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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Darlegung betrifft allgemein Gasturbinensysteme und mehr im Einzelnen Brennstoffdüsenanordnungen in Gasturbinensystemen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gasturbinensysteme werden auf Gebieten wie etwa der Elektrizitätserzeugung in großem Umfang eingesetzt. Ein gebräuchliches Gasturbinensystem beinhaltet einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Von der Brennkammer strömen heiße Verbrennungsgase zu der Turbine, um das Gasturbinensystem anzutreiben und Elektrizität zu erzeugen.
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Erdgas wird typischerweise als Primärbrennstoff für ein Gasturbinensystem eingesetzt. Das Erdgas wird in einem Brennstoffdüsensystem in oder anschließend an die Brennkammer mit Luft vermischt, um eine magere vorgemischte Luft-/Brennstoffmischung für die Verbrennung zu erzielen. Gasturbinensysteme erfordern typischerweise noch einen Sekundärbrennstoff, der es dem System erlaubt weiter zu laufen, wenn der Primärbrennstoff nicht zur Verfügung steht. Der Sekundärbrennstoff ist typischerweise ein flüssiger Brennstoff, etwa Öl.
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Typische Lösungen des Standes der Technik zur Zulieferung von Sekundärbrennstoff in einer Brennstoffdüsenanordnung führen den Sekundärbrennstoff als Brennstoffstrom ein, der unmittelbar in oder anschließend an eine Zündquelle eingesprüht wird. Dieser Brennstoffstrom ist ein verhältnismäßig reiches Brennstoffgemisch im Gegensatz zu dem verhältnismäßig mageren vorgemischten Luft-/Brennstoffgemisch, das bei Verwendung des Primärbrennstoffs erhalten wird. Demzufolge sind die Temperatur des verbrannten Sekundärbrennstoffgemischs und das sich daraus ergebende Maß der NOx-Bildung typischerweise unerwünscht hoch. Um die Temperatur und den NOx-Pegel abzusenken, werden typischerweise Wasser und verdichtete Zerstäubungsluft zugeführt und mit dem Sekundärbrennstoff bei dem Einsprühen des Brennstoffs in die Zündquelle vermischt. Dieses System ist aber verhältnismäßig ineffizient, verlustbehaftet und teuer. Es müssen beispielsweise unabhängige System dazu verwendet werden, das Wasser zuzuleiten und die Zerstäubungsluft zuzuführen und zu verdichten.
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Darüber hinaus kann der Sekundärbrennstoff bei der Zufuhr und beim Durchströmen der Brennstoffdüsenanordnung eine Verkokung auslösen. Verkokung ist die oxidative Pyrolyse oder destruktive Destillation von Brennstoffmolekülen zu kleineren organischen Verbindungen und außerdem zu Feststoffkohleteilchen bei hohen Temperaturen. Die Verkokung bewirkt demgemäß die Ablagerung von festen Kohlenstoffteilchen auf verschiedenen Oberflächen der Brennstoffdüsenanordnung, was zur Unterbrechung des Zustroms in die Brennstoffdüsenanordnung führt.
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Es besteht deshalb der Wunsch nach einer Vorrichtung zum Vormischen eines Sekundärbrennstoffs in einer Brennstoffdüsenanordnung. Außerdem wäre eine Vorrichtung zur Zufuhr eines Sekundärbrennstoffs in eine Brennstoffdüsenanordnung, die den damit verbundenen Aufwand verringert und den zugehörigen Wirkungsgrad erhöht, von Vorteil. Schließlich besteht der Wunsch nach einer Vorrichtung zur Zufuhr eines Sekundärbrennstoffs in eine Brennstoffdüsenanordnung, die eine Verkokung in der Brennstoffdüsenanordnung verhindert oder verringert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt oder können sich naheliegend aus der Beschreibung ergeben oder können in der Praxis durch Ausführung der Erfindung gewonnen werden.
