WO2011064086A1 - Brenneranordnung - Google Patents

Brenneranordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2011064086A1
WO2011064086A1 PCT/EP2010/067000 EP2010067000W WO2011064086A1 WO 2011064086 A1 WO2011064086 A1 WO 2011064086A1 EP 2010067000 W EP2010067000 W EP 2010067000W WO 2011064086 A1 WO2011064086 A1 WO 2011064086A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel
ring
burner
slot
burner arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/067000
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Böttcher
Tobias Krieger
Daniel Vogtmann
Ulrich Wörz
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to CN201080054090.2A priority Critical patent/CN102639939B/zh
Priority to EP10779300.2A priority patent/EP2507557B1/de
Priority to US13/512,452 priority patent/US9103552B2/en
Priority to RU2012127366/06A priority patent/RU2562900C2/ru
Priority to ES10779300T priority patent/ES2432237T3/es
Publication of WO2011064086A1 publication Critical patent/WO2011064086A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2211/00—Thermal dilatation prevention or compensation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00005—Preventing fatigue failures or reducing mechanical stress in gas turbine components

Definitions

  • Burner arrangement The present invention relates to a burner arrangement and in particular to a burner arrangement for gas turbines.
  • a gas turbine comprises as essential components a compressor, a turbine with moving blades and at least one combustion chamber.
  • the blades of the turbine are as
  • Blade rings arranged on a shaft extending mostly through the entire gas turbine, which is coupled to a Ver ⁇ consumers, such as a generator for generating electricity.
  • the shaft provided with the blades is also called turbine runner or rotor. Between the blade rings are vanes, which serve as nozzles for guiding the working fluid through the turbine.
  • the combustion chamber is supplied with compressed air from the compressor.
  • the compressed air is mixed with a fuel, such as oil or gas, and the mixture burned in the combustion chamber.
  • the hot combustion exhaust gases are finally supplied as a working medium via a combustion chamber outlet of the turbine, where they transmit momentum to the blades under relaxation and cooling and thus do work.
  • the vanes serve to optimize the momentum transfer.
  • a typical burner arrangement for gas turbines typically has an annular support having around the periphery of the ring uniformly distributed nozzle lances.
  • fuel nozzle openings are arranged, with which fuel can be injected into an air supply channel.
  • Fuel nozzles represent a main stage of the burner, which is used to produce a premix flame, ie a flame, in which the air and the fuel mix before ignition become, serve.
  • premix burners are operated with lean air-fuel mixtures, that is, with mixtures containing relatively little fuel.
  • pilot burner which is designed as a diffusion burner, ie it generates a flame in which the fuel is injected directly into the flame, without first being mixed with air.
  • the pilot ⁇ burner is used except for starting up the gas turbine and to stabilize the premixed flame, the the harmful ⁇ is matter discharge often operated in an area of the mixture behaves ⁇ Nisses of air to fuel for minimizing which could without interruption supporting pilot flame lead to flame instabilities.
  • the fuel distributor ring is characterized by a short service life. It is therefore an object of the present invention to provide an advantageous arrangement with a burner fuel manifold ring is available, which has a particularly high Le ⁇ service life. It is a further object to provide an advantageous ⁇ exemplary gas turbine having such a burner arrangement for encryption addition.
  • the burner assembly comprises a Brennstoffverteiler- ring ring and a number of fuel nozzles which are mounted in the flow direction of the fuel distributor ring.
  • the fuel distributor ring has an annular surface in the flow direction.
  • the fuel Verteilerring a pointing to the ring center outer side and an opposite outer side.
  • Fuel nozzles at least one slot available. By this discharge slot results in a better heat distribution in the material of the fuel distributor, whereby the clamping ⁇ voltages are reduced and a higher life expectancy is established.
  • the relief slot can vary in depth, width and length and be adapted to the respective Brennstoffvertei ⁇ lerring.
  • the at least one slot extends on the surface from the outside to the inside. Thus, stress relief is provided over a wide surface area. At least one recess is arranged on the surface. Due to the at least ei ⁇ ne recess arises especially in connection with the
  • the at least one recess also partly includes the outside of the fuel distributor ring.
  • the at least one recess is substantially round.
  • a plurality of fuel nozzles are present, wherein between each adjacent fuel nozzle, a slot is present.
  • the entire Oberflä ⁇ chenring the fuel distributor ring is coated with relief slots.
  • the at least one slot is substantially Y-shaped.
  • Encompasses at least a y-shaped slot has two arms and a leg, wherein the two arms of the surfaces in the essential y-shaped slot face the outside of the fuel ⁇ distribution ring.
  • the two arms of the sentlichen We ⁇ y-shaped slot may also have the inside of the fuel manifold ring.
  • the at least one recess may thereby have a radius aufwei ⁇ sen, the radius decreases in the flow direction.
  • the fuel distributor ring preferably comprises at least one nickel alloy, in particular a nickel-molybdenum alloy, or a nickel-chromium-iron-molybdenum alloy. These alloys are particularly resistant to high temperatures.
  • the fuel distributor ring comprises in its interior at least two fuel channels for two combustion stages A and B.
  • the two fuel channels comprise two supply connections.
  • the burner arrangement is provided in particular in a gas turbine.
