DE112020001485T5 - Brennkammer und Gasturbine - Google Patents

Abstract

Eine Brennkammer umfasst eine Vielzahl von Brennstoffdüsen (6), die so installiert sind, dass sie sich in einer Richtung einer Düsenachse (An) erstrecken, und von denen jede Brennstoff zu einer Seite in der Richtung der Düsenachse (An) einspritzt, eine Rohrplatte (3) mit einer Vielzahl von Luftlöchern (31), die in der Rohrplatte so ausgebildet sind, dass sie sich in der Richtung der Düsenachse (An) erstrecken, wobei die Luftlöcher (31) jeweils einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als ein Außenendabschnitt (6B) einer entsprechenden von den Brennstoffdüsen (6), und die Außenendabschnitte (6B) der Brennstoffdüsen (6) jeweils in die Luftlöcher (31) eingesetzt sind, und eine Stufenoberfläche (S3), die an einer Position des Außenendabschnitts (6B) näher an der anderen Seite in der Richtung der Düsenachse (An) als eine Außenendoberfläche (S1) des Außenendabschnitts (6B), die der einen Seite in der Richtung der Düsenachse (An) zugewandt ist, ausgebildet ist, so dass sie in einer Radialrichtung bezüglich der Düsenachse (An) von einer Außenumfangsoberfläche des Außenendes (S2) des Außenendabschnitts (6B) erweitert ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer und eine Gasturbine.
• Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-057307 beansprucht, die am 25. März 2019 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
• Technischer Hintergrund
• In Kraftwerken und Chemieanlagen wird zur Verringerung des Ausstoßes von Kohlenstoffverbindungen zunehmend Kohle vergast und als Brennstoff verwendet, oder Gasturbinen werden mit einem Brennstoff betrieben, der einen hohen Anteil an Wasserstoff enthält. Andererseits ist es auch bekannt, dass diese Art von Brennstoff eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit oder -rate besitzt wie die in verwandten technischen Bereichen üblichen Brennstoffe, weshalb eine höhere Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlags besteht. Daher wird eine Brennkammer vorgeschlagen, die Brennstoff und Luft mischt und den Brennstoff über einer kürzeren Strecke verbrennt. Als ein spezifisches Beispiel für eine solche Brennkammer ist die in Patentdokument 1 beschriebene Brennkammer bekannt.
• Die im Patentdokument 1 beschriebene Brennkammer ist eine sogenannte Cluster-Brennkammer. Die Cluster-Brennkammer besitzt eine Vielzahl von Brennstoffdüsen, die Brennstoff einspritzen, und eine Vielzahl von Luftlöchern, die an einer stromabwärtigen Seite von den Brennstoffdüsen angeordnet und koaxial zu diesen Düsen vorgesehen sind. Wenn Brennstoff eingespritzt wird, wird ein Mischgas aus Umgebungsluft und dem Brennstoff einer stromabwärtigen Seite durch die Luftlöcher zugeführt. Durch Zündung des Mischgases werden an einer stromabwärtigen Seite von den Luftlöchern eine Vielzahl kleiner Flammen gebildet. Des Weiteren ist an einer Außenumfangsoberfläche eines Außenendabschnitts der Brennstoffdüse ein Vorsprung zur Störung einer Strömung vorgesehen. Das Mischen von Brennstoff und Luft wird durch Stören einer Strömung gefördert.
• Zitierliste
• Patentdokument
• Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4894295
• Zusammenfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei der in Patentdokument 1 beschriebenen Vorrichtung kann das Mischgas in der Nähe des Außenendabschnitts verbleiben, da der Vorsprung, der die Störung verursacht, an dem Außenendabschnitt der Brennstoffdüse vorgesehen ist. Wenn das Mischgas dort verbleibt und sich eine Flamme an einer stromabwärtigen Seite zu einer stromaufwärtigen Seite ausbreitet oder eine Zündquelle von der stromaufwärtigen Seite ausgeht und aus irgendeinem Grund das Mischgas erreicht, kann eine Flamme in einem unerwarteten Bereich gebildet (gehalten) werden. Die in Patentschrift 1 beschriebene Vorrichtung kann also einen Flammenrückschlag verursachen.
• Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkammer und eine Gasturbine bereitzustellen, die das Mischen von Brennstoff und Luft fördern und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Flammenrückschlags weiter verringern.
• Lösung des Problems
