DE112015004264B4 - Brenner, brennkammer und gasturbine - Google Patents

Brenner, brennkammer und gasturbine Download PDF

Info

Publication number
DE112015004264B4
DE112015004264B4 DE112015004264.4T DE112015004264T DE112015004264B4 DE 112015004264 B4 DE112015004264 B4 DE 112015004264B4 DE 112015004264 T DE112015004264 T DE 112015004264T DE 112015004264 B4 DE112015004264 B4 DE 112015004264B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
swirl
nozzle
burner
flow path
wing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
DE112015004264.4T
Other languages
English (en)
Other versions
DE112015004264T5 (de
Inventor
Naonori Nagai
Katsuyoshi Tada
Kei Inoue
Keijiro Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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 Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Publication of DE112015004264T5 publication Critical patent/DE112015004264T5/de
Application granted granted Critical
Publication of DE112015004264B4 publication Critical patent/DE112015004264B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • 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
    • F23R3/002—Wall structures
    • 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
    • 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
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07001—Air swirling vanes incorporating fuel injectors
    • 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
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/102—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber
    • F23D11/103—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet in an internal mixing chamber with means creating a swirl inside the mixing chamber
    • 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
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • F23D11/105—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • 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
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F23D11/107—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet at least one of both being subjected to a swirling motion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

Ein Brenner (60), mit:einer Düse (64), undeinem Verwirbelungsflügel (72), der in einem axialen Strömungsweg (68) angeordnet ist, der sich entlang einer Axialrichtung der Düse (64) um die Düse (64) herum erstreckt und durch den Gas im Betrieb in der Axialrichtung strömt,wobei der Verwirbelungsflügel (72) aufweist:ein Strömungsprofil, das von einer Vorderkante (83) des Verwirbelungsflügels (72) zu einer Hinterkante (84) des Verwirbelungsflügels (72) in einer Verwirbelungsrichtung in einer Umfangsrichtung der Düse (64) gekrümmt ist, um das durch den Strömungsweg (68) im Betrieb strömende Gas zu verwirbeln, und das eine Druckfläche (81), an der im Betrieb der höhere Druck anliegt, und eine Saugfläche (82), an der im Betrieb der niedrigere Druck anliegt, aufweist,einen in einer Radialrichtung der Düse (64) außen liegenden Außenendabschnitt (85), der eine im Verlauf zu der Hinterkante (84) in der Verwirbelungsrichtung gekrümmte Fläche (91) zum Verwirbeln von Gas, das durch einen radial äußeren Bereich (68a) des axialen Strömungswegs (68) strömt, in der Verwirbelungsrichtung aufweist, undeinen in der Radialrichtung der Düse (64) innen liegenden Fußabschnitt (86) in einem radial inneren Bereich (68b) des axialen Strömungswegs (68),wobei der Fußabschnitt (86) einen Ausschnitt (90) an einer Seite seiner Hinterkante (93) besitzt, der angrenzend an die Düse (64) so ausgebildet ist, dass ein stromabwärtiger Bereich der Druckfläche (81) des Fußabschnitts (86) durch den Ausschnitt (90) als eine gekrümmte Fläche (92a-d) definiert ist, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung im Verlauf zu der Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) gekrümmt ist, und so, dass die Druckfläche (81) des Verwirbelungsflügels (72) einen Stufenabschnitt (95) zwischen der gekrümmten Fläche (91) des Außenendabschnitts (85) und der gekrümmten Fläche (92a-d) des Fußabschnitts (86) besitzt.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Brenner mit Verwirbelungsflügeln, die in einem axialen Strömungsweg um eine Düse herum angeordnet sind, und auf eine Brennkammer sowie eine Gasturbine mit der Brennkammer.
  • Allgemein umfasst eine Brennkammer zum Erzeugen von Verbrennungsgas einen Brenner zum Zuführen von Brennstoff und einem Oxidationsmittel wie Luft in einen Verbrennungsraum, um Flammen zu erzeugen. Einige Brennkammern für eine Gasturbine sind beispielsweise mit einem Vormisch-Brenner ausgestattet. Ein Vormisch-Brenner umfasst einen axialen Strömungsweg, der radial außerhalb einer Düse ausgebildet ist. Vormischgas, das komprimierte Luft und Brennstoff enthält, strömt durch den axialen Strömungsweg. Bei einem Brenner dieses Typs ist normalerweise in vielen Fällen ein Verwirbelungselement in dem axialen Strömungsweg vorgesehen, um die Vormischung zu fördern.
  • Es ist bekannt, dass die Position von Flammen, die durch einen Brenner gebildet werden, durch eine Balance zwischen der Verbrennungsgeschwindigkeit, welche eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammen ist, und der axialen Strömungsgeschwindigkeit des durch den axialen Strömungsweg strömenden Gases bestimmt ist. Während normaler Verbrennung werden die Flammen an einer Position gehalten, die von dem Brenner um eine vorbestimmte Distanz zur stromabwärtigen Seite versetzt ist. In einem Fall jedoch, wo der Brenner ein Verwirbelungselement enthält, kann ein sogenannter „flashback“ (Flammenrückschlag oder Rückzündung oder „Backfire“) auftreten, bei dem Flammen sich zurück zu dem Brenner bewegen. Der Flashback oder Flammenrückschlag tritt aufgrund der Tatsache auf, dass die axiale Strömungsgeschwindigkeit in einem Bereich, der an der Mitte des Wirbels der durch das Verwirbelungselement gebildeten Wirbelströmung niedriger ist als in dem umgebenden Bereich, und die Verbrennungsgeschwindigkeit die axiale Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich mit der niedrigeren axialen Strömungsgeschwindigkeit übersteigt, wodurch sich die Flammen übermäßig zum Brenner hin ausbreiten. Häufiges Auftreten eines Flammenrückschlags kann zu Problemen wie einer Beschädigung aufgrund eines Ausbrennens des Brenners führen.
  • Angesichts dessen umfasst beispielsweise der in der JP 2007-285 572 A beschriebene Vormischbrenner zum Verhindern eines Flammenrückschlags einen Ausschnitt an einer Hinterkante an der radial inneren Seite eines Verwirbelungsflügels. Bei einem solchen Vormischbrenner wird eine Luft-Wirbelströmung entlang einer gekrümmten Fläche an der radialen Außenseite des Verwirbelungsflügels gebildet. Andererseits strömt an der radial inneren Seite des Verwirbelungsflügels komprimierte Luft stromab in der Axialrichtung des Brenners durch den Ausschnitt, wodurch die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der radial inneren Seite des Verwirbelungsflügels (an der Mitte des Wirbels der Wirbelströmung) ansteigt. Ferner gibt es als eine auf das Obige bezogene Technik gemäß der Beschreibung in der JP 2010 - 223 577 A einen Brenner mit einer Trennwand, die einen Luftkanalbereich an der radial inneren Seite von einem Luftkanalbereich an der radialen Außenseite abtrennt und Verwirbelungsflügel, der in dem Luftkanalbereich an der radial äußeren Seite angeordnet sind. Bei diesem Brenner wird Luft in dem Luftkanalbereich an der radial inneren Seite nicht verwirbelt, so dass die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der Innenseite erhöht wird.
  • Aus der US 5 647 200 A ist ein Brenner mit einer ringförmigen Kammer bekannt, bei der die zylindrische Außenwand und die zylindrische Innenwand der ringförmigen Kammer über eine Vielzahl von Verwirbelungsflügeln verbunden sind, in denen Brennstoff-Ausstoßdüsen angeordnet sind, über die ein Brennstoffgemisch in die Ringkammer eingespritzt wird. Die Verwirbelungsflügel besitzen jeweils ein Strömungsprofil, wobei an der Hinterkante des Strömungsprofils ein V-förmiger Einschnitt in etwa mittig in der Radialrichtung so ausgebildet ist, dass der Verlauf des Strömungsprofils radial unterhalb des Einschnitts und radial oberhalb des Einschnitts und in einer Draufsicht in der Radialrichtung betrachtet etwa symmetrisch aber in gegengesetzten Richtungen gekrümmt ist.
  • Aus der US 6 141 967 A ist ein Luft/Brennstoffmischer für eine Gasturbinenbrennkammer bekannt, bei der am Außenumfang eines zylindrischen Rings um den Umfang desselben verteilt Verwirbelungsflügel angeordnet sind. Die Verwirbelungsflügel sind im Verlauf zur stromabwärtigen Seite und zur radial außenliegenden Seite in Umfangsrichtung entgegen der Krümmung des Profils als Ganzes verwunden.
  • Die US 2009/0 139 236 A1 zeigt eine Vormischvorrichtung für verbesserte Flammenhaltung und Flammenrückschlagfestigkeit, bei der am Außenumfang eines zylindrischen Innenrohrs angeordnete Verwirbelungsflügel in einem radial weiter außenliegenden Bereich sich weiter stromabwärts erstrecken als in einem radial innenliegenden Fußabschnitts, wobei der radial weiter außenliegende Bereich zusätzlich gegenüber einer Längsachse in Umfangsrichtung abgebogen ist.
  • Aus der JP 2007-285 572 A ist ein Brenner mit den am Außenumfang einer Düse herum angeordneten Verwirbelungsflügeln bekannt, wobei die Verwirbelungsflügel an einem stromabwärtigen Bereich angrenzend an den Außenumfang der Düse mit einem annähernd rechteckigen Ausschnitt versehen sind, dessen Weite in radialer Richtung zu einer Hinterkante in Strömungsrichtung hin abnimmt und dessen Grenzfläche mit dem Verwirbelungsprofil in axialer Richtung eine ebene Fläche senkrecht zur Längsachse ist.
  • Bei dem in der JP 2007-285 572 A beschriebenen Brenner tritt jedoch in Realität eine Ablösung der Strömung an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts auf und erzeugt eine Turbulenz, die in einer starken Fluktuation der axialen Strömungsgeschwindigkeit über der Zeit resultiert, während ein Flammenrückschlag im gewissen Maße durch Erhöhen der axialen Strömungskomponente an der radial inneren Seite des Verwirbelungselements durch den Ausschnitt vermindert wird. Damit ist es schwierig, eine adäquate axiale Strömungsgeschwindigkeit stabil aufrecht zu erhalten, so dass ein Flammenrückschlag auftreten kann.
  • Insbesondere steigt die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts an, wenn die Fluktuationskomponente der axialen Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Turbulenz positiv ist, und die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts nimmt ab, wenn die Fluktuationskomponente der axialen Strömungsgeschwindigkeit negativ ist. Wenn die Fluktuationskomponente der axialen Strömungsgeschwindigkeit negativ wird, nimmt somit die axiale Strömungsgeschwindigkeit an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts schlagartig ab und ein Flammenrückschlag tritt mit Wahrscheinlichkeit auf.
  • Bei dem in der JP 2010-223 577 A beschriebenen Brenner werden Luft und Brennstoff in den Luftkanalbereichen an der stromabwärtigen Seite der Trennwand miteinander gemischt, weil der Luftkanalbereich an der radial inneren Seite und der Luftkanalbereich an der radial äußeren Seite durch die Trennwand voneinander getrennt sind, was zu unzulänglicher Vermischung führen kann.
