DE69930455T2

DE69930455T2 - Gasturbinenbrennkammer

Info

Publication number: DE69930455T2
Application number: DE69930455T
Authority: DE
Inventors: c/o Takasago Machinery Works of Yoshichika Takasago-shi Sato; c/o Takasago Machinery Works of Yoji Takasago-shi Kochi; c/o Takasago Machinery Works of Koichi Takasago-shi Akagi; c/o Takasago Machinery Works of Kazuya Takasago-shi Kobayashi; c/o Takasago Machinery Works of Koichi Takasago-shi Nishida; c/o Takasago Machinery Works of Shinji Takasago-shi Akamatsu; c/o Takasago Machinery Works of Hideki Takasago-shi Haruta; c/o Takasago Machinery Works of Kotaro Takasago-shi Miyauchi; c/o Takasago Research & Develop. Rintaro Takasago-shi Chikami; c/o Takasago Research & Develop. Shigemi Takasago-shi Mandai; c/o Takasago Research & Develop. Masataka Takasago-shi Ota
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: EP1001224A3; US6327861B2; CA2288555A1; US20010020364A1; DE69930455D1; US6282886B1; EP1001224B1; EP1001224A2; CA2288555C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Brennkammer einer Gasturbine, wie sie durch die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 definiert ist.
Beschreibung des Standes der Technik
20 ist eine strukturelle Anordnungsansicht einer repräsentativen Gasturbinenbrennkammer und der diese umgebenden Abschnitte nach dem Stand der Technik. In 20 bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine Brennkammer, die in einem Turbinenzylinder 50 vorgesehen ist. Die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine Hauptbrennstoffdüse, die in mehreren Teilen in einer Brennkammer-Umfangsrichtung vorgesehen ist, um mit Hauptbrennstoff, nämlich Öl oder Gas, versorgt zu werden. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet eine Pilotbrennstoffdüse, die in einem zentralen Abschnitt der mehrere Hauptbrennstoffdüsen 21 zum Zünden der Hauptbrennstoffdüsen 21 vorgesehen ist. Die Bezugsziffer 23 bezeichnet eine Brennkammer, und die Bezugsziffer 24 bezeichnet ein Endrohr, von dem aus ein Hochtemperaturgas, das in der Brennkammer 23 erzeugt wurde, in eine Gasturbine eingeleitet wird. Die Bezugsziffer 62 bezeichnet einen Kompressor, die Bezugsziffer 63 bezeichnet einen Luftauslass, die Bezugsziffer 64 bezeichnet ein Lufttrennvorrichtung zum Versorgen von Gasturbinenschaufeln mit Außenluft zu deren Kühlung, die Bezugsziffer 65 bezeichnet eine Gasturbinen-Leitschaufel, und die Bezugsziffer 66 bezeichnet eine Gasturbinen-Laufschaufel.
Bei der nach obiger Beschreibung aufgebauten Brennkammer strömt aus dem Kompressor 62 kommende Luft 40 in den Turbinenzylinder 50 über den Lufteinlass 63, und strömt weiter in die Brennkammer 20 zum Durchführen einer Verbrennung aus der Umgebung der Brennkammer 20 durch zwischen später beschriebenen Streben gebildete Räume als durch die Bezugsziffern 40a, 40b dargestellte Luft. Bei der Strömung der Luft 40 entstehen hierbei Unterschiede in der Strömungsrate bzw. Strömungsmenge und dem Druck zwischen der Luft 40a, die sich nahe dem Luftauslass 63 oder dem Kompressor 62 befindet, und der Luft 40b, die weit vom Luftauslass 63 oder dem Kompressor 62 entfernt ist, und dies bewirkt eine Ungleichmäßigkeit bei der in der Brennkammer 20 entsprechend deren Umfangsrichtung eintretenden Luft, mit dem Ergebnis, dass eine vorbelastete Luftströmung in einem später beschriebenen Innenrohr in der Brennkammer 20 entsteht und auch dort eine Ungleichmäßigkeit der Brennstoffströmung verursacht, was zu einer zunehmenden NOx-Bildung führt.
21 ist eine vergrößerte strukturelle Anordnungsansicht der Gasturbinenbrennkammer der 20. In 20 sind mehrere strukturelle Abschnitte gezeigt, die zu behebende Mängel aufweisen. D.h., der (X-1)-Abschnitt bzw. der (X-2)-Abschnitt sind Lufteinlassabschnitte in die Brennstoffdüsen, der (X-3)-Abschnitt ist ein struktureller Hauptverwirbelungselement-Einsetzabschnitt, der (X-4)-Abschnitt ist ein struktureller Pilotkonus-Einsetzabschnitt, und der (X-5)-Abschnitt ist ein struktureller Endrohr-Kühlungsabschnitt, wobei in den jeweiligen Abschnitten Probleme zu lösen sind. Diese Probleme, wie sie in der derzeitigen Situation bestehen, werden der Reihe nach im folgenden beschrieben.
Zunächst wird der Lufteinlassabschnitt (X-1) beschrieben. 22 ist eine Schnittansicht eines Zylinder-Brennstoffdüsenabschnitts einer vorbekannten Gasturbine. In 22 strömt die aus dem Kompressor kommende Luft 40a, 40b in die Brennkammer 20, um dort eine Verbrennung aus der Umgebung der Brennkammer 20, durch zwischen in der Brennkammer 20 vorgesehenen Streben 25 ausgebildeten Räumen durchzuführen. Zwischen der Luft 40a, die sich nahe dem Kompressor befindet, und der Luft 40b, die weit vom Kompressor entfernt ist, bestehen Unterschiede in den Strömungsdurchgängen selbst und in deren Formen, die eine Ungleichmäßigkeit in der Strömungsrate bzw. Strömungsgeschwindigkeit der in die Brennkammer 23 entlang deren Umfangsrichtungsposition strömenden Luft und bewirken ein vorbelastete Luftströmung. Durch diese vorbelastete Luftströmung wird auch die Brennstoffströmung in der Brennkammer ungleichmäßig, und die NOx-Bildung nimmt dort zu. Daher ist es nötig, dass die Luftströmung in die Brennkammer in der Umfangsrichtung gleich ist.
Ferner ist in der Brennkammer der 22, die vom Zylindertyp ist, an dem Turbinenzylinder 50 eine Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 zum Bedecken eines Abschnitts angebracht, an dem die Brennstoffdüsen eingesetzt sind. Andererseits ist in der Brennkammer der 20 der Lufteinlassabschnitt in einem durch ein zylindrisches Gehäuse des Turbinenzylinders 50 ausgebildeten Raum angeordnet. In dem Beispiel der 22 ist ein die Streben 25 als Lufteinlassabschnitt umgebender Abschnitt von der Gehäuseabdeckung 51 des zylindrischen Außenrohrs bedeckt, und die Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 ist von einem Zylindertyp, der nach außen vorsteht. Bei dieser Art Brennkammer koinzidieren eine Mittelachse 61 der Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 des Turbinenzylinders 50 und eine Mittelachse 60 der Brennkammer nicht miteinander, sondern die Brennkammer ist so in die Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 eingesetzt, dass sie leicht gegenüber dieser geneigt ist. Obwohl eine detaillierte Erläuterung des Grundes hierfür entfällt, sei bemerkt, dass es beim Einleiten des durch das Innenrohr und das Endrohr strömenden Verbrennungsgases in einen Gasturbinen-Verbrennungsgasweg nötig ist, die Temperaturverteilung der Gasströmung soweit wie möglich zu vergleichmäßigen, und um eine optimierte Temperaturverteilung entsprechend der Anbringungsart der Brennkammer zu realisieren, ist die Mittelachse 60 der Brennkammer im Verhältnis zu derjenigen 61 der Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 geringfügig geneigt.
In dem die Streben 25 umgebenden Abschnitt als Lufteinlassabschnitt bei einer solchen Brennkammer bestehen Unterschiede entlang der Umfangsrichtung in den durch die Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 und die Streben 25 gebildeten Zwischenräumen, und während eine Einlassluftmenge auf diese Weise eingestellt bzw. angepasst wird, besteht dort nach wie vor eine Ungleichmäßigkeit der Einlassluft. Während bei diesem Brennkammertyp die Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51 bis zu einem gewissen Grad als Rektifizierrohr fungiert, so dass eine bestimmte Rektifizierwirkung der in die Brennkammer eintretenden Luftströmung im Vergleich zu der Brennkammer der 20 erzielt wird, macht die an dem die Streben 25 umgebenden Lufteinlassabschnitt angesaugte Luft eine Wende, um in den Düsenabschnitt zu strömen, was eine Ungleichmäßigkeit der Luftströmung verursacht, und folglich ist eine Verbesserung zur Realisierung einer noch gleichmäßigeren Luftströmung erwünscht.
Als nächstes wird ein in dem Lufteinlassabschnitt (X-2) bestehendes Problem beschrieben. 23 ist eine Seitenansicht eines Innenrohrabschnitts der Brennkammer 20 der 20. In 22 strömt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 durch das Innere eines Innenrohrs 28. An einer Umfangsfläche des Innenrohrs 28, die dem Hochtemperaturgas ausgesetzt ist, sind eine Vielzahl kleiner Kühlungslöcher (nicht dargestellt) vorgesehen, und durch diese Kühlungslöcher strömende Luft kühlt das Innenrohr 28, um dann auszuströmen und in das innerhalb des Innenrohrs 28 strömende Verbrennungsgas gemischt zu werden. Andererseits verbleibt eine unverbrannte Brennstoffkomponente in dem durch das Innenrohr 28 strömenden Verbrennungsgas und erhöht die NOx-Bildung, was es notwendig macht, die unverbrannte Komponente ausreichend zu verbrennen. Zu diesem Zweck sind in der Umfangsrichtung des Innenrohrs 28 Luftlöcher 10-1, 10-2, 10-3 in drei Reihen mit sechs Luftlöchern in jeder der Reihen ausgebildet, wobei die sechs Luftlöcher jeder Reihe mit gleichen Intervallen zwischen ihnen in der Umfangsrichtung des Innenrohrs 28 angeordnet sind, wie 23 zeigt.
Bei dem nach obiger Beschreibung aufgebauten Innenrohr 28 strömt das durch die Hauptbrennstoffdüse 21 erzeugte Verbrennungsgas 161 durch das Innenrohr 28, um zu Endrohr 24 zu strömen, und für die Verbrennung der unverbrannten Brennstoffkomponente, die in dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 enthalten ist, wird Luft 130 in das Innenrohr 28 über die erste Reihe Luftlöcher 10-1 und die zweite Reihe Luftlöcher 10-2 eingeleitet. Ferner wird Luft 131 über die dritte Reihe Luftlöcher 10-3 stromab für die Verbrennung der noch unverbrannt gebliebenen Komponente eingeleitet.
