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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenbrennkammer, die das
Verbrennen von Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme durch die Rückströmung eines Brennstoffgases
verhindern kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Diffusions-Verbrennungssystem, bei dem Brennstoff und Luft aus verschiedenen
Düsen ausgestoßen und
verbrannt werden, ist bei herkömmlichen
Gasturbinenbrennkammern oft verwendet worden. In jüngster Zeit
ist aber auch ein Vorgemisch-Verbrennungssystem, das bei der Verringerung
von thermischem NOx von Vorteil ist, anstelle des
Diffusions-Verbrennungssystems
eingesetzt worden. Das Vorgemisch-Verbrennungssystem bedeutet, dass Brennstoff
und Luft miteinander vorgemischt werden und das Gemisch aus der
gleichen Düse
ausgestoßen
und verbrannt wird. Gemäß diesem
Verbrennungssystem ist es auch dann, wenn Brennstoff verdünnt wird,
möglich,
den Brennstoff in diesem Zustand in jedem Verbrennungsbereich zu verbrennen.
Daher ist es einfach, die Temperatur des vorgemischten Brennstoffs
zu mindern, und im Vergleich zu dem Diffusions-Verbrennungssystem
von Vorteil bei der Verringerung von NOx.
Andererseits hat dieses Vorgemisch-Verbrennungssystem die folgenden
Probleme. D.h., da die Luft im Vergleich zum Brennstoff im Überschuss
vorhanden ist und die Temperatur der Vorgemischflammen niedrig ist,
ist die Stabilität
eines Verbrennungsstadiums geringer.
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In
jüngster
Zeit wurde eine Technik bekannt, die verteilte Flammen anwendet,
welche durch Reagierenlassen eines Pilotbrennstoffs mit der Luft
als Pilotflammen gebildet werden, so dass die oben genannten Probleme
gelöst
werden und ein stabiler Verbrennungszustand beibehalten wird, während der Brennstoff
in dem Vorgemisch-Verbrennungssystem verdünnt wird. Im einzelnen dient
diese Technik zum Zünden
von Vorgemischgas mittels eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases,
das aus verteilten Flammen ausgetragen wird, und zum Stabilisieren der
Vorgemischflammen in dem Vorgemisch-Verbrennungssystem. Eine Gasturbinenbrennkammer, die
diese Technik anwendet, wird als "Mehrdüsen-Vorgemisch-Gasturbinenbrennkammer" (multi nozzle premix
type gas turbine combustor) bezeichnet.
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7 ist
eine Vorderansicht einer Mehrdüsen-Vorgemisch-Gasturbinenbrennkammer,
die herkömmlicherweise
verwendet wurde. 8 ist eine Schnittansicht der
in 7 gezeigten Brennkammer in einer Axialrichtung.
Ein Brennkammer-Innenzylinder 20 ist in einem Brennkammer-Außengehäuse 10 mit
einem bestimmten Abstand vorgesehen, der zwischen dem Brennkammer-Außengehäuse 10 und dem
Brennkammer-Innenzylinder 20 gehalten
wird. Ein Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme, der
verteilte Flammen bildet, ist im zentralen Abschnitt des Brennkammer-Innenzylinders 20 vorgesehen.
Der Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme bewirkt,
dass von einer Pilotbrennstoff-Zuführdüse 31 zugeführter Pilotbrennstoff
mit der von dem Abschnitt zwischen dem Brennkammer-Außengehäuse 10 und
dem Brennkammer-Innenzylinder 20 zugeführter Luft
reagiert und verteilte Flammen bilden.
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Acht
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme, welche Vorgemischflammen bilden, sind
um den Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme vorgesehen.
Vorgemischgas wird durch Mischen der von dem Abschnitt zwischen
dem Brennkammer-Außengehäuse 10 und
dem Brennkammer-Innenzylinder 20 zugeführter Luft mit Hauptbrennstoff
und anschließendes
Ausstoßen
aus den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme gebildet. Das aus den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme ausgestoßene Vorgemischgas wird durch
Hochtemperaturgas gezündet,
das von den verteilten Flammen ausgetragen wird, um dadurch Vorgemischflammen
zu bilden. Von den Vorgemischflammen wird Hochtemperatur-Hochdruck- Verbrennungsgas ausgetragen.