  • Angesichts der obigen Aspekte ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner und eine Brennkammer vorzusehen, durch welche die Flammenrückschlags-Widerstandsfähigkeit an der radial inneren Seite eines Verwirbelungselements verbessert ist, während eine gute Mischleistung in einem axialen Strömungsweg um eine Düse herum sichergestellt ist.
  • Ein Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 12.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Brenner gemäß Anspruch 1 wird an dem Außenendabschnitt des Verwirbelungsflügels das durch den radial äußeren Bereich des axialen Strömungswegs strömende Gas (im Folgenden als ein radial äußerer Strömungswegbereich bezeichnet) verwirbelt. Auf diese Weise kann eine Vormischung des Gases und des Brennstoffs, die dem axialen Strömungsweg zugeführt werden, durch die durch den Außenendabschnitt gebildete Wirbelströmung verbessert werden. Andererseits ist ein Ausschnitt an der stromabwärtigen Seite des Fußabschnitts des Verwirbelungsflügels ausgebildet und der Ausschnitt bildet eine gekrümmte Fläche, die sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung zu der Hinterkante in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche des Fußabschnitts krümmt. Somit wird in dem radial inneren Bereich des axialen Strömungswegs (im Folgenden als ein radial innerer Strömungswegbereich bezeichnet) das Gas durch den Coandaeffekt zu der gekrümmten Fläche hin angezogen, um in einer Richtung entgegengesetzt der Verwirbelungsrichtung ausgerichtet zu werden. Infolgedessen schwächt sich die Verwirbelungskomponente, die auf das Gas in dem stromaufwärtigen Bereich der Druckfläche des Fußabschnitts aufgebracht wird, in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche des Fußabschnitts ab, was die mittlere oder durchschnittliche Axialströmungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich erhöht und die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft verbessert. Das Gas strömt weiter entlang der gekrümmten Fläche in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche des Fußabschnitts, wodurch das Auftreten einer Turbulenz aufgrund einer Ablösung der Strömung an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts verringert bzw. unterdrückt wird und eine Instabilität in der axialen Strömungsgeschwindigkeit aufgrund einer negativen Fluktuationskomponente, die durch eine solche Turbulenz hervorgerufen wird, verhindert wird. Somit kann eine Fluktuation in der axialen Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich verhindert und die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft verbessert werden.
  • Zumindest in einem Bereich in der Axialrichtung, in dem die Verwirbelungsflügel vorgesehen sind, kommunizieren der radial äußere Strömungswegbereich und der radial innere Strömungswegbereich des axialen Strömungswegs des Brenners miteinander, ohne unterteilt zu sein. Auf diese Weise wird die Vermischung des durch den radial äußeren Strömungswegbereich strömenden Gases und des durch den radial inneren Strömungswegbereich strömenden Gases gefördert. Somit wird die Konzentrationsverteilung des dem axialen Strömungsweg zugeführten Brennstoffs in der Radialrichtung des Brenners vergleichmäßigt.
  • Bei dem Brenner gemäß Anspruch 1 besitzt die Druckfläche des Verwirbelungsflügels an dem Außenendabschnitt die gekrümmte Fläche, die sich in der Verwirbelungsrichtung zu der Hinterkante krümmt, und die Druckfläche des Verwirbelungsflügels besitzt den stufenförmigen Abschnitt zwischen der gekrümmten Fläche des Außenendabschnitts und der gekrümmten Fläche des Fußabschnitts.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung wird an dem stufenförmigen Abschnitt, der an der Druckfläche des Verwirbelungsflügels gebildet ist, eine Scherschicht zwischen einer Strömung in der Verwirbelungsrichtung entlang der gekrümmten Fläche des Außenendabschnitts und einer Strömung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung entlang der gekrümmten Fläche des Fußabschnitts ausgebildet. Ein Wirbel wird an der Scherschicht erzeugt und die Vermischung des durch den radial äußeren Strömungswegbereich strömenden Gases und des durch den radial inneren Strömungswegbereich strömenden Gases wird gefördert. Auf diese Weise kann in einem Fall, wo Brennstoff an der stromaufwärtigen Seite des Verwirbelungsflügels zugeführt wird, die Verteilung der Brennstoffkonzentration in der Radialrichtung des Brenners weiter vergleichmäßigt werden.
  • Vorzugsweise besitzt das Strömungsprofil des Fußabschnitts die gleiche Form wie die des Strömungsprofils des Außenendabschnitts in dem stromaufwärtigen Bereich und es besitzt eine solche Form, dass ein dem Ausschnitt entsprechender Abschnitt aus dem Strömungsprofil des Außenendabschnitts in dem stromabwärtigen Bereich ausgeschnitten ist.
  • Auf diese Weise wird ein Schaufelelement mit einem im Wesentlichen konstanten Strömungsprofil über der gesamten Länge der Schaufelhöhe gebildet, und der Ausschnitt ist in dem stromabwärtigen Bereich des Fußabschnitts des Schaufelelements angeordnet. Infolgedessen kann ein Verwirbelungsflügel mit einer gekrümmten Fläche, die sich in einer Richtung entgegengesetzt der Verwirbelungsrichtung krümmt, an dem Fußabschnitt auf einfache Weise erzeugt werden.
  • Vorzugsweise ist die Hinterkante des Fußabschnitts des Verwirbelungsflügels an derselben Position wie die einer Vorderkante des Fußabschnitts in der Umfangsrichtung der Düse angeordnet.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform kehrt die Hinterkante des Fußabschnitts zu derselben Position zurück wie die der Vorderkante in der Umfangsrichtung durch die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung gekrümmten Krümmung. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Hinterkante des Fußabschnitts des Verwirbelungsflügels zu der stromabwärtigen Seite in der Verwirbelungsrichtung von der Vorderkante versetzt ist, die Verwirbelungskomponente der Strömung in dem radial inneren Strömungswegbereich ausreichend abgeschwächt werden, um die mittlere Axialströmungsgeschwindigkeit sicher zu erhöhen.
  • Vorzugsweise besitzt das Strömungsprofil des Fußabschnitts des Verwirbelungsflügels eine achsensymmetrische Form bezüglich einer geraden Linie, die parallel zu der Axialrichtung ist und die durch die Hinterkante verläuft, zumindest an der Seite der Hinterkante.
  • Auf diese Weise kann die mittlere Axialströmungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich erhöht und die Querschnittform des Fußabschnitts vereinfacht werden. Auf diese Weise kann die Herstellbarkeit des Verwirbelungsflügels verbessert werden.
  • Vorzugsweise ist die Hinterkante des Fußabschnitts des Verwirbelungsflügels an einer Seite gegenüber der Hinterkante des Außenendabschnitts über einer geraden Linie, die parallel zu der Axialrichtung ist und die durch die Vorderkante verläuft, in der Umfangsrichtung der Düse angeordnet.
  • Auf diese Weise ist die Hinterkante des Fußabschnitts an der stromaufwärtigen Seite der Vorderkante in der Verwirbelungsrichtung positioniert, wodurch eine Orientierung der Strömung in dem radial inneren Strömungswegbereich sicher in einer Richtung entgegengesetzt der Verwirbelungsrichtung möglich wird und die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich noch effizienter verringert werden kann. Infolgedessen kann die mittlere Axialströmungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich sicher erhöht werden.
  • Vorzugsweise ist die gekrümmte Fläche an dem Fußabschnitt so konfiguriert, dass sie Gas in einer Richtung entgegengesetzt der Verwirbelungsrichtung verwirbelt, wobei das Gas durch den radial inneren Bereich des axialen Strömungswegs strömt.
  • Auf diese Weise wirbelt das Gas in dem radial inneren Strömungswegbereich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung des radial äußeren Strömungswegbereichs, wodurch die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich noch effektiver abgeschwächt werden kann.
  • Vorzugsweise ist eine Halbierende eines Winkels, der durch eine Tangente der Druckfläche, welche durch die Hinterkante des Fußabschnitts verläuft, und eine Tangente einer Saugfläche, welche durch die Hinterkante des Fußabschnitts verläuft, gebildet ist, schräg zu der Axialrichtung in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung an einer stromabwärtigen Seite der Hinterkante.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform strömt das Gas, während das Gas in der Verwirbelungsrichtung in dem radial äußeren Strömungswegbereich wirbelt, in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung in dem radial inneren Strömungswegbereich. Auf diese Weise kann die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich noch effektiver abgeschwächt werden.
  • Vorzugsweise ist die Vorderkante des Verwirbelungsflügels zu der Radialrichtung zu einer stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung geneigt, im Verlauf der Vorderkante zu einer Außenseite in der Radialrichtung der Düse, zumindest an einer Seite des Außenendabschnitts.
  • Auf diese Weise kommt die Strömung des Gases näher zu dem radial inneren Strömungswegbereich entlang dem Druckgradienten in der Radialrichtung an der Schaufelfläche des Verwirbelungsflügels, so dass die Strömungsrate in dem radial inneren Strömungswegbereich relativ ansteigt. Infolgedessen steigt die mittlere Axialströmungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich an.
  • Vorzugsweise umfasst der Außenendabschnitt eine Ausschnittraum-Begrenzungsfläche, die an einer radial äußeren Seite eines durch den Ausschnitt gebildeten Ausschnittraums angeordnet ist, wobei die Ausschnittraum-Begrenzungsfläche dem Ausschnittraum zugewandt ist, in einem stromabwärtigen Bereich des Außenendabschnitts, und die Ausschnittraum-Begrenzungsfläche besitzt eine solche Form, dass eine Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu einer stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  • Auf diese Weise kann eine große Weite sichergestellt werden, wo die Strömung, die hauptsächlich die Verwirbelungsströmung in dem radial äußeren Strömungswegbereich umfasst, und die Strömung, die hauptsächlich die Axialströmung aufweist, welche durch den Ausschnitt in dem radial inneren Strömungswegbereich verläuft, miteinander vermischt werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs gleichmäßig gemacht werden kann. Je gleichmäßiger die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der Flammenhalteposition ist, desto näher gelangt die Form der Flammenfläche zu einer flachen Form und desto kleiner ist ein baroklines Moment, das eine Strömung der Flammenfläche zurück zu der stromaufwärtigen Seite bewirkt. Dadurch dass die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs gleichmäßig ist, kann die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft in dem radial inneren Strömungswegbereich effektiv verbessert werden.
  • Außerdem kann die Ausschnittraum-Begrenzungsfläche eine flache Fläche sein, die sich linear und schräg zu der Axialrichtung so erstreckt, dass die Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Brenner gemäß Anspruch 12 gelangt die Strömung des Gases näher zu dem radial inneren Strömungswegbereich entlang dem Druckgradienten in der Radialrichtung an der Schaufeloberfläche des Verwirbelungsflügels und somit nimmt die Strömungsrate in dem radial inneren Strömungswegbereich relativ zu. Infolgedessen nimmt die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich zu. Somit kann die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft verbessert werden.
  • Eine Brennkammer gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst den Brenner gemäß der Erfindung und eine Brennkammerauskleidung zum Bilden eines Strömungswegs zum Leiten von Verbrennungsgas von dem Brenner.
  • Eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kompressor zum Erzeugen von komprimierter Luft, eine zum Verbrennen von Brennstoff mit der komprimierten Luft von dem Kompressor und zum Erzeugen von Verbrennungsgas konfigurierte Brennkammer gemäß der Erfindung, und eine Turbine, die ausgestaltet ist, um durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer angetrieben zu werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich des axialen Strömungswegs erhöht und die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft effektiv verbessert werden.
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine Querschnittansicht einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform-
    • 3 ist eine Querschnittansicht eines Teils einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform.
    • 4 ist eine Querschnittansicht eines Brenners gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine Ansicht am Pfeil A des in 4 gezeigten Brenners.
    • 6 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer Ausführungsform.
    • 7 ist eine Draufsicht eines Ausgestaltungsbeispiels eines Verwirbelungselements.
    • 8 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • 9 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer mittleren Axialströmungsgeschwindigkeit und einer radialen Distanz an einem Auslass eines Erweiterungsrohrs der Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels zeigt.
    • 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Verwirbelungselements gemäß einer Ausführungsform.
    • 11 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 12 ist eine Draufsicht eines Konfigurationsbeispiels eines in 11 gezeigten Verwirbelungsflügels.
    • 13 ist eine Draufsicht eines weiteren Konfigurationsbeispiels eines in 11 gezeigten Verwirbelungsflügels.
    • 14 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
    • 15 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer mittleren Axialströmungsgeschwindigkeit und einer radialen Distanz an einem Auslass eines Erweiterungsrohrs der Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels zeigt.
    • 16 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Zunächst wird mit Bezug auf 1 eine Gasturbine beschrieben, bei der ein Brenner und eine Brennkammer gemäß der vorliegenden Erfindung anzuwenden sind. 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform.
  • Gemäß der Darstellung in 1 umfasst die Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform einen Kompressor 2 zum Erzeugen von komprimierter Luft, die als ein Oxidationsmittel dient, eine Brennkammer 4 zum Erzeugen von Verbrennungsgas unter Nutzung der komprimierten Luft und von Brennstoff, und eine Turbine 6, die konfiguriert ist, um durch das Verbrennungsgas zur Rotation angetrieben zu werden. In dem Fall der Gasturbine 1 zur Energieerzeugung ist ein (nicht gezeigter) Generator mit der Turbine 6 so verbunden, dass die Rotationsenergie der Turbine 6 elektrische Energie erzeugt.
  • Das Konfigurationsbeispiel jeder Komponente in der Gasturbine 1 wird im Einzelnen beschrieben.
  • Der Kompressor 2 umfasst ein Kompressorgehäuse 10, einen Lufteinlass 12 zum Ansaugen von Luft, der an einer Einlassseite des Kompressorgehäuses 10 angeordnet ist, einen Rotor 8, der so angeordnet ist, dass er sowohl das Kompressorgehäuse 10 als auch das Turbinengehäuse 22, das unten beschrieben wird, durchsetzt, und eine Anzahl von Schaufeln bzw. Flügeln, die in dem Kompressorgehäuse 10 angeordnet sind. Die Anzahl von Flügeln bzw. Schaufeln umfasst eine Einlassleitschaufel 14, die angrenzend an den Lufteinlass 12 angeordnet ist, eine Vielzahl von Statorschaufeln 16, die an dem Kompressorgehäuse 10 befestigt sind, und eine Vielzahl von Rotorschaufeln 18, die an dem Rotor 18 so angesetzt sind, dass sie abwechselnd mit den Statorschaufeln 16 angeordnet sind. Der Kompressor 2 kann weitere Bestandselemente aufweisen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, beispielsweise eine Extraktionskammer. Bei dem obigen Kompressor 2 strömt die von dem Lufteinlass 12 angesaugt Luft durch die Vielzahl der Statorschaufeln 16 und die Vielzahl der Rotorschaufeln 18, um komprimiert und in eine komprimierte Luft mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck gewandelt zu werden. Die komprimierte Luft mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck wird zu der Brennkammer 4 von einer hinteren Stufe von dem Kompressor 2 geschickt.
  • Die Brennkammer 4 ist einem Gehäuse 20 angeordnet. Gemäß der Darstellung in 1 kann eine Vielzahl von Brennkammern 4 in einer Ringform zentriert auf den Rotor 8 im Inneren des Gehäuses 20 angeordnet sein. Die Brennkammer 4 wird mit Brennstoff und der in dem Kompressor 2 erzeugten komprimierten Luft versorgt und erzeugt durch Verbrennen des Brennstoffs Verbrennungsgas, das als ein Arbeitsfluid der Turbine 6 dient. Das Verbrennungsgas wird zu der Turbine 6 an der hinteren Stufe von der Brennkammer 4 geschickt. Das Konfigurationsbeispiel der Brennkammer 4 wird später im Detail noch beschrieben.
  • Die Turbine 6 umfasst ein Turbinengehäuse 22 und eine Vielzahl von Schaufeln, die im Inneren des Turbinengehäuses 22 angeordnet sind. Die Vielzahl der Schaufeln umfasst eine Vielzahl von Statorschaufeln 24, die an dem Turbinengehäuse 22 befestigt sind, und eine Vielzahl von Rotorschaufeln 26, die an dem Rotor 8 so angesetzt sind, dass sie abwechselnd mit den Statorschaufeln 24 angeordnet sind. Die Turbine 6 kann weitere Bestandselemente aufweisen, die in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, beispielsweise Auslassleitschaufeln und dergleichen. In der Turbine 6 wird der Rotor 8 zur Drehung angetrieben, wenn das Verbrennungsgas durch die Vielzahl der Statorschaufeln 24 und die Vielzahl der Rotorschaufeln 26 passiert. Auf diese Weise wird der mit dem Rotor 8 verbundene Generator angetrieben.
  • Eine Abgaskammer 30 ist mit der stromabwärtigen Seite des Turbinengehäuses 22 über ein Abgasgehäuse 28 verbunden. Das Verbrennungsgas, das die Turbine 6 angetrieben hat, wird über das Abgasgehäuse 28 und die Abgaskammer 30 nach außen ausgetragen.
  • Als nächstes wird mit Bezug auf die 2 und 3 die spezifische Konfiguration der Brennkammer 4 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Die 2 ist eine Querschnittansicht einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform. Die 3 ist eine Querschnittansicht eines Teils einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform.
  • Gemäß den Darstellungen in 2 und 3 ist eine Vielzahl von Brennkammern 4 gemäß einer Ausführungsform in einer auf den Rotor 8 zentrierten Ringform angeordnet (siehe 1). Jede Brennkammer 4 umfasst eine Brennkammerauskleidung 46, die in einem Brennkammergehäuse 40 angeordnet ist, das durch das Gehäuse 20 definiert ist, einen Pilot-Brenner 50, der in der Brennkammerauskleidung 46 angeordnet ist, und eine Vielzahl von Vormisch-Brennern (Hauptbrenner) 60, die in der Brennkammerauskleidung 46 angeordnet sind. Die Brennkammer 4 kann weitere Bestandselemente wie eine Bypassleitung (nicht gezeigt) zum Bewirken eines Bypasses für das Verbrennungsgas aufweisen.
  • Die Brennkammerauskleidung 46 umfasst beispielsweise einen Brennkammerkorb 46a, der um den Pilotbrenner 50 und die Vielzahl von Vormischbrennern 60 herum angeordnet ist, und ein Übergangsstück 46b, das mit einem distalen Ende des Brennkammerkorbs 46a verbunden ist.
  • Der Pilotbrenner 50 ist entlang der Mittelachse der Brennkammerauskleidung 46 angeordnet. Die Vielzahl von Vormischbrennern 60 ist einer Distanz voneinander derart angeordnet, dass sie den Pilotbrenner 50 umgeben.
  • Der Pilotbrenner 50 umfasst eine Pilotdüse (Düse) 54, die mit einem Brennstoffanschluss 52 verbunden ist, einen Pilotkegel 56, der so angeordnet ist, dass er die Pilotdüse 54 umgibt, und ein Verwirbelungselement 58, das an dem Außenumfang der Pilotdüse 54 angeordnet ist.
  • Der Vormischbrenner 60 umfasst eine Hauptdüse (Düse) 64, die mit einem Brennstoffanschluss 62 verbunden ist, einen Brennerzylinder 66, der so angeordnet ist, dass er die Düse 64 umgibt, ein Erweiterungsrohr 65 zum Verbinden des Brennerzylinders 66 und der Brennkammerauskleidung 46 (z. B. den Brennkammerkorb 46a), und ein Verwirbelungselement 70, das an dem Außenumfang der Düse 64 angeordnet ist. Die spezifische Konfiguration des Vormischbrenners 60 wird später beschrieben.
  • Gemäß der Darstellung in 3 erstreckt das Erweiterungsrohr 65 von einer stromaufwärtigen Endfläche, die mit dem Brennerzylinder 66 verbunden ist, zu einer stromabwärtigen Endfläche (Erweiterungsrohrauslass 65a). Ferner zeigt 3 eine Strömungsweg-Mittelachse O' die durch die Mittelposition des Erweiterungsrohrauslasses 65a verläuft.
  • In der Brennkammer 4 mit der obigen Konfiguration wird die in dem Kompressor 2 erzeugte komprimierte Luft mit einer hohen Temperatur und einen hohen Druck von einem Gehäuseeinlass 42 in das Brennkammergehäuse 40 zugeführt und strömt sodann von dem Brennkammergehäuse 40 in den Brennerzylinder 66. Die komprimierte Luft und von dem Brennstoffanschluss 62 zugeführter Brennstoff werden in dem Brennerzylinder 66 vorgemischt. Zu diesem Zeitpunkt bildet die Vormischluft hauptsächlich eine Verwirbelungsströmung durch das Verwirbelungselement 70 und strömt in die Brennkammerauskleidung 46 ein. Außerdem werden die komprimierte Luft und von dem Pilotbrenner 50 über den Brennstoffanschluss 52 eingespritzter Brennstoff in der Brennkammerauskleidung 46 gemischt und durch eine Pilotflamme (nicht gezeigt) gezündet, um verbrannt zu werden, wodurch Verbrennungsgas erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt diffundiert ein Teil des Verbrennungsgases mit Flammen zu den Umgebungsbereichen, was die von jedem Vormischbrenner 60 in die Brennkammerauskleidung 46 einströmende Vormischluft zündet, um eine Verbrennung zu bewirken. Insbesondere ermöglicht es die Pilotflamme aufgrund des von dem Pilotbrenner 50 eingespritzten Pilotbrennstoffes, Flammen zum Ausführen einer stabilen Verbrennung von Vormischluft (Vormischbrennstoff) von den Vormischbrennern 60 auszuführen. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Verbrennungsbereich gebildet, beispielsweise in dem Brennkammerkorb 46a.
  • Nun wird die Konfiguration des Brenners gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Detail mit Bezug auf den oben beschriebenen Vormischbrenner 60 als ein Beispiel beschrieben.