Die in die Brennkammer 20 einströmende Luft umfasst drei Teile, d.h., die für die Verbrennung am Düsenabschnitt der Brennkammer verwendete Luft, die in das Innenrohr 28 zu dessen Kühlung durch die kleinen Kühllöcher eintretende Luft und die in das Innere 28 über die Luftlöcher 10-1, 10-2, 10-3 einströmende Luft 130,131. Bei der Gesamtmenge dieser drei Teile der Luft von 100 Prozent als ein Beispiel in einer vorbekannten Brennkammer beträgt die Menge der durch die Luftlöcher 10-1, 10-2 einströmenden Luft jeweils etwa 14 Prozent, und die der durch die Luftlöcher 10-3 einströmenden Luft beträgt etwa 19 bis 20 Prozent. Wenn die jeweiligen Mengen in einem Verhältnis für die Luftlöcher 10-1, 10-2 und 10-3 ausgedrückt werden, so wird dies annähernd als 1 : 1 : (1,3-1,4) ausgedrückt. D.h., die in das Innenrohr 28 über die Luftlöcher 10-3 stromab eintretende Luftmenge ist am größten. Wenn aber die durch die Luftlöcher 10-3 eintretende Luftmenge zu groß wird, bleibt sie für die Verbrennung unbenutzt und kühlt die Flammen des Hochtemperatur-Verbrennungsgases, um dadurch gefärbten Rauch (colored smoke) zu verursachen.
Als nächstes wird ein in dem Haupt-Verwirbelungsabschnitt (X-3) bestehendes Problem beschrieben. Bei einer vorbekannten Mehrfach-Vorgemisch-Brennkammer einer Gasturbine ist ein Pilotverwirbelungselement in deren Mitte vorgesehen, und acht Hauptverwirbelungselemente sind darum herum angeordnet, wobei jedes der Hauptverwirbelungselemente durch Verschweißen an einer Innenwand der Brennkammer über ein dünnes Befestigungselement von etwa 1,6 mm Dicke befestigt ist. 24 ist eine Schnitt-Seitenansicht zur Darstellung eines Verwirbelungsabschnitts und eines Pilot-Konusabschnitts dieses Brennkammertyps nach dem Stand der Technik, und 25 ist eine Teilansicht, von einer Ebene H-H der 24 aus betrachtet. In den 24 und 25 bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine Brennkammer, die Bezugsziffer 31 bezeichnet ein Pilotverwirbelungselement, das mittig in der Brennkammer 20 vorgesehen ist, und die Bezugsziffer 33 bezeichnet einen an einem Ende des Pilotverwirbelungselements 31 angesetzten Pilotkonus. Die Bezugsziffer 32 bezeichnet ein Hauptverwirbelungselement, das in acht Teilen um das Pilotverwirbelungselement 31 herum angeordnet ist. Die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Basisplatte, die in Kreisform ausgebildet ist und deren Umfangsabschnitt durch Anschweißen an der Innenwand der Brennkammer 20 befestigt ist. In der Basisplatte 34 ist ein Loch in deren mittlerem Abschnitt vorgesehen, durch das das Pilotverwirbelungselement 31 beim Einsetzen hindurchgeht, um gehaltert zu werden, und es sind auch acht Löcher um das Loch in der Mitte herum vorgesehen, durch das die Hauptverwirbelungselemente 32 beim Einsetzen hindurchgeführt werden, um gehaltert zu werden.
Die Bezugsziffer 25 bezeichnet ein Metall-Befestigungselement, das aus einer Metallplatte hergestellt und dazwischengefügt ist, um jedes der Hauptverwirbelungselemente 32 an der Innenumfangswand eines Endabschnitts 36 der Brennkammer 20 durch Verschweißen zu befestigen, wie in 25 gezeigt ist, wobei die Hauptverwirbelungselemente 32 an der Innenumfangswand des Endabschnitts 36 der Brennkammer 20 über das Metall-Befestigungselement 35 befestigt dargestellt sind. Obwohl dies in der Darstellung entfällt, ist der Vorderendabschnitt einer Hauptbrennstoffdüse in das Hauptverwirbelungselement 32 eingesetzt, und der Vorderendabschnitt einer Pilotbrennstoffdüse ist in das Pilotverwirbelungselement 31 eingesetzt, und von der Hauptbrennstoffdüse eingespritzter Hauptbrennstoff vermischt sich mit von dem Hauptverwirbelungselement 32 kommender Luft, um zur Verbrennung durch eine Flamme gezündet zu werden, wobei die Flamme von dem aus der Pilotbrennstoffdüse kommenden Pilot-Brennstoff zusammen mit der aus dem Pilotkonus 33 des Pilotverwirbelungselements 31 kommenden Luft gebildet wird. Die genannte Brennkammer 20 ist in einer Mehrzahl von Teilen, beispielsweise 16 Teilen, kreisförmig um einen Rotor in einem Gasturbinenzylinder angeordnet, um von dort ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas in einen Gasturbinen-Verbrennungsgasweg zur Drehung des Rotors zu leiten.
Bei der auf diese Weise in dem geschweißten Aufbau hergestellten Gasturbinenbrennkammer tritt eine Verformung infolge von Vibration oder Wärmebelastung beim Betrieb auf und verursacht Risse bzw. Sprünge in dem Schweißabschnitt des Metall-Befestigungselements 35, was häufige Reparaturarbeiten erfordert, um das Metallbefestigungselement 35 auszutauschen oder zusätzliche Schweißarbeiten auszuführen. In dem Einsetzabschnitt des Metall-Befestigungselements 35 besteht nur ein enger Raum für die Schweißarbeit, was eine schlechte Bedingung zur Ausführung einer zufriedenstellenden Schweißung darstellt, so dass ein hohes Maß an Geschicklichkeit der Arbeiter erforderlich ist. Bei der Herstellung der verschweißten Struktur ist auch eine Feineinstellung zum Einsetzen schwierig, was die einzuhaltende Genauigkeit einschränkt, d.h., es besteht ein Problem in der Arbeitsgenauigkeit bei der Herstellung der Schweißstruktur.
Als nächstes wird ein in dem Pilotkonus-Abschnitt (X-4) bestehendes Problem beschrieben. Bei der mit Bezug auf 24 und 25 beschriebenen Brennkammer 20 wird die Hauptbrennstoffdüse in den mittleren Abschnitt des Hauptverwirbelungselement 32 eingesetzt, und aus der Hauptbrennstoffdüse eingespritzter Hauptbrennstoff und aus dem Hauptverwirbelungselement 32 kommende Luft werden miteinander vermischt, um ein Vorgemisch zu bilden. Andererseits wird die Pilotbrennstoffdüse in den mittleren Abschnitt des Pilotverwirbelungselements 31 eingesetzt, und aus der Pilotbrennstoffdüse eingespritzter Pilot-Brennstoff verbrennt zusammen mit der aus dem Palotverwirbelungselement 31 kommenden Luft, um das Vorgemisch des Hauptbrennstoff zur Verbrennung in einem Verbrennungsrohr, das ein Innenrohr und ein Verbindungsrohr aufweist, zu zünden und dadurch das Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen.
26 ist eine detaillierte Teil-Schnittansicht eines Einsetzabschnitt des Pilotkonus 33 der 24. In 26 ist ein Konusring 38 an einem Ende an einer Außenwand des Pilotkonus 33 durch eine Schweißverbindung W2 angesetzt. Der Konusring 38 am anderen Ende ist an einem Einsetzelement 39b, das einen integralen Teil einer Basisplatte 39 bildet, durch eine Schweißverbindung W1 angesetzt. Der Pilotkonus 33 ist an einem zylindrischen Abschnitt 39a der Basisplatte 39 eingesetzt, um an der Basisplatte 39 durch eine Schweißverbindung W3 befestigt zu werden. Ein Endabschnitt 31a des Pilotverwirbelungselements 31 ist in den Pilotkonus 33 eingesetzt, um an dem Pilotkonus 33 durch eine Schweißverbindung W4 befestigt zu werden. Bei der Schweißverbindung W4 zeigt ein schwarzer Pfeil in 26 in eine Richtung, in der die Schweißnaht ausgeführt wird. Somit ist der Pilotkonus 33 an der Basisplatte 39 über den Konusring 38 durch die Schweißverbindung W3 befestigt, und das Pilotverwirbelungselement 31 ist am Pilotkonus 33 durch die Schweißverbindung W4 befestigt. Folglich sind über die Basisplatte 39 das mittlere Pilotverwirbelungselement 31, der Pilotkonus 33 und die acht Teile der Hauptverwirbelungselemente 32 jeweils durch eine Schweißverbindung nach obiger Beschreibung befestigt, wodurch sie in einem Basisplattenblock gehaltert sind.
Bei der erwähnten Schweißbefestigungsstruktur wird bei deren Befestigungsvorgängen der Konusring 38 zuerst um das Befestigungselement 39b der Basisplatte 39 durch die Schweißverbindung W2 befestigt. Der Pilotkonus 33 wird dann an der Basisplatte 39 durch die Schweißverbindung W3 befestigt, die um einen Endabschnitt des Pilotkonus 33 herum erfolgt. Danach wird das Pilotverwirbelungselement 31 in den Endabschnitt des Pilotkonus 33 eingesetzt, um durch eine Schweißverbindung W4, die um diesen herum erfolgt, am Pilotkonus 33 befestigt zu werden. Somit müssen in dem Fall, in dem der Pilotkonus 33 von der Schweißstruktur entkoppelt werden muss, die Schweißverbindungen W2, W3 und W4 gelöst werden, in den Räumen um die Schweißverbindung W2, W3 herum sind aber die Hauptverwirbelungselemente 32 angeordnet, so dass der Arbeitsraum sehr eng wird, was zu der Notwendigkeit führt, den gesamten Teil des Basisplattenblocks zu demontieren. In dieser Situation wird die Genauigkeit der Schweißverbindung verschlechtert und wird leicht durch die Wärmebelastung des Hochtemperaturgases beeinflusst.
Da das Pilotverwirbelungselement 31 und der Pilotkonus 33 kontinuierlich durch das Hochtemperatur-Verbrennungsgas beeinflusst werden, und der Basisplattenblock aus der dünnen Plattenstruktur nach obiger Beschreibung hergestellt ist, entstehen leicht Risse infolge der Belastung durch die Wärmebeanspruchung, die häufige Reparaturarbeiten mit einem hohen Maß an Geschicklichkeit beim Schweißen erforderlich machen, so dass eine Verbesserung einer solchen Schweißstruktur erwünscht ist.