  • FIG. 1 shows a gas turbine in a highly schematic representation
  • FIG. 2 shows a gas turbine burner with burner arrangement in a perspective representation
  • FIG. 3 shows a gas turbine burner with a burner arrangement according to the invention in a perspective representation
  • FIG. 4 shows a burner arrangement according to the invention in FIG.
  • FIG. 5 shows a burner arrangement according to the invention in FIG.
  • the gas turbine 1 includes a compressor section 3, a Verbrennungsab ⁇ section 4 which comprises a multi ⁇ plurality of tubular combustion chambers 5 in the present embodiment, with arranged thereon burners 6, but in principle may also include an annular combustor, and a turbine section 7.
  • Zwi ⁇ 's adjacent compressor blade rings 11 and between adjacent turbine blade rings 13 are wreaths of compressor vanes 15 and wreaths of Turbinenleitschaufein 17 arranged in the extend radially from a housing 19 of the gas turbine 1 in the direction of the rotor 9.
  • Combustion exhaust the turbine section 7 through an ⁇ puff 23.
  • the transmitted pulse leads to a rotational movement of the rotor, which drives the compressor and a consumer, for example, a generator for generating electrical power or an industrial machine.
  • the rings of Turbinenleitschaufein 17 serve as nozzles for conducting the working medium in order to optimize the momentum transfer to the turbine blades 13.
  • FIG. 2 shows a burner 6 of the combustion section 4 in a perspective view.
  • the burner 6 has a fuel manifold ring 27, eight fuel nozzles 29, which extend from the fuel manifold ring 27 and eight disposed in the region of the tips of fuel nozzles 29 swirl generator 31.
  • the fuel ⁇ distributor ring 27 and the fuel nozzles 29 together form a burner housing, through which fuel lines extend to injection ports disposed within the swirl generator 31.
  • the fuel nozzles 29 may be welded to the fuel manifold ring ⁇ 27th Through a number of pipe sockets (not shown), the burner can be connected to fuel supply lines.
  • the burner 6 can be attached to a tube combustion chamber so that the fuel nozzles 29 point towards the interior of the combustion chamber.
  • the burner 6 shown in Figure 2 has eight fuel nozzles 29, it is also possible to equip it with a different number of fuel nozzles 29.
  • the number of fuel nozzles 29 can be greater than or less than eight, for example, six fuel nozzles 29 or twelve fuel nozzles fabric nozzles 29 be present, each with its own
  • the fuel distributor ring 27 has the task of distributing the fuel to the fuel nozzles 29. It is internally provided with two fuel channels 41, 42, each of which supplies a number of nozzles 29 (4 nozzles 29 in this particular case) with fuel as a stage A and a stage B (FIGS. 3 and 4). , The two fuel channels 41 and 42 comprise two supply ports 51, 52 for supplying fuel. It can also be distinguished ⁇ Liche fuel species.
  • the Brennstoffverteilerring 27 is from the outside with up to 500 ° C warm compressor air flows around ⁇ , but from the inside with cold fuel, which may have only a temperature of 20 ° C in the extreme case. As a result, very high voltages occur at the fuel distributor ring 27. Especially on the nozzles 29 facing surface side 45 of the fuel distributor ring 27 occur very high voltages, so that the life can not be achieved.
  • the fuel distributor ring 27 has an annular surface 54 in the flow direction and an outer inner side 56 pointing towards the middle of the ring and an outer outer side 58 lying opposite to it.
  • at least one slot 60 is present on the surface 45 between the fuel nozzles 29.
  • This is essentially y-shaped ( Figure 3 and Figure 5).
  • substantially Y-shaped means that all forms are here encompassed which approximately remind one of the letter Y, that is to say have two arms 62 and one leg 63.
  • all spaces on the surface 45 between the nozzles 29 are provided with such slots 60.
  • the slot 60, and in particular the y-shaped slot 60 extends on the surface 54 from the outside 58 to the inside 56.
  • the two arms 62 of the substantially Y-shaped slot 60 can advantageously be arranged on the outside 58 of the surface 54 of the fuel distributor ring 27. But it can point to the inner side 56 of the upper ⁇ surface 54 of the fuel manifold ring 27 and the two arms 62 of the surfaces in the essential y-shaped slot 60th Even old ⁇ nating orders are possible.
  • recesses 66 are arranged on the surface 54 (FIG. 5). These recesses 66 are arranged on the surface 54 so as to partially include the outer side 58 of the fuel manifold ring 27, that is, it is a recess from the exterior side 58 of the coupler 27 BrennstoffVertei ⁇ present.
  • the recess 66 may vary in depth and shape. However, this is preferably a substantially circular recess 66.
  • the fuel distributor ring 27 preferably comprises at least one nickel alloy, in particular a nickel-molybdenum alloy. This material is particularly heat-resistant and therefore particularly suitable for burners.
  • the burner assembly according to the invention can be used in particular in a gas turbine.
  • At least one slot 60 according to the invention on the surface 45 of the fuel distributor ring 27 between the fuel nozzles 29 and the recess, operationally high voltages at the fuel distributor ring 27 can be avoided.
  • This significantly better geometry of the fuel distributor ring 27 results in improved heat distribution in the fuel distributor ring material. Due to the better heat distribution no excessively high voltages occur locally. Significantly extended life cycles are the result.
  • slots 60 according to the invention and recesses 66 can be built into already existing fuel distributor rings 27 in terms of production technology since they do not require any radical modifications and can therefore be easily implemented in terms of production engineering. Also on the previous aero performance of Bren ⁇ ner creates only minimal impact.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)