  • Der Brenner gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist nicht auf den Vormischbrenner 60 beschränkt und die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform kann auf einen Brenner von jedem Typ angewandt werden, solange der Brenner ein Verwirbelungselement (Verwirbelungsflügel) in einem axialen Strömungsweg um eine Düse herum besitzt. Beispielweise kann der Brenner ein solcher Brenner sein, der hauptsächlich eine Diffusionsverbrennung wie der Pilotbrenner 50 ausführt, der in den Brennkammern 4 der Gasturbine 1 angeordnet ist, oder er kann ein Brenner sein, der in einer anderen Vorrichtung als der Gasturbine 1 angeordnet ist.
  • Die 4 und 5 zeigen die schematische Konfiguration des Brenners (Vormischbrenner) 60 gemäß einer Ausführungsform. Die 4 ist eine Querschnittansicht entlang der Axialrichtung der Düse des Brenners 60 gemäß einer Ausführungsform, und 5 ist eine Ansicht am Pfeil A des in 4 gezeigten Brenners.
  • Der Brenner 60 gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Düse (Brennstoffdüse) 64, einen Brennerzylinder 66 und ein Verwirbelungselement 70.
  • Die Düse 64 ist gemäß obiger Beschreibung mit dem Brennstoffanschluss 62 verbunden (siehe 2 und 3) und Brennstoff wird von dem Brennstoffanschluss 62 zugeführt. Der Brennstoff kann Gas oder eine Flüssigkeit sein und die Art ist nicht besonders beschränkt. Außerdem kann die Pilotdüse 54 und die Düse 64 mit unterschiedlichen Arten von Brennstoff versorgt werden. Beispielsweise kann die Pilotdüse 54 mit Ölbrennstoff versorgt werden, während die Düse 64 mit Gasbrennstoff wie natürlichem Gasbrennstoff versorgt wird.
  • Der Brennerzylinder 66 ist konzentrisch mit der Düse 64 und so angeordnet, dass er die Düse 64 umgibt. Insbesondere stimmt die Achse des Brennerzylinders 66 im Wesentlichen mit der Achse O mit der Düse 64 überein, und der Durchmesser des Brennerzylinders 66 ist größer als der Durchmesser der Düse 64.
  • Ein axialer Strömungsweg 68 einer Ringform ist entlang der Axialrichtung der Düse 64 zwischen der Außenumfangsfläche der Düse 64 und der Innenumfangsfläche des Brennerzylinders 66 ausgebildet. Gas G wie komprimierte Luft strömt durch den axialen Strömungsweg 68 von der stromaufwärtigen Seite (linke Seite in 4) zu der stromabwärtigen Seite (rechte Seite in 4).
  • Das Verwirbelungselement 70 ist so konfiguriert, dass es durch den axialen Strömungsweg 68 strömendes Gas verwirbelt, und es umfasst zumindest einen Verwirbelungsflügel 72. In einem in 4 und 5 gezeigten Beispiel umfasst das Verwirbelungselement 70 sechs Verwirbelungsflügel 72, die radial von der Düse 64 an der Mitte angeordnet sind. In 4 zeigt die Zeichnung aus Gründen der Vereinfachung nur zwei Verwirbelungsflügel 72, die an den Positionen von 0 und 180 Winkelgrad entlang der Umfangsrichtung angeordnet sind (in der in 4 gezeigten Situation könnten in Wirklichkeit vier Verwirbelungsflügel 72 gesehen werden).
  • Die Verwirbelungsflügel 72 sind um die Düse 64 herum in dem axialen Strömungsweg 68 angeordnet, der sich in der Axialrichtung (Richtung der Achse O) der Düse 64 erstreckt und sie sind ausgestaltet, um eine Verwirbelungskraft auf das durch den axialen Strömungsweg 68 strömende Gas auszuüben. Jeder Verwirbelungsflügel 72 besitzt eine Druckfläche 81, eine Saugfläche 82, eine Vorderkante 83, welche eine stromaufwärtige Kante in der Strömungsrichtung des Gases (der Axialrichtung der Düse 64) ist, und eine Hinterkante 84, welche eine stromabwärtige Kante in der Strömungsrichtung des Gases (der Axialrichtung der Düse 64) ist.
  • Eine Vielzahl von Einspritzöffnungen 74 bis 77 ist an den Verwirbelungsflügeln 72 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind beispielsweise zwei Einspritzöffnungen 74, 75 an der Druckfläche 81 des Verwirbelungsflügels 72 und zwei Einspritzöffnungen 76, 77 an der Saugfläche 82 des Verwirbelungsflügels 72 ausgebildet. Die Vielzahl der Einspritzöffnungen 74 bis 77 kann an der Seite der Vorderkante 83 des Verwirbelungsflügels 72 angeordnet sein. Außerdem können zwei Einspritzöffnungen 74 und 75 oder zwei Einspritzöffnungen 76 und 77, die sich an derselben Fläche öffnen, voneinander bezüglich der Axialrichtung oder der Radialrichtung der Düse 64 versetzt sein. Die Einspritzöffnungen 74 bis 77 kommunizieren miteinander im Inneren des Verwirbelungsflügels 72 und auch mit einem Brennstoffweg in der Düse 64. Von den Einspritzöffnungen 74 bis 77 eingespritzter Brennstoff wird mit Gas (z. B. als ein Oxidationsmittel dienende komprimierte Luft) vermischt, um zu einen Vormischgas (Brennstoffgas) zu werden, und er wird zum Zwecke der Verbrennung zu der Brennkammerauskleidung 46 geschickt.
  • Außerdem ist ein Ausschnitt 90 an der Hinterkante 84 von jedem Verwirbelungsflügel 72 in einem Bereich 68b an der radial inneren Seite in dem axialen Strömungsweg 68 ausgebildet (im Folgenden als ein radial innerer Strömungswegbereich bezeichnet). Die Verwirbelungsflügel 72 sind insbesondere so ausgestaltet, dass sie hauptsächlich eine Verwirbelungsströmung in einem Bereich an der radial äußeren Seite in dem axialen Strömungsweg 68 bilden (im Folgenden als ein radial äußerer Strömungswegbereich bezeichnet), und hauptsächlich eine axiale Strömung in dem radial innerer Strömungswegbereich 68b durch die Ausschnitte 90 bilden. Die spezifische Konfiguration der Ausschnitte 90 wird später beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 6 bis 17 wird das Konfigurationsbeispiel der Verwirbelungsflügel 72 spezifischer beschrieben, wobei 8 eine Ausnahme ist und einen Verwirbelungsflügel eines Vergleichsbeispiels zeigt. In den 6 bis 17 sind dieselben Komponenten mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die Verwirbelungsflügel 72a bis 72d, die in den 6 bis 17 gezeigt sind, umfassen einen Außenendabschnitt 85 zum Verwirbeln von Gas, das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 68a strömt (siehe 4) in einer Verwirbelungsrichtung, und einen Fußabschnitt 86, der an der Innenseite in der Radialrichtung der Düse 64 von dem Außenendabschnitt 85 betrachtet angeordnet ist, das heißt der in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b (siehe 4) angeordnet ist, wobei die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 durch Ausschnitte 90a bis 90d definiert ist.
  • An der Druckfläche 81 des Außenendabschnitts 85 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d ist eine gekrümmte Fläche 91, die sich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite krümmt, so ausgebildet, dass sie eine Verwirbelungskraft hauptsächlich auf das durch den axialen Strömungsweg 68 strömende Gas ausübt. Die Druckfläche 81 des Außenendabschnitts 85 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d ist insbesondere so konfiguriert, dass der Winkel θ, der zwischen einer Krümmungs- bzw. Profillinie C (siehe 7) der Druckfläche 81 und der Strömungsrichtung des Gases (das heißt die Axialrichtung der Düse 64) gebildet ist, allmählich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite zunimmt. Der Winkel θ, der zwischen der Profil- bzw. Krümmungslinie C und der Strömungsrichtung des Fluids gebildet ist, kann in einem Bereich von 20° bis 30° in einem stromabwärtigen Bereich des Außenendabschnitts 85 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d sein. Aufgrund der gekrümmten Fläche 91 der Druckfläche 81 des Außenendabschnitts 85, die gemäß obiger Beschreibung konfiguriert ist, wird das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 68a strömende Gas in eine in einer Verwirbelungsrichtung verwirbelte Wirbelströmung D umgewandelt.
  • Andererseits ist ein stromabwärtiger Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d durch die Ausschnitte 90a bis 90d als gekrümmte Flächen 92a bis 92d definiert, die sich entgegengesetzt zu einer Verwirbelungsrichtung zu der Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 krümmen. Der stromabwärtige Bereich des Fußabschnitts 86 ist also in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Außenendabschnitt 85 gekrümmt. Die gekrümmten Flächen 92a bis 92d der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86, die gemäß obiger Beschreibung konfiguriert sind, bilden Gasströmungen E, F in dem radial inneren Bereich.
  • Die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d kann an der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung und an der stromaufwärtigen Seite in der Verwirbelungsrichtung im Vergleich zu der Hinterkante des Außenendabschnitts 85 angeordnet sein.
  • Außerdem kommunizieren zumindest in einem Bereich in der Axialrichtung, in dem die Verwirbelungsflügel 72a bis 72d vorgesehen sind, der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b des axialen Strömungswegs 68 miteinander, ohne unterteilt zu sein. Der Bereich in der Axialrichtung bezieht sich auf den Bereich entlang der Achse O der Düse 64.
  • Gemäß der Darstellung in der oben beschriebenen 5 ist also eine Vielzahl von axialen Strömungswegen 68 in einer radialen Weise radial außerhalb der Düse 64 zentriert auf die Achse O ausgebildet, und zwischen benachbarten Verwirbelungsflügeln 72 (72a bis 72d) von dem Außenende der Düse 64 betrachtet. In jedem der axialen Strömungswege 68 sind der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b in Verbindung, sodass ein einzelner Raum in der Radialrichtung der Düse 64 gebildet ist. Der axiale Strömungsweg 68 kann keinen Abschnitt zwischen dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a und dem radial inneren Strömungswegbereich 68b besitzen, wo der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b miteinander kommunizieren (gemäß der Darstellungen in den Zeichnungen), oder er kann einen weiteren Abschnitt (nicht gezeigt) zwischen dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a und dem radial inneren Strömungswegbereich 68b aufweisen, wo der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b partiell miteinander kommunizieren.
  • Bei der obigen Konfiguration wird an dem Außenendabschnitt 85 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 68a des axialen Strömungswegs 68 strömende Gas verwirbelt, wodurch eine Vormischung des Gases und des zu dem axialen Strömungsweg 68 zugeführten Brennstoffs durch die Wirbelströmung D, welche durch den Außenendabschnitt 85 gebildet wird, gefördert wird. Andererseits sind die Ausschnitte 90a bis 90d an der stromabwärtigen Seite der Fußabschnitte 86 der Verwirbelungsflügel 72a bis 72d ausgebildet und die Ausschnitte 90a bis 90d bilden die gekrümmten Flächen 92a bis 92d, die sich einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung zu der Hinterkante 93 der Fußabschnitte 86 in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche 81 der Fußabschnitte 86 krümmen. Somit wird in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b des axialen Strömungswegs 68 das Gas zu den gekrümmten Flächen 92a bis 92d durch den Coandaeffekt angezogen und in eine Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung ausgerichtet. Infolgedessen schwächt sich die Verwirbelungskomponente, die auf das Gas in dem stromaufwärtigen Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86 aufgebracht wird, in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86 ab, was zu einer Erhöhung der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b führt und die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft verbessert. Das Gas strömt ferner entlang den gekrümmten Flächen 92a bis 92d in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86, wodurch das Auftreten einer Turbulenz aufgrund der Ablösung der Strömung an der stromabwärtigen Seite der Ausschnitte 90a bis 90d vermindert bzw. verhindert werden kann und ein Instabilwerden der axialen Strömungsgeschwindigkeit aufgrund einer negativen Fluktuationskomponente, die durch eine solche Turbulenz hervorgerufen wird, verhindert wird. Somit kann eine Fluktuation in der axialen Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b verhindert bzw. vermindert und die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft effektiv verbessert werden.