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In einer Ausführungsform wird ein Einsatz zum Vormischen eines Sekundärbrennstoffs in einem Vormischringraum einer Brennstoffdüsenanordnung erläutert. Der Einsatz weist eine sich zumindest durch einen Teil der Brennstoffdüsenanordnung erstreckende Patrone auf, die dazu eingerichtet ist, den Sekundärbrennstoff durchströmen zu lassen. Der Einsatz beinhaltet außerdem einen an die Patrone angekuppelten Adapter, wobei der Adapter ein Brennstoffplenum und wenigstens eine radial verlaufende Injektionsbohrung begrenzt. Die wenigstens eine Injektionsbohrung ist dazu ausgelegt, wenigstens einen Teil des Sekundärbrennstoffs von der Patrone aufzunehmen und den Sekundärbrennstoff in den Vormischringraum zu injizieren.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist eine Brennstoffdüsenanordnung zum Vormischen eines Sekundärbrennstoffs offenbart. Die Brennstoffdüsenanordnung weist ein äußeres Brennerrohr und ein inneres Brennerrohr auf, die zwischen sich einen Vormischringraum begrenzen, wobei das innere Brennerrohr außerdem einen inneren Ringraum begrenzt. Die Brennstoffdüsenanordnung weist außerdem einen Einsatz auf, wobei der Einsatz eine durch wenigstens einen Teil der Brennstoffdüsenanordnung sich erstreckende Patrone beinhaltet, die dazu eingerichtet ist, den Sekundärbrennstoff durchfließen zu lassen und einen an die Patrone und an das innere Brennerrohr angekuppelten Adapter, wobei der Adapter ein Brennstoffplenum und wenigstens eine radial verlaufende Injektionsbohrung begrenzt. Die Injektionsbohrung ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil des Sekundärbrennstoffs von der Patrone aufzunehmen und den Sekundärbrennstoff in den Vormischringraum zu injizieren.
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Das Verständnis dieser und anderer Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ist durch Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Patentansprüche erleichtert. Die beigegebene Zeichnung, die zu der Beschreibung gehört und einen Teil von dieser bildet, veranschaulicht Ausführungsformen der Erfindung und dient zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Eine vollständige und die Ausführung ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich deren bester Ausführungsform für einen Fachmann ist in der Beschreibung enthalten, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt, in denen:
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1 eine Schnittdarstellung verschiedener Teile eines Gasturbinensystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform eines Einsatzes in einer Brennstoffdüsenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Adapters der vorliegenden Erfindung gemäß der Darstellung nach 2 ist;
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4 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Einsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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5 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Einsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
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6 eine Schnittdarstellung einer noch anderen Ausführungsform eines Einsatzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun im Detail auf Ausführungsformen der Erfindung eingegangen, von denen eine oder mehrere Ausführungsbeispiele in der Zeichnung dargestellt sind. Jedes Ausführungsbeispiel dient nur zur Erläuterung der Erfindung und ergibt keine Beschränkung der Erfindung. In der Tat versteht sich für den Fachmann, dass bei der vorliegenden Erfindung zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden könnten, ohne den Rahmen oder den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So können z. B. als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale zusammen mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Demgemäß soll die vorliegende Erfindung alle derartigen Abwandlungen und Abänderungen, im Rahmen der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente mit umfassen.
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Bezugnehmend auf 1 ist dort eine vereinfachte Zeichnung verschiedener Teile eines Gasturbinensystems 10 veranschaulicht. Das System weist einen Verdichterabschnitt 12 zum Verdichten eines Gases, etwa Luft, auf, das in das System 10 einströmt. Darauf hinzuweisen ist, dass wenngleich das Gas hier als Luft bezeichnet ist, das Gas auch irgendein anderes Gas sein kann, das zur Verwendung in einem Gasturbinensystem 10 geeignet ist. Von dem Verdichterabschnitt 12 abgegebene verdichtete Luft strömt in einen Brennkammerabschnitt 14 ein, der ganz allgemein durch eine Anzahl Brennkammern 16 charakterisiert ist (von denen lediglich eine in 1 veranschaulicht ist), die in einer ringförmigen Anordnung rings um eine Achse des Systems 10 angeordnet sind. Die in den Brennkammerabschnitt 14 eintretende Luft wird mit Brennstoff vermischt und verbrannt. Heiße Verbrennungsgase strömen von jeder Brennkammer 16 in einen Turbinenabschnitt 18 um das System 10 anzutreiben und Energie zu erzeugen.