Das Verbrennungsgas wird durch ein Brennkammer-Endrohr (nicht gezeigt)
geleitet und wird dann in die Düse
der ersten Stufe einer Turbine eingeleitet.
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Da
die Auslässe
der herkömmlichen
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme elliptisch sind, sind die Zwischenräume bzw.
Abstände
zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme nicht konstant, wie in 7 gezeigt
ist. Daher strömt
das aus der Vorgemischflamme ausgetragene Hochtemperatur-Verbrennungsgas
wegen ungleichmäßiger Luftströmungen zwischen
den breiten Zwischenräumen
und den schmalen Zwischenräumen
zurück.
Abschnitte, an denen die Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme aneinandergrenzen (die Seitenflächenabschnitte
der Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme, die in der Umfangsrichtung des Brennkammer-Innenzylinders 20 aneinandergrenzen),
werden stark verbrannt, was ein Nachteil ist.
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Um
das Verbrennen zu vermeiden, ist es möglich, die Düsen 40 zur
Bildung der Vorgemischflamme so anzuordnen, dass ein bestimmter
Zwischenraum von einem zum anderen beibehalten wird, um ein Zurückströmen des
Verbrennungsgases zu vermeiden. Falls die Anzahl der nach obiger
Beschreibung angeordneten Düsen
aber klein ist oder viele Düsen
nach obiger Beschreibung anzuordnen sind, wird die Dimension der
Brennkammer selbst groß,
was ein Nachteil ist.
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US-A-5640841
offenbart eine Gasturbinenbrennkammer mit einem Innenzylinder und
einem Konus zur Bildung einer verteilten Flamme sowie mehrere Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme, die ringförmig zwischen dem Innenzylinder
und dem Konus zur Bildung der verteilten Flamme angeordnet sind.
Die Düsenauslässe der
Düsen zur
Bildung der Vorgemischflamme sind im wesentlichen kreisförmig und
sind ohne einen Zwischenraum mit dem Außenumfang des Konus zur Bildung
der verteilten Flamme verbunden. Dreieckige Abstandselemente sind
im wesentlichen an den dreieckigen Zwischenräumen zwischen Außenumfängen der
Düsenauslässe der
Düsen zur
Bildung der Vorgemischflamme und dem Umfang des Brennkammer-Innenzylinders
angeordnet.
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EP-A-1134494,
die gemäß Art. 55(3)
EPC zum Stand der Technik gehört,
offenbart eine ähnliche
Gasturbinenbrennkammer, bei der die dreieckigen Abstandselemente
des oben erwähnten
Standes der Technik durch Führungselemente
ersetzt sind, die sich von einer stromaufwärtigen Seite an einem Zwischenverbindungspunkt
zwischen benachbarten Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme bis zu einer stromabwärtigen Seite
erstrecken und mit einer Innenumfangswand des Brennkammer-Innenzylinders verbunden
sind, um eine Stagnation der Strömung
zu vermeiden und die Verbrennung zu stabilisieren, und um eine Verbrennung
nahe den Wandflächen
des Brennkammer-Innenzylinders
zu vermeiden.
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US-A-6038861
offenbart eine Gasturbinenbrennkammer, bei der die Düsenauslässe der
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme mit Übergangskanälen versehen sind, die sich
in der Axialrichtung der Brennkammer so weit erstrecken, bis sich
jeder Übergangskanal
mit den angrenzenden Übergangskanälen trifft
und einen kontinuierlichen Ring am Auslass bildet. Dieser Ring am
Auslass ist ohne irgendeinen Zwischenraum in Bezug auf den Brennkammer-Innenzylinder
und den Konus zur Bildung einer verteilten Flamme angeordnet.