Abstract

Es wird eine Brenneranordnung zur Verfügung gestellt, mit einem Brennstoffverteilerring (27), einer Anzahl von Brennstoffdüsen welche in Strömungsrichtung an dem Brennstoffverteilerring (27) montiert sind, und wobei der Brennstoffverteilerring (27) in Strömungsrichtung eine ringförmige Oberfläche (54) aufweist, und wobei der Brennstoffverteilerring eine zur Ringmitte weisende äußere Innenseite (56) und eine gegenüberliegende äußere Außenseite aufweist, und wobei auf der Oberfläche (54) zwischen den Brennstoff düsen zumindest ein Schlitz (60) vorhanden ist, und wobei sich der zumindest eine Schlitz (60) auf der Oberfläche (54) von der Außenseite (58) bis zur Innenseite (56) erstreckt und wobei zumindest eine Aussparung (66) an der Oberfläche (54) angeordnet ist und die zumindest eine Aussparung (66) teilweise auch die Außenseite (58) des BrennstoffVerteilers (27) umfasst.

Description

Beschreibung
Brenneranordnung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brenneranordnung und insbesondere eine Brenneranordnung für Gasturbinen.
Eine Gasturbine umfasst als wesentliche Bestandteile einen Verdichter, eine Turbine mit Laufschaufeln sowie wenigstens eine Brennkammer. Die Laufschaufeln der Turbine sind als
Laufschaufelkränze an einer sich zumeist durch die gesamte Gasturbine erstreckende Welle angeordnet, die mit einem Ver¬ braucher, etwa einem Generator zur Stromerzeugung, gekoppelt ist. Die mit den Laufschaufeln versehene Welle wird auch Tur- binenläufer oder Rotor genannt. Zwischen den Laufschaufelkränzen befinden sich Leitschaufelkränze, die als Düsen zum Leiten des Arbeitsmediums durch die Turbine dienen.
Im Betrieb der Gasturbine wird der Brennkammer verdichtete Luft aus dem Verdichter zugeführt. Die verdichtete Luft wird mit einem Brennstoff, beispielsweise Öl oder Gas, vermischt und das Gemisch in der Brennkammer verbrannt. Die heißen Verbrennungsabgase werden schließlich als Arbeitsmedium über einen Brennkammerausgang der Turbine zugeführt, wo sie unter Entspannung und Abkühlung Impuls auf die Laufschaufeln übertragen und so Arbeit leisten. Die Leitschaufeln dienen dabei zum Optimieren des Impulsübertrags.
Eine typische Brenneranordnung für Gasturbinen, wie sie in US 6,082,111 beschrieben ist und wie sie insbesondere bei so¬ genannten Rohrbrennkammern zur Anwendung kommt, weist in der Regel einen ringförmigen Träger mit um den Umfang des Ringes gleichmäßig verteilten Düsenlanzen auf. In diesen Düsenlanzen sind Brennstoffdüsenöffnungen angeordnet, mit denen Brenn- Stoff in einen Luftzufuhrkanal eingedüst werden kann. Die
Brennstoffdüsen stellen eine Hauptstufe des Brenners dar, die zum Erzeugen einer Vormischflamme, also einer Flamme, bei welcher die Luft und der Brennstoff vor dem Zünden vermischt werden, dient. Um die NOx-Bildung in der Flamme zu minimieren werden, Vormischbrenner mit mageren Luft-Brennstoff- Gemischen, also mit Gemischen, die verhältnismäßig wenig Brennstoff enthalten, betrieben.
Durch das Zentrum des ringförmigen Brennstoffverteilerrings erstreckt sich typischerweise ein Pilotbrenner, der als Diffusionsbrenner ausgebildet ist, d.h. er erzeugt eine Flamme, bei welcher der Brennstoff direkt in die Flamme eingedüst wird, ohne vorher mit Luft vermischt zu werden. Der Pilot¬ brenner dient außer zum Anfahren der Gasturbine auch zum Stabilisieren der Vormischflamme, die zum Minimieren des Schad¬ stoffausstoßes häufig in einem Bereich des Mischungsverhält¬ nisses von Luft zu Brennstoff betrieben wird, der ohne unter- stützende Pilotflamme zu Flammeninstabilitäten führen könnte.
Bei hohen Verbrennungstemperaturen zeichnet sich der Brennstoffverteilerring durch eine geringe Lebensdauer aus. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Brenneranordnung mit einem Brennstoffverteilerring zur Verfügung zu stellen, welche eine besonders hohe Le¬ bensdauer aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe eine vorteil¬ hafte Gasturbine mit einer solchen Brenneranordnung zur Ver- fügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Brenneranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Die auf die Gasturbine bezogene Aufgabe wird durch die Angabe einer Gasturbine nach Anspruch 12 gelöst. Die ab- hängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung .