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Weiterhin bezugnehmend auf 1 kann jede Brennkammer 16 in der Gasturbine 10 ein Verbrennungssystem 20 zum Mischen und Verbrennen eine Luft-/Brennstoffgemisches und ein Überleitungsstück 22 aufweisen, um heiße Verbrennungsgase dem Turbinenabschnitt 18 zuströmen zu lassen. Das Verbrennungssystem 20 jeder Brennkammer 16 kann ein Brennkammergehäuse 24, eine stirnseitige Abdeckung 26 und mehrere Brennstoffdüsenanordnungen 28 enthalten. Darauf hinzuweisen ist, dass jede Brennkammer 16 und jedes Verbrennungssystem 20 eine beliebige Anzahl Brennstoffdüsenanordnungen 28 enthalten können. Jeder der Brennstoffdüsenanordnungen 28 kann Brennstoff durch eine oder mehrere (nicht dargestellte) Verteilerleitungen zugeführt werden.
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Im Betrieb strömt von dem Verdichterabschnitt 12 abgegebene verdichtete Luft in jede Brennkammer 16 durch einen Strömungsmantel 30 einer Verbrennungskammer 32 und einen Prallmantel 34 des Überleitungsstückes 22 ein, wo sie verwirbelt und mit Brennstoff vermischt wird, der in jede Brennstoffdüsenanordnung 28 injiziert wird. Das aus jeder Brennstoffdüsenanordnung 28 austretende Luft-/Brennstoffgemisch strömt in die Verbrennungskammer 32 ein, in der es verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen dann über ein Überleitungsstück 22 dem Turbinenabschnitt 18 zu, um das System 10 anzutreiben und Energie zu erzeugen. Es versteht sich jedoch, dass eine Brennkammer 16 nicht notwendigerweise, so wie hier beschrieben und dargestellt, gestaltet sein muss sondern ganz allgemein jede Gestaltung aufweisen kann, die es erlaubt, verdichtete Luft mit Brennstoff zu vermischen, zu verbrennen und einem Turbinenabschnitt 18 des Systems zuzuleiten.
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Bezugnehmend auf 2 ist dort eine Brennstoffdüsenanordnung 28 veranschaulicht. Zu verbrennende Luft 42 strömt durch einen Außenring der hier erläuterten Brennstoffdüsenanordnung 28. Wie dargestellt, kann die Brennstoffdüsenanordnung 28 einen Eingangsströmungskonditionierer 44 aufweisen, um die Luftströmungsverteilung der Luft 42 zu verbessern. Die Brennstoffdüsenanordnung 28 kann außerdem eine Anzahl konzentrischer Rohre aufweisen, die getrennte Ringkanäle 46, 48, 50 begrenzen. Der Kanal 46 kann einen Luftstrom zuführen, während die Kanäle 48, 50 einen (nicht dargestellten) Primärbrennstoff, wie Erdgas, durch die Brennstoffdüsenanordnung 26 zuführen können. Der Primärbrennstoff kann im Weiteren der Verbrennungskammer 32 der Brennkammer 16 (1) über eine Anzahl Luftverwirbelungsschaufeln 56 zugeführt werden. Aus dem Einlassstromkonditionierer 44 abströmende Luft 42 kann durch die Luftverwirbelungsschaufeln 56 geleitet werden, um der Luft 42 ein Wirbelmuster aufzudrücken und so das Vermischen der Luft 42 mit dem Primärbrennstoff zu erleichtern. Die Luftverwirbelungsschaufeln 56 können Brennstoffinjektionskanäle oder -löcher 58 aufweisen, die einen aus den Kanälen 48, 50 in die Luft 42 einströmenden Primärbrennstoff injizieren. Die Luft 42 und der Primärbrennstoff können sodann in einen Vormischringraum 60 einströmen, der durch ein äußeres Brennerrohr 62 und ein inneres Brennerrohr 64 begrenzt ist und in dem die Luft 42 und der Primärbrennstoff vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer 32 miteinander vermischt werden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Brennstoffdüsenanordnung 28, wie sie im Vorstehenden beschrieben ist, in jeder dem Fachmann ganz allgemein bekannten Art und Weise aufgebaut und angeordnet sein kann und nicht so wie beschrieben aufgebaut sein muss.