å tømmes ut ved fremsiden fra hullet 17.

Denne virkning gjør det mulig å regulere spissen av injektoren 10 på en tilfredsstillende måte.

Det vil også fremgå at spissen 12 av injektoren 10 avsluttes i den midtre del av den sammenløpende del 61 av forblandekammeret 62.

Denne egenskap i forbindelse med den sammenløpende form av delen 61, gir optimale betingelser for flammen.

Dessuten vil det faktum at hullene 20 og 21 for sideveis uttømning av trykkluft og hullene 22 og 23 for uttømning av det flytende brennstoff, er anbrakt i en posisjon som tydelig er atskilt fra virvleren 13, gjøre det mulig å oppnå en ideell blanding av brennstoffet.

Denne beskrivelsen har klargjort egenskapene og fordelene ved væskebrennstoffinjektoren for brennere i gassturbiner, som er emnet for oppfinnelsen.

Endelig vil det fremgå at mange variasjoner kan utføres på væskebrennstoffinjektoren for brennere i gassturbiner som er emnet for oppfinnelsen, uten å fravike prinsippene for nyhet som ligger i oppfinnelsens konsept, og det vil også fremgå at andre materialer, utforminger og dimensjoner kan brukes etter behov ved den praktiske anvendelse av oppfinnelsen og kan erstattes av andre som er teknisk likeverdige.

Claims

1. Væskebrennstoffinjektor for brennere i gassturbiner som brukes inne i brennere og som er forsynt med et forblandingskammer (62) og et element (13) for å frembringe turbulens i strømmen av trykkluft fra kompressoren i gassturbinen, idet injektoren (10) omfatter et legeme (11) som avsluttes i en spiss (12) og er forsynt med minst én kanal (25) for transport av brennstoffet og kanaler (48, 58) for innstrømning av trykkluft fra turbinen, idet nevnte kanal (25) for brennstoffet og kanalene (48, 58) for trykkluften avsluttes i respektive utløpshull (20,21,22, 23),karakterisert vedat spissen (12) av injektoren (10) avsluttes ved den midtre del av den sammenløpende del (61) av nevnte forblandingskammer (62).

2. Brennstoffinjektor ifølge krav 1, karakterisert vedat hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft er anbrakt nedstrøms i forhold til hullene (22,23) hvorfra væskebrennstoffet tømmes.

3. Brennstoffinjektor ifølge krav 2, karakterisert vedat hver av hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft står overfor tilsvarende hull (22,23) for uttømning av væskebrennstoff.

4. Brennstoffinjektor ifølge krav 3, karakterisert vedat hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft, og hullene (22, 23) for uttømning av flytende brennstoff er anbrakt nedstrøms i forhold til elementet (13) for turbulens og i en posisjon som er tydelig atskilt fra sistnevnte.

5. Brennstoffinjektor ifølge krav 4, karakterisert vedat hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft, og hullene (22,23) for uttømning av flytende brennstoff er anbrakt inne i den sylindriske seksjon (60) av forblandingskammeret (62).

6. Brennstoffinjektor ifølge krav 4 eller 5, karakterisert vedat både hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft og hullene (22, 23) for uttømning av flytende brennstoff, har sin egen akse innrettet radialt i forhold til injektorens (10) legeme (11).

7. Brennstoffinjektor ifølge krav 6, karakterisert vedat hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft er vesentlig større enn de tilsvarende hull (22,23) for uttømning av flytende brennstoff.

8. Brennstoffinjektor ifølge krav 6 eller 7, karakterisert vedat både hullene (20, 21) for sideveis uttømning av trykkluft og hullene (22,23) for uttømning av flytende brennstoff, har et ovalt tverrsnitt.

9. Brennstoffinjektor ifølge krav 1, karakterisert vedat injektorens (10) legeme (11) har et midtre hull hvor det er innsatt et rør (14) for tilførsel av flytende brennstoff.

10. Brennstoffinjektor ifølge krav 9, karakterisert vedat injektorens (10) legeme (11) har flere innløpskanaler (18, 28, 38) for å muliggjøre inntak av trykkluft fra kompressoren.

11. Brennstoffinjektor ifølge krav 10, karakterisert vedat det inne i spissen (12) er en kanal (19) som står i forbindelse med kanalene (48, 58) og avsluttes i et hull (17) hvorfra trykkluften tømmes ut.

12. Brennstoffinjektor ifølge krav 11, karakterisert vedat den har et luftgap (40) inne i spissen (12) og som står i forbindelse med kanalen (19).

13. Brennstoffinjektor ifølge krav 12, karakterisert vedat den har et rør (20) som danner kanalen (25) for flytende brennstoff inne i tilførselsrøret (14), hvor røret (20) er omsluttet av en fjær (15) for å danne et isolerende gap (16).

14. Brennstoffinjektor ifølge krav 13, karakterisert vedat det inne i injektoren (10) finnes en boret konstruksjon (26) for å forbinde endedelen av røret (14) til tilførselen av flytende brennstoff, for å danne en enkelt kanal (25) for passasje av det flytende brennstoff.

15. Brennstoffinjektor ifølge krav 14, karakterisert vedat den borede konstruksjon (25) står i forbindelse med hullene (22,23) hvorfra det flytende brennstoff tømmes ut.