WO2010018013A2 - Brennstoffeinsatz - Google Patents

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WO2010018013A2
WO2010018013A2 PCT/EP2009/055827 EP2009055827W WO2010018013A2 WO 2010018013 A2 WO2010018013 A2 WO 2010018013A2 EP 2009055827 W EP2009055827 W EP 2009055827W WO 2010018013 A2 WO2010018013 A2 WO 2010018013A2
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WO
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fuel
nozzle
receiving unit
nozzle insert
burner
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PCT/EP2009/055827
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English (en)
French (fr)
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WO2010018013A3 (de
Inventor
Thomas Grieb
Bernd Prade
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to US13/058,429 priority patent/US20110136067A1/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F23D11/383—Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means

Definitions

  • the present invention relates to a fuel nozzle for the twisting of a fuel / air-fuel mixture.
  • the invention further relates to a burner and a gas turbine.
  • Gas turbines are known to have the following components: a compressor for compressing air; a combustion chamber for generating hot gas by burning fuel in the presence of the compressed air supplied from the compressor; and a turbine in which the hot gas supplied from the combustion chamber is expanded.
  • Gas turbines are known to emit undesirable nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO).
  • NOx nitrogen oxides
  • CO carbon monoxide
  • One known factor affecting NOx emissions is the combustion temperature. If the combustion temperature is lowered, the amount of NOx released decreases. However, high combustion temperatures are desirable to achieve high efficiency. It is known that leaner fuel / air mixtures burn cooler and therefore less NOx emissions arise.
  • One known technique for producing a leaner fuel mixture is to create turbulence to mix air and fuel as evenly as possible prior to combustion to avoid creating zones of rich mixture in which there are high temperature localities (so-called hot spots).
  • fuel is flowed in via a so-called Swirler.
  • compressed air is supplied through a channel of the combustion chamber.
  • Swirler are arranged, which are connected to a fuel line.
  • These swirlers twist the combustion air and at the same time introduce fuel into the combustion air through holes in the swirl blades.
  • This mixture then flows to the combustion chamber to be burned there.
  • This system becomes a as homogeneous as possible mixture of fuel to air, which contributes significantly to the NOx reduction.
  • a first object of the present invention to provide a fuel nozzle which overcomes the above-mentioned problems.
  • a second object of the present invention is the disclosure of an advantageous burner. It is a third object of the invention to provide an advantageous gas turbine.
  • the first object is achieved by a fuel nozzle according to claim 1.
  • the second object is achieved by a burner according to claim 13.
  • the object related to the gas turbine is achieved by a gas turbine according to claim 16.
  • a component namely the nozzle insert in another component, namely the receiving unit.
  • a flow path and a swirl chamber are formed.
  • fuel in particular liquid
  • the flow path can itself take on a kind of nozzle function in that it is formed differently geometrically, for example, when stream enters the swirl chamber tapers or widened. If the fuel is accelerated in the flow path, ie the highest speed is only when it enters the pickup unit itself, too high pressure losses and cavitations can be avoided.
  • the nozzle insert At the inlet beginning of the fuel and at the end, that is to say substantially in the swirl chamber itself, the nozzle insert is bent in a substantially circular manner, and thus essentially forms a broken circle. Flow thus occurs from a flow path and into a swirl chamber in such a way that the fuel performs a circular, in particular a spiral movement in the swirl chamber.
  • the nozzle insert according to the invention thus produces a
  • the depth of the receiving unit decreases at the beginning of entry of the nozzle insert in the flow direction.
  • This causes the flow rate of the fuel to be changed, namely increased.
  • This also causes an increase in the flow velocity.
  • the flow path, which is formed by the entry start of the nozzle insert and the receiving unit, also expand in the flow direction. This also causes a change in the flow velocity.
  • simultaneous reduction of the depth of the receiving unit at the inlet beginning in the flow direction can also be done so increasing the flow velocity.
  • the nozzle insert can be used as an integrated component in the receiving unit.
  • the swirl chamber is preferably designed circular.
  • the swirl chamber may further comprise an outlet, so that the fuel twisted can escape there.
  • the outlet thus serves as a spray nozzle and may, for example, also have a tapered shape.
  • the so twisted fuel then enters the combustion chamber.
  • the outlet is a bore, in particular a transverse bore. This is particularly easy to install later.
  • the fuel nozzle arrangement comprises four-eight fuel nozzles arranged symmetrically on a disk. This disc is accordingly integrated in a customized recording unit of the essay.
  • the essay also includes four-eight outlets.