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen kann, wenn der Primärbrennstoff zum Einsatz in dem System 10 und den Brennstoffdüsenanordnungen 28 der vorliegenden Erfindung nicht zur Verfügung steht oder wenn es sonst wie gewünscht ist, ein Sekundärbrennstoff 70 durch die Brennstoffdüsenanordnungen 28 durchströmen lassen, mit Luft 42 vermischt und verbrannt werden. Der Sekundärbrennstoff 70 kann bei beispielhaften Ausführungsformen ein flüssiger Brennstoff, wie Öl oder ein Ölgemisch, sein. Darauf hinzuweisen ist aber, dass der Sekundärbrennstoff der vorliegenden Erfindung jeder für den Einsatz in einer Brennstoffdüsenanordnung 28 geeignete Brennstoff sein kann.
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Demzufolge kann in der Brennstoffdüsenanordnung 28 ein Einsatz 100 vorgesehen sein, um den Sekundärbrennstoff 70 durchströmen zu lassen. Der erfindungsgemäße Einsatz kann vorzugsweise eine Vorvermischung des Sekundärbrennstoffs 70 mit Luft 42 in dem Vormischringraum 60 der Brennstoffdüsenanordnung 28 gestatten, derart dass das der Verbrennungskammer 32 zugeführte und in dieser verbrannte Luft-/Brennstoffgemisch ein verhältnismäßig mageres Gemisch ist. Außerdem kann das Luft-/Brennstoffgemisch in dem Vormischringraum 60 mit Vorteil zerstäubt werden. Schließlich kann der erfindungsgemäße Einsatz 100, wie im Nachfolgenden dargelegt, eine Verkokung in der Brennstoffdüsenanordnung 28 verhüten oder verringern.
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Wie in den 2 bis 6 dargestellt, kann der Einsatz 100 eine Patrone 102 und einen Adapter 104 aufweisen. Die Patrone 102 kann sich durch wenigstens einen Teil der Brennstoffdüsenanordnung 28 erstrecken und kann so ausgelegt sein, dass sie den Sekundärbrennstoff 70 durchströmen lässt. Die Patrone 102 kann beispielsweise ein Rohr, eine Rohrleitung, ein Kanal oder irgendein anderes geeignetes Gerät sein. Die Patrone 102 kann Sekundärbrennstoff 70 von einem oder mehreren (nicht dargestellten) Sekundärbrennstoffverteilern erhalten und der Sekundärbrennstoff 70 kann, wie im Nachfolgenden erläutert, die Patrone 102 durchströmen. Die Patrone 102 kann allgemein innerhalb des inneren Brennerrohrs 64 angeordnet sein. Beispielweise kann die Patrone sich durch den Kanal 46 erstrecken. Außerdem kann das innere Brennerrohr 64 einen inneren Ringraum 106 begrenzen. Der innere Ringraum 106 kann mit dem Kanal 46 in Fluidverbindung stehen. Die Patrone 102 kann sich durch den inneren Ringraum 106 erstrecken. Die Patrone 102 kann jede zweckentsprechende Querschnittsgestalt oder Größe aufweisen. So kann die Patrone 102 bei einigen Ausführungsformen einen im Wesentlichen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen. Außerdem braucht die Patrone 102 nicht geradlinig oder mit gleichmäßigem Querschnitt über ihre Länge ausgebildet zu sein; die Patrone 102 könnte beispielsweise gekrümmt und/oder verjüngt sein.