Als nächstes wird ein in dem Endrohr-Kühlungsabschnitt (X-5) bestehendes Problem beschrieben. Im Zuge der neuerlichen Tendenz hinsichtlich einer höheren Temperatur der Gasturbine wird eine Brennkammer entwickelt, bei der das Verbrennungsgas eine hohe Temperatur von etwa 1500°C aufweist, und bei der Versuche unternommen werden, ein Kühlsystem derselben von einem Luftkühltyp zu einem Dampfkühltyp umzuändern. 27 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Endrohr-Kühlstruktur bei einer repräsentativen Gasturbinenbrennkammer nach dem Stand der Technik darstellt, die durch die Anmelder der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde, wobei 27(a) eine Gesamtansicht ist, 27(b) eine perspektivische Ansicht ist, die einen Teil einer Endrohrwand darstellt, und 27(c) eine Schnittansicht längs einer Linie J-J der 27(b) ist. In 27(a) bezeichnet die Bezugsziffer 20 eine Brennkammer, die ein Verbrennungsrohr und ein Endrohr 24 aufweist. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet eine Pilotbrennstoffdüse, die in einem mittleren Abschnitt des Verbrennungsrohrs angeordnet ist, und die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine Hauptbrennstoffdüse, die in ihren acht Teilen um die Pilotbrennstoffdüse 22 herum vorgesehen ist. Die Bezugsziffer 26 bezeichnet eine Hauptbrennstoff-Zuführöffnung, welche die Hauptbrennstoffdüsen 21 mit Brennstoff 141 versorgt. Die Bezugsziffer 27 bezeichnet eine Pilot-Brennstoff-Zuführöffnung, welche die Pilotbrennstoffdüse 22 mit Pilot-Brennstoff 140 versorgt.
Die Bezugsziffer 125 bezeichnet ein Kühldampf-Zuführrohr zum Zuführen von Dampf 133 zur Kühlung durch diesen. Die Bezugsziffer 126 bezeichnet ein Kühldampf-Rückführrohr zum Zurückführen bzw. Zurückgewinnen von Rückführdampf 134 durch diese, nachdem er zur Kühlung des Endrohrs 24 der Brennkammer eingesetzt wurde. Die Bezugsziffer 127 bezeichnet ein Kühldampf-Zuführrohr, welches Kühldampf 132 von einem Endrohr-Auslassabschnitt zur Kühlung des Endrohrs 24 zuführt, wie später beschrieben wird.
In 27(b), die einen Teil einer Wand 20a des Endrohrs 24 zeigt, sind eine Vielzahl von Dampfdurchgängen 150 in der Wand 20a vorgesehen, und dieser durchströmende Dampf kühlt die Wand 20a. In 27(c) sind ein Dampf-Zuführloch 150a und ein Dampf-Rückführloch 150b jeweils vorgesehen, um mit den Dampfdurchgängen 150 zu kommunizieren, so dass durch das Dampf-Zuführloch 150a zugeführter Dampf durch die Dampfdurchgänge 150 zum Kühlen der Wand 20a strömt und dann über das Dampf-Rückführloch 150b zurückgeführt wird.
Bei der so aufgebauten Brennkammer wird der Hauptbrennstoff 141 den acht Teilen der Hauptbrennstoffdüsen 21 aus der Hauptbrennstoff-Zuführöffnung 26 zugeführt. Andererseits wird der Pilot-Brennstoff 140 in die Pilotbrennstoffdüse 22 aus der Pilot-Brennstoff-Zuführöffnung 27 eingeleitet, um zur Verbrennung des aus den umgebenden Hauptbrennstoffdüsen 21 eingespritzten Hauptbrennstoffs verbrannt zu werden. Das so erzeugte Verbrennungsgas hoher Temperatur strömt durch das Verbrennungsrohr und das Endrohr 24, um in einen Verbrennungsgasweg einer Gasturbine (nicht gezeigt) eingeleitet zu werden, und während es zwischen Leitschaufeln und Laufschaufeln strömt, verrichtet es Arbeit, um einen Rotor zu drehen. Die so aufgebaute Brennkammer ist in verschiedenen mehreren Teilen entsprechend dem Modell oder Typ, beispielsweise 16 Teilen, um den Rotor herum angeordnet, und das Hochtemperaturgas von etwa 1500°C strömt in den Auslass des Endrohrs 24 jeder der Brennkammern. Somit muss die Brennkammer 20 durch Luft oder Dampf gekühlt werden.
Bei der Brennkammer der 27 wird ein Dampf-Kühlsystem angewandt, und der aus einer (nicht gezeigten) Dampfquelle extrahierte Kühldampf 132, 133 wird jeweils über das Kühldampf-Zuführrohr 127, 125 zugeführt, um über die Vielzahl von Dampfdurchgängen 150, die in der Wand 20a des Endrohrs 24 zur Kühlung der Wand 20a vorgesehen sind, zu strömen und sich dann in dem Kühldampf-Rückführrohr 126 zu vereinigen, um als Rückführdampf 134 zurückgewonnen und zu der Dampfquelle zurückgeführt zu werden, und ihn so effektiv zu nutzen.
28 ist eine Ansicht in der Ebene K-K der 27(a) zur Darstellung eines Auslassabschnitts des Endrohrs 24. Die Bezugsziffer 160 bezeichnet einen Verbrennungsgasweg, durch den das Hochtemperatur-Verbrennungsgas von etwa 1500°C ausgetragen wird. Ein Flansch 71 zum Verbinden des Gasturbinen-Verbrennungsgaswegs ist an einem Endumfang des Auslassabschnitts des Endrohrs 24 vorgesehen. 29 ist eine Schnittansicht längs einer Linie L-L der 28 zur Darstellung einer dampfgekühlten Struktur des Endrohr-Auslassabschnitts nach dem Stand der Technik. In 29 sind die Vielzahl von Dampfdurchgängen 150 in der Wand 20a nach obiger Beschreibung parallel zueinander vorgesehen. An einem gesamten Innenumfangs-Randabschnitt des Flansches 71 des Endrohr-Auslassabschnitts 24 ist ein Hohlraum 75 ausgebildet, und die Vielzahl von Dampfdurchgängen 150 stehen mit dem Hohlraum 75 in Verbindung.
Ein Verteiler 73 ist an seinem Umfang durch ein Abdeckelement 72 abgedeckt zwischen einem Außenumfangsabschnitt der Wand 20a des Endrohrs 24 und dem Flansch 71 ausgebildet, und die jeweiligen Dampfdurchgänge 150 stehen über jeweilige Dampfzuführlöcher 74 in Beziehung mit dem Verteiler 73.
Bei der erwähnten dampfgekühlten Struktur strömt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 von etwa 1500°C einerseits in den Verbrennungsgasweg 160, und andererseits beträgt die Temperatur von außerhalb des Verteilers 73 in den Turbinenzylinder strömender Luft etwa 400-500°C. Während ein Innenumfangsflächenabschnitt der Wand 20a und derjenige des Auslassabschnitts des Endrohrs 24, die dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 ausgesetzt sind, durch den in den Dampfdurchgängen 150 aus dem Verteiler 73 über die Dampf-Zuführlöcher 74 strömenden Kühldampf 132 ausreichend gekühlt werden, kühlt der Dampf in dem Hohlraum 75 auch einen Abschnitt 20(b), der dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 nicht ausgesetzt ist, und außerdem kühlt der Kühldampf 132 in dem Verteiler 73 auch einen Abschnitt 20c. Folglich werden im Vergleich zu der Innenwand 20a die Abschnitte 20b, 20c übermäßig gekühlt und verursachen ein Gefälle der Wärmebeanspruchung zwischen der Wand 20a und den Abschnitten 20b, 20c, um dadurch unerwünschte Belastungskräfte darum herum zu bewirken, die in einer möglichen Rissbildung etc. resultieren.
Die Gasturbinenbrennkammer nach dem Stand der Technik gemäß obiger Beschreibung ist eine sogenannte Gasturbinenbrennkammer mit zweistufiger Verbrennung, die eine Pilot-Verbrennung und eine Hauptverbrennung gleichzeitig durchführt, wobei die Pilot-Verbrennung so erfolgt, dass Brennstoff entlang der Mittelachse der Brennkammer zugeführt wird, und Verbrennungsluft zum Verbrennen dieses Brennstoffs aus deren Umgebung zugeführt wird, um eine Diffusionsflamme (nachstehend als Pilotflamme bezeichnet) in dem mittleren Abschnitt der Brennkammer zu bilden, wobei die Hauptverbrennung so erfolgt, dass ein Hauptbrennstoff-Vorgemisch mit einem sehr hohen Luftüberschussverhältnis um die Pilotflamme herum zugeführt wird, so dass sie in Kontakt mit einem Hochtemperaturgas der Pilotflamme kommt, um dadurch eine Vorgemischflamme zu bilden (nachstehend als Hauptflamme bezeichnet).
30 ist eine Konzeptansicht einer solchen Gasturbinenbrennkammer mit zweistufiger Verbrennung nach dem Stand der Technik.
Es wird ein weiteres Detail mit Bezug auf 30 beschrieben, wobei innerhalb einer Auskleidung 252 der Brennkammer 20 die Pilotbrennstoffdüse 22 zum Einspritzen eines Pilot-Brennstoffs entlang einer Mittelachse O' vorgesehen ist, und ein Pilotluft-Zuführdurchgang 256 um die Pilotbrennstoffdüse 22 herum vorgesehen ist. Das Pilotverwirbelungselement 31 zur Flammenerhaltung ist in dem Pilotluft-Zuführdurchgang 256 vorgesehen. Ferner sind die Hauptbrennstoffdüsen 21, die Hauptluft-Zuführdurchgänge 258 und die Hauptverwirbelungselemente 32 zum Zuführen von Hauptbrennstoff um den Pilotluft-Zuführdurchgang 256 herum vorgesehen.