  • Fuel nozzle assembly created which is integrated into an essay and thus includes all outlets (atomizer nozzles). Thus, therefore, the fuel is divided into individual streams on its circumference.
  • the number of nozzle inserts and receiving units arranged on the disk can vary, as can the arrangement of the nozzle inserts / receiving units on the disk.
  • the nozzle insert and / or the receiving unit preferably consists of metal or a metal alloy.
  • the nozzle insert and / or the receiving unit preferably consists of metal or a metal alloy.
  • Embodiment consist of the nozzle insert and / or the receiving unit of ceramic or ceramic material, since these materials are particularly abrasion resistant.
  • the nozzle insert and / or the receiving unit are fine mechanical or with print technology produced. This production is particularly inexpensive and quick to implement.
  • Fig. 4.5 shows schematically an article 13 with 4 burner inserts according to the invention in back and front view.
  • FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft, which is also referred to as a turbine runner.
  • the combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. In the flow direction of a working medium As can be seen in the hot gas duct 111 of a guide blade row 115, a row 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or a work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is guided to the burners 107 and mixed there with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • FIG. 2 schematically shows a section through a burner 107 with a nozzle according to the prior art in a partially perspective view.
  • the burner 107 can be used on the one hand in conjunction with the annular combustion chamber 106.
  • the burner 107 is used in conjunction with a so-called tube combustion chamber.
  • the gas turbine 100 has, instead of the annular combustion chamber 106, a plurality of annularly arranged tube combustion chambers whose outflow-side openings open into the annular hot gas channel 111 on the inlet side of the turbine.
  • a plurality of, for example six or eight, burners 107 are preferably arranged on each of these tube combustion chambers at the opposite end of the downstream opening of the tube combustion chamber, usually annularly around a pilot burner.
  • the burner 107 comprises a cylindrical housing 12.
  • a lance with a fuel channel 16 is arranged along the central axis 27 of the burner 107.
  • the latter comprises a pointed attachment 13, which is arranged concentrically to the central axis 27.
  • the fuel nozzles 1 are arranged according to the prior art, which communicate with the fuel channel 16.
  • swirl vanes 17 are arranged around the lance.
  • the swirl blades 17 are arranged along the circumference of the lance in the housing 12.
  • a compressor air flow 15 is passed into the combustion chamber 110 leading to the part of the burner 107.
  • the air is displaced by the swirl blades 17 in a swirling motion.
  • Fuel for example oil, is injected through the fuel nozzles 1 into the resulting air stream.
  • the resulting fuel-air mixture is then passed on to the combustion chamber 110.
  • FIG. 3 schematically shows a section through a fuel nozzle according to the invention.
  • the nozzle inserts 1 are arranged on the outer circumference of the attachment 13 in corresponding receiving units 4.
  • a fuel nozzle arrangement comprises a plurality of, in the present embodiment, four nozzle inserts 1 according to the invention with corresponding receiving units 4 (FIG. 4, rear view and FIG. 5 front view).
  • the flow paths 5 are indicated here as four slots (FIG. 4, FIG. 5).
  • the central axis of the attachment 13 is indicated by the reference numeral 18.
  • the attachment 13 is conical to the combustion chamber 110, tapered designed.
  • the nozzle insert 1 is arranged on the outer circumference of the attachment 13 in the corresponding receiving units 4 and thus forms the swirl chambers 10.
  • the nozzle insert 1 according to the invention is made as an integrated component.
  • the nozzle according to the invention Insert 1 comprises at its fuel inlet 2, which is located in the swirl chamber 10 approximately a semicircular curved inlet beginning 7a and an end 7b.
  • the nozzle insert 1 has a nozzle insert neck 3.
  • the nozzle insert 1, in particular the nozzle insert neck 3 itself and the preferably circularly curved inlet beginning 7a, form with the receiving unit 4 a flow path 5, along which the fuel can flow.
  • the entry start 7a and the end 7b form with the receiving unit 4, the swirl chamber 10 from.
  • the flow path 5 which through the inlet beginning 7a of the nozzle insert 1 and the receiving unit
  • the flow rate is increased.
  • the increase can also take place in that the depth of the
  • the swirl chamber 10 is essentially circular.
  • the flow path 5 thus performs at the inlet beginning 7a in the swirl chamber 10 by this arrangement a circular movement, which directs the fuel towards the outlet 8.
  • the fuel thus performs a circular movement, that is, the fuel is thus circular, in particular spiral 12 swirled.
  • the so-swirled fuel passes through the outlet 8 for the purpose of atomization.