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Brennkammer eine Vielzahl von Brennstoffdüsen, die so installiert sind, dass sie sich in einer Richtung einer Düsenachse erstrecken, und von denen jede konfiguriert ist, um Brennstoff zu einer Seite in der Richtung der Düsenachse einzuspritzen, eine Rohrplatte mit einer Vielzahl von Luftlöchern, die in der Rohrplatte so ausgebildet sind, dass sie sich in der Richtung der Düsenachse erstrecken, wobei die Luftlöcher jeweils einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als ein Außenendabschnitt einer entsprechenden von den Brennstoffdüsen, und die Außenendabschnitte der Brennstoffdüsen jeweils in die Luftlöcher eingesetzt sind, und eine Stufenoberfläche, die an einer Position des Außenendabschnitts der Brennstoffdüse näher an der anderen Seite in der Richtung der Düsenachse als eine Außenumfangsoberfläche des Außenendabschnitts, die der einen Seite in der Richtung der Düsenachse zugewandt ist, ausgebildet ist, so dass sie in einer Radialrichtung der Brennstoffdüse bezüglich der Düsenachse von einer Außenende-Außenumfangsoberfläche, die eine Außenumfangsoberfläche des Außenendes ist, erweitert ist.
• Gemäß der obigen Konfiguration wird der Außenumfangsabschnitt der Brennstoffdüse in das Luftloch eingesetzt und die Stufenoberfläche, die sich in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche (die Außenumfangsoberfläche des Außenendes) des Außenumfangsabschnitts erstreckt, wird an einer Position ausgebildet, die näher an der anderen Seite liegt als die Außenendoberfläche des Außenendabschnitts. Dadurch bildet eine Luftströmung an einer stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche einen zirkulierenden Strömungsbereich und einen turbulenten Strömungsbereich. Die Mischung des Brennstoffs und der Luft kann dadurch gefördert werden, dass die turbulente Strömung ein Außenende der Brennstoffdüse erreicht. Da die Stufenoberfläche an dem Außenendabschnitt gebildet ist, der in das Luftloch eingesetzt ist, in dem die Strömungsgeschwindigkeit der Luft hoch ist, kommt es an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche zu einer starken Luftstörung. Infolgedessen kann das Mischen von Brennstoff und Luft weiter gefördert werden. Da die Stufenoberfläche an einer Position vorgesehen ist, die näher an der anderen Seite liegt als die Außenendoberfläche der Brennstoffdüse, erreicht die durch die Stufenoberfläche verursachte zirkulierende Strömung nicht das Außenende der Brennstoffdüse. Daher wird eine Wahrscheinlichkeit, dass das Mischgas, das den Brennstoff enthält, in der zirkulierenden Strömung erfasst wird, verringert, und ein Flammenrückschlag kann verhindert werden.
• Bei der Brennkammer kann ein Bereich der Außenumfangsoberfläche des Außenendes auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche so ausgebildet sein, dass er sich von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite in der Radialrichtung bezüglich der Düsenachse erstreckt, wenn er von der anderen Seite zu der einen Seite verläuft.
• Gemäß der obigen Konfiguration erstreckt sich der Bereich der Außenumfangsoberfläche des Außenendes auf der einen Seite von der Stufenoberfläche von der äußeren Seite zu der inneren Seite in der Radialrichtung, wenn er von der anderen Seite zu der einen Seite verläuft, um eine Kegelform zu bilden. Dementsprechend wird eine Strömung zu dem Zentrum der Brennstoffdüse (d.h. zu der Düsenachse) entlang dieses Bereichs gebildet. Dadurch wird die Größe der zirkulierenden Strömung, die sich entlang der Außenumfangsoberfläche des Außenendes bildet, verringert, und die Flammenhaltung in der Nähe der Außenumfangsoberfläche des Außenendes kann verhindert werden. Da die von der Stufenoberfläche erzeugte turbulente Strömungskomponente auch zu dem Zentrum der Brennstoffdüse (d.h. zur Düsenachse) strömt, wird die turbulente Strömungskomponente zu einer Grenzfläche zwischen dem Brennstoff und der Luft geleitet. Dadurch kann auch die Vermischung des Brennstoffs und der Luft weiter gefördert werden.
• Wenn bei der Brennkammer eine Abmessung in der Richtung der Düsenachse eines Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche in der Radialrichtung s beträgt, kann die Brennkammer eine erste Bedingung von 5< x/s <20 erfüllen.
• Gemäß der obigen Konfiguration kann die an der stromabwärtigen Seite der Stufenoberfläche gebildete zirkulierende Strömung wieder an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes angebracht werden. Mit anderen Worten kann gemäß der obigen Konfiguration die zirkulierende Strömung stabil an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche gebildet werden.