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Der Adapter 104 kann an die Patrone 102 angekuppelt und in der Brennstoffdüsenanordnung 28 angeordnet sein. Außerdem kann der Adapter 104 an das innere Brennerrohr 64 angekuppelt sein. Beispielsweise kann der Adapter 104 bei bestimmten Ausführungsformen an dem inneren Brennerrohr 64 etwa durch Schweißen angebracht oder mittels einer geeigneten mechanischen Befestigungs- oder Abdichtungseinrichtung befestigt sein oder er kann, falls gewünscht, an vorhandenen Brennerrohren 64 nachträglich angebracht sein. Alternativ kann der Adapter 104 eine integrale Komponente des inneren Brennerrohrs 64 sein. Schließlich kann der Adapter 104 in der Brennstoffdüsenanordnung 28 so angeordnet sein, dass der innere Ringraum 106 in einen strömungsaufwärtigen inneren Ringraum 108 und einen strömungsabwärtigen inneren Ringraum 110 unterteilt ist.
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Die Patrone 102 kann, wie in den 2 und 4 bis 5 dargestellt, an dem Adapter 104 befestigt sein. Beispielsweise kann die Patrone 102 an dem Adapter unter Verwendung einer Dichtungskomponente oder von Dichtungskomponenten 112 befestigt sein. Die Dichtungskomponente 112 kann beispielsweise ein geschlossener Lippendichtungsring oder eine andere geeignete Dichtvorrichtung sein. Es versteht sich, dass Teile der Patrone 102, wie etwa im Nachstehenden erläuterte innere Kanäle, sich durch oder über die Dichtungskomponente 112 hinaus erstrecken können. Alternativ oder zusätzlich kann die Patrone 102, wie in 6 dargestellt, an den Adapter 104 angesetzt sein. Beispielsweise kann die Patrone 102 etwa durch Anschweißen an dem Adapter 104 an einer Schnittstelle 114 oder irgendeiner anderen geeigneten Schnittstelle angebracht sein. Es versteht sich, dass Teile der Patrone 102, wie etwa die im Nachfolgenden erläuterten inneren Kanäle, sich durch oder über die Schnittstelle 114 hinaus erstrecken können.
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Der Adapter 104, von dem eine Ausführungsform in 3 dargestellt ist, kann ein Brennstoffplenum 116 und wenigstens eine radial sich erstreckende Injektionsbohrung 118 oder eine Mehrzahl von radial sich erstreckenden Injektionsbohrungen 118 begrenzen. Die Injektionsbohrungen 118 können so ausgelegt sein, dass sie wenigstens einen Teil des Sekundärbrennstoffs 70 aus der Patrone 102 aufnehmen und den Sekundärbrennstoff 70 in den Vormischringraum 60 injizieren. Der Sekundärbrennstoff 70 kann beispielsweise durch die Patrone 102 durchströmen. Wenigstens ein Teil des Sekundärbrennstoffs 70 kann aus der Patrone 102 heraus in das Brennstoffplenum 116 einströmen. Der Sekundärbrennstoff 70 in dem Brennstoffplenum 116 kann sodann durch die Injektionsbohrungen 118 weitergeleitet werden. Die Injektionsbohrungen 118 können sich radial nach außen durch den Adapter 104 zu der äußeren Oberfläche des Adapters 104 hin erstrecken, die in dem Vormischringraum 60 freiliegen kann. Auf diese Weise kann der Sekundärbrennstoff 70 aus dem Brennstoffplenum 116 durch die Injektionsbohrungen 118 in den Vormischringraum 60 einströmen. Der Sekundärbrennstoff 70 kann, nachdem er aus den Injektionsbohrungen 118 in den Vormischringraum 60 injiziert worden ist, sich stromabwärts der Luftverwirbelungsschaufel 56 mit Luft 42 vermischen, wodurch eine Vorvermischung des Sekundärbrennstoffs 70 ermöglicht ist.