  • the outlet 8 is a transverse bore for the purpose of outflow.
  • the nozzle insert 1 according to the invention thus generates a flow of fuel, in particular a liquid fuel flow with a swirl component in the chambers downstream.
  • a fuel nozzle is thus created by a nozzle insert 1 which can be integrated in a receiving unit 4.
  • a disk with a fuel nozzle arrangement according to the invention is provided, which is inserted into an attachment 13 or another component and thus supplies all the outlets 8 (atomization openings) of the attachment 13.
  • the fuel nozzle or the fuel nozzle arrangement divides the Brennstoffström distributed in individual streams on the circumference.
  • the previously used nozzles are used for swirl generation in the flow of the fuel before it enters the combustion chamber.
  • the twist is now generated by means of the special geometry of the fuel nozzle according to the invention.
  • the fuel nozzle or the receiving unit and / or the nozzle insert can be made of metallic or ceramic materials fine mechanical or "print" -based.
  • an acceleration of the fuel take place, so as to obtain maximum speed only at the entrance to the swirl chamber 10, so that too high pressure losses and cavitation are avoided and one thus obtains an effective nozzle cross section, which is more independent of the throughput.
  • This can be achieved, for example, by bending the inlet beginning 7a to the outlet center 8 or bending it away from the outlet center 8 and / or by changing the depth of the receiving unit 4 at the entrance beginning 7a.

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine Brennstoff düse zur Verdrallung eines Brennstoffs/Brennstoff-Luft Gemisches, umfassend einer Aufnahmeeinheit (4) und einem Düseneinsatz (1), wobei der Düseneinsatz (1) und die Aufnahmeeinheit (4) einen Strömungspfad (5) und anschließend eine mit Drallkammer (10) ausbilden, wobei der Düseneinsatz (1) ein Eintrittsanfang (7a) und ein Ende (7b) aufweist, wobei der Eintrittsanfang (7a) und das Ende (7b) im wesentlichen kreisförmig gebogen ist, so dass ein unterbrochener Kreis gebildet ist, so dass einem in die Drallkammer (10) hineinströmender Brennstoff eine radial einwärts gerichtete Kreis- insbesondere Spiralbewegung (12) aufgeprägt wird. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Brenner sowie eine Gasturbine offenbart.

Description

Beschreibung
Brennstoffeinsätz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstoffdüse zur Verdrallung eines Brennstoff/Brennstoff-Luft Gemisch. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Brenner und eine Gasturbine .
Gasturbinen besitzen bekanntlich folgende Komponenten: einen Verdichter zum Verdichten von Luft; eine Brennkammer zum Erzeugen heißen Gases durch Verbrennen von Brennstoff in Anwesenheit der vom Kompressor gelieferten, verdichteten Luft; und eine Turbine, in der das von der Brennkammer gelieferte heiße Gas entspannt wird. Gasturbinen emittieren bekanntlich unerwünschte Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) . Ein bekannter Faktor, der die NOx-Emissionen beeinflusst, ist die Verbrennungstemperatur. Senkt man die Verbrennungstemperatur, so sinkt die Menge des abgegebenen NOx. Allerdings sind hohe Verbrennungstemperaturen wünschenswert, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Es ist bekannt, dass magerere Brennstoff/Luft-Gemische kühler verbrennen und deshalb weniger NOx-Emissionen entstehen. Eine bekannte Technik zum Erzeugen eines magereren Brennstoffgemischs ist es, Turbulenzen zu er- zeugen, um Luft und Brennstoff vor der Verbrennung so gleichmäßig wie möglich zu vermischen, um zu vermeiden, das Zonen mit fettem Gemisch entstehen, in denen es örtliche Stellen hoher Temperatur gibt (so genannte Hot Spots) . Bei can, can annular, annular Systemen wird deshalb Brenn- Stoff über einen sogenannten Swirler eingeströmt. Hierbei wird verdichtete Luft durch einen Kanal der Brennkammer zugeführt. In diesem Kanal werden Swirler angeordnet, welche mit einer Brennstoffleitung verbunden sind. Diese Swirler verdrallen die Verbrennungsluft und bringen gleichzeitig über Bohrungen in den Swirlerblättern Brennstoff in die Verbrennungsluft ein. Dieses Gemisch strömt dann der Brennkammer zu, um dort verbrannt zu werden. Durch dieses System wird eine möglichst homogene Durchmischung von Kraftstoff zu Luft erzielt, was wesentlich zur NOx Reduktion beiträgt.