• Die Brennkammer kann ferner eine Vielzahl von Störvorsprüngen oder Störgraten (engl.: „disturbing chips“) umfassen, die an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes in Abständen in einer Umfangsrichtung bezüglich der Düsenachse so ausgebildet sind, dass sie in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes vorstehen, wobei die Stufenoberflächen an den Störvorsprüngen oder Störgraten ausgebildet sind.
• Gemäß der obigen Konfiguration ist die Vielzahl von Störvorsprüngen oder Störgraten, die in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes vorstehen, in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Dementsprechend tritt durch die Intervalle zwischen den Störvorsprüngen oder Störgraten eine Luftleckströmung auf. Infolgedessen beeinflusst die Leckströmung die an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche gebildete zirkulierende Strömung, und die Größe der zirkulierenden Strömung kann verringert werden. Daher kann eine Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlags, der durch eine zu hohe zirkulierende Strömung verursacht wird, weiter verringert werden.
• Wenn bei der Brennkammer eine Abmessung eines Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes in der Richtung der Düsenachse auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche in der Radialrichtung s beträgt, kann die Brennkammer eine zweite Bedingung von 2< x/s <8 erfüllen.
• Gemäß der obigen Konfiguration kann die an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche gebildete zirkulierende Strömung wieder an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes angebracht werden. Mit anderen Worten kann gemäß der obigen Konfiguration die zirkulierende Strömung stabil an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche gebildet werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine einen Verdichter, der konfiguriert ist, um verdichtete Luft zu erzeugen, die Brennkammer gemäß einem der vorstehenden Aspekte, die konfiguriert ist, um ein Verbrennungsgas durch Mischen von Brennstoff mit der verdichteten Luft und Verbrennung des Brennstoffs zu erzeugen, und eine Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben ist.
• Gemäß der obigen Konfiguration kann eine Gasturbine bereitgestellt werden, die stabiler betrieben werden kann.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Brennkammer und eine Gasturbine bereitgestellt werden, die das Mischen von Brennstoff und Luft fördern und eine Wahrscheinlichkeit, einen Flammenrückschlag zu verursachen, weiter verringern.
• Figurenliste
• 1 ist eine Gesamtansicht, die eine Konfiguration einer Brennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils der Brennkammer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 3 ist ein erläuterndes Schaubild, das eine Strömung eines Fluids um eine Brennstoffdüse gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 4 ist ein Diagramm, das eine Brennstoffdüse gemäß einem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 5 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptteils einer Brennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 6 ist eine Ansicht der Brennkammer aus 5 in einer Richtung einer Düsenachse.
• 7 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Gasturbine gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 8 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils einer Brennkammer gemäß einem Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• (Erste Ausführungsform)
• Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und 7 beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist eine Brennkammer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise eine Vorrichtung, die als ein Element einer Gasturbine verwendet wird. Eine Gasturbine 90 umfasst einen Verdichter 70, der verdichtete Luft erzeugt, die Brennkammer 100, die Verbrennungsgas erzeugt, und eine Turbine 80, die von dem Verbrennungsgas angetrieben wird. Die Brennkammer 100 mischt Brennstoff mit von der Außenseite aufgenommener Luft (verdichtete Luft) und verbrennt den Brennstoff, um ein Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen.