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Die erfindungsgemäße Patrone 102 kann einen Kanal oder mehrere Kanäle begrenzen. Die Kanäle können dazu eingerichtet sein, den Sekundärbrennstoff 70 oder ein anderes Fluid durchströmen zu lassen. Bei beispielhaften Ausführungsformen, wie sie in den 4 bis 6 dargestellt sind, können die mehreren Kanäle konzentrisch ausgerichtete Kanäle sein. Darauf hinzuweisen ist aber, dass die Kanäle, so wie in den 4 bis 6 dargestellt ausgerichtet, oder aber in irgendeiner anderen zweckdienlichen Anordnung ausgerichtet sein können.
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Wie in den 2 und 4 bis 6 dargestellt, kann die Patrone 102 einen Vormischkanal 120 begrenzen. Der Vormischkanal 120 kann in Fluidverbindung mit dem Adapter 104 stehen. Wenigstens ein Teil des durch die Patrone 102 durchströmenden Sekundärbrennstoffs 70 kann zur Injektion in den Vormischringraum 60 durch den Vormischkanal 120 in das Brennstoffplenum 116 einströmen.
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Die Patrone 102 kann außerdem, wie in den 5, 6 dargestellt, einen Diffusionskanal 122 aufweisen. Der Diffusionskanal 122 kann dazu eingerichtet sein, den Adapter 104 zu umgehen. Beispielsweise kann ein Teil des die Patrone 102 durchströmenden Sekundärbrennstoffs 70 durch den Diffusionskanal 122 strömen. Dieser Teil des Sekundärbrennstoffs 70 kann durch den Diffusionskanal 122 durchströmen lassen und einer Mündung 123 der Brennstoffdüsenanordnung 28 zugeleitet werden. Eine (nicht dargestellte) nahe der Mündung 123 angeordnete Pilotflamme kann den aus dem Diffusionskanal 122 und der Mündung 123 austretenden Sekundärbrennstoff 70 zünden. Durch den Diffusionskanal 122 zugeführter Sekundärbrennstoff 70 kann als Backup-System für den zum Vormischen durch den Vormischkanal 120 zugeführten Sekundärbrennstoff 70 benutzt oder in Verbindung mit dem Vormischkanal 120 oder sonst irgendwie wunschgemäß eingesetzt werden.
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Die Patrone 102 kann außerdem einen Kühlmitteleinlasskanal 124 und einen Kühlmittelauslasskanal 126 begrenzen, wie dies in 4 dargestellt ist. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann der Adapter wenigstens einen Kühlmittelverteilerkanal 128 oder mehrere Kühlmittelverteilerkanäle 128 begrenzen. Die Kühlmittelverteilerkanäle 128 können mit dem Kühlmitteleinlasskanal 124 in Fluidverbindung stehen und sie können außerdem mit den Kühlmittelauslasskanälen 126 in Fluidverbindung stehen. Der Kühlmitteleinlasskanal 124 kann so ausgelegt sein, dass er ein Kühlmittel 130, etwa Luft 42 oder irgendein anderes geeignetes Kühlmittel, dem Adapter 104 zuführt. Beispielsweise kann das Kühlmittel 130 der Patrone 102 aus einem (nicht dargestellten) Kühlmittelspeiseverteiler zugeführt werden. Das Kühlmittel 130 kann durch den Kühlmitteleinlasskanal 124 strömen und dem Adapter 104 zugeleitet werden. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann das Kühlmittel 130 dem Adapter 104 durch die in dem Adapter ausgebildeten Kühlmittelverteilerkanäle 128 zugeführt werden. Die Kühlmittelverteilerkanäle 128 können das Kühlmittel 130 durchströmen lassen, wodurch der Adapter 104 gekühlt und außerdem eine Verkokung dadurch verhütet oder verringert wird, dass eine Strömung zum Lösen und Entfernen vorhandener Verkokungsprodukte und zur Verhinderung der Ablagerung von Verkokungsprodukten aufrechterhalten ist. Die Kühlmittelverteilerkanäle 128 können das Kühlmittel 130 sodann dem Kühlmittelauslasskanal 126 zuleiten. Der Kühlmittelauslasskanal 126 kann das Kühlmittel 130 durchströmen lassen, wobei er das Kühlmittel 130 abströmen lässt. Das Kühlmittel 130 kann auf der Außenseite der Brennstoffdüsenanordnung 128 oder in den Kanal 46 zur Rezirkulation durch die Brennstoffdüsenanordnung 28 oder in irgendeiner anderen zweckentsprechenden Art und Weise abströmen lassen werden.