Bei Verbrennungsmaschinen, insbesondere solchen, die mit zwei verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, erfolgt beispielsweise eine Eindüsung des Brennstoffes Öl über Drallerzeuger, in denen das Öl mit Luft vermischt wird. Zur besseren Zerstäubung und Vermischung von Öl und Luft kann das Öl innerhalb der zur Eindüsung verwendeten Düsen in eine Drallbe- wegung versetzt werden. Diese Drallerzeugung innerhalb der Öldüse wird bisher dadurch erreicht, dass diese Düsen aus mehreren Plättchen, welche an geringfügig voneinander abweichenden Koordinaten Bohrungen aufweisen, bestehen. Durch das Zusammenlöten der einzelnen Plättchen entsteht eine Spirale, welche zur Drallgebung des Brennstoffes genutzt wird. Allerdings weisen solche Düsen einen konstruktiv aufwendigen Aufbau auf, da die Bohrungen exakt platziert werden müssen.
Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstoffdüse zur Verfügung zu stellen, die die oben genannten Schwierigkeiten beseitigt. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Offenbarung eines vorteilhaften Brenners. Es ist eine dritte Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch eine Brennstoffdüse nach Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch einen Brenner nach Anspruch 13 gelöst. Die auf die Gasturbine bezogene Aufgabe wird durch eine Gasturbine nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beinhalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird hier also vorgeschlagen, ein Bauteil, nämlich den Düseneinsatz in ein anderes Bauteil nämlich die Aufnahmeneinheit anzuordnen. Dadurch werden ein Strömungspfad und eine Drallkammer ausgebildet. Somit ist eine einfachere Installation der erfindungsgemäßen „Düse" möglich. Durch den Strömungspfad strömt somit Brennstoff, insbesondere Flüssig- brennstoff. Der Strömungspfad kann dabei selber eine Art Düsenfunktion übernehmen, indem er unterschiedlich geometrisch geformt wird, z.B. bei Stromeintritt in die Drallkammer sich verjüngt oder verbreitert. Wird der Brennstoff in dem Strö- mungspfad beschleunigt, das heißt die größte Geschwindigkeit ist erst bei Eintritt in die Aufnahmeneinheit selber, können so zu hohe Druckverluste und Kavitationen vermieden werden. Am Eintrittsanfang des Brennstoffs sowie am Ende, das heißt im Wesentlichen in der Drallkammer selber, ist der Düsenein- satz im Wesentlichen kreisförmig gebogen, und bildet somit im wesentlichen einen unterbrochenen Kreis. Strömung tritt hier also aus einem Strömungspfad aus und in eine Drallkammer ein und zwar dergestalt, dass der Brennstoff eine kreis-, insbesondere eine spiralförmige Bewegung in der Drallkammer aus- führt. Der erfindungsgemäße Düseneinsatz erzeugt so eine
Drallkomponente in der Drallkammer, insbesondere auch in der Brennkammer stromab.
Bevorzugt verringert sich die Tiefe der Aufnahmeneinheit am Eintrittsanfang des Düseneinsatzes in Strömungsrichtung. Dies bewirkt, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff verändert, nämlich erhöht. Und/oder kann sich auch der Strömungspfad, welcher durch den Eintrittsanfang des Düseneinsatzes und die Aufnahmeeinheit gebildet wird, in Strö- mungsrichtung verjüngen. Dies bewirkt ebenfalls eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Alternativ kann sich der Strömungspfad, welcher durch den Eintrittsanfang des Düseneinsatzes und die Aufnahmeeinheit gebildet wird, in Strömungsrichtung auch erweitern. Dies bewirkt ebenfalls eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit. Bei gleichzeitiger Verringerung der Tiefe der Aufnahmeneinheit am Eintrittsanfang in Strömungsrichtung kann auch so eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erfolgen.