• Wie in 1 dargestellt umfasst die Brennkammer 100 einen Rohrkörper 1, eine Verschlussplatte 2, eine Rohrplatte 3, ein Brennstoffzuführrohr 4, ein Plenum 5 und Brennstoffdüsen 6. Der Rohrkörper 1 hat eine Zylinderform, die um eine Hauptachse Am zentriert ist. Die Rohrplatte 3 hat eine Scheibenform und ist an einer Seite des Rohrkörpers 1 in einer Richtung der Hauptachse Am angebracht. Insbesondere weist die Rohrplatte 3 einen Rohrplattenhauptkörper 3H auf, in dem eine Vielzahl von Luftlöchern 31, die später beschrieben werden, ausgebildet sind, und einen rohrförmigen Einsetzabschnitt 3A, der sich von einem äußeren Umfangsrand des Rohrplattenhauptkörpers 3H in die Richtung der Hauptachse Am erstreckt. Der Einsetzabschnitt 3A ist an einer Innenumfangsoberfläche des Rohrkörpers 1 eingesetzt, wodurch die Rohrplatte 3 an dem Rohrkörper 1 befestigt ist. Ein Endabschnitt des Rohrkörpers 1 auf der anderen Seite in Richtung der Hauptachse Am wird durch die Verschlussplatte 2 verschlossen.
• Das Brennstoffzuführrohr 4, das Plenum 5 und die Brennstoffdüsen 6 sind im Inneren des Rohrkörpers 1 angeordnet. Das Brennstoffzuführrohr 4 durchdringt die Verschlussplatte 2 in der Richtung der Hauptachse Am. Der Brennstoff wird von außen durch das Brennstoffzuführrohr 4 zugeführt. Das Plenum 5 ist an der einen Seite an einem Endabschnitt des Brennstoffzuführrohres 4 angebracht. Die Vielzahl von Brennstoffdüsen 6 sind an einer Endoberfläche des Plenums 5 an der einen Seite vorgesehen. Jede Brennstoffdüse 6 erstreckt sich in einer Düsenachse An parallel zur Hauptachse Am. Die Luftlöcher 31 sind in der Rohrplatte 3 an Positionen ausgebildet, die den Brennstoffdüsen 6 entsprechen. Die Luftlöcher 31 durchdringen die Rohrplatte 3 in einer Richtung der Düsenachse An. Die Brennstoffdüse 6 und das Luftloch 31 sind also koaxial zur Düsenachse An angeordnet. Ein Innendurchmesser jedes der Luftlöcher 31 ist größer als ein Außendurchmesser der entsprechenden von den Brennstoffdüsen 6.
• Als nächstes wird eine Konfiguration der Brennstoffdüse 6 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie in 2 dargestellt weist die Brennstoffdüse 6 einen außerhalb des Luftlochs 31 befindlichen Körperabschnitt 6A und einen in das Luftloch 31 eingesetzten Außenendabschnitt 6B auf. Eine Oberfläche des Außenendabschnitts 6B, die einer Seite in der Richtung der Düsenachse An zugewandt ist, ist eine Außenendoberfläche S1. In der Außenendoberfläche S1 ist ein Einspritzloch H zum Einspritzen des Brennstoffs ausgebildet. Eine Außenumfangsoberfläche des Außenendabschnitts 6B ist eine Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2. Ein Bereich der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2, der der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An am nächsten liegt, ist eine kegelförmige Oberfläche St. Die kegelförmige Oberfläche St erstreckt sich von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite in einer Radialrichtung, während sie von der anderen Seite zu der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An verläuft.
• Ein Rand der kegelförmigen Oberfläche St ist an der anderen Seite mit einer Stufenoberfläche S3 verbunden. Die Stufenoberfläche S3 hat eine Ringform, die sich in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 (der kegelförmigen Oberfläche St) erstreckt. Bei der vorliegenden Ausführungsform erstreckt sich die Stufenoberfläche S3 insbesondere in einer Ebene orthogonal zur Düsenachse An. An dem Außenendabschnitt 6B wird also durch die Stufenoberfläche S3 eine Stufe gebildet. Ein äußerer Rand der Stufenoberfläche S3 in der Radialrichtung ist mit einer Außenumfangsoberfläche einer stromaufwärtigen Seite Su verbunden. Die Außenumfangsfläche der stromaufwärtigen Seite Su hat einen konstanten Durchmesser über ihre gesamte Erstreckungsrichtung und ist mit einer Außenumfangsoberfläche des Körperabschnitts 6A verbunden.
• Wenn ferner, wie in 3 gezeigt, eine Abmessung in der Richtung der Düsenachse An eines Bereichs (d.h. der kegelförmigen Oberfläche St) der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 auf der einen Seite von der Stufenoberfläche S3 x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche S3 in der Radialrichtung (d.h. eine Abmessung der Stufenoberfläche S3 in der Radialrichtung mit dem innersten Rand der kegelförmigen Oberfläche St in der Radialrichtung als Referenz) s beträgt, kann ein Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (1) erfüllen. $$5<\text{x/s}<20$$