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Darauf hinzuweisen ist, dass der Durchstrom von Sekundärbrennstoff 70, Kühlmittel 130 oder irgendeinem anderen Fluid durch die verschiedenen Kanäle der Patrone 102 von Hand oder unter Verwendung eines geeigneten Steuersystems gesteuert und reguliert werden kann.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen kann der erfindungsgemäße Adapter wenigstens einen in Längsrichtung sich erstreckenden Bypasskanal 132 oder mehrere in Längsrichtung sich erstreckende Bypasskanäle 132 begrenzen. Die Bypasskanäle 132 können dazu eingerichtet sein, Luft 42 oder Kühlmittel 130 durch den Adapter 104 durchströmen zu lassen. Beispielsweise kann, wie im Vorstehenden erläutert, der Adapter 104 an das innere Brennerrohr 64 angekuppelt sein und den inneren Ringraum 106 in einen strömungsaufwärtigen inneren Ringraum 108 und einen strömungsabwärtigen Ringraum 110 unterteilen. Die Bypasskanäle 132 können mit dem inneren Ringraum 106 in Fluidverbindung stehen. Beispielsweise können die Bypasskanäle 132 sowohl mit dem strömungsaufwärtigen inneren Ringraum 108 als auch mit dem strömungsabwärtigen inneren Ringraum 110 in Fluidverbindung stehen. Auf diese Weise kann durch den Kanal 46 in den Ringraum 106 ebenso wie in den strömungsaufwärtigen inneren Ringraum 108 einströmende Luft 42 durch die Bypasskanäle 132 hindurch und in den strömungsabwärtigen inneren Ringraum 110 einströmen. Die Luft 42 oder das Kühlmittel 130, die die Bypasskanäle 132 durchströmen, können den Adapter 104 kühlen und außerdem eine Verkokung dadurch verhüten oder verringern, dass sie eine Strömung zum Lösen und Entfernen vorhandener Verkokungsprodukte und zur Verhütung der Ablagerung von Verkokungsprodukten liefern.
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Bei beispielhaften Ausführungsformen kann das innere Brennerrohr 64 wenigstens eine radial sich erstreckende Kühlmittelbohrung 134 oder eine Anzahl radial sich erstreckender Kühlmittelbohrungen 134 begrenzen. Die Kühlmittelbohrungen 134 können in dem inneren Brennerrohr 64 anschließend an den strömungsabwärtigen inneren Ringraum 110 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Teil der Luft 42 oder des Kühlmittels 130, die dem strömungsabwärtigen inneren Ringraum 110 zugeführt werden, durch Kühlmittelbohrungen 134 hindurch und in den Vormischringraum 60 einströmen lassen werden. Die Kühlmittelbohrungen 134 können so bemessen, gestaltet und angeordnet sein, dass die Luft 42 oder das Kühlmittel 130, die durch die Kühlmittelbohrungen 134 durchströmen, eine Filmkühlung für das innere Brennerrohr 64 ergeben, wodurch das innere Brennerrohr 64 gekühlt und eine Verkokung der äußeren Oberfläche des Brennerrohrs 64 dadurch weiter verhütet oder verringert werden, dass ein Film zum Lösen und Entfernen vorhandener Verkokungsprodukte und zur Verhütung der Ablagerung von Verkokungsprodukten ausgebildet wird.