Dabei umfasst die Brenneranordnung einen Brennstoffverteiler- ringring sowie eine Anzahl von Brennstoffdüsen welche in Strömungsrichtung an den Brennstoffverteilerring montiert sind. Der Brennstoffverteilerring weist in Strömungsrichtung eine ringförmige Oberfläche auf. Zudem weist der Brennstoff- verteilerring eine zur Ringmitte weisende äußere Innenseite und eine gegenüberliegende äußere Außenseite auf.
Da der Brennstoff erteilerring von außen, das heißt an den jeweiligen Außenseiten, jedoch mit bis zu 500°C warmer Verdichterendluft umströmt, aber im Innen mit kaltem Brennstoff durchströmt wird, der im Extremfall lediglich 20°C aufweist, wurde erkannt, dass dadurch am Brennstoffverteilerring hohe thermische Gradienten und damit verbunden sehr hohe Spannun- gen auftreten. Dadurch wird die Lebensdauer des Bauteils wesentlich beeinflusst. Insbesondere an der Oberfläche des Brennstoffverteilerrings treten hohe Spannungen auf.
Erfindungsgemäß ist nun auf der Oberfläche zwischen den
Brennstoffdüsen zumindest ein Schlitz vorhanden. Durch diesen Entlastungsschlitz ergibt sich eine bessere Wärmeverteilung in dem Werkstoff des BrennstoffVerteilers , wodurch die Span¬ nungen reduziert werden und sich eine höhere Lebenserwartung einstellt. Der Entlastungsschlitz kann dabei in Tiefe, Breite und Länge variieren und auf den jeweiligen Brennstoffvertei¬ lerring angepasst werden. Der zumindest eine Schlitz erstreckt sich auf der Oberfläche von der Außenseite bis zur Innenseite. Somit wird über einen weiten Oberflächenbereich für Spannungsentlastung gesorgt. Es ist zumindest eine Aus- sparung an der Oberfläche angeordnet. Durch die zumindest ei¬ ne Aussparung entsteht vor allem in Verbindung mit den
Schlitzen eine optimierte Geometrie, durch die sich eine bes¬ sere Wärmeverteilung in dem Werkstoff des Brennstoffvertei¬ lerrings ergibt. Durch die bessere Wärmeverteilung treten keine lokal überhöhten Spannungen mehr auf und die verlangten Lebensdauerzyklen können erreicht werden. Die Spannung kann somit in diesem Bereich von ursprünglich von über 950MPa auf 600MPa reduziert werden.
Die zumindest eine Aussparung umfasst teilweise auch die Au- ßenseite des Brennstoffverteilerrings . In bevorzugter Ausges¬ taltung ist die zumindest eine Aussparung im Wesentlichen rund . In bevorzugter Ausgestaltung sind mehrere Brennstoffdüsen vorhanden, wobei zwischen jeder benachbarten Brennstoffdüse ein Schlitz vorhanden ist. Somit wird der gesamte Oberflä¬ chenring des Brennstoffverteilerrings mit Entlastungsschlit- zen überzogen.
Bevorzugt ist der zumindest eine Schlitz im Wesentlichen y- förmig. Dabei umfasst der zumindest eine y-förmige Schlitz zwei Arme und ein Bein, wobei die zwei Arme des im Wesentli- chen y-förmigen Schlitzes zu der Außenseite des Brennstoff¬ verteilerrings weisen. Alternativ oder zusätzlich, z.B. in alternierender Reihenfolge, können die zwei Arme des im We¬ sentlichen y-förmigen Schlitzes auch zu der Innenseite des Brennstoffverteilerrings weisen.
Die zumindest eine Aussparung kann dabei einen Radius aufwei¬ sen, wobei der Radius in Strömungsrichtung gesehen abnimmt.
Bevorzugt umfasst der Brennstoffverteilerring zumindest eine Nickellegierung, insbesondere eine Nickel-Molybdän- Legierungen, oder eine Nickel-Chrom-Eisen- Molybdän- Legierungen. Diese Legierungen sind besonders hochtemperaturbeständig . Bevorzugt umfasst der Brennstoffverteilerring in seinem Inneren zumindest zwei Brennstoffkanäle für zwei Verbrennungsstu¬ fen A und B. In vorteilhafter Ausgestaltung umfassen die zwei Brennstoffkanäle zwei Versorgungsanschlüsse. Dadurch können den Brennstoffdüsen jeweils separat und in Abhängigkeit vom Lastzustand der Maschine Brennstoffe zugeführt werden.
Die Brenneranordnung ist insbesondere in einer Gasturbine vorgesehen .
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Figur 1 zeigt eine Gasturbine in einer stark schematisierten Darstellung,
Figur 2 zeigt einen Gasturbinenbrenner mit Brenneranordnung in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 3 zeigt einen Gasturbinenbrenner mit erfindungsgemäßer Brenneranordnung in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Brenneranordnung im
Schnitt,
Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Brenneranordnung in der
Draufsicht .
Nachfolgend wird anhand von Figur 1, die eine stark schemati¬ sierte Schnittansicht einer Gasturbine zeigt, der Aufbau und die Funktion einer Gasturbine erläutert. Die Gasturbine 1 um- fasst einen Verdichterabschnitt 3, einen Verbrennungsab¬ schnitt 4, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Mehr¬ zahl von Rohrbrennkammern 5 mit daran angeordneten Brennern 6 umfasst, grundsätzlich aber auch eine Ringbrennkammer umfassen kann, und einen Turbinenabschnitt 7. Ein Rotor 9, auch Läufer genannt, erstreckt sich durch alle Abschnitte und trägt im Verdichterabschnitt 3 Verdichterschaufelkränze 11 und im Turbinenabschnitt 7 Turbinenschaufelkränze 13. Zwi¬ schen benachbarten Verdichterschaufelkränzen 11 und zwischen benachbarten Turbinenschaufelkränzen 13 sind Kränze aus Verdichterleitschaufeln 15 bzw. Kränze aus Turbinenleitschaufein 17 angeordnet, die sich von einem Gehäuse 19 der Gasturbine 1 aus radial in Richtung auf den Rotor 9 erstrecken.
Im Betrieb der Gasturbine 1 wird Luft durch einen Lufteinlass 21 in den Verdichterabschnitt 3 eingesaugt. Dort wird die Luft durch die rotierenden Verdichterlaufschaufeln 11 komprimiert und zu den Brennern 6 im Verbrennungsabschnitt 4 gelei¬ tet. In den Brennern 6 wird die Luft mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff gemischt und die Mischung in den Brennkammern 5 verbrannt. Die unter hohem Druck stehenden heißen Verbrennungsabgase werden dann als Arbeitsmedium dem Turbinenabschnitt 7 zugeführt. Auf ihrem Weg durch den Turbi- nenabschnitt übertragen die Verbrennungsabgase Impuls auf die Turbinenlaufschaufeln 13, wobei sie entspannen und abkühlen. Schließlich verlassen die entspannten und abgekühlten
Verbrennungsabgase den Turbinenabschnitt 7 durch einen Aus¬ puff 23. Der übertragene Impuls führt zu einer Rotationsbewe- gung des Rotors, die den Verdichter und einen Verbraucher, beispielsweise einen Generator zum Erzeugen elektrischen Stroms oder eine industrielle Arbeitsmaschine antreibt. Die Kränze von Turbinenleitschaufein 17 dienen dabei als Düsen zum Leiten des Arbeitsmediums, um den Impulsübertrag auf die Turbinenlaufschaufeln 13 zu optimieren.
Figur 2 zeigt einen Brenner 6 des Verbrennungsabschnitts 4 in einer perspektivischen Darstellung. Als Hauptkomponenten um- fasst der Brenner 6 einen Brennstoffverteilerring 27, acht Brennstoffdüsen 29, die sich vom Brennstoffverteilerring 27 aus erstrecken und acht im Bereich der Spitzen der Brennstoffdüsen 29 angeordnete Drallerzeuger 31. Der Brennstoff¬ verteilerring 27 und die Brennstoffdüsen 29 bilden zusammen ein Brennergehäuse, durch welches sich Brennstoffleitungen zu Eindüsöffnungen erstrecken, die innerhalb der Drallerzeuger 31 angeordnet. Die Brennstoffdüsen 29 können am Brennstoff¬ verteilerring 27 angeschweißt sein. Über eine Anzahl von Rohrstutzen (nicht dargestellt) kann der Brenner an Brennstoffzufuhrleitungen angeschlossen werden. Mittels eines Flansches 35 lässt sich der Brenner 6 an einer Rohrbrennkammer so befestigen, dass die Brennstoffdüsen 29 zum Brennkammerinneren hin zeigen.
Obwohl der in Figur 2 gezeigte Brenner 6 acht Brennstoffdüsen 29 aufweist, ist es auch möglich, ihn mit einer anderen Zahl an Brennstoffdüsen 29 auszustatten. Die Zahl an Brennstoffdüsen 29 kann dabei größer oder kleiner als acht sein, beispielsweise können sechs Brennstoffdüsen 29 oder zwölf Brenn- stoffdüsen 29 vorhanden sein, die jeweils einen eigenen
Drallerzeuger aufweisen. Weiterhin ist üblicherweise eine Pilotbrennstoffdüse im Zentrum des Brenners angeordnet. Die Pi¬ lotbrennstoffdüse ist der Übersichtlichkeit halber in Figur 2 nicht dargestellt.
Beim Verbrennungsprozess wird Luft aus dem Verdichter durch die Drallerzeuger 31 geleitet, wo sie mit Brennstoff gemischt wird. Anschließend wird das Luft-Brennstoff-Gemisch dann in der Verbrennungszone der Brennkammer 5 verbrannt, um das Ar¬ beitsmedium zu bilden.