Der Pilotkonus 33 ist stromab der Pilotbrennstoffdüse 22 und des Pilotluft-Zuführdurchgangs 256 vorgesehen. Der von der Pilotbrennstoffdüse 22 zugeführte Brennstoff und die von dem Pilotluft-Zuführdurchgang 256 zugeführte Luft führen eine Verbrennung in einer Pilot-Verbrennungskammer 262 durch, die von dem Pilotkonus 33 gebildet wird, um die Pilotflamme, durch einen Pfeil 266 dargestellt, zu bilden. Der von den Hauptbrennstoffdüsen 21 zugeführte Brennstoff und die von den Hauptluft-Zuführdurchgängen 258 zugeführte Luft wird in einer Mischkammer 264 stromab hiervon gemischt, um das durch einen Pfeil 268 dargestellte Vorgemisch zu bilden. Dieses Vorgemisch 268 kommt in Kontakt mit der Pilotflamme 262, um die Hauptflamme 270 zu bilden. Da bei der vorbekannten Brennkammer 20 die Pilotflamme 266 und das Vorgemisch 268 in vergleichsweise kurzer Zeit miteinander in Kontakt kommen, wird das Vorgemisch 268 leicht entzündet, wodurch die Hauptflamme 270 in vergleichsweise kurzer Länge in der Axialrichtung oder der Hauptströmungsrichtung verbrennt und dazu tendiert, eine kurze Flamme zu bilden. Falls die Verbrennung in einer so kurzen Länge erfolgt, oder anders ausgedrückt, in einem engen Raum, wird in eine Konzentration von Energie, die von der Verbrennung in dem Raum freigegeben wird, oder eine Querschnitts-Verbrennungslast der Brennkammer hoch und verursacht leicht eine Verbrennungsvibration. Die Verbrennungsvibration ist eine selbstinduzierte Vibration, die durch einen Teil der Wärmeenergie bewirkt wird, die in Vibrationsenergie umgewandelt wird, und da die Querschnitts-Verbrennungslast der Brennkammer höher wird, wird eine Anregungskraft der Verbrennungsvibration größer und die Verbrennungsvibration tritt eher auf. Wie oben erwähnt wurde, ist bei der vorbekannten Brennkammer die Verbrennungslast vergleichsweise hoch, und es besteht ein Problem insofern, als die Verbrennung infolge der Verbrennungsvibration instabil wird.
EP-A-0550218 offenbart eine Gasturbinenbrennkammer, auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht.
Abriss der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenbrennkammer bereitzustellen, welche die Luftansaugung bzw. den Lufteinlass in den Lufteinlassabschnitt gleichmäßig gestaltet und eine optimale Verbrennungsluftmenge darin herstellt.
Ferner besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, eine Gasturbinenbrennkammer mit verringerter Verbrennungsvibration bereitzustellen.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenbrennkammer bereit, wie sie durch Anspruch 1 definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert und werden nachstehend erläutert.
Bei der vorliegenden Erfindung gestaltet das Lufteinlassmittel die in die Brennkammer einströmende Luft gleichmäßig, und eine in das Innenrohr über in der Umfangswand des Innenrohrs vorgesehene Luftlöcher einströmende Luftmenge wird auf eine geeignete Menge eingestellt, wodurch eine gute Verbrennung mit einer geringeren NOx-Bildung erreicht wird, und auch eine Entstehung von gefärbtem Rauch durch die Verbrennung unterdrückt werden kann.
In der Gasturbinenbrennkammer ist das Lufteinlassmittel so aufgebaut, dass ein Rektifizierrohr zur Abdeckung der Umgebung des Innenrohrs der Brennstoff-Einlassseite vorgesehen ist, wobei ein vorbestimmter Abstand von dem Innenrohr gehalten wird, und wobei das Rektifizierrohr an einem Ende an einer Turbinenzylinderwand befestigt ist und das andere Ende offen ist.
Somit strömt die von dem Kompressor zugeführte Luft von dem anderen Ende des Rektifizierrohrs um die Brennkammer herum ein, und während sie durch den vorbestimmten Zwischenraum zwischen dem Rektifizierrohr und dem Brennkammer-Innenrohr strömt, wird sie rektifiziert bzw. gleichgerichtet, um zu einer gleichmäßigen Strömung mit einer geeigneten Menge zu werden, und strömt in die Brennkammer durch die von den mehreren Streben gebildeten Zwischenräume ein. Die auf diese Weise herumströmende Luft bildet eine gleichmäßige Strömung ohne Vorbelastung der Strömung, so dass eine Brennstoffkonzentration am Düsenauslass gleichmäßig wird, wodurch eine gute Verbrennung erreicht wird und eine Zunahme einer NOx-Bildung unterdrückt werden kann. Das erwähnte Rektifizierrohr kann entweder auf eine Brennkammer eines Typs mit einem breiteren Raum für den Brennkammer-Lufteinströmabschnitt in dem Turbinenzylinder aufweisen, oder eine sogenannte Zylinder-Brennkammer mit einem Lufteinströmabschnitt, der durch ein Gehäuse bedeckt ist, wobei in beiden Fällen die gleiche Wirkung erzielt wird.
Ferner umfasst das Rektifizierrohr an einem Ende einen Schrägungsabschnitt, dessen Durchmesser sich allmählich verengt.
Somit umfasst das Rektifizierrohr an einem Ende den Schrägungsabschnitt, indem sich der Durchmesser des Rektifizierrohrs allmählich verengt, wodurch die darin strömende Luft die Innenumfangsfläche des Schrägungsabschnitts berührt und die Richtung der in die Brennkammer eintretenden Strömung allmählich ändert, so dass die Luft gleichmäßig zu dem mittleren Abschnitt der Brennkammer hin mit gesteigerter Rektifizierwirkung strömt, womit die Wirkung der obigen Erfindung noch besser gewährleistet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Luftansaugmittel so aufgebaut, dass mehrere Luftlöcher in einer Umfangswand des Innenrohrs vorgesehen sind und in mehreren Reihen in einer Strömungsrichtung des von stromauf nach stromab in dem Innenrohr strömenden Verbrennungsgases angeordnet sind, wobei von einem Brennstoff-Düsenabschnitt zur Verbrennung des Brennstoffs zugeführte Luft, zur Kühlung der Brennkammer zugeführte Luft und durch die mehreren Luftlöcher in das Innenrohr eingeleitete Luft eine Gesamtluftmenge bilden, und über die Luftlöcher einer stromabwärtigsten Reihe der mehreren Reihen zugeführte Luft macht 7-12% hiervon aus.
In der Gasturbinenbrennkammer gibt es drei Abschnitte einer Luftströmung in diese, d.h., Luft, die zur Verbrennung von von den Hauptbrennstoffdüsen und der Pilotbrennstoffdüse zugeführtem Brennstoff verwendet wird, Luft, die in das Innenrohr über in der Innenrohrwand vorgesehene Kühllöcher zur Kühlung des Innenrohrs einströmt, und Luft, die über Luftlöcher zur Verbrennung einer unverbrannten Brennstoffkomponente in das Innenrohr einströmt. Die Luftlöcher sind in der Umfangswand des Innenrohrs zu mehreren in mehreren Reihen, beispielsweise drei Reihen, in der Gasströmungsrichtung im Innenrohr angeordnet. Nach dem Stand der Technik ist die jeweils in die zwei Reihen an der stromaufwärtigen Seite einströmende Luftmenge zueinander gleich, und die in die Reihe an der stromabwärtigsten Seite einströmende Menge ist größer, beispielsweise etwa 20% der Gesamtluftmenge der drei Abschnitte, und wenn die über die Luftlöcher der stromabwärtigsten Reihe in das Innenrohr einströmende Luft zu einer Niederlastzeit exzessiv wird, wird das Verbrennungsgas gekühlt und der gefärbte Rauch nimmt zu. Die durch die Luftlöcher der stromabwärtigsten Reihe eintretende Luftmenge wird jedoch auf 7-12% der Gesamtluftmenge beschränkt, was etwa die Hälfte des vorbekannten Falls ist, womit eine Entstehung von gefärbtem Rauch unterdrückt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Haltemittel so aufgebaut, dass jedes der mehreren Hauptverwirbelungselemente an deren Einlassabschnitt an einer Innenumfangsfläche des Innenrohrs über ein Befestigungselement befestigt ist, und die Befestigung jedes der Hauptverwirbelungselemente und des Befestigungselements am Innenrohr durch eine Bolzenverbindung erfolgt.
Somit ist sowohl das Hauptverwirbelungselement an seinem Auslass-Endabschnitt als auch das Pilotverwirbelungselement durch die Basisplatte gehaltert, und die Basisplatte ist an der Innenumfangsfläche der Brennkammer befestigt. Ferner ist das Hauptverwirbelungselement an seinem Einlass-Endabschnitt mit der Innenumfangsfläche der Brennkammer durch den Bolzen über das Befestigungselement verbunden, wodurch die Befestigungsarbeit einfach wird, eine Feineinstellung für die Befestigung einfach vorgenommen werden kann, und die Genauigkeit der Befestigungsposition verbessert wird.