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Abriss der Erfindung
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Gasturbinenbrennkammer
bereitzustellen, die das Verbrennen von Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
infolge der Rückströmung von
Hochtemperatur-Verbrennungsgas vermeiden kann. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Gasturbinenbrennkammer bereitgestellt
wird, wie sie in Anspruch 1, Anspruch 8 oder Anspruch 9 definiert
ist. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Da
bei der herkömmlichen
Gasturbinenbrennkammer die Anstände
bzw. Zwischenräume zwischen
den Außenumfängen der
aneinandergrenzenden Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme nicht konstant sind, strömt der Großteil der
Kühlluft aus
den Abschnitten zwischen den benachbarten Vorgemischdüsen und
dem Brennkammer-Innenzylinder und dergleichen aus.
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Bei
der Gasturbinenbrennkammer gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Düsenauslass der Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme so geformt, dass die Zwischenräume zwischen
den Außenumfängen der
aneinandergrenzenden Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme die gleichen Dimensionen an den
Düsenauslässen aufweisen.
Daher strömt
die gekühlte
Luft sogar in die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung
einer Vorgemischflamme. Infolgedessen ist es möglich, ein Zurückströmen von
Verbrennungsgas zu den Abschnitten zwischen den aneinandergrenzenden
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden und ein Brennen der
Abschnitte zwischen den aneinandergrenzenden Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu verhindern.
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Bei
der Gasturbinenbrennkammer gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden durch Dichtungselemente,
die zwischen den aneinandergrenzenden Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
vorgesehen sind, jeweils die Zwischenräume zwischen den Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme, die aneinandergrenzen, an Düsenauslässen mit
den gleichen Dimensionen gestaltet. Daher strömt die Kühlluft sogar in die Abschnitte zwischen
den benachbarten Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme, wodurch es möglich wird, den Rückstrom
von Verbrennungsgas in diese Abschnitte auszuschalten. Infolgedessen
ist es möglich,
zu verhindern, dass die Abschnitte zwischen den aneinandergrenzenden
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme verbrannt werden.
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Bei
der Gasturbinenbrennkammer gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden durch Vorsehen
der Dichtungselemente in den allgemein dreieckigen Räumen Zwischenräume von
annähernd
gleichen Dimensionen zwischen den Außenumfängen der Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
geschaffen. Daher wird der Großteil der
Kühlluft
durch die Zwischenräume
geleitet, so dass es möglich
ist, ein Zurückströmen von
Verbrennungsgas zu den Abschnitten zwischen den aneinandergrenzenden
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden und ein Verbrennen der
Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu verhindern.
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Bei
der Gasturbinenbrennkammer gemäß einem
noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Innenseite
des Brennkammer-Innenzylinders und die Außenseite des Konus zur Bildung
einer verteilten Flamme so geformt, dass sie mit der Außenform
der Gruppen von ringförmigen
Düsen zur Bildung
einer Vorgemischflamme mit jeweils gleichen Dimensionen zusammenpassen.
Daher strömt
die Kühlluft
gleichmäßig in die
Umfänge
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme. Es ist daher möglich, das
Zurückströmen von
Verbrennungsgas in die Richtung der benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden. Infolgedessen ist es
möglich,
ein Verbrennen der Abschnitte zwischen den Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu verhindern.
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Weitere
Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung,
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2 eine
Vorderansicht einer Modifikation der Gasturbinenbrennkammer gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung,
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3 eine
Vorderansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung,
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4A eine
Seitenansicht, und
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4B eine
perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Dichtungselements,
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5 eine
Vorderansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung,
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6 eine
Vorderansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß einer vierten Ausführungsform der
Erfindung,
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7 eine
Vorderansicht einer herkömmlicherweise
verwendeten Gasturbinenbrennkammer eines Mehrdüsen-Vorgemischtyps, und
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8 eine
Schnittansicht der in 7 gezeigten Gasturbinenbrennkammer
in einer Axialrichtung.
