DE69209634T2

DE69209634T2 - Zweibrennstoffdüse für Gasturbine

Info

Publication number: DE69209634T2
Application number: DE69209634T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Christopher Eddy; J Wayne Myers
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1992-12-20
Publication date: 1996-08-08
Anticipated expiration: 2012-12-21
Also published as: DE69209634D1; US5222357A; JPH05248638A; JPH0781706B2; EP0552477B1; EP0552477A1; CA2087693A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zweibrennstoffdüse für Gasturbinen, die den Betrieb einer Gasturbine mit flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen ermöglicht. Eine derartige Zweibrennstoffdüse wird z.B. in der Westinghouse-Broschüre PDL 1510-15Bor in JP-A-2 267 406 gezeigt.
Kraftstoffeinspritzdüsen sind an Gasturbinenbrennkammern befestigt und daher während des Turbinenbetriebs hohen Temperaturen, im besonderen großer Strahlungswärme ausgesetzt. Aufgrund der konzentrischen Anordnung der Kraftstoff- und Luftzufuhröffnungen ist auch eine relativ große Fläche der hohen strahlungswärme aus den Brennkammern ausgesetzt, wodurch hohe Planscheibentemperaturen und Ringspannungen auftreten, die zu Rissen um die zentrale Kraftstoffausströmöffnung der Düse führen.
Es ist Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zweibrennstoffdüse für Gasturbinen bereitzustellen, bei der sich keine Risse in ihrer Planscheibe bilden, die während des Turbinenbetriebs großer Wärme ausgesetzt ist.
Unter Berücksichtigung dieser Aufgabe beruht die vorliegende Erfindung auf einer Zweibrennstoffdüse für Gasturbinen, wie in Anspruch 1 definiert ist.
Eine derartige Anordnung reduziert in hohem Maße die Ringspannung in der Planscheibe um deren zentrale Öffnung, wodurch die Rißbildung in der Planscheibe der Kraftstoffgaszufuhrstruktur eliminiert wird.
Die Erfindung wird verständlicher anhand der folgenden Beschreibung einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform und der begleitenden Zeichnungen, in denen:
Figur 1 ein Querschnitt durch die erfindungsgemäße Zweibrennstoffdüse ist;
Figur 2 ist eine axiale Vorderansicht der Düsenplanscheibe; und
Figur 3 ist eine vergrößerte Darstellung des in Figur 2 mit einem Kreis bezeichneten Ausschnitts.
Wie in Figur 1 gezeigt wird, beinhaltet eine Zweibrennstoffdüse einen Hauptdüsenkörper 1 mit einem Flanschteil 2, der zur Befestigung an einer Gasturbinenbrennkammer ausgelegt ist. Der Düsenkörper 1 hat eine Förderstruktur 4, die sich vom Flanschteil 2 an einer Seite desselben erstreckt, und eine auf der anderen Seite angeordnete Kraftstoff- und Luftzufuhrstruktur 6. Zentral im Flanschteil 2 gehaltert und sich durch dieses hindurch erstreckend ist eine Flüssigkraftstoffund Zerstäuberluft- Düsenstruktur 8 angeordnet und beinhaltet einen Düsenflansch 10, der auf dem Flanschteil 2 montiert ist und von dem aus sich zentral ein Kraftstoffdüsenrohr 12 durch den Düsenkörper erstreckt und an seinem Ende eine Flüssigkraftstoffausströmdüse 14 trägt. Ein Zerstäuberluftzufuhrrohr 16 erstreckt sich beabstandet um das Kraftstoffdüsenrohr 12 und bildet so einen Zerstäuberluftzugang 18 in Verbindung mit dem Luftzugang 20 im Düsenflanschteil 10. Das Luftzufuhrrohr 16 ist an seinem Ende mit einem Luftausströmaufsatz 22 mit einer konischen Halterungsöffnung 24 versehen, in der das konische Ende der Kraftstoffausströmdüse 14 sitzt. Um die konische Halterungsöffnung 24 herum weist der Luftausströmaufsatz 22 Zerstäuberluft-Ausströmdurchgänge 26 zum Richten der Zerstäuberluft in Richtung zu dem aus der Kraftstoffdüse 14 ausgesprühten Kraftstoff auf.
Zur Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff in die Brennkammer beinhaltet der Düsenkörper 1 eine ringförmige Gaskraftstoff- Zufuhrstruktur 28, die sich um die Flüssigkraftstoff- und Luftdüsenstruktur 8 herum erstreckt. Der Flanschteil 2 beinhaltet einen Gaszufuhrdurchgang 30, der mittels Gasdurchführungen 34 in Verbindung mit dem ringförmigen Durchgang 32 in der Gaskraftstoff-Zufuhrstruktur 28 steht. An ihrem freien Ende 38 hat die Gaskraftstoff-Zufuhrstruktur 28 ringförmig um die Kraftstoffdüse 14 angeordnete Gasausströmöffnungen 36, wie in Figur 2 deutlicher dargestellt wird. Die Gaskraftstoff-Zufuhrstruktur 28 erstreckt sich etwas über die Kraftstoffdüse 14 hinaus und hat einen nach innen vorstehenden Plattenteil 38 mit einer zentralen Öffnung 40 zum Durchleiten von Flüssigkraftstoff und Zerstäuberluft aus der Düsenstruktur 8 für Flüssigkraftstoff und Zerstäuberluft.
Um die zentrale Öffnung 40 herum ist der Kraftstoffdüsenplattenteil 38 mit radialen Entspannungsschlitzen 42 versehen, die in Bohrungen 44 enden. Vorzugsweise sind 6 Entspannungsschlitze 42 winkelsymmetrisch um die zentrale Öffnung 40 angeordnet. Die Schlitze sind vorzugsweise etwa 0,2 mm breit, und die Bohrungen haben einen Durchmesser von etwa 1,57 mm und sind in einem Kreis von 32 mm Radius angeordnet.
Um das Kraftstoffdüsenende trägt die Kraftstoffausströmstruktur 4 ein Düsenspaltringglied 142 mit einer darauf derart befestigten Wirbelplatte 44, daß ein Spalt von etwa 3,8 mm zwischen der Wirbelplatte 44 und der Platte 38 der Gaskraftstoff-Zufuhrstruktur 28 entsteht.
Zur Aufnahme der unterschiedlichen Ausdehnung zwischen den Innen- und Außenwänden 46 bzw. 48 der Gaskraftstoff-Zufuhrstruktur 28 beinhaltet die Innenwand 46 einen Faltenbaig 50, wie in Figur 1 dargestellt wird. Im Düsenspaltringglied 42 sind Luftlöcher 39 ausgebildet und lassen Kühlluft zur Außenwand 48 des ringförmigen Durchgangs 32 passieren. Kühlluft wird über die sich durch die Kraftstoffzufuhrstruktur 28 erstreckenden radialen Durchgänge 52 in den Raum zwischen der Innenwand 46 dem ringförmigen Durchgang 32 und dem Luftzufuhrrohr 16 geführt. Wie in Figur 1 dargestellt wird, ist vorzugsweise auch ein Abstandhalter 54 zwischen dem Flanschteil 2 und dem Düsenflansch 10 angeordnet, wobei der Abstandhalter in den geeigneten Abmessungen gefertigt wird, so daß er in die Flüssigkraftstoff-Zufuhrstruktur 4 im Hauptdüsenkörper 1 paßt.