Die Haltestruktur ist nach dem Stand der Technik eine geschweißte Struktur, so dass leicht Risse in den geschweißten Abschnitten des Befestigungselements des Hauptverwirbelungselements infolge der Wärmebeanspruchung etc. beim Betrieb entstehen können, eine Begrenzung bei der Genauigkeit des aus der geschweißten Struktur von dünnen Metallplatten hergestellten Produkts besteht, und es zu einer Verformung infolge von Restspannung in den geschweißten Abschnitten zusätzlich zu der Wärmebeanspruchung kommt, wobei es zu einem gegenseitigen Kontakt des Hauptverwirbelungselements und der Hauptbrennstoffdüsen kommt, und ein Verschleiß verstärkt wird. Ferner gibt es nur einen engen Raum für Schweißarbeiten des Befestigungselements, womit die Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch werden diese Mängel beseitigt, die Zuverlässigkeit des Produkts erhöht und dessen Herstellungskosten reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Haltemittel so aufgebaut, dass ein Außendurchmesser eines Einlass-Endabschnitts eines Pilotkonus, der an einer Auslassseite des Pilotverwirbelungselements angeordnet ist, annähernd gleich einem Außendurchmesser eines Auslass-Endabschnitts des Pilotverwirbelungselements gestaltet ist, so dass der Einlass-Endabschnitt des Pilotkonus an dem Auslass-Endabschnitt des Pilotverwirbelungselements anliegt, wobei eine Schweißverbindung dort von der Innenseite des Pilotkonus angebracht wird, um das Pilotverwirbelungselement und den Pilotkonus miteinander zu verbinden. Somit passiert das Pilotverwirbelungselement den zentralen zylindrischen Abschnitt der Basisplatte, um gehaltert zu werden, und der Einlass-Endabschnitt des daran anliegenden Pilotkonus wird durch eine Schweißverbindung verbunden, die von der Innenseite des Pilotkonus aus vorgenommen wird. Dadurch wird im Fall einer Beschädigung des Pilotkonus durch Verbrennen im Betrieb, der dessen Austausch erfordert, der geschweißte Abschnitt des Pilotkonus von dessen Innenseite her entfernt, und der geschweißte Abschnitt des Pilotkonus und des Befestigungselements der Basisplatte werden ebenfalls entfernt, so dass der Pilotkonus nur einfach entnommen zu werden braucht und dessen Austauscharbeit einfach erfolgt. Wenn im Stand der Technik der Pilotkonus ausgetauscht werden muss, ist es nötig, das gesamte Verwirbelungselement in jedem der Basisplattenblöcke zu demontieren. Die geschweißte Struktur der vorliegenden Erfindung ist jedoch so hergestellt, dass das Pilotverwirbelungselement zuerst an der Basisplatte befestigt wird und dann der Pilotkonus am Pilotverwirbelungselement angeschweißt wird, wobei die Schweißverbindung von der Innenseite des Pilotkonus aus vorgenommen wird, so dass eine Abnahme des Pilotkonus einfach erfolgen kann und dessen Austausch leicht wird und seine Bearbeitbarkeit verbessert wird. Gemäß einer solchen geschweißten Struktur mit einfacher Bearbeitbarkeit wird die Genauigkeit der Schweißverbindung verbessert und die Zuverlässigkeit beim Erreichen der hohen Temperatur der Gasturbine wird ebenfalls verbessert.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Kühlmittel so aufgebaut, dass ein Dampfverteiler ausgebildet ist, der von einem Abdeckelement zum Abdecken eines Außenumfangs eines Auslassabschnitts des Endrohrs und einem Endflansch des Auslassabschnitts des Endrohrs geschlossen ist, mehrere Dampfdurchgänge in einer Wand des Endrohrs vorgesehen sind, die sich von dem Verbindungsrohr bis nahe an den Endflansch des Endrohrs erstrecken, wobei die mehreren Dampfdurchgänge mit dem Dampfverteiler in Verbindung stehen, und ein Hohlraum, der an einem gesamten Innenumfangsabschnitt des Auslassabschnitts des Endrohrs nahe dem Endflansch und dem Dampfverteiler ausgebildet ist, durch eine Rippe in diesem unterteilt ist, um zwei Höhlungen zu bilden, eine auf der Seite des Endflanschs, um mindestens eine Außenseite des Hohlraums zu bedecken, und die andere, um Dampf in diesen einströmen zu lassen. Somit ist die Höhlung dazu vorgesehen, die Außenumfangsfläche des Endrohr-Auslassabschnitts nahe dem Endflansch zu bedecken, und diese Höhlung bedeckt auch die Außenseite des Hohlraums. Damit steht die Außenseite des Hohlraums in Kontakt mit der Luftschicht in der Höhlung, so dass sie nicht direkt durch den Dampf in dem Dampfverteiler gekühlt wird. Nach dem Stand der Technik wird die Außenseite des Hohlraums direkt durch den Dampf in dem Hohlraum und demjenigen im Dampfverteiler gekühlt, so dass sie übermäßig gekühlt wird, was zu einem Temperaturgefälle zwischen der Innenumfangsfläche des Endrohr-Auslassabschnitts und den außenseitigen strukturellen Komponenten derselben führt und dort eine Wärmebelastung verursacht. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch eine solche übermäßige Kühlung vermieden, um das Temperaturgefälle zwischen dem Endrohr-Auslassabschnitt und den außenseitigen Komponenten zu mindern, wodurch auch die dadurch bewirkte Wärmebelastung gemindert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird Abschirmungs- bzw. Schutzgas zwischen der Pilotluft und dem Hauptverbrennungs-Vorgemisch zugeführt, wobei die Pilotluft aus dem Pilotverwirbelungselement zugeführt wird und das Hauptverbrennungs-Vorgemisch durch von den Hauptverwirbelungselementen zugeführte Hauptluft und Hauptbrennstoff, die miteinander vermischt werden, gebildet wird. Somit wird der Pilot-Brennstoff durch die Pilotluft verbrannt, wodurch die Pilotflamme, welche die Diffusionsflamme umfasst, gebildet wird. Wie im vorbekannten Fall kommt das Hauptbrennstoff-Vorgemisch in Kontakt mit der Pilotflamme, um bei der Vorgemischverbrennung zu verbrennen. Das um die Pilotluft herum zugeführte Schutzgas unterdrückt den gegenseitigen Kontakt des Vorgemischs und der Pilotflamme, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit des Vorgemischs reduziert wird, die Hauptflamme als die zwischen dem Vorgemisch und der Pilotflamme gebildete Vorgemischflamme in der Längsrichtung der Brennkammer länger wird und die Verbrennungsenergiekonzentration gesenkt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Abschirmungs- bzw. Schutzgas ein rezirkuliertes Gas des Abgases, das durch die Verbrennung in der Gasturbinenbrennkammer erzeugt wird.
Somit wird das Schutzgas aus dem rezirkulierten Gas des Gasturbinen-Abgases zugeführt, wodurch die Sauerstoffkonzentration in der Vorgemischflamme verringert und eine NOx-Bildung gedämpft wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Aufbauansicht einer Gasturbinenbrennkammer, die ganze Abschnitte der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Befestigungszustands eines Rektifizierrohrs einer Gasturbinenbrennkammer einer ersten Ausführungsform,
3 eine Schnittansicht längs einer Linie A-A von 2,
4 eine perspektivische Ansicht des Rektifizierrohrs von 2,
5 eine Schnittansicht eines Beispiels, bei dem das Rektifizierrohr der ersten Ausführungsform auf einen anderen Typ, einen sogenannten Zylindertyp einer Brennkammer angewandt ist,
6 eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels, bei dem das Rektifizierrohr der ersten Ausführungsform auf einen weiteren Brennkammertyp angewandt ist,
7 eine Seitenansicht eines Innenrohrabschnitts der Brennkammer einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
8 eine Schnittansicht zur Darstellung einer Anordnung von Luftlöchern des Innenrohrs, wobei 8(a) eine Ansicht längs einer Linie B-B von 7 ist, und 8(b) eine Ansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel der Luftlöcher zeigt,
9 eine Schnittansicht längs einer Linie C-C von 8(b),
10 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Sichtbarkeit von Rauch und Last als ein Effekt der zweiten Ausführungsform im Vergleich zu dem vorbekannten Fall,
11 eine Teil-Schnittansicht eines Hauptverwirbelungselements einer Brennkammer einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
12 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts D von 11,
13 eine Teilansicht, in einer Ebene E-E von 11 betrachtet,
14 eine Detailansicht eines Abschnitts F von 13,
15 eine Schnitt-Seitenansicht zur Darstellung eines Befestigungsabschnitts eine Pilotkonus einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
16 eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts G von 15,
17 eine vergrößerte Detailansicht von geschweißten Befestigungsstrukturen von Pilotkonussen, wobei 17(a) einen Stand der Technik darstellt, und 17(b) die vierte Ausführungsform,
18 eine Schnittansicht einer dampfgekühlten Struktur eines Brennkammerendrohr-Auslassabschnitts einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
19 eine Konzept-Schnittansicht einer Brennkammer einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
20 eine strukturelle Anordnungsansicht einer repräsentativen Gasturbinenbrennkammer und von deren sie umgebenden Abschnitten nach dem Stand der Technik,
21 eine vergrößerte strukturelle Anordnungsansicht der Gasturbinenbrennkammer von 20,
22 eine Schnittansicht eines Zylinderbrennstoff-Düsenabschnitts einer vorbekannten Gasturbine,
23 eine Seitenansicht eines Innenrohrabschnitts der Brennkammer von 20,
24 eine Schnitt-Seitenansicht zur Darstellung eines Verwirbelungselementabschnitts und eines Pilot-Konusabschnitts in der vorbekannten Brennkammer,
25 eine Teilansicht, von einer Ebene H-H der 24 aus betrachtet,
26 eine detaillierte Teil-Schnittansicht eines Befestigungsabschnitts des Pilot-Konusabschnitts von 24,
27 eine erläuternde Ansicht, die eine Endrohr-Kühlstruktur in einer repräsentativen Gasturbinenbrennkammer nach dem Stand der Technik darstellt, wobei 27(a) eine Gesamtansicht ist, 27(b) eine perspektivische Ansicht einer Endrohrwand ist, und 27(c) eine Schnittansicht längs einer Linie J-J von 27(b) ist,
28 eine Ansicht, aus einer Ebene K-K von 27(a) betrachtet,
29 eine Schnittansicht längs einer Linie L-L von 28, und
30 eine Konzeptansicht einer Gasturbinenbrennkammer vom zweistufigen Verbrennungstyp nach dem Stand der Technik.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Der Aufbau der vorliegenden Erfindung dient zur Lösung verschiedener Probleme, die bei der Gasturbinenbrennkammer bestehen, wie sie vorher mit Bezug auf 21 beschrieben wurde, wobei 1 einen Gesamtaufbau derselben zeigt. In 1 wird ein (X-1)-Abschnitt als erste Ausführungsform, ein (X-2)-Abschnitt als zweite Ausführungsform, ein (X-3)-Abschnitt als dritte Ausführungsform, ein (X-4)-Abschnitt als vierte Ausführungsform, ein (X-5)-Abschnitt als fünfte Ausführungsform und ein Fall zur Lösung eines Verbrennungsvibrationsproblems als sechste Ausführungsform der Reihe nach im folgenden beschrieben.
Die erste Ausführungsform in dem (X-1)-Abschnitt wird mit Bezug auf 2-6 beschrieben. 2 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eine Befestigungszustands eines Rektifizierrohrs der Gasturbinenbrennkammer der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Schnittansicht längs einer Linie A-A von 2, und 4 ist eine perspektivische Ansicht des Rektifizierrohrs von 2. In 2 ist eine Brennkammer 20 in einem Turbinenzylinder 50 enthalten, und mehrere Streben 25 sind um einen Außenumfang eines Innenrohrs 28 mit einem vorbestimmten Intervall, das zwischen jeder der Streben 25 gehalten wird, angeordnet. Ein Rektifizierrohr 11 ist so vorgesehen, dass es die Streben 25 mit einem vorbestimmten Abstand, der zwischen ihm selbst und dem Innenrohr 28 oder den Streben 25 gehalten wird, umgibt und diese bedeckt, wobei das Rektifizierrohr 11 an seinem Befestigungsflansch 5 durch einen Bolzen 6 fest auf der Seite des Turbinenzylinders 50 nahe Endabschnitten der Streben 25 durch einen Bolzen 6 befestigt ist.
In 3 ist das Rektifizierrohr 11 durch Kombinieren eines Zylinders 1 und eines Zylinders 2, beide von halbkreisförmigem Querschnitt, hergestellt. Der Zylinder 1 ist mit Flanschen 3a, 3b, 3c, 3d (siehe 2) versehen, und der Zylinder 2 ist ebenso mit Flanschen 4a, 4b, 4c, 4d (4b und 4d entfallen in der Darstellung) versehen. Diese Flansche werden durch Bolzen und Muttern 7 zusammengehalten, um das Rektifizierrohr 11 mit kreisförmiger Querschnittform zu bilden, wobei jeweils die Flansche 3a und 4a, 3b und 4b, 3c und 4c, 3d und 4d miteinander verbunden sind.