  • Ferner kommunizieren zumindest in einem Bereich in der Axialrichtung, in dem die Verwirbelungsflügel 72a bis 72d vorgesehen sind, der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b des axialen Strömungswegs 68 des Brenners 60 miteinander, ohne unterteilt zu sein. Auf diese Weise wird das Vermischen des Gases, das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 68a strömt, und des Gases, das durch den radial inneren Strömungswegbereich 68b strömt, gefördert. Somit wird die Konzentrationsverteilung des Brennstoffs, der dem axialen Strömungsweg 68 zugeführt wird, in der radialen Richtung des Brenners 60 vergleichmäßigt.
  • Nun wird mit Bezug auf 9 die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft des Brenners der vorliegenden Erfindung mit dem des Vergleichsbeispiels verglichen. Die 9 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit und einer radialen Distanz an einem Auslass eines Erweiterungsrohrs der Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels zeigt. In der Zeichnung umfasst der Brenner der Ausführungsform die Düse 64 und das Verwirbelungselement 70a, das in 6 und 7 gezeigt ist, und der Brenner des Vergleichsbeispiels umfasst die Düse 120 und das Verwirbelungselement 102, das in 8 gezeigt ist, und die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit ist für beide Fälle gezeigt.
  • Bei dem in 8 gezeigten Vergleichsbeispiel umfasst das Verwirbelungselement 102 eine Vielzahl von Verwirbelungsflügeln 104, die in einer radialen Weise um die Düse 120 herum angeordnet sind. Jeder Verwirbelungsflügel 104 umfasst einen Außenendabschnitt 116 an der radial äußeren Seite und einen Fußabschnitt 118 an der radial inneren Seite. Ferner umfasst der Verwirbelungsflügel 104 eine Druckfläche 106, eine Saugfläche 108, eine Vorderkante 110 und eine Hinterkante 112. Bei der obigen Konfiguration (z.B. der Anzahl und Anordnung der Verwirbelungsflügel), ist das Vergleichsbeispiel im Wesentlichen gleich der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform. Ferner umfasst der Verwirbelungsflügel 104 einen Ausschnitt 115 mit einer von der der vorliegenden Ausführungsform unterschiedlichen Konfiguration. Der Ausschnitt 115 ist an einem stromabwärtigen Bereich des Fußabschnitts 118 des Verwirbelungsflügels 104 ausgebildet, und der Ausschnitt 115 definiert die Hinterkante 114 des Fußabschnitts 118 in einer planaren Form orthogonal zu der Achse O der Düse 120. Die Hinterkante 114 des Fußabschnitts 118 ist also durch eine Endfläche orthogonal zu der Achse O der Düse 120 zwischen der Druckfläche 106 und der Saugfläche 108 des Fußabschnitts 118 ausgebildet.
  • Gemäß obiger Beschreibung und gemäß den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder tritt ein Flammenrückschlag, der in einem Brenner auftreten kann (insbesondere ein Wirbelkern-Flammenrückschlag bzw. „vortex-core flashback“) mit Wahrscheinlichkeit auf, wenn die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit des Brenners in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b extrem abnimmt. Somit wird sowohl für den Brenner gemäß der vorliegenden Ausführungsform als auch den Brenner gemäß dem Vergleichsbeispiel nummerische Strömungsmechanik (CFD-Simulation) verwendet, um die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit bezüglich der radialen Distanz der Düsen 64, 120 zu berechnen. Die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit ist hier die axiale Strömungsgeschwindigkeit an dem Auslass des Erweiterungsrohrs an der stromabwärtigen Seite der Düsen 64, 120, gemittelt über einer vorbestimmten Zeitspanne.
  • Im Ergebnis nimmt bei dem Brenner des Vergleichsbeispiels die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich erheblicher ab als in dem radial äußeren Strömungswegbereich, und die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit an der Mittelachse O' des Strömungswegs nimmt in der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (punktierte Linie in 9) an dem Auslass der Erweiterungsrohrs ab. Der Grund hierfür ist der, dass die Hinterkante 114 des Fußabschnitts 118 des Verwirbelungsflügels 104 bei dem Vergleichsbeispiel durch ein Endfläche gebildet ist, die die Achse O der Düse 120 orthogonal schneidet, sodass sich das Gas, das entlang dem stromaufwärtigen Bereich des Fußabschnitts 118 geströmt ist, von dem Fußabschnitt 118 an der Hinterkante 114 ablöst, und eine Turbulenz an der stromabwärtigen Seite des Ausschnitts 115 auftritt.
  • Andererseits ist bei dem Brenner gemäß der vorliegenden Ausführungsform die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b höher als die bei dem Vergleichsbeispiel, sodass eine Abnahme bei der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit an der Mittelachse O' des Strömungswegs in der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (durchgezogene Linie in 9) an dem Auslass 65a des Verlängerungsrohrs verringert bzw. verhindert wird. Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an dem Auslass 65a des Verlängerungsrohrs gleichmäßig im Vergleich zu der bei dem Vergleichsbeispiel. Das liegt daran, dass gemäß obiger Beschreibung das Gas durch den Ausschnitt 90a in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b in eine Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung gerichtet wird, sodass die auf das Gas in dem stromaufwärtigen Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86 aufgebrachte Verwirbelungskomponente sich in dem stromabwärtigen Bereich der Druckfläche 81 des Fußabschnitts 86 abschwächt, was zu einer Erhöhung der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b führt.
  • Gemäß obiger Beschreibung ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Schwankung in der axialen Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b zu verringern bzw. zu verhindern und die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft zu verbessern.
  • Zusätzlich zu der grundlegenden Konfiguration des Brenners gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach obiger Beschreibung kann der Brenner der vorliegenden Ausführungsform irgendeine der folgenden Konfigurationen aufweisen. Ferner ist selbstverständlich, dass zwei oder mehr der in unterschiedlichen Zeichnungen gezeigten Konfigurationen bei einer Ausführungsform kombiniert werden können.
  • Die 6 ist eine Seitenansicht der Düse 64 und des Verwirbelungselements 70a gemäß einer Ausführungsform. Die 7 ist eine Draufsicht eines Konfigurationsbeispiels des Verwirbelungselements 70a.
  • Gemäß der Darstellung in den 6 und 7 besitzt bei jedem Verwirbelungsflügel 72a das Flügel- oder Strömungsprofil (eine Querschnittform entlang einer Ebene orthogonal zu der Radialrichtung der Düse 64; dasselbe gilt im Folgenden) des Fußabschnitts 86 dasselbe Flügel- oder Strömungsprofil wie das des Außenendabschnitts 85 in dem stromaufwärtigen Bereich, während er eine solche Form besitzt, dass ein dem Ausschnitt 90a entsprechender Abschnitt aus dem Strömungsprofil an dem Außenendabschnitt 85 in dem stromabwärtigen Bereich ausgeschnitten ist. Diese Konfiguration kann in geeigneter Weise bei einem zweidimensionalen Strömungsprofil verwendet werden.
  • Auf diese Weise wird ein Schaufelelement mit einem im Wesentlichen konstanten Strömungsprofil über der gesamten Länge der Schaufelhöhe des Verwirbelungsflügels 72a gebildet, wobei der Ausschnitt 90a in dem stromabwärtigen Bereich des Fußabschnitts 86 des Schaufelelements angeordnet ist. Infolgedessen kann der Verwirbelungsflügel 72a mit einer gekrümmten Fläche gebildet werden, die sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung an dem Fußabschnitt 86 krümmt.
  • Gemäß der Darstellung in 7 kann die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72a an derselben Position wie die Vorderkante 83 des Fußabschnitts 86 angeordnet sein, in der Umfangsrichtung der Düse 64. Anders gesagt ist die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 auf einer geraden Linie L1 angeordnet, die sich entlang der Achse O der Düse 64 erstreckt und durch die Vorderkante 83 des Verwirbelungsflügels 72a verläuft.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform kehrt die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72a zu derselben Position zurück wie die der Vorderkante 83 in der Umfangsrichtung aufgrund der Krümmung, die sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung krümmt bzw. erstreckt. Somit kann im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72a zu der stromabwärtigen Seite in der Verwirbelungsrichtung von der Vorderkante 83 versetzt ist, die Verwirbelungskomponente der Strömung in dem radial inneren Strömungswegbereich 86b ausreichend abgeschwächt werden, um die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit sicher zu erhöhen.
  • Ferner kann das Strömungsprofil des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72a eine Form haben, die liniensymmetrisch bezüglich der geraden Linie L1 ist, die durch die Hinterkante 93 verläuft und parallel zu der axialen Richtung ist, zumindest an der Seite der Hinterkante 93. Beispielsweise kann das Strömungsprofil des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72a eine Ellipsenform, eine Tränentropenform, eine ovale Form oder dergleichen haben. Außerdem kann bei der obigen Konfiguration das Strömungsprofil des Fußabschnitts 86 eine achsensymmetrische Form bezüglich einer geraden Linie haben, die orthogonal zu der Axialrichtung an den Seiten der Vorderkante 83 und der Hinterkante 93 ist (z.B. eine Ellipsenform oder eine ovale Form).
  • Auf diese Weise kann die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b erhöht und die Querschnittform des Fußabschnitts 86 vereinfacht werden. In diesem Fall kann die Herstellbarkeit des Verwirbelungsflügels 72a verbessert sein.
  • 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Verwirbelungselements gemäß einer Ausführungsform. Gemäß der Darstellung in 10 besitzt bei einer Ausführungsform die Druckfläche 81 des Außenendabschnitt 85 des Verwirbelungsflügels 72a die gekrümmte Fläche 91, die sich in der Verwirbelungsrichtung zu der Hinterkante 84 krümmt, und die Druckfläche 81 des Verwirbelungsflügels 72a besitzt einen abgestuften Abschnitt bzw. Stufenabschnitt 95 zwischen der gekrümmten Fläche 91 des Außenendabschnitts 85 und der gekrümmten Fläche 92a des Fußabschnitts 86.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform wird an dem Stufenabschnitt 95, der an der Druckfläche 81, des Verwirbelungsflügels 72a ausgebildet ist, eine Scherschicht zwischen einer Strömung D in der Verwirbelungsrichtung entlang der gekrümmten Fläche 91 des Außenendabschnitts 85 und einer Strömung E entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung entlang der gekrümmten Fläche 92a des Fußabschnitts 86 gebildet. Ein Wirbel wird an der Scherschicht erzeugt und das Vermischen des Gases, das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 86a strömt, und des Gases, das durch den radial inneren Strömungswegbereich 68b strömt, wird gefördert. Auf diese Weise kann in einem Fall, wo Brennstoff an der stromaufwärtigen Seite des Verwirbelungsflügels 72a zugeführt wird, die Verteilung der Brennstoffkonzentration in der Radialrichtung des Brenners 60 noch gleichmäßiger gemacht werden.