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Detaillierte Beschreibung
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Ausführungsformen
der Gasturbinenbrennkammer gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nachstehend detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es ist anzumerken, dass diese Erfindung nicht auf die
folgenden Ausführungsformen
beschränkt
sein soll. Es ist auch anzumerken, dass Bestandteile in den Ausführungsformen,
die nachstehend zu beschreiben sind, solche umfassen, von denen
ein Fachmann ohne weiteres ausgehen kann.
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1 ist
eine Vorderansicht der Gasturbinenbrennkammer gemäß der ersten
Ausführungsform.
Es ist anzumerken, dass diese Erfindung nicht nur auf einen Fall
des direkten Ausstoßes
von Vorgemischgas aus den Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme zu einer Brennkammer hin anwendbar ist,
sondern auch auf einen Fall, bei dem Verlängerungsrohre an den Düsen vorgesehen
sind und das Vorgemischgas zur Brennkammer hin ausstoßen.
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Eine
Düse 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme gemäß dieser Gasturbinenbrennkammer
hat einen sektorförmigen
Auslass, um dadurch den Zwischenraum 60 zwischen benachbarten
Düsen 41 zur Bildung
einer Vorgemischflamme konstant zu halten. Acht Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme sind ringförmig um einen Konus 30 zur
Bildung einer verteilten Flamme, der verteilte Verbrennungsflammen
bildet, angeordnet. Es ist anzumerken, dass die Anzahl der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme nicht auf acht beschränkt ist,
sondern entsprechend der Spezifikation der Brennkammer geändert werden
kann. Außerdem
wird bevorzugt, die Größe des Zwischenraums 60 in
geeigneter Weise in Hinblick auf die Größen und Formen der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme, des Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme und dergleichen festzulegen.
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Zusätzlich zum
Konstanthalten der Größen der
Zwischenräume
zwischen den Außenumfängen der
Auslässe
der benachbarten Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme können
die Größen der
Abstände
zwischen den Außenumfangsabschnitten
der Auslässe
der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Innenumfang des Auslasses des
Brennkammer-Innenzylinders 20, oder aber die Zwischenräume zwischen
den Außenumfangsabschnitten
der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Innenumfang des Auslasses des
Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme konstant gehalten
werden. Falls dies geschieht, kann Kühlluft gleichmäßig in mehreren
Bereichen an den Außenumfängen der
Auslässe
der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme strömen, und die Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme können vollständig und
gleichmäßig gekühlt werden.
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Vorzugsweise
ist einer der Abstände
zwischen den Außenumfangsabschnitten
der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Innenumfang des Auslasses
des Brennkammer-Innenzylinders 20, nämlich der Zwischenraum zwischen
dem Außenumfangsabschnitt
der Düse 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Außenumfang des Auslasses des
Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme, sowie der
Zwischenraum zwischen den aneinandergrenzenden Düsen 41 zur Bildung
einer Vorgemischflamme in der Größe nicht
sehr unterschiedlich zu den anderen beiden Zwischenräumen. Dies liegt
daran, dass, falls einer der Zwischenräume sich in der Größe stark
von den anderen beiden Zwischenräumen
unterscheidet, der Großteil
der Kühlluft durch
die Zwischenräume
der sich stark unterscheidenden Größe strömt, oder umgekehrt die Kühlluft kaum
durch sie strömt.
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Diese
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Die von einem Kompressor (nicht gezeigt) zugeführte Luft wird in das Brennkammer-Außengehäuse 10 eingeleitet. Nachdem
die Luft zwischen dem Brennkammer-Außengehäuse 10 und
dem Brennkammer-Innenzylinder 20 durchgeströmt ist, ändert sie
ihre Bewegungsrichtung um 180°.
Danach wird die Luft den Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme von der Rückseite des Brennkammer-Innenzylinders 20 aus
zugeführt
und mit Hauptbrennstoff bzw. Pilotbrennstoff gemischt. Außerdem wird
ein Teil der Luft durch die Zwischenräume zwischen dem Brennkammer-Innenzylinder 20 und
den Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme sowie zwischen den Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme durchgeleitet und zu der Brennkammer 50 hin
ausgetragen. Während
dieser Zeit kühlt
die Luft den Brennkammer-Innenzylinder 20, die Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und den Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme, und verhindert ferner ein Zurückströmen von
Hochtemperatur-Verbrennungsgas von der Seite der Brennkammer 50.