Der Brennstoffverteilerring 27 hat die Aufgabe den Brennstoff auf die Brennstoffdüsen 29 zu verteilen. Er ist dazu im inne- ren mit zwei Brennstoffkanälen 41,42 versehen, wovon jeder eine Anzahl von Düsen 29 (in diesem speziellen Fall jeweils 4 Düsen 29) mit Brennstoff als eine Stufe A und eine Stufe B versorgt (Figur 3 und Figur 4) . Die zwei Brennstoffkanäle 41 und 42 umfassen zwei Versorgungsanschlüsse 51,52 zur Zufüh- rung von Brennstoff. Dabei kann es sich auch um unterschied¬ liche Brennstoffarten handeln. Der Brennstoffverteilerring 27 wird von außen mit bis zu 500 °C warmer Verdichterluft um¬ strömt, jedoch von innen mit kaltem Brennstoff, der im Extremfall lediglich eine Temperatur von 20 °C aufweisen kann. Dadurch treten an dem Brennstoffverteilerring 27 sehr hohe Spannungen auf. Vor allem auf der den Düsen 29 zugewandten Oberflächenseite 45 des Brennstoffverteilerrings 27 treten sehr hohe Spannungen auf, so dass die Lebensdauer nicht erreicht werden kann.
Es ist eine Anzahl von Brennstoffdüsen 29 vorhanden, welche in Strömungsrichtung an den Brennstoffverteilerring 27 montiert sind. Zudem weist der Brennstoffverteilerring 27 in Strömungsrichtung eine ringförmige Oberfläche 54 und eine zur Ringmitte weisende äußere Innenseite 56 und eine gegenüber¬ liegende äußere Außenseite 58 auf. Erfindungsgemäß ist nun auf der Oberfläche 45 zwischen den Brennstoffdüsen 29 zumindest ein Schlitz 60 vorhanden. Dieser ist wesentlich y-förmig (Figur 3 und Figur 5) . Dabei bedeutet im Wesentlichen y-förmig, dass hier alle Formen umfasst sind, die annähernd an den Buchstaben Y erinnern, das heißt zwei Arme 62 und ein Bein 63 aufweisen. Vorteilhafterweise sind alle Zwischenräume auf der Oberfläche 45 zwischen den Düsen 29 mit solchen Schlitzen 60 versehen. Der Schlitz 60, und insbesondere der y-förmige Schlitz 60 erstreckt sich auf der Oberfläche 54 von der Außenseite 58 bis zur Innenseite 56.
Somit lässt sich der hohe thermische Gradient bei Betrieb und dadurch entstehende Spannungen vermeiden. Damit wird die Lebensdauer der Brenneranordnung, insbesondere des Brennstoffverteilerrings 27 wesentlich erhöhen.
Dabei können die zwei Arme 62 des im Wesentlichen y-förmigen Schlitzes 60 vorteilhafterweise an der Außenseite 58 der Oberfläche 54 des Brennstoffverteilerrings 27 angeordnet sind. Es können aber auch die zwei Arme 62 des im Wesentli- chen y-förmigen Schlitzes 60 zu der Innenseite 56 der Ober¬ fläche 54 des Brennstoffverteilerrings 27 weisen. Auch alter¬ nierende Reihenfolgen sind möglich.
Zusätzlich sind Aussparungen 66 an der Oberfläche 54 angeord- net (Figur 5) . Diese Aussparungen 66 sind an der Oberfläche 54 so angeordnet, dass sie teilweise auch die Außenseite 58 des Brennstoffverteilerrings 27 umfassen, dass heißt, es ist eine Aussparung von der Außenseite 58 des BrennstoffVertei¬ lers 27 vorhanden. Die Aussparung 66 kann in ihrer Tiefe und in Form variieren. Bevorzugt handelt es sich dabei jedoch um eine im Wesentlichen runde Aussparung 66.
Dabei kann die Aussparungen 66 einen Radius aufweisen und der Radius in Strömungsrichtung gesehen abnehmen. Somit lässt sich noch effektiver der hohe thermische Gradient bei Betrieb und dadurch entstehende Spannungen vermeiden. Bevorzugt umfasst der Brennstoff erteilerring 27 zumindest eine Nickellegierung, insbesondere eine Nickel-Molybdän- Legierungen. Dieser Werkstoff ist besonders hitzebeständig und damit für Brenner besonders gut geeignet.
Die erfindungsgemäße Brenneranordnung kann insbesondere in einer Gasturbine eingesetzt werden.
Durch den zumindest einen erfindungsgemäßen Schlitz 60 auf der Oberfläche 45 des Brennstoffverteilerrings 27 zwischen den Brennstoffdüsen 29 und der Aussparung lassen sich betriebsbedingte hohe Spannungen am Brennstoffverteilerring 27 vermeiden . Durch diese wesentlich bessere Geometrie des Brennstoffverteilerrings 27 ergibt sich eine verbesserte Wärmeverteilung in dem Brennstoffverteilerring-Werkstoff . Durch die bessere Wärmeverteilung treten lokal keine überhöhten Spannungen mehr auf. Wesentlich verlängerte Lebenszyklen sind die Folge.
Es ist daher möglich, die Spannungen in diesem Bereich von über 950 MPa auf 600 MPa zu verbessern.
Diese erfindungsgemäßen Schlitze 60 und Aussparungen 66 kön- nen fertigungstechnisch in bereits bestehende Brennstoffverteilerringe 27 eingebaut werden, da sie keine tiefgreifenden Umbauten erfordert und ist somit fertigungstechnisch leicht umzusetzen. Auch auf die bisherige Aero-Performance des Bren¬ ners entsteht lediglich minimaler Einfluss.