Der Befestigungsflansch 5 des Rektifizierrohrs 11 ist aus mehreren Teilen gefertigt, die um ein Ende des Rektifizierrohrs 11 mit zylindrischer Form angeordnet sind, wie 3 zeigt. Das andere Ende des Rektifizierrohrs 11 öffnet sich als Mündung an der Lufteinströmseite. Die Seite des Befestigungsflansches 5 des Rektifizierrohrs 11 weist ebenfalls eine Öffnung auf, und die Hauptbrennstoffdüsen 21 und eine Pilotbrennstoffdüse 22 sind durch diesen Öffnungsabschnitt eingesetzt. Eine Außenansicht nur des so aufgebauten Rektifizierrohrs 11 ist in 4 gezeigt.
In der Gasturbinenbrennkammer nach diesem Aufbau strömt von einem Kompressor kommende Luft 40a, 40b um das Innenrohr 28 der Brennkammer 20 durch den vorbestimmten Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 28 und dem Rektifizierrohr 11 und wird umgeleitet, um durch und um einen Schrägungsabschnitt 11a des Rektifizierrohrs 11 herum rektifiziert zu werden, wobei ein Durchmesser des Rektifizierrohrs 11 sich allmählich entlang der Luftströmungsrichtung verengt. Damit strömt die so rektifizierte Luft 40a, 40b durch von den Streben 25 gebildete Zwischenräume, um gleichmäßig in das Innenrohr 28 einzuströmen.
Da es im Stand der Technik kein solches Rektifizierrohr 11 gegeben hat, strömt die um die Brennkammer 20 herumströmende Luft durch die Zwischenräume der Streben 25 aus einem vergleichsweise breiten Raum ein, der zwischen einer Innenwand des Turbinenzylinders 50 und der Brennkammer 20 ausgebildet ist, und es besteht ein breiter Raum oder ein schmaler Raum in diesem Raum entsprechend der Stelle, an der die Luft strömt, und folglich strömt die Luft darin kaum gleichmäßig.
Hingegen wird bei der vorliegenden Ausführungsform der vorbestimmte Zwischenraum durch das Rektifizierrohr 11 um die Zwischenräume der Streben 25, durch die die Luft strömt, bedeckt und beibehalten, und die Luft, deren Druck und Geschwindigkeit konstant gehalten werden, strömt in diesen Raum, um durch die Zwischenräume der Streben 25 weiter in die Brennkammer 20 zu strömen, wobei die Luftströmung weiter in ihrer Strömungsrichtung durch den Schrägungsabschnitt des Rektifizierrohrs gleichmäßig rektifiziert wird, um einheitlich in die Brennkammer 20 zu strömen, womit keine vorbelastete Luftströmung auftritt, die in das Innenrohr 28 eintritt, und womit eine gleichmäßige Brennstoffkonzentration an Düsenauslassabschnitten der Brennkammer 20 erreicht wird, wodurch ein Entstehen von NOx gemindert werden kann.
5 ist eine Schnittansicht eines Beispiels, bei dem das Rektifizierrohr 11 der ersten Ausführungsform auf einen weiteren Typ einer Brennkammer, d.h. einen Zylindertyp, angewandt ist. In 5 ist ein Außenrohr-Gehäuse 51 von einem Turbinengehäuse 50 nach außen vorstehend vorgesehen, um einen Befestigungsabschnitt eines Innenrohrs der Brennkammer zu bilden. Eine solche Brennkammer-Befestigungsstruktur wird allgemein als Zylinderstruktur bezeichnet, wobei Streben 25 das Innenrohr 28 um Hauptbrennstoffdüsen 21 der Brennkammer haltern, und das Außenrohr-Gehäuse 51 und eine Außenrohr-Gehäuseabdeckung 51a die Streben 25 umgeben, um sie abzudecken. Ein solches Außenrohr-Gehäuse 51 ist um einen Rotor vorstehend in der gleichen Anzahl von Teilen wie die Brennkammer angeordnet, um einen Erweiterungsabschnitt des Turbinengehäuses 50 zu bilden.
Das Rektifizierrohr 11 ist von zylindrischer Form, die in zwei Abschnitte unterteilt ist, wie oben erwähnt wurde. Das Rektifizierrohr 11 ist mit mehreren Befestigungsflanschen 5 versehen, die kreisförmig mit einem vorbestimmten Intervall zwischen jedem der Befestigungsflansche 5 angeordnet sind, und ist an einem Innenrohr-Befestigungsflansch 52 durch Bolzen 8 über die Befestigungsflansche 5 befestigt. Ein Schrägungsabschnitt 11a ist so ausgebildet, dass er die Befestigungsflansche 5 verbindet. Das Rektifizierrohr 11 ist koaxial mit einer Brennkammer-Mittelachse 60 vorgesehen und bedeckt einen Lufteinlassraum, wobei ein Zwischenraum erhalten wird, so dass es nicht in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des Außenrohr-Gehäuses 51 kommt und eine gleichmäßige Raumdimension um die Streben 25 herum beibehält. Bei der Brennkammer nach obigem Aufbau strömt aus einem Kompressor kommende Luft 80 durch einen Öffnungsabschnitt des Rektifizierrohrs 11 ein, um zu einer gleichmäßigen Strömung 80a in dem Raum zwischen dem Rektifizierrohr 11 und dem Innenrohr 28 zu werden, und biegt dann in den zwischen dem Abschrägungsabschnitt 11a und den Streben 25 gebildeten Raum ab, um in die Brennkammer als Abbiegeströmung 80b einzuströmen. Da in dieser Abbiegeströmung 80b die gleichmäßige Strömung 80a entlang dem Abschrägungsabschnitt 11a des Rektifizierrohrs 11 eintritt, biegt die Strömung allmählich ab, um in Verwirbelungselement-Abschnitte in dem Raum der Brennkammer einzutreten, wodurch eine gleichmäßig verwirbelte Strömung erzeugt und die Verbrennungsleistung verbessert wird.
6 ist eine Schnittansicht eines weiteren Beispiels, bei dem das Rektifizierrohr 11 der ersten Ausführungsform auf einen Brennkammertyp angewandt ist, bei dem der Zylinder-Strukturabschnitt der Brennkammer unterteilt ist. D.h., ein Außenrohr-Gehäuse 151 ist mit einer Außenrohr-Gehäuseabdeckung 151a abnehmbar durch einen Bolzen 152 versehen, so dass, wenn der Bolzen 152 gelöst wird, die Außenrohr-Gehäuseabdeckung 151a zusammen mit der Brennkammer entnommen werden kann.
In 6 ist das Rektifizierrohr 11 so aufgebaut, dass es an der Außenrohr-Gehäuseabdeckung 151a über einen Befestigungsflansch 5 und einen Innenrohr-Befestigungsflansch 52 integral durch einen Bolzen 16 befestigt werden kann. Bei diesem Aufbau wird kein Bolzen zum ausschließlichen Befestigen des Rektifizierrohrs 11 benötigt, wodurch der Aufbau des Befestigungsabschnitts vereinfacht werden kann. Weitere Abschnitte des Aufbaus, die gleich denjenigen der 5 sind, können mit der gleichen Wirkung wie bei dem Beispiel der 5 erhalten werden.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform in dem (X-2)-Abschnitt der Brennkammer von 1 mit Bezug auf die 7-10 beschrieben. 7 ist eine Seitenansicht eines Innenrohrabschnitts der Brennkammer der zweiten Ausführungsform. In 7 strömt ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 in ein Innenrohr 28, wobei das Hochtemperatur-Verbrennungsgas durch die Verbrennung von Brennstoff, eingespritzt von einer Pilotbrennstoffdüse und Hauptbrennstoffdüsen, sowie von Luft erzeugt wird. An einer Innenumfangsfläche des Innenrohrs 28 sind Luftlöcher 10-1 an einer stromaufwärtigen Seite des Innenrohrs 28 vorgesehen, wobei die Luftlöcher 10-1 sechs Stück Luftlöcher aufweisen, die mit gleichen Intervallen um das Innenrohr 28 herum angeordnet sind. Ferner sind Luftlöcher 10-2 stromab der Luftlöcher 10-1 zu sechst mit gleichen Intervallen vorgesehen. Die Anordnung dieser Luftlöcher 10-1, 10-2 ist die gleiche wie die des in 23 gezeigten Falles nach dem Stand der Technik. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Luftlöcher 10-3 an einer stromabwärtigen Seite des Innenrohrs 28 nur drei Stück, weniger als sechs in dem vorbekannten Fall, um das Innenrohr 28 herum.
8 ist eine Schnittansicht zur Darstellung der Luftlöcher 10-3, wobei 8(a) eine Ansicht längs einer Linie B-B von 7 ist, und 8(b) eine Ansicht zur Darstellung eines modifizierten Beispiels der Luftlöcher 10-3 ist. In 8(a) sind drei Luftlöcher 10-3a, 10-3b, 10-3c in gleichmäßigen Abständen in der Umfangsfläche des Innenrohrs 28 vorgesehen. In 8(b) sind sechs Luftlöcher 10-3a, 10-3b, 10-3c, 10-3d, 10-3e, 10-3f wie im Stand der Technik vorgesehen, und um die Luftlöcher zu dreien mit gleichmäßigen Intervallen anzuordnen, sind die Luftlöcher 10-3b, 10-3d, 10-3f durch Stopfen 14 verschlossen und nur die Luftlöcher 10-3a, 10-3c, 10-3e bleiben geöffnet, und es wird die gleiche Dreieranordnung der Luftlöcher wie in der 3(a) gebildet.
9 ist eine Schnittansicht längs einer Linie C-C von 8(b). In 9 hat der Stopfen 14, der einen geringfügig kleineren Durchmesser aufweist als ein Loch-Durchmesser des Luftlochs 10-3b, einen Flansch 14a um seinen Umfangsabschnitt herum und ist in das Luftloch 10-3b eingesetzt, um durch Schweißen etc. zum Verschließen des Lochs befestigt zu werden. Durch Verwendung eines solchen Stopfens 14 kann das bestehende Innenrohr, so wie es ist, verwendet werden, und wenn es so modifiziert ist, kann es leicht den Aufbau der vorliegenden zweiten Ausführungsform aufweisen.