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Der
Pilotbrennstoff wird mit der vom Kompressor zugeführten Luft
zur Reaktion gebracht, um verteilte Flammen zu bilden, und die verteilten
Flammen werden aus dem Konus 30 zur Bildung verteilter Flammen
ausgestoßen.
Außerdem
wird die Luft mit dem Hauptbrennstoff in großen Mengen gemischt, um dadurch
ein Vorgemischgas in den Düsen 41 zur Bildung
einer Vorgemischflamme zu bilden. Dieses Vorgemischgas wird unmittelbar
durch das Hochtemperatur-Verbrennungsgas, das aus den verteilten Flammen
ausgetragen wird, gezündet.
Dabei werden an den Auslässen
der Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme Vorgemischflammen gebildet, und von
den Vorgemischflammen wird Hochtemperatur- Hochdruck-Verbrennungsgas ausgetragen.
Das Verbrennungsgas wird durch ein Brennkammer-Endrohr (nicht gezeigt)
geleitet und in eine Düse
der ersten Stufe einer Turbine eingeleitet.
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Andererseits
wird nach dem Kühlen
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme und dgl. ein Teil der vom Kompressor
zugeführten
Luft durch die Zwischenräume
zwischen den Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder 20 und
dgl. geleitet und zu der Brennkammer 50 hin ausgetragen.
Da bei der herkömmlichen
Gasturbinenbrennkammer die Auslässe
der Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme elliptisch sind, wird der Großteil der
Kühlluft
aus allgemein rechteckigen Räumen 62 (siehe 7)
ausgetragen, die zwischen den aneinandergrenzenden Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flammen sowie zwischen den aneinandergrenzenden
Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder 20 ausgebildet
sind. Infolgedessen werden die Strömungen der durch die allgemein
rechteckigen Räume 62 und
die Zwischenräume 63 zwischen
den aneinandergrenzenden Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme strömenden Kühlluft ungleichmäßig. Die
ungleichmäßigen Luftströme verursachen
oft den Rückstrom
des Hochtemperatur-Verbrennungsgases, das aus den Vorgemischflammen
ausgetragen wird, und das so zurückströmende Verbrennungsgas
verbrennt oft den Abschnitt, in dem die Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme nebeneinander liegen.
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Gemäß der Gasturbinenbrennkammer
der ersten Ausführungsform
hingegen sind die Auslässe der
Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme sektorförmig, und die Düsen 41,
die solche Auslässe aufweisen,
sind um den Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme
herum angeordnet. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme bestehen allgemein keine rechteckigen Zwischenräume 62,
die zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme und dgl. ausgebildet sind. Daher wird im Gegensatz
zu der herkömmlichen
Gasturbinenbrennkammer die Strömung
der Kühlluft
nicht ungleichmäßig, sondern
die Kühlluft
kann gleichmäßig in die
Abschnitte zwischen den aneinandergrenzenden Düsen 41 zur Bildung
einer Vorgemischflamme strömen,
wodurch es möglich
wird, ein Zurückströmen des
Verbrennungsgases zu den Abschnitten zwischen den benachbarten Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden. Infolgedessen ist es
möglich,
zu verhindern, dass die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen 41 zur
Bildung einer Vorgemischflamme verbrannt werden.
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2 ist
eine Vorderansicht einer Modifikation der Gasturbinenbrennkammer
gemäß der ersten Ausführungsform.
Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme gemäß dieser Gasturbinenbrennkammer
haben Auslässe,
die so geformt sind, dass die benachbarten Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme ineinandergesetzt sind, wodurch die
Abstände
bzw. Zwischenräume 60 zwischen
den benachbarten Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme konstant gehalten werden.