  • 11 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform. 12 ist eine Draufsicht auf ein Konfigurationsbeispiel eines in 11 gezeigten Verwirbelungsflügels. 13 ist eine Draufsicht eines weiteren Konfigurationsbeispiels eines in 11 gezeigten Verwirbelungsflügels.
  • Gemäß der Darstellung in 11 kann in dem Verwirbelungselement 70b eine weiteren Ausführungsform die gekrümmte Fläche 92b des Fußabschnitts 86 so konfiguriert sein, dass sie Gas, das durch den radial inneren Strömungswegbereich 68b des axialen Strömungswegs in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung strömt, verwirbelt. Auf diese Weise wirbelt das Gas in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung des radial äußeren Strömungswegbereichs 68a, wodurch die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b noch effektiver abgeschwächt werden kann.
  • Gemäß der Darstellung in 11 und 12 kann bei einer weiteren Ausführungsform die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72b gegenüber bzw. entgegengesetzt der Hinterkante 84 des Außenendabschnitts 85 über einer geraden Linie L2 angeordnet sein, welche durch die Vorderkante 83 verläuft und sich parallel zu der Axialrichtung erstreckt, in der Umfangsrichtung der Düse 64. Auf diese Weise ist die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 an der stromaufwärtigen Seite der Vorderkante 83 in der Verwirbelungsrichtung positioniert, wodurch die Strömung in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b (siehe 5) sicher in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung orientiert werden und die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b noch effektiver verringert werden kann. Infolgedessen kann die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b sicher erhöht werden.
  • Gemäß der Darstellung in den 11 und 13 kann bei einer weiteren Ausführungsform die Halbierende L5 eines Winkels α, der durch eine Tangente L3 der Saugfläche 82, welche durch die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72b verläuft, und eine Tangente L4 der Druckfläche 81, welche durch die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 verläuft, schräg zu der Axialrichtung in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung an der stromabwärtigen Seite der Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 sein.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform strömt das Gas, während das Gas in der Verwirbelungsrichtung in dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a wirbelt (siehe 5), in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b (siehe 5). Auf diese Weise kann die Verwirbelungskomponente in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b noch effektiver abgeschwächt werden.
  • Die 14 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß der Darstellung in 14 ist bei einer weiteren Ausführungsform der Außenendabschnitt 85 des Verwirbelungsflügels 72c in Radialrichtung an der Außenseite eines Ausschnittraums angeordnet, welcher durch den Ausschnitt 90c in dem stromabwärtigen Bereich des Außenendabschnitts 85 ausgebildet ist, sodass er eine Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 besitzt, die dem Ausschnittraum zugewandt ist. Die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 besitzt eine solche Form, dass eine Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt. Insbesondere ist bezüglich der Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der radialen Richtung, d.h. einer Distanz zwischen der Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 und der Außenumfangsfläche der Düse 64, die Distanz H2 an der stromabwärtigen Seite (z.B. an der Position der Hinterkante 84 des Außenendabschnitts 85 in der Axialrichtung) größer als die Distanz H1 an der stromaufwärtigen Seite des Ausschnitts 90c (z.B. an der Position der Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 in der Axialrichtung). Ferner kann die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 so ausgebildet sein, dass sie von der Distanz H1 an der stromaufwärtigen Seite zu der Distanz H2 an der stromabwärtigen Seite allmählich zunimmt. Alternativ kann die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 eine flache Fläche sein, die sich linear und schräg zu der Axialrichtung so erstreckt, dass die Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt. Ferner kann von der Distanz H1 an der stromaufwärtigen Seite zu der Distanz H2 an der stromabwärtigen Seite die Distanz von 3 bis 20% der Höhe H des Verwirbelungsflügels 72c in der Radialrichtung sein. Beispielsweise beträgt die Distanz H1 an der stromaufwärtigen Seite, welche eine untere Grenze ist, 3% oder mehr, und die Distanz H2 an der stromabwärtigen Seite, welche eine obere Grenze ist, 20% oder weniger.
  • Gemäß der obigen Ausführungsform kann eine große Breite bzw. Weite sichergestellt sein, wo die Strömung, welche hauptsächlich die Verwirbelungsströmung in dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a enthält, und die Strömung, welche hauptsächlich die axiale Strömung enthält, die durch den Ausschnitt 90c in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b passiert, miteinander vermischt werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs 68 gleichmäßig gemacht werden kann. Je gleichmäßiger die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der Flammenhalteposition ist, desto näher kommt die Form der Flammenoberfläche zu einer flachen Form, und desto kleiner ist ein baroklines Moment, das bewirkt, dass die Flammenoberfläche zu der stromaufwärtigen Seite hin zurückströmt. Somit kann dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs 68 gleichmäßig ist, die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b effektiv verbessert werden.
  • In dem Verwirbelungselement 70c bei einer weiteren Ausführungsform, die in 14 gezeigt ist, umfasst die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 des Verwirbelungsflügels 72c eine gekrümmte Fläche 92c. Die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 kann die gekrümmte Fläche 92c aber auch nicht aufweisen. Der Verwirbelungsflügel 72c ist also so konfiguriert, dass die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 eine solche Forme besitzt, das eine Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der radialen Richtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt, und die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 eine flache Form besitzt, ähnlich zu der Hinterkante 114 des Vergleichsbeispiels. Der Verwirbelungsflügel 72c umfasst insbesondere den Außenendabschnitt 85 zum Verwirbeln von Gas, das durch den radial äußeren Strömungswegbereich 68a des axialen Strömungswegs 68 strömt, in der Verwirbelungsrichtung, und den Fußabschnitt 86, der an der Innenseite in der Radialrichtung der Düse 64 von dem Außenendabschnitt 85 betrachtet angeordnet ist und den Ausschnitt 90c an der Seite der Hinterkante besitzt. Ferner kommunizieren zumindest in einem Bereich in der Axialrichtung, in dem der Verwirbelungsflügel 72c vorgesehen ist, der radial äußere Strömungswegbereich 68a und der radial innere Strömungswegbereich 68b des axialen Strömungswegs 68 miteinander, ohne unterteilt zu sein. Außerdem umfasst der Außenendabschnitt 85 in dem stromabwärtigen Bereich des Außenendabschnitts 85 eine Ausschnittraum-Bildungsfläche 96, die an der Außenseite in der Radialrichtung eines Ausschnittraums angeordnet ist, der durch den Ausschnitt 90c gebildet ist, sodass sie dem Ausschnittraum zugewandt ist, wobei die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 eine solche Form besitzt, dass die Breite bzw. Weite in der Radialrichtung des Ausschnittraums zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  • Nun wird mit Bezug auf 15 die Flammenrückschlagswiderstandseigenschaft des Brenners der vorliegenden Ausführungsform mit der des Vergleichsbeispiels verglichen. 15 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit und einer radialen Distanz an einem Auslass eines Erweiterungsrohrs der Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels zeigt. In der Zeichnung fasst der Brenner gemäß der Ausführungsform die Düse 64 und das Verwirbelungselement 70c gemäß der Darstellung in 14, und der Brenner bei dem Vergleichsbeispiel umfasst die Düse und das Verwirbelungselement gemäß der Darstellung in 8, und die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit ist für beide Fälle dargestellt.
  • In 14 umfasst die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 eine gekrümmte Fläche 92c. Bei der folgenden Analyse wird jedoch ein Verwirbelungsflügel verwendet, bei dem die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 die gekrümmte Fläche 92c nicht besitzt. Bei dem Brenner der vorliegenden Ausführungsform besitzt die Ausschnittraum-Bildungsfläche 96 also eine solche Form, dass eine Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt, und die Hinterkante 93 des Fußabschnitts 86 in einer flachen Form ähnlich zu der des Vergleichsbeispiels ausgebildet ist.
  • Sowohl bei dem Brenner gemäß der vorliegenden Ausführungsform als auch bei dem Brenner gemäß dem Vergleichsbeispiel wird nummerische Strömungsmechanik (CFD-Simulation) verwendet, um die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit bezüglich der radialen Distanz der Düsen 64, 120 zu berechnen.
  • Im Ergebnis nimmt bei dem Brenner gemäß dem Vergleichsbeispiel die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich beträchtlicher ab als in dem radial äußeren Strömungswegbereich, und die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit an der Mittelachse O' des Strömungswegs nimmt bei der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (gepunktete Linie in 15) an dem Auslass des Erweiterungsrohrs ab.
  • Andererseits ist bei dem Brenner gemäß der vorliegenden Ausführungsform die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b höher als die bei dem Vergleichsbeispiel, sodass eine Abnahme der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit an der Mittelachse O' des Strömungswegs in der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeitsverteilung (durchgezogene Linie in 15) an dem Auslass 65a des Erweiterungsrohrs verringert bzw. verhindert wird. Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die mittlere axiale Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an dem Auslass 65a des Erweiterungsrohrs gleichmäßig im Vergleich zu der bei dem Vergleichsbeispiel. Gemäß der obigen Beschreibung kann eine große Breite bzw. Weite sichergestellt sein, wo die Strömung, die hauptsächlich die Verwirbelungsströmung in dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a enthält, und die Strömung, die hauptsächlich die axiale Strömung enthält, die durch den Ausschnitt 90c in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b passiert, miteinander vermischt werden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs 68 gleichmäßig gemacht wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung an der stromabwärtigen Seite des axialen Strömungswegs 68 gleichmäßig ist, die Flammenrückschlagwiderstandseigenschaft in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b effektiv verbessert werden.
  • Die 16 ist eine Seitenansicht einer Düse und eines Verwirbelungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform. Gemäß der Darstellung in 16 ist die Vorderkante 83' des Verwirbelungsflügels 72d schräg zu der Radialrichtung und ist zu der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung zu der Außenseite in der Radialrichtung der Düse 64 orientiert, zumindest an der Seite des Außenendabschnitts 85. Die Vorderkante 83' kann schräg über dem gesamten Bereich der Vorderkante 83' des Verwirbelungsflügels 72d in der Radialrichtung der Düse 64 sein. Alternativ kann die Vorderkante 83' schräg in zumindest einem Teilbereich der Vorderkante 83' in der Radialrichtung der Düse 64 sein, insbesondere an der radial äußeren Seite (ein Teil entsprechend dem radial äußeren Strömungswegbereich 68a) in der Radialrichtung der Düse 64.
  • Auf diese Weise kommt die Strömung des Gases näher zu dem radial inneren Strömungswegbereich 68b (siehe 5) entlang dem Druckgradienten in der Radialrichtung der Schaufelfläche des Verwirbelungsflügels 72d, sodass die Strömungsrate in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b relativ ansteigt. Infolgedessen nimmt die mittlere axial Strömungsgeschwindigkeit in dem radial inneren Strömungswegbereich 68b zu.