Bevorzugt ist der Düseneinsatz als integriertes Bauteil in die Aufnahmeneinheit einsetzbar. Die Drallkammer ist bevorzugt kreisförmig ausgestaltet. Somit kann der Brennstoffein- lass mit seinen halbkreisförmig gebogenen Eintrittsanfang und Ende besonders stabil in die Aufnahmeneinheit integriert werden. Aber auch andere geometrische Formen sind vorstellbar. Die Drallkammer kann weiterhin einen Auslass umfassen, so dass der Brennstoff verdrallt dort austreten kann. Der Aus- lass dient somit als Zerstäuberdüse und kann z.B. ebenfalls eine sich verjüngende Form aufweisen. Der so verdrallte Brennstoff tritt dann in die Brennkammer ein. Bevorzugt ist der Auslass eine Bohrung, insbesondere eine Querbohrung. Diese ist besonders einfach auch nachträglich noch anzubringen. In bevorzugter Ausgestaltung sind als Brennstoffdüsenanord- nung vier -acht symmetrisch auf einer Scheibe angeordnete Brennstoffdüsen umfasst. Diese Scheibe wird dementsprechend in einer angepassten Aufnahmeneinheit des Aufsatzes integriert. Der Aufsatz umfasst dabei im Wesentlichen ebenfalls vier -acht Auslässe. Somit wird also erfindungsgemäß eine
Brennstoffdüsenanordnung geschaffen, welche in einen Aufsatz integriert wird und die somit alle Auslässe (Zerstäuberdüsen) umfasst. Somit wird also der Brennstoff in Einzelströme auf seinen Umfang unterteilt. Die Anzahl der auf der Scheibe an- geordneten Düseneinsätze und Aufnahmeeinheiten kann dabei variieren, auch die Anordnung der Düseneinsätze/Aufnahmeeinheiten auf der Scheibe.
Bevorzugt besteht der Düseneinsatz und/oder die Aufnahmeein- heit aus Metall oder einer Metalllegierung. In bevorzugter
Ausgestaltung bestehen der Düseneinsatz und/oder die Aufnahmeeinheit aus Keramik oder keramischen Material, da diese Materialien besonders abbriebbeständig sind.
Bevorzugt sind der Düseneinsatz und/oder die Aufnahmeeinheit feinmechanisch oder mit print-Technik herstellbar. Diese Herstellung ist besonders kostengünstig und schnell zu realisieren .
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher be- schrieben. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können hierbei einzeln oder in Kombination miteinander vorteilhaft sein,
Fig. 1 zeigt schematisch eine Gasturbine in einem Längs- teilschnitt,
Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Brenner mit einer Düse nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Brennereinsatz,
Fig. 4,5 zeigt schematisch einen Aufsatz 13 mit 4 erfindungsgemäßen Brennereinsätzen in Rück- und Vorderansicht.
Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110 mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Brennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Ar- beitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die Figur 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Brenner 107 mit einer Düse nach dem Stand der Technik in teilweise perspektivischer Ansicht. Der Brenner 107 kann einerseits in Verbindung mit der Ringbrennkammer 106 verwendet werden. Vorzugsweise wird der Brenner 107 jedoch in Verbindung mit einer sogenannten Rohrbrennkammer verwendet. Hierbei weist die Gasturbine 100 anstelle der Ringbrennkammer 106 mehrere, ringförmig angeordnete Rohrbrennkammern auf, deren abström- seitigen Öffnungen in den ringförmigen Heißgaskanal 111 tur- bineneingansseitig münden. Dabei sind vorzugsweise an jeder dieser Rohrbrennkammer mehrere, beispielsweise sechs oder acht, Brenner 107 an dem gegenüberliegenden Ende der abstrom- seitigen Öffnung der Rohrbrennkammer zumeist ringförmig um einen Pilotbrenner angeordnet. Der Brenner 107 umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 12. In dem Gehäuse 12 ist entlang der Mittelachse 27 des Brenners 107 eine Lanze mit einem Brennstoffkanal 16 angeordnet. An der zur Brennkammer 110 hinführenden Seite der Lanze umfasst diese einen spitz ausgestalteten Aufsatz 13, der konzentrisch zur Mittelachse 27 angeordnet ist. In dem Aufsatz 13 sind die Brennstoffdüsen 1 nach dem Stand der Technik angeordnet, die mit dem Brennstoffkanal 16 kommunizieren.
In dem Gehäuse 12 des Brenners 107 sind um die Lanze herum Drallschaufeln 17 angeordnet. Die Drallschaufeln 17 sind entlang des Umfanges der Lanze in dem Gehäuse 12 angeordnet. Durch die Drallschaufeln 17 wird ein Verdichterluftstrom 15 in den zur Brennkammer 110 führenden Teil des Brenners 107 geleitet. Die Luft wird durch die Drallschaufeln 17 in eine Drallbewegung versetzt. In den dabei entstehenden Luftstrom wird Brennstoff, zum Beispiel Öl, durch die Brennstoffdüsen 1 eingedüst. Das dabei entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch wird dann weiter in die Brennkammer 110 geleitet.