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Die
in 2 gezeigte Gasturbinenbrennkammer ist so konfiguriert,
dass die Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme elliptische Auslässe aufweisen, und die Düsen 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme allgemein umhüllende Auslässe haben, die alternierend
kombiniert und ringförmig
um einen Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme herum
angeordnet sind. Eine Düse 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme ist einer Düse 40 zur Bildung einer
Vorgemischflamme mit dem elliptischen Auslass benachbart. Außerdem ist
der Außenumfangsabschnitt
jeder Düse 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme konkav, um mit dem Außenumfang
jeder Düse 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme zusammenzupassen. Wenn daher die
Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme alternierend angeordnet sind, können die
Zwischenräume 60 zwischen
den Düsen 40 und 42 konstant
gehalten werden.
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Wie
bisher festgestellt wurde, werden gemäß der ersten Ausführungsform,
da die Abstände bzw.
Zwischenräume 60 zwischen
den benachbarten Abschnitten konstant gehalten werden, die Strömungen der
Kühlluft
nicht ungleichmäßig, und
die Kühlluft kann
sogar in die Abschnitte zwischen den Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme einströmen. Infolgedessen ist es möglich, ein
Zurückströmen von
Verbrennungsgas in die Zwischenräume 60 zwischen
den benachbarten Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden und ein Verbrennen der
Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen 40 und 42 zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu verhindern.
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3 ist
eine Vorderansicht der Gasturbinenbrennkammer gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Gasturbinenbrennkammer stellt
Dichtungselemente 70 bereit, welche die allgemein rechteckigen
Zwischenräume 62 (siehe 7)
an den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme abdichten. Die Dichtungselemente 70 sind
an den Auslässen
der Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme vorgesehen und stehen von den Auslässen der
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme vor. Die Dichtungselemente 70 sind
so angeordnet, dass sie die Abstände
bzw.
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Zwischenräume 60 zwischen
den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme konstant halten. Bevorzugterweise
sind die Dichtungselemente 70 integral mit den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme in Hinblick auf die Festigkeit ausgebildet.
Alternativ kann, statt die Dichtungselemente 70 an allen
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme vorzusehen, ein Dichtungselement 70 beispielsweise
an einer der benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme vorgesehen sein, und der Auslass
der anderen Düse 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme kann so geformt sein, dass er mit
dem Dichtungselement 70 zusammenpasst. Es ist auch möglich, die
Seite jedes Dichtungselements 70, an der Kühlluft auftrifft,
so zu konfigurieren, wie es beispielsweise in 4A und 4B gezeigt
ist, damit die Strömung
der Kühlluft nicht
gestört
wird.
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Bei
der Gasturbinenbrennkammer der zweiten Ausführungsform dichten die Dichtungselemente 70 die
dreieckigen Zwischenräume 62 (siehe 7) ab,
die zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme sowie zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder 20 bestehen.
An den Auslässen
der benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme sind Zwischenräume 60 gleicher Dimensionen
jeweils durch die Dichtungselemente 70 vorgesehen.
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Bei
der herkömmlichen
Gasturbinenbrennkammer strömt
der Großteil
der Kühlluft
aus den allgemein dreieckigen Zwischenräumen 62 aus. Bei der Gasturbinenbrennkammer
der zweiten Ausführungsform
aber strömt
die Kühlluft
gleichmäßig aus
den Zwischenräumen 60 mit
wegen der Dichtungselemente 70 gleichen Dimensionen aus.
Daher wird die Strömung
der Kühlluft
nicht ungleichmäßig, wie
es bei der herkömmlichen
Brennkammer geschieht, sondern die Kühlluft strömt gleichmäßig in die Zwischenräume 60 zwischen
den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und ermöglicht es, ein Zurückströmen von
Verbrennungsgas zu den Zwischenräumen 60 zu
verhindern. Infolgedessen ist es möglich, ein Verbrennen der Abschnitte zwischen
den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden.