Claims

1. Eine Zweibrennstoffdüse für Gasturbinen mit einem Hauptdüsenkörper (1) mit einem Halterungsflansch (2) zur Befestigung der Düse an einer Kraftstoffbrennkammer, wobei der Halterungsflansch (2) eine zentrale Öffnung mit einer Düsenstruktur (8) für Flüssigkraftstoff und Zerstäuberluft aufweist, die sich durch ihn hindurch erstreckt und eine Flüssigkraftstoffausströmdüse (14) aufweist, die an ihrem freien Ende von Zerstäuberluft-Ausströmdurchgängen (26) umgeben ist, eine Gaskraftstoffzufuhrstruktur (28) um das freie Ende der Flüssigkraftstoff- und Zerstäuberluft-Düsenstruktur (8) angeordnet ist und mit einer sich nach innen erstreckenden Planscheibenstruktur (38) mit einer zentralen Öffnung (40) zum Ausströmen des Flüssigkraftstoffs und der Zerstäuberluft versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Planscheibenstruktur (38) Bohrungen (44) aufweist, die sich ringförmig angeordnet, radial-symmetrisch in vorgegebenem Abstand zur Achse der zentralen Öffnung (40) erstrecken und zwischen den Bohrungen (44) radiale Schlitze (42) ausgebildet sind, so daß die Ringspannungen in der Planscheibenstruktur (38) neben ihrer zentralen Öffnung (40) eliminiert werden.

2. Eine Gasturbinendüse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (44) in einem Ring von 32 mm Radius angeordnet sind.

3. Eine Gasturbinendüse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (44) einen Durchmesser von etwa 1,57 mm aufweisen.

4 Eine Gasturbinendüse gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (42) etwa 0,2 mm breit ist.