  
• Ferner ist es bevorzugt, dass der Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (2) erfüllt. $$8<\text{x/s}<16$$

  
• Ferner ist es äußerst bevorzugt, dass der Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (3) erfüllt. $$8<\text{x/s}<10$$

  
• Nachfolgend wird ein Betrieb der Brennkammer 100 und ein Verhalten eines Fluids um die Brennstoffdüse 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Beim Betrieb der Brennkammer 100 wird, wie in 1 dargestellt ist, zunächst der Brennstoff von der Außenseite durch das Brennstoffzuführrohr 4 in das Plenum 5 hinein zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird Hochdruckluft in das Innere des Rohrkörpers 1 zugeführt. Der Brennstoff wird über das Plenum 5 den Brennstoffdüsen 6 zugeführt. Wie oben beschrieben wird der Außenendabschnitt 6B der Brennstoffdüse 6 in das Luftloch 31 eingesetzt und ein Zwischenraum zwischen der Außenumfangsoberfläche des Außenendabschnitts 6B und einer Innenumfangsoberfläche des Luftlochs 31 gebildet. Wenn also der Brennstoff aus dem Einspritzloch H der Brennstoffdüse 6 eingespritzt wird, strömt die Hochdruckluft aus dem Inneren des Rohrkörpers 1 durch den Zwischenraum in das Luftloch 31 ein. Daher werden der Brennstoff und die Luft im Luftloch 31 gemischt, um ein Mischgas zu erzeugen. Durch Zündung des Mischgases wird an einer stromabwärtigen Seite (der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An) eines jeden Luftlochs 31 eine Flamme gebildet.
• Hierbei bildet, wie in 3 gezeigt ist, eine Luftströmung A um den Außenendabschnitt 6B der Brennstoffdüse 6 eine turbulente Strömung Vo und eine zirkulierende Strömung Vr, nachdem sie die Stufenoberfläche S3 durchströmt hat. Insbesondere wird die Luftströmung A, die entlang der Außenumfangsoberfläche der stromaufwärtigen Seite Su strömt, von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 getrennt, wenn sie die Stufenoberfläche S3 erreicht, und bildet die turbulente Strömung Vo, die einen Wirbel an der stromabwärtigen Seite der Stufenoberfläche S3 enthält. Andererseits verbleibt in einem Bereich entlang der Stufenoberfläche S3 und der kegelförmigen Oberfläche St die verbleibende Komponente der Luftströmung A und bildet die zirkulierende Strömung Vr.
• Die Mischung des Brennstoffs und der Luft kann dadurch gefördert werden, dass die turbulente Strömung Vo ein Außenende (die Außenendoberfläche S1) der Brennstoffdüse 6 erreicht. Da die Stufenoberfläche S3 am Außenendabschnitt 6B, der in das Loch 31 eingesetzt ist, ausgebildet ist, strömt die Luft mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit um die Stufenoberfläche S3. Dadurch wird die Stärke der turbulenten Strömung Vo erhöht, und das Mischen des Brennstoffs und der Luft kann weiter gefördert werden. Da die Stufenoberfläche S3 an einer Position der Brennstoffdüse 6 vorgesehen ist, die näher an der anderen Seite (der stromaufwärtigen Seite) liegt als die Außenendoberfläche S1, erreicht die durch die Stufenoberfläche S3 verursachte zirkulierende Strömung Vr nicht das Außenende (die Außenendoberfläche S1) der Brennstoffdüse 6. Daher wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass das Mischgas, das den Brennstoff enthält, in der zirkulierenden Strömung Vr erfasst wird, und ein Flammenrückschlag kann verhindert werden. Wie oben beschrieben kann in der Brennkammer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlags weiter verringert werden, während die Mischung des Brennstoffs und der Luft gefördert wird.