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5 ist
eine Vorderansicht der Gasturbinenbrennkammer gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Gasturbinenbrennkammer stellt
Dichtungselemente 70 mit Winkelquerschnitten bereit, welche
die allgemein rechteckigen Zwischenräume 62 (siehe 7)
an einem Brennkammer-Innenzylinder 20 bzw.
einem Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme abdichten. Die
Dichtungselemente 70, von denen jedes einen winkeligen
Querschnitt in einer Vorderansicht aufweist, sind an den Umfangsabschnitten
des Brennkammer-Innenzylinders 20 bzw. Konus 30 zur
Bildung einer verteilten Flamme vorgesehen. Bevorzugterweise sind
die Dichtungselemente 70 jeweils integral mit dem Brennkammer-Innenzylinder 20 bzw. dem
Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme in Hinblick
auf die Festigkeit ausgebildet. Es ist anzumerken, dass die Seite
jedes Dichtungselements 70, auf die die Kühlluft auftrifft,
so konfiguriert sein kann, dass eine Störung des Strömens der
Kühlluft
vermieden wird, wie oben festgestellt wurde.
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Bei
der dritten Ausführungsform
dichten die Dichtungselemente 70 die allgemein dreieckigen Zwischenräume 62 (siehe 7)
ab, die zwischen benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus 30 zur Bildung
einer verteilten Flamme sowie zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder 20 bestehen.
Zwischenräume
gleicher Dimensionen sind zwischen den Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme und den Dichtungselementen 70 vorgesehen.
Im Fall der herkömmlichen
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme strömt der Großteil der Kühlluft aus den allgemein dreieckigen
Zwischenräumen 62 aus.
Bei der vorliegenden Gasturbinenbrennkammer strömt die Kühlluft gleichmäßig von
den Umfängen
der Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme aus. Die Strömungen der Kühlluft werden
daher nicht ungleichmäßig und
die Kühlluft
strömt
sogar zu den Abschnitten zwischen den Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme, wobei es möglich wird, ein Zurückströmen des
Verbrennungsgases zu den benachbarten Abschnitten zwischen den Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme zu vermeiden. Infolgedessen ist es möglich, ein
Verbrennen der Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme zu verhindern.
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6 ist
eine Vorderansicht der Gasturbinenbrennkammer gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diese Gasturbinenbrennkammer ist so
gestaltet, dass die innere Form einer inneren Brennkammerdüse 20 und
die äußere Form
eines Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme mit
der äußeren Form
eine Gruppe von Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme mit dazwischen gehaltenen Abständen bzw.
Zwischenräumen
einer bestimmten Größe zusammenpasst.
Wie in 56 gezeigt ist, sind der Außenumfang
des Brennkammer-Innenzylinders 20 und
der des Konus 30 zur Bildung einer verteilten Flamme in
einer gewellten bzw. geriffelten Form entlang dem ringförmigen Außenumfang
der Gruppe der Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme gekrümmt, wobei jede jeweils einen
elliptischen Querschnitt aufweist. Im Fall der herkömmlichen
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme strömt der Großteil der Kühlluft aus den allgemein rechteckigen
Zwischenräumen 62 (siehe 7)
aus. Im Fall der Düsen
dieser Gasturbinenbrennkammer strömt die Kühlluft aus den gesamten Umfängen der
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme aus. Daher kommt es zu keinen ungleichmäßigen Strömungen der
Kühlluft
im Gegensatz zu der herkömmlich
Gasturbinenbrennkammer, und die Kühlluft strömt ausreichend in die Abschnitte
zwischen den benachbarten Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme und ermöglicht
es, ein Zurückströmen von
Verbrennungsgas zu den Abschnitten zwischen den benachbarten Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme zu verhindern. Infolgedessen ist es möglich, ein
Verbrennen der Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen 40 zur Bildung
einer Vorgemischflamme zu vermeiden. Bevorzugterweise sind die Abstände bzw.
Zwischenräume
zwischen den benachbarten Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme, diejenigen zwischen den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder 20 und
diejenigen zwischen den Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus zur Bildung einer verteilten
Flamme jeweils gleich eingestellt. Dadurch strömt die Kühlluft von dem Umfängen der
Düsen 40 zur
Bildung einer Vorgemischflamme noch gleichmäßiger aus und ermöglicht es,
das Zurückströmen des Verbrennungsgases
noch wirksamer zu verhindern.