In der nach obiger Beschreibung aufgebauten zweiten Ausführungsform umfasst die in die Brennkammer 20 eintretende Luft drei Teile, wie im vorbekannten Fall, d.h., die zur Verbrennung am Düsenabschnitt verwendete Luft, die in das Innenrohr zu dessen Kühlung durch die kleinen Kühllöcher eintretende Luft sowie die durch die Luftlöcher 10-1, 10-2, 10-3 in das Innenrohr einströmende Luft. Bei einer Gesamtmenge der Luft von 100 beträgt die durch die Luftlöcher 10-1, 10-2 strömende Luftmenge etwa 14%, wie im vorbekannten Fall, und die der durch die Luftlöcher 10-1, 10-3 strömenden Luft, bei denen nur drei Löcher im Vergleich zu den sechs Löchern im Stand der Technik vorhanden sind, wird auf etwa 7-12% gemindert.
Falls die jeweiligen Luftmengen der Luftlöcher 10-1, 10-2, 10-3 in einem Verhältnis ausgedrückt werden, so beträgt dieses annähernd 1 : 1 : (0,5-0,85), und im Vergleich zu dem vorbekannten Verhältnis von 1 : 1 : (1,3-1,4) ist die in das Innenrohr über die Luftlöcher 10-3 an der stromabwärtigen Seite des Innenrohrs eintretende Luftmenge um etwa die Hälfte reduziert. Infolgedessen wird eine geeignete Luftmenge realisiert, so dass zwar die durch die Luftlöcher 10-3 an der stromabwärtigen Seite des Innenrohrs eintretende Luft 131 ausreicht, um zur Verbrennung von unverbrannt gebliebenem Kohlenstoff in dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 benutzt zu werden, diese aber nicht so umfangreich ist, dass sie das Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 abkühlt. Damit wird der Wirkungsgrad der Verbrennung verbessert, und ein Auftreten von schwarz gefärbtem Rauch im Abgas kann vermieden werden.
10 ist eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Sichtbarkeit des Rauchs und der Last als Wirkung der zweiten Ausführungsform im Vergleich zu dem vorbekannten Fall. In 10 zeigt die Horizontalachse die Last, und die Vertikalachse zeigt den Wert eines Niveaus von sichtbarem Rauch (BSN). Wenn dieser Wert größer wird, so bedeutet dies eine dickere, vom menschlichen Auge erkennbare Rauchfarbe, und wenn dieser Wert kleiner wird, so bedeutet dies eine weniger sichtbare, dünnere Rauchfarbe. Gemäß dem Ergebnis hiervon ist ersichtlich, dass die Rauchfarbe X₁ der Brennkammer der vorliegenden Ausführungsform dünner ist als X₂ der Brennkammer nach dem Stand der Technik gemäß 23, und dass ein Effekt erzielt wird, der das Auftreten des Rauchs unterdrückt.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform in dem (X-3)-Abschnitt der Brennkammer von 1 mit Bezug auf die 11 bis 14 beschrieben. 11 ist eine Teil-Schnittansicht eines Hauptverwirbelungselements der Brennkammer der dritten Ausführungsform. In 11 hat eine Brennkammer 20 in ihrem zentralen Abschnitt ein Pilotverwirbelungselement 31 und einen Pilotkonus 33, die an ihrem Endabschnitt angeordnet sind, sowie acht Hauptverwirbelungselemente 32, die um das Pilotverwirbelungselement 31 herum angeordnet sind. Diese Verwirbelungselemente 31, 32 sind an einer Basisplatte 34 kreisförmiger Form befestigt, und die Basisplatte 24 ist an ihrem Umfangsabschnitt an einer Innenwand der Brennkammer 20 angeschweißt. Dieser Aufbau ist der gleiche wie der im Stand der Technik existierende. Ein Block 17 ist an einer Außenumfangsfläche eines Endabschnitts des Hauptverwirbelungselements 32 befestigt, und das Hauptverwirbelungselement 32 ist an der Innenwand eines Endabschnitts der Brennkammer 20 über den Block 17 befestigt, wobei der Block 17 an der Innenwand der Brennkammer 20 durch einen Bolzen 12 befestigt ist, welcher die Wand der Brennkammer von außen über eine Beilagscheibe 13 durchsetzt.
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts D von 11. Der Block 17 ist an dem Hauptverwirbelungselement 32 durch eine Schweißverbindung befestigt. Ein Befestigungssitz 36a ist durch Verschweißen an der Innenwand eines Endabschnitts 36 der Brennkammer 20 ausgebildet, und ein Ausnehmungsabschnitt 36b zur Aufnahme der Scheibe 13 ist in einer Außenwand der Brennkammer 20 an einer Position ausgebildet, die dem Befestigungssitz 36a entspricht. Ein Bolzenloch ist dort gebohrt, und der Bolzen 12 wird in den Block 17 zu dessen Befestigung über die Beilagscheibe 13 eingeschraubt, wodurch das Hauptverwirbelungselement 32 an der Brennkammer 20 befestigt ist.
13 ist eine Teilansicht von einer Ebene E-E der 11 aus. Der Block 17 ist durch eine Schweißverbindung an der Außenumfangsfläche jedes der Hauptverwirbelungselemente 32, die zu acht angeordnet sind, und jeder der Blöcke 17 ist an der Wand des Endabschnitts 36 der Brennkammer 20 durch zwei Bolzen 12 befestigt. Die beiden Bolzen 12 sind in dem Block 17 über eine gemeinsame Beilagscheibe 13 eingeschraubt.
14 ist ein detaillierte Ansicht eines Abschnitts F von 13, wobei die Bolzen 12 und die Scheibe 13 vergrößert dargestellt sind. Der Ausnehmungsabschnitt 36b ist nicht in gekrümmter Form ausgebildet, sondern in einer linearen Form an der Außenumfangsfläche des Endabschnitts 36 der Brennkammer 20, und die Beilagscheibe 13 ist zu einer flachen Platte linearer Form gefertigt. Die beiden Bolzen 12 sind in Bolzenlöcher 36c eingesetzt, die parallel zueinander gebohrt sind, um in den Block zu dessen Befestigung eingeschraubt zu werden, und damit zur Befestigung des Hauptverwirbelungselements 32 an der Brennkammer 20. Eine eine Drehung verhindernde Schweißverbindung 18 ist am Bolzen 12 angebracht, um eine Drehung oder Lockerung desselben zu vermeiden. Durch Anwenden einer solchen Struktur wird die Herstellung des Bolzenbefestigungsabschnitts vereinfacht, und da die Scheibe 13 mit dem Ausnehmungsabschnitt 36b über flache Oberflächen in Kontakt steht, wird eine gute Wirkung gegenüber Verdrehung oder Lockerung des Bolzens erhalten. Ferner kann die Genauigkeit bei dem Arbeitsprozess oder bei der Befestigung verbessert werden.
Bei der vorbekannten Gasturbinenbrennkammer nach obiger Beschreibung kommt es oft zur Rissbildung in dem geschweißten Abschnitt des Metall-Befestigungselements 35, welches das Hauptverwirbelungselement 32 haltert, und zwar infolge von Vibration, Wärmebeanspruchung etc. beim Betrieb, und die Struktur selbst ist die verschweißte Struktur dünner Metallplatten, so dass ein Problem bei der Genauigkeit der Befestigung und des Zusammenbaus besteht. Ferner kommt es zu einer Verformung infolge von Restspannung in dem geschweißten Teil und den Metallplatten, was einen gegenseitigen Kontakt des Hauptverwirbelungselements 32 und der darin angeordneten Hauptbrennstoffdüse verursacht und deren Verschleiß bzw. Abtragung erhöht. Ferner besteht nur ein schmaler Arbeitsraum um den Befestigungsabschnitt des Metall-Befestigungselements 35 herum, was eine hohe Geschicklichkeit zur Durchführung einer zufriedenstellenden Schweißverbindung erfordert.
Gemäß dem Aufbau der vorliegenden dritten Ausführungsform ist das Hauptverwirbelungselement 32 an der Brennkammer 20 durch den Bolzen 12 über die Scheibe 13 und den an dem Hauptverwirbelungselement 32 befestigten Block 17 befestigt, wodurch die Genauigkeit der Montage verbessert wird, eine Spannung bzw. Belastung infolge der Schweißverbindung nicht auftritt und die Schweißarbeit in dem engen Raum überflüssig wird. Ferner bildet die Scheibe 13 der flachen Plattenform einen Kontakt mit dem Ausnehmungsabschnitt 36b, und die beiden Bolzen 12 befestigen das Hauptverwirbelungselement 32 an der Brennkammer 20, wodurch sich die Bolzen 12 nicht lösen und eine präzise Positionierung möglich wird. Ferner wird die Wartung von Austauschteilen etc. einfach, so dass alle erwähnten Probleme gelöst werden.
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform in dem (X-4)-Abschnitt der Brennkammer von 1 mit Bezug auf die 15 bis 17 beschrieben. 15 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Befestigungsabschnitts eines Pilotkonus in der Brennkammer gegenüber dem in 24 gezeigten vorbekannten Fall. 16 ist eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts G von 15 im Gegensatz zu dem in 26 gezeigten vorbekannten Fall.
In den 15 und 16 haben ein Pilotverwirbelungselement 31, ein Pilotkonus 33, ein Hauptverwirbelungselement 32, eine Basisplatte 39, ein Befestigungselement 39b und ein Konusring 38 jeweils die gleichen Funktionen wie bei dem in 24 und 26 gezeigten Stand der Technik, und folglich werden die gleichen Bezugsziffern benutzt, wobei ihre Beschreibung entfällt und Merkmalsabschnitte der vorliegenden Erfindung, die von den Bezugsziffern 31a, 33a und den geschweißten Abschnitten X₁ bis X₄ dargestellte Konfigurationsabschnitte sind, werden nachstehend detailliert beschrieben.
In 16 ist ein Endabschnitt 31a eines Pilotverwirbelungselements im Stand der Technik so aufgebaut, dass in einen Endabschnitt der Pilotkonus 33 in Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des Pilotkonus 33 eingesetzt wird, dasjenige der vorliegenden Erfindung ist jedoch so aufgebaut, dass es in den zylindrischen Abschnitt 39a der Basisplatte 39 eingesetzt wird. Für diesen Zweck ist ein Pilotkonus-Endabschnitt 33a im Vergleich zu dem vorbekannten Fall kürzer hergestellt, und ein Außendurchmesser des Pilotkonus-Endabschnitts 33a ist annähernd gleich wie der des Pilotverwirbelungs-Endabschnitts 31a hergestellt, so dass beide Enden des Pilotkonus-Endabschnitts 33 und des Pilotverwirbelungs-Endabschnitts 31a in Kontakt miteinander zusammengeschweißt sind.