Claims

Patentansprüche
1. Brenneranordnung mit
- einem Brennstoff erteilerring (27) ,
- einer Anzahl von Brennstoffdüsen (29) welche in Strömungsrichtung an dem Brennstoffverteilerring (27) montiert sind,
- wobei der Brennstoffverteilerring (27) in Strömungsrichtung eine ringförmige Oberfläche (54) aufweist,
-wobei der Brennstoffverteilerring eine zur Ringmitte weisen- de äußere Innenseite (56) und eine gegenüberliegende äußere Außenseite (58) aufweist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
auf der Oberfläche (45) zwischen den Brennstoffdüsen (29) zumindest ein Schlitz (60) vorhanden ist, und wobei sich der zumindest eine Schlitz (60) auf der Oberfläche (54) von der Außenseite (58) bis zur Innenseite (56) erstreckt
und wobei zumindest eine Aussparung (66) an der Oberfläche (54) angeordnet ist und die zumindest eine Aussparung (66) teilweise auch die Außenseite (58) des BrennstoffVerteilers (27) umfasst.
2. Brenneranordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
mehrere Brennstoffdüsen (29) vorhanden sind, wobei zwischen jeder benachbarten Brennstoffdüse (29) ein Schlitz (60) vorhanden ist.
3. Brenneranordnung nach Anspruch 1 -2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der zumin- dest eine Schlitz (60) im Wesentlichen y-förmig ist.
4. Brenneranordnung nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der zumindest eine y-förmige Schlitz zwei Arme (62) und ein Bein (63) umfasst und die zwei Arme (62) des im Wesentlichen y-förmigen Schlitzes (60) zu der Außenseite (58) des Brenn¬ stoffverteilerrings (27) weisen.
5. Brenneranordnung nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der zumindest eine y-förmige Schlitz (60) zwei Arme (62) und ein Bein (63) umfasst und die zwei Arme (62) des im Wesentli- chen y-förmigen Schlitzes (60) zu der Innenseite (56) des Brennstoff erteilerrings (27) weisen.
6. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zumindest eine Aussparung (66) im Wesentlichen rund ist.
7. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zumindest eine Aussparung (66) einen Radius aufweist und der Radius in Strömungsrichtung gesehen abnimmt.
8. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Brennstoffverteilerring (27) zumindest eine Nickellegie- rung umfasst.
9. Brenneranordnung nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Brennstoffverteilerring (27) zumindest eine Nickel- Molybdän-Legierungen umfasst.
10. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Brennstoffverteilerring (27) in seinem Inneren zumindest zwei Brennstoffkanäle (41,42) für zwei Verbrennungsstufen A und B umfasst.
11. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die zwei Brennstoffkanäle (41,42) zwei Versorgungsanschlüsse (51,52) umfassen.
12. Gasturbine mit einer Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2010/067000 2009-11-30 2010-11-08 Brenneranordnung WO2011064086A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201080054090.2A CN102639939B (zh) 2009-11-30 2010-11-08 燃烧器装置
EP10779300.2A EP2507557B1 (de) 2009-11-30 2010-11-08 Brenneranordnung
US13/512,452 US9103552B2 (en) 2009-11-30 2010-11-08 Burner assembly including a fuel distribution ring with a slot and recess
RU2012127366/06A RU2562900C2 (ru) 2009-11-30 2010-11-08 Горелка
ES10779300T ES2432237T3 (es) 2009-11-30 2010-11-08 Disposición de quemador

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09177514A EP2327933A1 (de) 2009-11-30 2009-11-30 Brenneranordnung
EP09177514.8 2009-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011064086A1 true WO2011064086A1 (de) 2011-06-03

Family

ID=42112003

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/067000 WO2011064086A1 (de) 2009-11-30 2010-11-08 Brenneranordnung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9103552B2 (de)
EP (2) EP2327933A1 (de)
CN (1) CN102639939B (de)
ES (1) ES2432237T3 (de)
RU (1) RU2562900C2 (de)
WO (1) WO2011064086A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013147632A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 General Electric Company Bi-directional end cover with extraction capability for gas turbine combustor
WO2016037966A1 (de) * 2014-09-12 2016-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Brenner mit fluidischem oszillator, für eine gasturbine und gasturbine mit mindestens einem derartigen brenner
DE102015218687A1 (de) * 2015-09-29 2017-04-13 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung für eine Ringbrennkammer mit Resonatoren
CN108266274B (zh) * 2016-12-30 2019-09-17 中国航发商用航空发动机有限责任公司 发动机、喷油嘴及其集油环
JP7191723B2 (ja) * 2019-02-27 2022-12-19 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器及びガスタービン
CN110566959A (zh) * 2019-09-10 2019-12-13 宁波方太厨具有限公司 灶具火盖及包括其的燃烧器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0526152A1 (de) * 1991-08-01 1993-02-03 General Electric Company Vormischmehrstufenbrennkammer mit Einrichtung zur Verminderung von Flammenrückschlag
EP0924458A1 (de) * 1997-12-22 1999-06-23 Asea Brown Boveri AG Brenner
US6082111A (en) 1998-06-11 2000-07-04 Siemens Westinghouse Power Corporation Annular premix section for dry low-NOx combustors
US6634175B1 (en) * 1999-06-09 2003-10-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine and gas turbine combustor
US20040040310A1 (en) * 2002-09-03 2004-03-04 Prociw Lev Alexander Stress relief feature for aerated gas turbine fuel injector
WO2008034227A1 (en) * 2006-09-18 2008-03-27 Pratt & Whitney Canada Corp. Internal fuel manifold having temperature reduction feature