Die Figur 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Brennstoffdüse . Die Düseneinsätze 1 sind am äußeren Umfang des Aufsatzes 13 in entsprechenden Aufnahmenein- heiten 4 angeordnet. Eine Brennstoffdüsenanordnung umfasst mehrere, im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier, erfindungsgemäße Düseneinsätze 1 mit entsprechenden Aufnahmeeinheiten 4 (Figur 4, Rückansicht und Figur 5 Vorderansicht) . Die Strömungspfade 5 sind dabei als vier Schlitze angedeutet (Figur 4, Figur 5) .
Die Mittelachse des Aufsatzes 13 ist durch die Bezugsziffer 18 gekennzeichnet. Der Aufsatz 13 ist zur Brennkammer 110 hin kegelförmig, spitz zulaufend ausgestaltet. Der Düseneinsatz 1 ist am äußeren Umfang des Aufsatzes 13 in den entsprechenden Aufnahmeneinheiten 4 angeordnet und bildet damit die Drallkammern 10. Der erfindungsgemäße Düseneinsatz 1 ist als integriertes Bauteil angefertigt. Der erfindungsgemäße Düsen- einsatz 1 umfasst an seinem Brennstoffeinlass 2, welcher sich in der Drallkammer 10 befindet etwa einen halbkreisförmig gebogenen Eintrittsanfang 7a sowie ein Ende 7b. Der Düseneinsatz 1 weist einen Düseneinsatzhals 3 auf. Der Düseneinsatz 1 insbesondere der Düseneinsatzhals 3 selber sowie der bevorzugt kreisförmig gebogene Eintrittsanfang 7a bilden mit der Aufnahmeneinheit 4 einen Strömungspfad 5 aus, entlang dessen der Brennstoff strömen kann. Der Eintrittsanfang 7a und das Ende 7b bilden mit der Aufnahmeneinheit 4 die Drallkammer 10 aus. Dabei kann der Strömungspfad 5 welcher durch den Eintrittsanfang 7a des Düseneinsatzes 1 und die Aufnahmeeinheit
4 gebildet wird, sich in Strömungsrichtung verjüngen oder auch erweitern. Bei einer Erweiterung des Strömungspfades 5 ist das halbkreisförmig gebogene Eintrittsanfang 7a im We- sentlichen zu einem Auslass 8 hin gebogen. Der Brennstoff, der durch den Strömungspfad 5 strömt, wird daraufhin zur Mitte abgelenkt. Bei einer Verjüngung bildet der Eintrittsanfang 7a von dem Auslass weggebogen und verjüngt den Strömungspfad
5 damit. Die Strömungsgeschwindigkeit wird erhöht. Die Erhö- hung kann auch dadurch stattfinden, dass sich die Tiefe der
Aufnahmeneinheit 4 am Eintrittsanfang 7a in Strömungsrichtung verändert, bevorzugt verringert. Dabei ist eine lineare Verringerung oder auch eine nichtlineare Verringerung möglich. Die Drallkammer 10 ist im Wesentlichen kreisförmig ausgebil- det. Der Strömungspfad 5 führt am Eintrittsanfang 7a in der Drallkammer 10 durch diese Anordnung also eine kreisförmige Bewegung aus, welche den Brennstoff in Richtung Auslass 8 lenkt. Der Brennstoff führt also eine kreisförmige Bewegung aus, das heißt der Brennstoff wird somit kreis-, insbesondere spiralförmig 12 verwirbelt. Anschließend tritt der so verwirbelte Brennstoff zum Zwecke der Zerstäubung durch den Auslass 8 hinaus. Dabei ist der Auslass 8 eine Querbohrung zum Zwecke der Ausströmung.
Der erfindungsgemäße Düseneinsatz 1 erzeugt so eine BrennstoffStrömung insbesondere eine Flüssigkeitsbrennstoffströmung mit einer Drallkomponente in den Kammern stromabwärts . Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird somit eine Brennstoffdüse durch einen in einer Aufnahmeeinheit 4 integrierbaren Düseneinsatz 1 geschaffen. Insbesondere wird eine Scheibe mit einer erfindungsgemäßen Brennstoffdüsenanordnung geschaffen, welche in einen Aufsatz 13 oder ein anderes Bauteil eingesetzt wird und somit alle Auslässe 8 (Zerstäubungsöffnungen) des Aufsatzes 13 versorgt. Die Brennstoffdüse bzw. die Brennstoffdüsenanordnung teilt den Brennstoffström in Einzelströme verteilt auf den Umfang. Die bisher eingesetzten Düsen dienen zur Drallerzeugung in der Strömung des Brennstoffes bevor dieser in die Brennkammer gelangt. Der Drall wird nun mittels der speziellen Geometrie der erfindungsgemäßen Brennstoffdüse erzeugt. Die Brennstoffdüse bzw. die Aufnahmeeinheit und/oder der Düseneinsatz kann aus metallischen oder auch keramischen Materialien feinmechanisch oder „print"-basiert hergestellt werden .