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Der erfindungsgemäß Einsatz 100 schafft in vorteilhafter Weise eine Vorvermischung von Sekundärbrennstoff 70 in Brennstoffdüsenanordnungen 28 von Gasturbinen 10. Außerdem verringert der Einsatz 100 den Kostenaufwand und erhöht den Wirkungsgrad beim Einsatz von Sekundärbrennstoff. Der Einsatz 100 benötigt z. B. kein Wasser zum Kühlen des verbrannten Sekundärbrennstoffs 70 und erfordert weiterhin keine unabhängige eigene Zerstäubungsdruckluftquelle. Darüber hinaus liefert der Einsatz 100 verschiedene Luft- und Kühlmittelströmungen in der ganzen Brennstoffdüsenanordnung 28 um ein Verkoken in der Brennstoffdüsenanordnung 28, das von dem Einsatz des Sekundärbrennstoffs 70 herrührt, zu verhüten oder zu verringern.
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Die Beschreibung benutzt Ausführungsbeispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform und auch dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen einschließlich der Herstellung und Benutzung irgendwelcher Vorrichtungen und Systeme, die jedwedes hier beinhaltete Verfahren ausführen. Der Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann auch weitere, dem Fachmann nahe liegende Ausführungsbeispiele mit umfassen. Diese weiteren Ausführungsbeispiele sollen im Schutzbereich der Patentansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich vom Wortlaut der Patentansprüche nicht unterscheiden oder wenn sie äquivalente, strukturelle Elemente aufweisen, die sich nur durch unwesentliche Unterschiede vom Wortlaut der Patentansprüche abheben.
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Es ist ein Einsatz
100 zur Vorvermischung eines Sekundärbrennstoffs
70 in einem Vormischringraum
60 einer Brennstoffdüsenanordnung
28 beschrieben. Der Einsatz
100 weist eine Patrone
102 auf, die sich durch wenigstens einen Teil der Brennstoffdüsenanordnung
28 erstreckt und dazu eingerichtet ist, den Sekundärbrennstoff
70 durchströmen zu lassen. Der Einsatz
100 weist außerdem einen an die Patrone
102 angekuppelten Adapter
104 auf, wobei der Adapter
104 ein Brennstoffplenum
116 und wenigstens eine radial sich erstreckende Injektionsbohrung
118 begrenzt. Die wenigstens eine Injektionsbohrung
118 ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Teil des Sekundärbrennstoffs
70 von der Patrone
102 aufzunehmen und den Sekundärbrennstoff
70 in den Vormischringraum
60 zu injizieren. Teileliste:
| Bezugszeichen | Komponente |
| 10 | Gasturbine |
| 12 | Verdichterabschnitt |
| 14 | Brennkammerabschnitt |
| 16 | Brennkammer |
| 18 | Turbinenabschnitt |
| 20 | Verbrennungssystem |
| 22 | Überleitungsstück |
| 24 | Brennkammergehäuse |
| 26 | stirnseitige Abdeckung |
| 28 | Brennstoffdüsenanordnung |
| 30 | Strömungsmantel |
| 32 | Verbrennungskammer |
| 34 | Aufprallmantel |
| 42 | Luft |
| 44 | Einlassströmungskonditionierer |
| 46 | Kanal |
| 48 | Kanal |
| 50 | Kanal |
| 56 | Luftverwirbelungsschaufeln |
| 58 | Brennstoffinjektionskanäle |
| 60 | Vormischringraum |
| 62 | äußeres Brennerrohr |
| 64 | inneres Brennerrohr |
| 70 | Sekundärbrennstoff |
| 100 | Einsatz |
| 102 | Patrone |
| 104 | Adapter |
| 106 | innerer Ringraum |
| 108 | strömungsaufwärtiger innerer Ringraum |
| 110 | strömungsabwärtiger innerer Ringraum |
| 112 | Dichtungskomponente |
| 114 | Trennstelle |
| 116 | Brennstoffplenum |
| 118 | Injektionsbohrung |
| 120 | Vormischkanal |
| 122 | Diffusionskanal |
| 124 | Mündung |
| 126 | Kühlmitteleinlasskanal |
| 128 | Kühlmittelauslasskanal |
| 130 | Kühlmittelverteilerkanal |
| 132 | Kühlmittelbypasskanal |
| 134 | Kühlmittelbohrung |