• Ferner erstreckt sich gemäß der obigen Konfiguration der Bereich der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 an der einen Seite von der Stufenoberfläche S3 von der äußeren Seite zu der inneren Seite in der Radialrichtung, während er von der anderen Seite zu der einen Seite verläuft, um die kegelförmige Oberfläche St zu bilden. Dementsprechend wird eine Strömung zu dem Zentrum der Brennstoffdüse 6 (d.h. zu der Düsenachse An) entlang der kegelförmigen Oberfläche St gebildet. Dadurch wird die Größe der zirkulierenden Strömung Vr, die entlang der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 gebildet wird, verringert, und die Flammenhaltung in der Nähe der Außenendoberfläche S1 kann verhindert werden. Da die von der Stufenoberfläche S3 erzeugte turbulente Strömung Vo auch zu dem Zentrum der Brennstoffdüse 6 (d. h. zu der Düsenachse An) strömt, wird eine Komponente, die die turbulente Strömung Vo enthält, zu einer Grenzfläche P zwischen dem Brennstoff und der Luft geleitet. Dadurch kann auch die Mischung von Brennstoff und Luft weiter gefördert werden.
• Wenn außerdem in der obigen Brennkammer eine Abmessung in der Richtung der Düsenachse An des Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 an der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An von der Stufenoberfläche S3 x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche S3 in der Radialrichtung s beträgt, erfüllt die Brennkammer eine Bedingung von 5< x/s <20. Gemäß dieser Konfiguration kann die an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche S3 gebildete zirkulierende Strömung Vr wieder an die Außenende-Außenumfangsoberfläche S2 angebracht werden. Mit anderen Worten kann gemäß der obigen Konfiguration die zirkulierende Strömung Vr an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche S3 stabiler ausgebildet werden.
• Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Es können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann, wie in 4 gezeigt ist, eine ringförmige Rippe 8, die auf der Düsenachse An zentriert ist, an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 vorgesehen sein, und eine Oberfläche der Rippe 8, die der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An zugewandt ist, kann die Stufenoberfläche S3 sein. Bei dieser Konfiguration sind also eine Außenumfangsoberfläche einer stromaufwärtigen Seite Su' an der anderen Seite der Rippe 8 und ein Rand der kegelförmigen Oberfläche St an der anderen Seite an derselben Position in der Radialrichtung bezüglich der Düsenachse An vorgesehen. Auch mit dieser Konfiguration können die gleichen Effekte wie oben beschrieben erhalten werden.
• (Zweite Ausführungsform)
• Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. Die gleichen Komponenten wie die in der ersten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen werden. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist bei der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl (beispielsweise 8 Stück) von Störvorsprüngen oder Störgraten (engl.: „disturbing chips“) 9 an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 in Abständen in der Umfangsrichtung so ausgebildet, dass sie in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 vorstehen. Eine Oberfläche jedes Störvorsprungs oder Störgrates 9, die der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An zugewandt ist, ist die Stufenoberfläche S3. Die Stufenoberfläche S3 erstreckt sich in der Radialrichtung bezüglich der Düsenachse An. Ferner hat jeder Störvorsprung oder Störgrat 9 in einer die Düsenachse An umfassenden Querschnittsansicht eine rechteckige Querschnittsform.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllt der bei der ersten Ausführungsform beschriebene Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (4). $$2<\text{x/s}<8$$