Wahlweise kann im Strömungspfad 5 eine Beschleunigung des Brennstoffes stattfinden, um so größte Geschwindigkeit erst am Eintritt in die Drallkammer 10 zu erhalten, so dass zu hohe Druckverluste und Kavitation vermieden werden und man so einen effektiven Düsenquerschnitt erhält, der unabhängiger vom Durchsatz ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, in dem der Eintrittsanfang 7a zur Auslassmitte 8 gebogen wird oder von der Auslassmitte 8 weggebogen wird oder/und indem sich die Tiefe der Aufnahmeneinheit 4 bei Eintrittsanfang 7a ändert .

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffdüse zur Verdrallung eines Brennstoffs/Brennstoff-Luft Gemisches, umfassend einer Aufnahmeeinheit (4) und einem Düseneinsatz (1), wobei der Düseneinsatz (1) und die Aufnahmeeinheit (4) einen Strömungspfad (5) und anschließend eine Drallkammer (10) ausbilden, wobei der Düseneinsatz (1) ein Eintrittsanfang (7a) und ein Ende (7b) aufweist, wobei der Eintrittsan- fang (7a) und das Ende (7b) im Wesentlichen kreisförmig gebogen ist, so dass ein unterbrochener Kreis gebildet ist, so dass einem in die Drallkammer (10) hineinströmender Brennstoff eine radial einwärts gerichtete Kreis-, insbesondere Spiralbewegung (12) aufgeprägt wird.
2. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tiefe der Aufnahmeneinheit (4) am Eintrittsanfang (7a) des Düseneinsatzes (1) in Strömungsrichtung verringert, so dass eine Änderung der Strö- mungsgeschwindigkeit des Brennstoffs bewirkt ist.
3. Brennstoffdüse nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungspfad (5) welcher durch den Eintrittsanfang (7a) des Düseneinsatzes (1) und die Aufnahmeeinheit (4) gebildet wird, in Strömungsrichtung verjüngt.
4. Brennstoffdüse nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Strömungspfad (5) wel- eher durch den Eintrittsanfang (7a) des Düseneinsatzes (1) und die Aufnahmeeinheit (4) gebildet wird, in Strömungsrichtung erweitert.
5. Brennstoffdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düseneinsatz (1) als integriertes Bauteil in die Aufnahmeneinheit (4) einsetzbar ist.
6. Brennstoffdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (4) und/oder der Düseneinsatz (1) aus Metall oder einer Metalllegierung besteht .
7. Brennstoffdüse nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (4) und/oder der Düseneinsatz (1) aus Keramik oder keramischen Material besteht .
8. Brennstoffdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (4) und/oder der Düseneinsatz (1) feinmechanisch oder mit print-Technik herstellbar ist.
9. Brennstoffdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallkammer (10) kreisförmig ausgebildet ist.
10. Brennstoffdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallkammer (10) einen Aus- lass (8) umfasst, so dass der Brennstoff/Brennstoff-Luft Gemisch verdrallt dort austreten kann.
11. Brennstoffdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (8) eine Bohrung ist .
12. Brennstoffdüsenanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass diese vier -acht im Wesentlichen symmetrisch auf einer Scheibe angeordnete Brennstoffdüsen nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
13. Brenner (107), der zumindest einer Brennstoffdüsenanord- nung nach Anspruch 12 umfasst.
14. Brenner (107) nach Anspruch 13, der ein zylinderförmiges Gehäuse (12) mit einer darin zentral angeordneten, einen Brennstoffkanal (16) aufweisende Lanze umfasst, welche über strahlenartig angeordnete Drallschaufeln (17) am Gehäuse abgestützt ist und an der zu einer Brennkammer hinführenden Seite ein Aufsatz (13) angeordnet ist, wobei die Brennstoffdüsenanordnung in dem Aufsatz (13) vorzugsweise stromab der Drallschaufeln (17) angeordnet und strömungstechnisch mit dem Brennstoffkanal (16) verbunden sind.
15. Brenneranordnung mit mehreren, auf ringförmig um einen zentralen Pilotbrenner angeordneten Brennern (107) nach einem der Ansprüche 13 bis 14.