  • Bei dem Verwirbelungselement 70d einer weiteren Ausführungsform gemäß der Darstellung in 16 umfasst der Verwirbelungsflügel 72d einen Ausschnitt 90d, der an der stromabwärtigen Seite des Fußabschnitts 86 ausgebildet ist. Der Ausschnitt 90d kann aber auch nicht ausgebildet sein. Ferner kann gemäß der obigen Beschreibung mit Bezug auf die Ausführungsform von 14 der Verwirbelungsflügel 72d bei der weiteren Ausführungsform, die in 16 gezeigt ist, einen Ausschnitt mit einer solchen Ausschnittraum-Bildungsfläche haben, dass die Breite bzw. Weite des Ausschnittraums in der Radialrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden im Detail zuvor beschrieben, wobei die Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist, sondern unterschiedliche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
  • Beispielsweise ist bei der obigen Ausführungsform ein (Verbrennungs-) Brenner vom Vormisch-Verbrennungstyp als Beispiel beschrieben. Der Brenner eines Vormisch-Verbrennungstyps kann einen lokalen Anstieg bei der Verbrennungstemperatur verringern und er ist somit wirksam bei der Begrenzung der Bildung von NOx. Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann aber auch auf den (Verbrennungs-) Brenner eines Diffusions-Verbrennungstyps angewandt werden. In diesem Fall ist auch eine Ausführungsform umfasst, bei der die Verwirbelungsflügel die Brennstoff-Einspritzlöcher nicht aufweisen und es nahezu keinen Brennstoff in dem axialen Strömungsweg gibt.
  • Während ein zwei-dimensionales Strömungsprofil bei der obigen Ausführungsform gezeigt ist, kann die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch auf ein drei-dimensionales Strömungsprofil angewandt werden.
  • Beispielsweise sollen Ausdrücke einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so ausgelegt werden, dass diese nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinn bezeichnen, sondern auch einen Zustand umfassen, wo die Anordnung relativ um eine gewissen Toleranzbereich versetzt bzw. erweitert ist, oder um einen Winkel oder eine Distanz, wodurch immer noch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
  • Beispielsweise soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „derselbe“, „gleich“ und „gleichmäßig“ nicht so ausgelegt werden, dass dieser nur den Zustand angibt, bei dem das Merkmal genau gleich ist, sondern soll auch einen Zustand umfassen, bei dem ein Toleranzbereich oder eine Differenz vorhanden ist, der aber immer noch dieselbe Funktion erfüllen kann.
  • Ferner soll beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht so ausgelegt werden, dass nur die geometrisch genaue Form gemeint ist, sondern soll vielmehr auch eine Form mit Ungleichmäßigkeiten oder abgeschrägten bzw. angefasten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem dieselbe Wirkung erzielt werden kann, umfassen.
  • Andererseits soll ein Ausdruck wie „umfassen“, „enthaltend“, „haben“, „besitzen“ und „bestehend aus“ weitere Komponenten nicht ausschließen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gasturbine
    2
    Kompressor
    4
    Brennkammer
    6
    Turbine
    8
    Rotor
    10
    Kompressorgehäuse
    22
    Turbinengehäuse
    28
    Abgasgehäuse
    40
    Brennkammergehäuse
    46
    Brennkammerauskleidung
    46a
    Brennkammerkorb
    46b
    Übergangsstück
    50
    Brenner (Pilotbrenner)
    52
    Brennstoffanschluss
    54
    Düse (Pilotdüse)
    56
    Pilotkegel
    58
    Verwirbelungselement
    60
    Brenner (Vormischbrenner)
    62
    Brennstoffanschluss
    64
    Düse (Hauptdüse)
    65
    Erweiterungsrohr
    65a
    Erweiterungsrohrauslass
    66
    Brennerzylinder
    68
    axialer Strömungsweg
    68a
    radial äußerer Strömungswegbereich
    68b
    radial innerer Strömungswegbereich
    70, 70a bis 70d
    Verwirbelungselement
    72, 72a bis 72d
    Verwirbelungsflügel
    74 bis 77
    Einspritzöffnung
    81
    Druckfläche
    82
    Saugfläche
    83, 83'
    Vorderkante
    84
    Hinterkante
    85
    Außenendabschnitt
    86
    Fußabschnitt
    86a
    radial äußerer Strömungswegbereich
    86b
    radial innerer Strömungswegbereich
    90, 90a bis 90b
    Ausschnitt
    91
    gekrümmte Fläche
    92a bis 92d
    gekrümmte Fläche
    93
    Hinterkante
    95
    Stufenabschnitt
    96
    Ausschnittraum-Bildungsfläche

Claims (14)

  1. Ein Brenner (60), mit: einer Düse (64), und einem Verwirbelungsflügel (72), der in einem axialen Strömungsweg (68) angeordnet ist, der sich entlang einer Axialrichtung der Düse (64) um die Düse (64) herum erstreckt und durch den Gas im Betrieb in der Axialrichtung strömt, wobei der Verwirbelungsflügel (72) aufweist: ein Strömungsprofil, das von einer Vorderkante (83) des Verwirbelungsflügels (72) zu einer Hinterkante (84) des Verwirbelungsflügels (72) in einer Verwirbelungsrichtung in einer Umfangsrichtung der Düse (64) gekrümmt ist, um das durch den Strömungsweg (68) im Betrieb strömende Gas zu verwirbeln, und das eine Druckfläche (81), an der im Betrieb der höhere Druck anliegt, und eine Saugfläche (82), an der im Betrieb der niedrigere Druck anliegt, aufweist, einen in einer Radialrichtung der Düse (64) außen liegenden Außenendabschnitt (85), der eine im Verlauf zu der Hinterkante (84) in der Verwirbelungsrichtung gekrümmte Fläche (91) zum Verwirbeln von Gas, das durch einen radial äußeren Bereich (68a) des axialen Strömungswegs (68) strömt, in der Verwirbelungsrichtung aufweist, und einen in der Radialrichtung der Düse (64) innen liegenden Fußabschnitt (86) in einem radial inneren Bereich (68b) des axialen Strömungswegs (68), wobei der Fußabschnitt (86) einen Ausschnitt (90) an einer Seite seiner Hinterkante (93) besitzt, der angrenzend an die Düse (64) so ausgebildet ist, dass ein stromabwärtiger Bereich der Druckfläche (81) des Fußabschnitts (86) durch den Ausschnitt (90) als eine gekrümmte Fläche (92a-d) definiert ist, die in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung im Verlauf zu der Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) gekrümmt ist, und so, dass die Druckfläche (81) des Verwirbelungsflügels (72) einen Stufenabschnitt (95) zwischen der gekrümmten Fläche (91) des Außenendabschnitts (85) und der gekrümmten Fläche (92a-d) des Fußabschnitts (86) besitzt.
  2. Der Brenner (60) gemäß Anspruch 1, wobei das Strömungsprofil des Verwirbelungsflügels (72) in einem stromaufwärtigen Bereich des Fußabschnitts (86) dieselbe Form besitzt wie der Außenendabschnitt (85).
  3. Der Brenner (60) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) im Vergleich zu der Hinterkante (84) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Außenendabschnitts (85) zu einer stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung der Düse (64) versetzt angeordnet ist.
  4. Der Brenner (60) gemäß Anspruch 3, wobei die Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) in der Umfangsrichtung der Düse (64) an einer Position angeordnet ist, die dieselbe ist wie die der Vorderkante (83) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86).
  5. Der Brenner (60) gemäß einem der Anspruch 1 bis 4, wobei das Strömungsprofil des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) eine achsensymmetrische Form bezüglich einer geraden Linie (L1) besitzt, die parallel zu der Axialrichtung ist und durch die Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) verläuft.
  6. Der Brenner (60) gemäß Anspruch 3, wobei die Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86), bezogen auf eine gerade Linie (L1), die parallel zu der Axialrichtung ist und durch die Vorderkante (83) des Verwirbelungsflügels (72) verläuft, in der Umfangsrichtung der Düse (64) an einer Seite gegenüber der Hinterkante (84) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Außenendabschnitts (85) liegt.
  7. Der Brenner (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die gekrümmte Fläche (92a-d) an dem Fußabschnitt (86) konfiguriert ist, um Gas, das durch den radial inneren Bereich (86b) des axialen Strömungswegs (68) strömt, in einer Richtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung des Außenendabschnitt (85) zu verwirbeln.
  8. Der Brenner (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Halbierende (L5) eines Winkels (α), der durch eine Tangente (L4) der Druckfläche (81) des Strömungsprofils des Verwirbelungsflügels (72) an der Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) und eine Tangente (L3) der Saugfläche (82) des Strömungsprofils des Verwirbelungsflügels (72) an der Hinterkante (93) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Fußabschnitts (86) definiert ist, in der Axialrichtung geneigt und in der Umfangsrichtung entgegengesetzt zu der Verwirbelungsrichtung des Außenendabschnitts (85) verläuft.
  9. Der Brenner (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorderkante (83') des Verwirbelungsflügels (72) zumindest an der Seite des Außenendabschnitts (85) im Verlauf in der Radialrichtung der Düse (64) nach außen zu einer stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung geneigt ist.
  10. Der Brenner (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Außenendabschnitt (85) des Verwirbelungsflügels (72) im Bereich des Stufenabschnitts (95) eine Begrenzungsfläche (96) aufweist, die einen durch den Ausschnitt (90c) gebildeten Raum in einem stromabwärtigen Bereich des Außenendabschnitts (85) an einer radial außen liegenden Seite begrenzt und diesem zugewandt ist, und wobei die Begrenzungsfläche (96) eine solche Form besitzt, dass eine Weite (H) des durch den Ausschnitt (90c) gebildeten Raums in der radialen Richtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  11. Der Brenner (60) gemäß Anspruch 10, wobei die Begrenzungsfläche (96) eine flache Fläche ist, die sich linear und schräg in der Axialrichtung so erstreckt, dass die Weite (H) des durch den Ausschnitt (90c) gebildeten Raums in der radialen Rrichtung zu der stromabwärtigen Seite hin zunimmt.
  12. Ein Brenner (60) mit: einer Düse (64), und einem Verwirbelungsflügel (72), der in einem axialen Strömungsweg (68) angeordnet ist, der sich entlang einer Axialrichtung der Düse (64) und um die Düse (64) herum erstreckt und durch den Gas im Betrieb in der Axialrichtung strömt, wobei der Verwirbelungsflügel (72) ein Strömungsprofil aufweist, das von einer Vorderkante (83) des Verwirbelungsflügels (72) zu einer Hinterkante (84) des Verwirbelungsflügels (72) in einer Verwirbelungsrichtung in einer Umfangsrichtung der Düse (64) gekrümmt ist, um zumindest einen Teil des durch den Strömungsweg (68) im Betrieb strömenden Gases in der Verwirbelungsrichtung zu verwirbeln, und wobei eine Vorderkante (83') des Verwirbelungsflügels (72) zumindest in einem Bereich an der Seite eines in einer Radialrichtung der Düse (64) außen liegenden Außenendabschnitts (85) des Verwirbelungsflügels (72) im Verlauf in der Radialrichtung der Düse (64) nach außen zu einer stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung geneigt ist.