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Wie
bisher festgestellt wurde, sind gemäß der Gasturbinenbrennkammer
nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Düsenauslässe der Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
so geformt, dass Abstände
bzw. Zwischenräume
zwischen Außenumfängen der
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme, die aneinandergrenzen, die gleichen Dimensionen
an den Düsenauslässen aufweisen. Daher
strömt
die Luft sogar in die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme, und das Zurückströmen von Verbrennungsgas zu
den Abschnitten zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
kann vermieden werden. Infolgedessen ist es möglich, ein Verbrennen der Abschnitte
zwischen den benachbarten Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden.
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Außerdem sind
die Zwischenräume
zwischen den Außenumfängen der
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme allgemein an den Düsenauslässen linear.
Daher ist es möglich,
ein Verbrennen der Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden und die Herstellung
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme relativ zu erleichtern.
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Ferner
sind entweder Abstände
bzw. Zwischenräume
zwischen Außenumfängen der
Düsenauslässe der
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme und einem Innenumfang eines Auslasses des
Brennkammer-Innenzylinders, oder Zwischenräume zwischen den Außenumfängen der
Düsenauslässe der
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme und einem Außenumfang eines Auslasses des
Konus zur Bildung einer verteilten Flamme so eingestellt, dass sie
konstant sind. Daher kann die Kühlluft
gleichmäßig in mehrere
Bereiche an den Außenumfängen der
Auslässe
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme strömen, und es ist möglich, noch
wirksamer ein Verbrennen der Abschnitte zwischen den benachbarten
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu vermeiden.
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Gemäß der Gasturbinenbrennkammer
nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden durch
Dichtungselemente, die zwischen den aneinandergrenzenden Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme vorgesehen sind, jeweils die Abstände bzw.
Zwischenräume
zwischen den benachbarten Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme mit gleichen Dimensionen an den
Düsenauslässen gestaltet.
Daher strömt
die Kühlluft
auch in die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme, wodurch es möglich wird, das Zurückströmen des
Verbrennungsgases in diese Abschnitte zu vermeiden, und ein Verbrennen
der Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu verhindern.
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Gemäß der Gasturbinenbrennkammer
nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind Dichtungselemente,
die jeweils einen Winkelquerschnitt aufweisen, in allgemeinen dreieckigen Zwischenräumen angeordnet,
die zwischen den benachbarten Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus zur Bildung einer
verteilten Flamme sowie zwischen den benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Brennkammer-Innenzylinder
ausgebildet sind, während
jeweils Zwischenräume
gleicher Dimensionen zwischen dem Dichtungselement und Außenumfängen der
Auslässe
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme ausgebildet sind. Die Dichtungselemente
eliminieren die allgemein dreieckigen Zwischenräume, die zwischen den benachbarten
Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme und dem Konus zur Bildung einer verteilten
Flamme sowie zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
und dem Brennkammer-Innenzylinder ausgebildet
sind. Daher strömt
die Kühlluft
gleichmäßig auch
in die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme.
Infolgedessen ist es möglich,
das Zurückströmen des Verbrennungsgases
in die Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu vermeiden, infolgedessen ist es möglich, eine Verbrennung der
Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur Bildung einer Vorgemischflamme
zu verhindern.
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Gemäß der Gasturbinenbrennkammer
nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Innenseite
des Brennkammer-Innenzylinders und die Außenseite des Konus zur Bildung
einer verteilten Flamme so geformt, dass sie mit der Außenform
der ringförmigen
Gruppen von Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme mit jeweils gleichen Dimensionen
zusammenpassen. Daher strömt
die Kühlluft
gleichmäßig in die
Umfänge
der Düsen
zur Bildung einer Vorgemischflamme, und es ist möglich, dadurch das Zurückströmen des
Verbrennungsgases in der Richtung auf die benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme hin zu vermeiden. Infolgedessen ist
es möglich,
ein Verbrennen der Abschnitte zwischen den benachbarten Düsen zur
Bildung einer Vorgemischflamme zu verhindern.