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5524438A (en) * 1994-12-15 1996-06-11 United Technologies Corporation Segmented bulkhead liner for a gas turbine combustor
US5836164A (en) * 1995-01-30 1998-11-17 Hitachi, Ltd. Gas turbine combustor
US6122916A (en) * 1998-01-02 2000-09-26 Siemens Westinghouse Power Corporation Pilot cones for dry low-NOx combustors
GB2333832A (en) * 1998-01-31 1999-08-04 Europ Gas Turbines Ltd Multi-fuel gas turbine engine combustor
US6089025A (en) * 1998-08-24 2000-07-18 General Electric Company Combustor baffle
RU2258822C1 (ru) * 2003-11-27 2005-08-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Способ регулирования подачи топлива в камеру сгорания газотурбинной установки и устройство для его осуществления
RU2290565C1 (ru) * 2005-03-28 2006-12-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Топливная форсунка камеры сгорания газотурбинного двигателя
GB2432655A (en) * 2005-11-26 2007-05-30 Siemens Ag Combustion apparatus
DE102007043626A1 (de) * 2007-09-13 2009-03-19 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Gasturbinenmagerbrenner mit Kraftstoffdüse mit kontrollierter Kraftstoffinhomogenität
ES2389482T3 (es) * 2010-02-19 2012-10-26 Siemens Aktiengesellschaft Sistema de quemador
US8590311B2 (en) * 2010-04-28 2013-11-26 General Electric Company Pocketed air and fuel mixing tube
US8938978B2 (en) * 2011-05-03 2015-01-27 General Electric Company Gas turbine engine combustor with lobed, three dimensional contouring

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0526152A1 (de) * 1991-08-01 1993-02-03 General Electric Company Vormischmehrstufenbrennkammer mit Einrichtung zur Verminderung von Flammenrückschlag
EP0924458A1 (de) * 1997-12-22 1999-06-23 Asea Brown Boveri AG Brenner
US6082111A (en) 1998-06-11 2000-07-04 Siemens Westinghouse Power Corporation Annular premix section for dry low-NOx combustors
US6634175B1 (en) * 1999-06-09 2003-10-21 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas turbine and gas turbine combustor
US20040040310A1 (en) * 2002-09-03 2004-03-04 Prociw Lev Alexander Stress relief feature for aerated gas turbine fuel injector
WO2008034227A1 (en) * 2006-09-18 2008-03-27 Pratt & Whitney Canada Corp. Internal fuel manifold having temperature reduction feature

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012127366A (ru) 2014-01-10
ES2432237T3 (es) 2013-12-02
EP2507557A1 (de) 2012-10-10
CN102639939B (zh) 2014-11-12
EP2507557B1 (de) 2013-09-25
RU2562900C2 (ru) 2015-09-10
CN102639939A (zh) 2012-08-15
EP2327933A1 (de) 2011-06-01
US20120234010A1 (en) 2012-09-20
US9103552B2 (en) 2015-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007004864C5 (de) Brennkammer einer Gasturbine und Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine
EP2507557B1 (de) Brenneranordnung
CH707752A2 (de) Vormischsystem für eine Gasturbine.
EP0718558B1 (de) Brennkammer
EP1319895B1 (de) Magervormischbrenner für eine Gasturbine sowie Verfahren zum Betrieb eines Magervormischbrenners
DE112014006633T5 (de) Gasturbinenbrennkammer, Gasturbine, Steuervorrichtung und Steuerverfahren
DE102007062896A1 (de) Mittelkörper für Mischeranordnung einer Gasturbinentriebwerks-Brennkammer
WO2014191495A1 (de) Gasturbinen-ringbrennkammer mit tangentialeindüsung als späte mager-einspritzung
CH701773B1 (de) Brenner mit einem Einlassleitschaufelsystem.
CH702737A2 (de) Brennkammer mit zwei Brennräumen.
CH702556A2 (de) Düse und Verfahren zur Brennstoffzufuhr durch eine mit gegenläufigem Drall arbeitende Düse.
WO2012016748A2 (de) Gasturbinenbrennkammer
EP2161502A1 (de) Vormischbrenner zur Verbrennung eines niederkalorischen sowie hochkalorischen Brennstoffes
EP2230458A1 (de) Brenneranordnung für fluidische Brennstoffe und Verfahren zum Herstellen der Brenneranordnung
DE112017001173T5 (de) Brenneranordnung, brennkammer und gasturbine
CH701996A2 (de) Einspritzsystem für heizwertarmen Brennstoff.
DE102008002934A1 (de) Brennstoffdüse für ein Gasturbinentriebwerk und Verfahren zur Herstellung desselben
DE112019000871T5 (de) Brennkammer und damit ausgestattete gasturbine
WO2012045706A1 (de) Gasturbinenbrennkammer mit brennstoffdüse, brenner mit einer solchen brennstoffdüse und brennstoffdüse
EP2808611B1 (de) Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer
EP2409086B1 (de) Brenneranordnung für eine gasturbine
DE112021000903T5 (de) Brenneranordnung, gasturbinen-brennkammer und gasturbine
DE69925546T2 (de) Leitblech für eine Brennkammer
EP1662202B1 (de) Brenner für eine Gasturbinenanlage
EP2558781A1 (de) Drallerzeuger für einen brenner

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080054090.2

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10779300

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010779300

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13512452

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012127366

Country of ref document: RU