  13. Eine Brennkammer (4) mit: einem Brenner (60) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Brennkammerauskleidung (46) zum Bilden eines Strömungswegs zum Leiten von Verbrennungsgas von dem Brenner (60) .
  14. Eine Gasturbine (1) mit: einem Kompressor (2) zum Erzeugen von komprimierter Luft, einer Brennkammer (4) gemäß Anspruch 13, die konfiguriert ist, um Brennstoff mit der komprimierten Luft von dem Kompressor (2) zum Erzeugen von Verbrennungsgas zu verbrennen, und einer Turbine (6), die konfiguriert ist, um durch das Verbrennungsgas von der Brennkammer (4) angetrieben zu werden.
DE112015004264.4T 2014-09-19 2015-01-23 Brenner, brennkammer und gasturbine Active DE112015004264B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014192017A JP5913503B2 (ja) 2014-09-19 2014-09-19 燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン
JP2014-192017 2014-09-19
PCT/JP2015/051797 WO2016042787A1 (ja) 2014-09-19 2015-01-23 燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE112015004264T5 DE112015004264T5 (de) 2017-06-14
DE112015004264B4 true DE112015004264B4 (de) 2020-01-30

Family

ID=55532839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112015004264.4T Active DE112015004264B4 (de) 2014-09-19 2015-01-23 Brenner, brennkammer und gasturbine

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10240791B2 (de)
JP (1) JP5913503B2 (de)
KR (1) KR101781722B1 (de)
CN (1) CN105612388B (de)
DE (1) DE112015004264B4 (de)
WO (1) WO2016042787A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6430756B2 (ja) * 2014-09-19 2018-11-28 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン
US9939155B2 (en) * 2015-01-26 2018-04-10 Delavan Inc. Flexible swirlers
US10816208B2 (en) * 2017-01-20 2020-10-27 General Electric Company Fuel injectors and methods of fabricating same
WO2019078921A1 (en) * 2017-10-20 2019-04-25 Siemens Energy, Inc. HYBRID FABRICATION OF SUPPORT HOUSING
KR102065723B1 (ko) * 2018-02-01 2020-01-13 두산중공업 주식회사 가스터빈 연소기의 스월 베인
KR20220088167A (ko) 2020-12-18 2022-06-27 한화에어로스페이스 주식회사 연료 공급 장치
WO2023204846A2 (en) * 2021-11-03 2023-10-26 Power Systems Mfg., Llc Trailing edge fuel injection enhancement for flame holding mitigation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5647200A (en) * 1993-04-08 1997-07-15 Asea Brown Boveri Ag Heat generator
US6141967A (en) * 1998-01-09 2000-11-07 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
JP2007285572A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの予混合燃焼バーナー
US20090139236A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 General Electric Company Premixing device for enhanced flameholding and flash back resistance

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0694218A (ja) 1992-09-10 1994-04-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料噴射弁
US5251447A (en) * 1992-10-01 1993-10-12 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
US5827054A (en) * 1996-01-11 1998-10-27 The Babcock & Wilcox Company Compound burner vane
DE19652899A1 (de) * 1996-12-19 1998-06-25 Asea Brown Boveri Brenneranordnung für eine Gasturbine
US6502399B2 (en) * 1997-09-10 2003-01-07 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Three-dimensional swirler in a gas turbine combustor
JP3676228B2 (ja) * 2000-12-06 2005-07-27 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器およびガスタービン並びにジェットエンジン
JP2002349854A (ja) * 2001-05-30 2002-12-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン燃焼器のパイロットノズルおよび供給路変換器
JP3986348B2 (ja) * 2001-06-29 2007-10-03 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器の燃料供給ノズルおよびガスタービン燃焼器並びにガスタービン
JP2003028425A (ja) 2001-07-17 2003-01-29 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 予混合燃焼器のパイロットバーナー、予混合燃焼器、およびガスタービン
JP2003042453A (ja) 2001-07-26 2003-02-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの予混合ノズルまたは予混合燃焼器
DE10154282A1 (de) * 2001-11-05 2003-05-15 Rolls Royce Deutschland Vorrichtung zur Kraftstoffeinspritzung in den Strömungs-Nachlauf von Drallschaufeln
JP2005321157A (ja) * 2004-05-10 2005-11-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃焼器ノズル構造
US6993916B2 (en) 2004-06-08 2006-02-07 General Electric Company Burner tube and method for mixing air and gas in a gas turbine engine
JP4754987B2 (ja) * 2005-02-22 2011-08-24 三菱重工業株式会社 減衰装置、燃焼器及びガスタービン
JP4486549B2 (ja) * 2005-06-06 2010-06-23 三菱重工業株式会社 ガスタービンの燃焼器
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
US7540153B2 (en) * 2006-02-27 2009-06-02 Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Combustor
GB2437977A (en) * 2006-05-12 2007-11-14 Siemens Ag A swirler for use in a burner of a gas turbine engine
EP2116768B1 (de) * 2008-05-09 2016-07-27 Alstom Technology Ltd Brenner
US20100058767A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 General Electric Company Swirl angle of secondary fuel nozzle for turbomachine combustor
EP2169304A1 (de) * 2008-09-25 2010-03-31 Siemens Aktiengesellschaft Wirbelblech
US9513009B2 (en) * 2009-02-18 2016-12-06 Rolls-Royce Plc Fuel nozzle having aerodynamically shaped helical turning vanes
EP2233836B1 (de) * 2009-03-23 2015-07-29 Siemens Aktiengesellschaft Drallerzeuger, Verfahren zum Vermeiden von Flammenrückschlag in einem Brenner mit wenigstens einem Drallerzeuger und Brenner
JP5501650B2 (ja) 2009-04-17 2014-05-28 三菱重工業株式会社 ガスタービンの燃焼バーナ
IT1403221B1 (it) * 2010-12-30 2013-10-17 Nuovo Pignone Spa Premixer di combustione vorticante con bordo d'ingresso scolpito e metodo
US8579211B2 (en) * 2011-01-06 2013-11-12 General Electric Company System and method for enhancing flow in a nozzle
JP5631223B2 (ja) 2011-01-14 2014-11-26 三菱重工業株式会社 燃料ノズル、これを備えたガスタービン燃焼器およびこれを備えたガスタービン
DE102011006241A1 (de) * 2011-03-28 2012-10-04 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Vorrichtung zum Mischen von Treibstoff und Luft eines Strahltriebwerks
JP5611450B2 (ja) 2011-03-30 2014-10-22 三菱重工業株式会社 ノズル及びガスタービン燃焼器、ガスタービン
US20120312890A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 General Electric Company Fuel Nozzle with Swirling Vanes
US9303872B2 (en) * 2011-09-15 2016-04-05 General Electric Company Fuel injector
DE102011083778A1 (de) * 2011-09-29 2013-04-04 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Schaufel einer Rotor- oder Statorreihe für den Einsatz in einer Strömungsmaschine
JP5922450B2 (ja) 2012-03-15 2016-05-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 パイロット燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービン
US20130255261A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 General Electric Company Swirler for combustion chambers
RU2570989C2 (ru) * 2012-07-10 2015-12-20 Альстом Текнолоджи Лтд Осевой завихритель для камеры сгорания газовой турбины
JP2014101856A (ja) 2012-11-22 2014-06-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービン
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
JP6452298B2 (ja) 2014-03-25 2019-01-16 三菱日立パワーシステムズ株式会社 噴射ノズル、ガスタービン燃焼器及びガスタービン
JP6177187B2 (ja) 2014-04-30 2017-08-09 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器、ガスタービン、制御装置及び制御方法
JP6430756B2 (ja) * 2014-09-19 2018-11-28 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼バーナ及び燃焼器、並びにガスタービン
US9939155B2 (en) * 2015-01-26 2018-04-10 Delavan Inc. Flexible swirlers
US10352567B2 (en) * 2015-10-09 2019-07-16 General Electric Company Fuel-air premixer for a gas turbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5647200A (en) * 1993-04-08 1997-07-15 Asea Brown Boveri Ag Heat generator
US6141967A (en) * 1998-01-09 2000-11-07 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor
JP2007285572A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの予混合燃焼バーナー
US20090139236A1 (en) * 2007-11-29 2009-06-04 General Electric Company Premixing device for enhanced flameholding and flash back resistance

Also Published As

Publication number Publication date
KR101781722B1 (ko) 2017-09-25
JP2016061530A (ja) 2016-04-25
DE112015004264T5 (de) 2017-06-14
US20160298845A1 (en) 2016-10-13
US10240791B2 (en) 2019-03-26
CN105612388A (zh) 2016-05-25
WO2016042787A1 (ja) 2016-03-24
JP5913503B2 (ja) 2016-04-27
CN105612388B (zh) 2017-09-15
KR20160045636A (ko) 2016-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015004264B4 (de) Brenner, brennkammer und gasturbine
DE112006000427C5 (de) Brenner zum Verbrennen eines Vorgemischs für eine Gasturbine
DE102007004394B4 (de) Brenner zum Verbrennen eines Vorgemischs für eine Gasturbine
DE102011000198B4 (de) System zur Kühlung von Turbinenschaufeln
DE102007004864B4 (de) Brennkammer einer Gasturbine und Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine
DE102010036488B4 (de) Gasturbinenbrenner
EP2010757B1 (de) Turbinenschaufel
EP2156095B1 (de) Drallfreie stabilisierung der flamme eines vormischbrenners
DE102011054174B4 (de) Turbomaschine mit einem Mischrohrelement mit einem Wirbelgenerator
DE112015004249B4 (de) Brenner, brennkammer und gasturbine
CH698400B1 (de) Brennstoffdüse.
DE112015003538B4 (de) Turbinenschaufel und Gasturbine
CH702575B1 (de) Kraftstoffdüse und Gasturbinenmotor.
DE112017001173B4 (de) Brenneranordnung, brennkammer und gasturbine
DE112015001352T5 (de) Düse, Brenner, Brennkammer, Gasturbine und Gasturbinensystem
DE102011055109A1 (de) Anlage zum Lenken des Luftstroms in einer Kraftstoffdüsenanordnung
CH709032A2 (de) Gasturbine mit Leitapparat, der eine Strömungsstörungsfläche aufweist.
DE112021000904T5 (de) Brenneranordnung, gasturbinen-brennkammer und gasturbine
DE112014000652B4 (de) Brennkammer und Gasturbine
EP1847682A1 (de) Verfahren zum Zuführen eines Fluides in den die Turbine durchströmenden Hauptgasstrom und dementsprechende Turbinenschaufel
CH703653A2 (de) Venturiverengung für die Verwendung in einer Brennkammereinrichtung einer Gasturbine.
DE112017001298T5 (de) Mehrstufenaxialkompressor und Gasturbine
DE112020000262T5 (de) Brenner, damit ausgestattete brennkammer und gasturbine
CH707756A2 (de) Brennstoffdüse zur Beschränkung von NOx-Emissionen für eine Diffusionsbrennkammereinrichtung.
EP2864706B1 (de) Lokale verbesserung der mischung von luft und brennstoff in brennern mit drallerzeugern mit im aussenbereich verschränkten schaufelenden

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final