16. Gasturbine (100), die zumindest einen Brenner (107) nach einem der Ansprüche 13 bis 14 oder die für jede Rohr- brennkammer eine Brenneranordnung nach Anspruch 15 umfasst.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3023696B1 (de) * 2014-11-20 2019-08-28 Ansaldo Energia Switzerland AG Nockenlanze für eine Gasturbinenbrennkammer

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2733103A (en) * 1956-01-31 laster
GB760972A (en) * 1953-03-27 1956-11-07 Josef Cornel Breinl Improvements in and relating to spray nozzles
US2904263A (en) * 1956-08-30 1959-09-15 Delavan Mfg Company Liquid spray nozzle
AT228723B (de) * 1962-06-29 1963-08-12 Ferdinand Schulz Zerstäubungsdüse und Düsenkopf
US3532271A (en) * 1967-02-23 1970-10-06 Frederick F Polnauer Spray nozzles with spiral flow fluid
US3680793A (en) * 1970-11-09 1972-08-01 Delavan Manufacturing Co Eccentric spiral swirl chamber nozzle
US3771728A (en) * 1971-03-17 1973-11-13 F Polnauer Spray nozzles with spiral flow of fluid and method of constructing the same
US3945574A (en) * 1972-07-24 1976-03-23 Polnauer Frederick F Dual orifice spray nozzle using two swirl chambers
US3923253A (en) * 1974-05-21 1975-12-02 Grefco Spraying nozzle
US3980233A (en) * 1974-10-07 1976-09-14 Parker-Hannifin Corporation Air-atomizing fuel nozzle
US4141391A (en) * 1978-01-13 1979-02-27 Smith Lester W Water lifting system
GB2127952A (en) * 1982-09-29 1984-04-18 British Gas Corp Burner assembly
US4726761A (en) * 1985-09-09 1988-02-23 Coen Company, Inc. Method and apparatus for introducing combustion air into a combustion chamber
CZ190894A3 (en) * 1992-02-07 1995-11-15 Procter & Gamble Atomizer with a plurality of holes for atomizing liquid in various patterns
US7654819B2 (en) * 2002-08-09 2010-02-02 Jfe Steel Corporation Tubular flame burner and method for controlling combustion
US7198201B2 (en) * 2002-09-09 2007-04-03 Bete Fog Nozzle, Inc. Swirl nozzle and method of making same
EP1510761A1 (de) * 2003-08-13 2005-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Verbrennung eines fluidischen Brennstoffs sowie Brenner, insbesondere für eine Gasturbine, zur Durchführung des Verfahrens
US7316117B2 (en) * 2005-02-04 2008-01-08 Siemens Power Generation, Inc. Can-annular turbine combustors comprising swirler assembly and base plate arrangements, and combinations
WO2006094939A1 (de) * 2005-03-09 2006-09-14 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner zum betreiben einer brennkammer
JP4476176B2 (ja) * 2005-06-06 2010-06-09 三菱重工業株式会社 ガスタービンの予混合燃焼バーナー
GB2435508B (en) * 2006-02-22 2011-08-03 Siemens Ag A swirler for use in a burner of a gas turbine engine
US7631500B2 (en) * 2006-09-29 2009-12-15 General Electric Company Methods and apparatus to facilitate decreasing combustor acoustics
US9242256B2 (en) * 2007-07-17 2016-01-26 S.C. Johnson & Son, Inc. Aerosol dispenser assembly having VOC-free propellant and dispensing mechanism therefor
EP2085695A1 (de) * 2008-01-29 2009-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffdüse mit Drallkanal und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse
US20100233640A1 (en) * 2008-02-07 2010-09-16 Radek Masin Glycerin burning system
US8104286B2 (en) * 2009-01-07 2012-01-31 General Electric Company Methods and systems to enhance flame holding in a gas turbine engine
US8347631B2 (en) * 2009-03-03 2013-01-08 General Electric Company Fuel nozzle liquid cartridge including a fuel insert
US8590864B2 (en) * 2010-10-21 2013-11-26 Woodward Fst, Inc. Semi-tubular vane air swirler
US8522556B2 (en) * 2010-12-06 2013-09-03 General Electric Company Air-staged diffusion nozzle
JP5975487B2 (ja) * 2013-03-11 2016-08-23 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料噴霧ノズル

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

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Publication number Publication date
EP2310741A2 (de) 2011-04-20
EP2310741B1 (de) 2015-02-25
EP2154428A1 (de) 2010-02-17
US20110136067A1 (en) 2011-06-09
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