  
• Es ist auch bevorzugt, dass der Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (5) erfüllt. $$3<\text{x/s}<7$$

  
• Es ist äußerst bevorzugt, dass der Wert von x/s die Beziehung des folgenden Ausdrucks (6) erfüllt. $$4<\text{x/s}<6$$

  
• Gemäß der obigen Konfiguration sind die Vielzahl von Störvorsprüngen oder Störgraten 9, die in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 vorstehen, in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet. Dementsprechend tritt eine Luftleckströmung durch das Intervall zwischen den Störvorsprüngen oder Störgraten 9 auf. Infolgedessen beeinflusst die Leckströmung den an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche S3 gebildeten zirkulierenden Strömung Vr, und die Größe der zirkulierenden Strömung Vr kann verringert werden. Daher kann eine Wahrscheinlichkeit eines Flammenrückschlags, der durch eine übermäßige zirkulierende Strömung Vr verursacht wird, weiter verringert werden.
• Wenn in der obigen Konfiguration eine Abmessung in der Richtung der Düsenachse An des Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse An von der Stufenoberfläche S3 x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche in der Radialrichtung s beträgt, erfüllt die Brennkammer eine Bedingung von 2< x/s <8. Dementsprechend kann die an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche S3 gebildete zirkulierende Strömung Vr wieder an die Außenumfangsoberfläche des Außenendes S2 angebracht werden. Mit anderen Worten kann gemäß der obigen Konfiguration die zirkulierende Strömung Vr an der stromabwärtigen Seite von der Stufenoberfläche S3 stabiler gebildet werden.
• Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Es können verschiedene Änderungen und Modifikationen an der obigen Konfiguration vorgenommen werden, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann als ein Modifikationsbeispiel, das jeder der oben genannten Ausführungsformen gemeinsam ist, die in 8 gezeigte Konfiguration verwendet werden. Bei jeder der obigen Ausführungsformen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem sich die Stufenoberfläche S3 in einer Ebene orthogonal zur Düsenachse An erstreckt, aber in einem Beispiel von 8 ist eine Stufenoberfläche S3' eine konische Oberfläche, die einen Winkel θ2 bildet, der kleiner als 90° ist, bezüglich der Düsenachse An. Ferner ist der Winkel θ2 größer als ein Winkel 91, der von der kegelförmigen Oberfläche St bezüglich der Achse An gebildet wird. Auch mit dieser Konfiguration können die gleichen Effekte wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen erhalten werden.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Brennkammer und eine Gasturbine bereitgestellt werden, die das Mischen von Brennstoff und Luft fördern und eine Wahrscheinlichkeit, einen Flammenrückschlag zu verursachen, weiter verringern.
• Bezugszeichenliste

100

Brennkammer

1

Rohrkörper

2

Verschlussplatte

3

Rohrplatte

3A

Passabschnitt

3H

Rohrplattenhauptkörper

31

Luftloch

4

Brennstoffzuführrohr

5

Plenum

6

Brennstoffdüse

6A

Körperabschnitt

6B

Außenendabschnitt

8

Rippe

9

Störvorsprung oder Störgrat

70

Verdichter

80

Turbine

90

Gasturbine

Am

Hauptachse

An

Düsenachse

H

Einspritzloch

P

Grenzfläche

S1

Außenendoberfläche

S2

Außenumfangsoberfläche des Außenendes

S3

Stufenoberfläche

St

kegelförmige Oberfläche

Su,Su'

Außenumfangsoberfläche der stromaufwärtigen Seite

Vo

turbulente Strömung

Vr

zirkulierende Strömung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2019057307 [0002]
• JP 4894295 [0005]

Claims (6)

1. Eine Brennkammer mit: einer Vielzahl von Brennstoffdüsen, die so installiert sind, dass sie sich in einer Richtung einer Düsenachse erstrecken, und von denen jede konfiguriert ist, um Brennstoff zu einer Seite in der Richtung der Düsenachse einzuspritzen, einer Rohrplatte mit einer Vielzahl von Luftlöchern, die in der Rohrplatte so ausgebildet sind, dass sie sich in der Richtung der Düsenachse erstrecken, wobei die Luftlöcher jeweils einen Innendurchmesser aufweisen, der größer ist als ein Außenendabschnitt einer entsprechenden von den Brennstoffdüsen, und die Außenendabschnitte der Brennstoffdüsen jeweils in die Luftlöcher eingesetzt sind, und einer Stufenoberfläche, die an einer Position des Außenendabschnitts der Brennstoffdüse näher an der anderen Seite in der Richtung der Düsenachse als eine Außenendoberfläche des Außenendabschnitts, die der einen Seite in der Richtung der Düsenachse zugewandt ist, ausgebildet ist, so dass sie in einer Radialrichtung der Brennstoffdüse bezüglich der Düsenachse von einer Außenende-Außenumfangsoberfläche, die eine Außenumfangsoberfläche des Außenendabschnitts ist, erweitert ist.
2. Die Brennkammer gemäß Anspruch 1, wobei ein Bereich der Außenumfangsoberfläche des Außenendes auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche so ausgebildet ist, dass er sich von einer äußeren Seite zu einer inneren Seite in der Radialrichtung bezüglich der Düsenachse erstreckt, wenn er von der anderen Seite zu der einen Seite verläuft.
3. Die Brennkammer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn eine Abmessung in der Richtung der Düsenachse eines Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche in der Radialrichtung s beträgt, die Brennkammer eine erste Bedingung von 5< x/s <20 erfüllt.
4. Die Brennkammer gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Vielzahl von Störvorsprüngen oder Störgraten, die an der Außenumfangsoberfläche des Außenendes in Abständen in einer Umfangsrichtung bezüglich der Düsenachse ausgebildet sind, so dass sie in der Radialrichtung von der Außenumfangsoberfläche des Außenendes vorstehen, wobei die Stufenoberflächen an den Störvorsprüngen oder Störgraten ausgebildet sind.
5. Die Brennkammer gemäß Anspruch 4, wobei, wenn eine Abmessung eines Bereichs der Außenumfangsoberfläche des Außenendes in der Richtung der Düsenachse auf der einen Seite in der Richtung der Düsenachse von der Stufenoberfläche x beträgt und eine Abmessung der Stufenoberfläche in der Radialrichtung s beträgt, die Brennkammer eine zweite Bedingung von 2< x/s <8 erfüllt.
6. Eine Gasturbine mit: einem Verdichter, der konfiguriert ist, um verdichtete Luft zu erzeugen, der Brennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die konfiguriert ist, um ein Verbrennungsgas zu erzeugen, indem Brennstoff mit der verdichteten Luft gemischt und der Brennstoff verbrannt wird, und einer Turbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben ist.

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