Bei dem oben erwähnten Schweißverbindungsaufbau wird bei dessen Befestigungsarbeitsgängen das Pilotverwirbelungselement 31 zuerst in den zylindrischen Abschnitt 39a der Basisplatte 39 eingesetzt, um an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 39a durch eine Schweißverbindung X₁ befestigt zu werden, die entlang der Umfangsrichtung vorgenommen wird. Dann wird der Konusring 38 an dem Befestigungselement 39b befestigt, das integral mit der Basisplatte 39 hergestellt ist, und zwar durch eine entlang der Umfangsrichtung vorgenommene Schweißverbindung X₂. Während der Pilotkonus-Endabschnitt 33a und der Pilotverwirbelungselement-Endabschnitt 31a miteinander in Kontakt stehen, wird dann der Pilotkonus 33 durch eine Schweißverbindung X₃ an dem Konusring 38 befestigt, und danach wird der Pilotkonus-Endabschnitt 33a und der Pilotkonus 33 durch eine Schweißverbindung X₄, die von innerhalb des Pilotkonus 33 entlang der Umfangsrichtung vorgenommen wird, miteinander verbunden. Es ist anzumerken, dass die Schweißverbindungen X₃ und X₄ in der umgekehrten Reihenfolge erfolgen können, d.h., die Schweißverbindung X₄ früher als die Schweißverbindung X₃, und auch, dass ein schwarzer Pfeil in 16 eine Richtung zeigt, in der die Schweißverbindung X₄ erfolgt.
Gemäß dem oben erwähnten Verbindungsaufbau wird bei einer Reparaturarbeit die Schweißverbindung X₄ von der Innenseite des Pilotkonus 33 her entfernt, und die Schweißverbindung X₃ an dem Pilotkonus-Auslass wird ebenfalls entfernt, wodurch der Pilotkonus 33 einfach abgenommen werden kann. Im vorbekannten Fall gibt es keinen ausreichenden Arbeitsraum in dem Abschnitt der Schweißverbindung X₃, X₉ (26), und außerdem ist das Abnehmen des Pilotkonus 33 schwierig, sofern nicht der gesamte Abschnitt des Basisplatten-Blocks demontiert wird. Bei der vorliegenden vierten Ausführungsform jedoch wird die Genauigkeit der geschweißten Struktur verbessert, wodurch die Festigkeit der Schweißverbindung erhöht, und die Bearbeitbarkeit bei der Reparatur bemerkenswert verbessert werden kann. 17 ist eine vergrößerte Detailansicht der geschweißten Befestigungsstrukturen der Pilotkonusse nach dem Stand der Technik und der vorliegenden vierten Ausführungsform, wobei 17(a) den Stand der Technik darstellt, und 17(b) die vierte Ausführungsform. Sowohl in 17(a) als auch 17(b) wird der Pilotkonus-Endabschnitt 33a lang genug gefertigt, um in den zylindrischen Abschnitt 39a der Basisplatte 39 nach dem Stand der Technik eingesetzt zu werden, und derjenige 33a der vorliegenden Ausführungsform wird kürzer hergestellt, um an dem Pilotverwirbelungselement-Endabschnitt 31a anzuliegen.
Durch diesen Aufbau wird der Pilotkonus 33 der 17(b) durch die Basisplatte 39 über die Schweißverbindung X₄ des Pilotverwirbelungselements 31 gehaltert, und es ist zu ersehen, dass die Loslösung des Pilotkonus 33 einfach vorgenommen werden kann, wenn die Schweißverbindung X₄ durch die Arbeit innerhalb des Pilotkonus 33 entfernt wird, wie durch einen schwarzen Pfeil in 17(b) gezeigt ist.
Gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird die Schweißverbindungsstruktur so verwendet, dass das Pilotverwirbelungselement 31 zuerst an der Basisplatte befestigt wird, und der Pilotkonus 33 danach befestigt wird, und auch die Schweißverbindung X₄ hierfür von der Innenseite des Pilotkonus 33 her vorgenommen wird, wodurch eine Reparaturarbeit und ein Abnehmen des Pilotkonus 33 einfach werden und die Bearbeitbarkeit bemerkenswert verbessert wird. Damit wird eine Menge Arbeit und Zeit bei der Reparatur eingespart, die Genauigkeit der Schweißverbindungen wird ebenfalls verbessert, und eine Belastung bzw. Spannung infolge der Wärmebeanspruchung kann auf ein Minimum verringert werden.
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform in dem (X-5)-Abschnitt der Brennkammer von 1 mit Bezug auf 18 beschrieben. 18 ist eine Schnittansicht einer dampfgekühlten Struktur eines Brennkammer-Endrohr-Auslassabschnitts der fünften Ausführungsform. Die dampfgekühlte Struktur ist auf den Auslassabschnitt des in 27 gezeigten Endrohrs 24 anwendbar, und die Struktur der 18 ist gegenüber derjenigen des Standes der Technik gemäß 29 gezeigt.
In 18 sind wie im vorbekannten Fall eine Vielzahl von Dampfdurchgängen 150 in einer Wand 20a des Endrohr-Auslassabschnitts vorgesehen, und ein Hohlraum 75 ist an einem gesamten Innenumfangsabschnitt eines Flansches 71 des Endrohr-Auslassabschnitts ausgebildet. Ein Verteiler 73 und eine Höhlung 77 sind von der Innenseite des Pilotkonus 33 hergestellt, wie durch einen schwarzen Pfeil in 17(b) dargestellt ist.
Gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird die Schweißverbindungsstruktur so angewandt, dass das Pilotverwirbelungselement 31 zuerst an der Basisplatte befestigt wird und der Pilotkonus 33 danach, und auch die Schweißverbindung X₄ hierfür von der Innenseite des Pilotkonus 33 her vorgenommen wird, wodurch eine Reparaturarbeit und eine Loslösung bzw. Abnahme des Pilotkonus 33 einfach wird, und die Bearbeitbarkeit bemerkenswert verbessert wird. Damit wird eine Menge Arbeit und Zeit bei der Reparatur eingespart, die Genauigkeit der Schweißverbindung ebenfalls verbessert, und eine Belastung infolge der Wärmebeanspruchung kann auf ein Minimum verringert werden.
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform in dem (X-5)-Abschnitt der Brennkammer von 1 mit Bezug auf 18 beschrieben. 18 ist eine Schnittansicht einer dampfgekühlten Struktur eines Brennkammer-Endrohr-Auslassabschnitts der fünften Ausführungsform. Diese dampfgekühlte Struktur ist auf den Auslassabschnitt des in 27 gezeigten Endrohrs 24 anwendbar, und die Struktur von 18 wird im Gegensatz zu derjenigen nach dem Stand der Technik gemäß 29 gezeigt.
In 18 sind wie im vorbekannten Fall eine Vielzahl von Dampfdurchgängen 150 in einer Wand 20a des Endrohr-Auslassabschnitts vorgesehen, und ein Hohlraum 75 ist an einem Innenumfangsabschnitt eines Flansches 71 des Endrohr-Auslassabschnitts ausgebildet. Ein Verteiler 73 und eine Höhlung 77 sind so ausgebildet, dass sie umfangsmäßig durch ein Abdeckelement 72 zwischen einem Außenflächenabschnitt der Wand 20a des Endrohr-Auslassabschnitts bedeckt sind, und durch eine Rippe 76 voneinander getrennt sind. Der Verteiler 73 steht in Verbindung mit einem Kühldampf-Zuführrohr (nicht gezeigt), und die Höhlung 77 hat eine darin ausgebildete Luftschicht.
Bei der erwähnten gekühlten Struktur strömt der dem Verteiler 73 zugeführte Kühldampf 132 aus dem Kühldampf-Zuführrohr in den Dampfdurchgängen 150 durch ein Dampfzuführloch 74, um die Wand 20a zu kühlen, die einem Hochtemperatur-Verbrennungsgas von etwa 1500°C ausgesetzt ist. Außerdem kühlt der in den Hohlraum 75 eintretende Dampf die Endabschnitte 20b, 20c. Der Endabschnitt 20b, der von dem Dampf in dem Hohlraum 75 gekühlt wird, ist an einer Seitenfläche des Flansches 71 einer Luft von etwa 400-450°C in einem Turbinenzylinder ausgesetzt. Der Endabschnitt 20c ist der Luftschicht in der Höhlung 77 ausgesetzt und ist nicht direkt dem Kühldampf 132 ausgesetzt. Während dieser Endabschnitt 20c dem Kühldampf 132 ausgesetzt ist, der im Stand der Technik exzessiv gekühlt wird, wird eine solche übermäßige Kühlung bei der vorliegenden fünften Ausführungsform vermieden.
Gemäß der fünften Ausführungsform nach obiger Beschreibung wird die Wand 20a des Endrohr-Auslassabschnitts, die direkt dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 auszusetzen ist, durch den in die Dampfdurchgänge 150 aus dem Verteiler 73 in das Dampfzuführloch 74 zugeführten Kühldampf 132 genügend gekühlt. Während der in den Hohlraum 75 des Endabschnitts des Endrohr-Auslasses eintretende Dampf die dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas 161 ausgesetzte Wand ausreichend kühlt, wird andererseits der Endabschnitt 20c, der nicht direkt dem Hochtemperaturgas 161 ausgesetzt ist, nicht gekühlt. Dieser Endabschnitt 20c steht in Kontakt mit der Luftschicht in der Höhlung 77 und wird nicht übermäßig gekühlt. Somit wird das Temperaturgefälle zwischen der Innenumfangswandfläche und dem strukturellen Außenumfangsabschnitt in dem Endrohr-Auslassabschnitt vermindert und die Wärmebeanspruchung gedämpft.
Es ist anzumerken, dass die vorliegende fünfte Ausführungsform zwar in Bezug auf das in 27 gezeigte Beispiel beschrieben ist, bei dem der Dampf aus dem Kühldampf-Zuführdurchgang 127 des Endrohr-Auslassabschnitts sowie aus dem Kühldampf-Zuführdurchgang 125 auf der Verbrennungsrohrseite zugeführt und in das Dampf-Rückführrohr 126 zurückgeführt wird, die Zufuhr und Rückführung des Dampfes aber auch umgekehrt vorgenommen werden kann, d.h., dass der Dampf aus dem Rohr 126 zugeführt wird und in die Rohre 125,127 zurückgeführt wird, wobei auch in diesem Fall die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Als nächstes wird eine Gasturbinenbrennkammer einer sechsten Ausführungsform mit Bezug auf 19 beschrieben. In 19 ist eine Brennkammer 20 allgemein zu einer zylindrischen Form ausgebildet, und eine Pilotbrennstoffdüse 22 zum Zuführen von Pilot-Brennstoff ist in einer Auskleidung 212 entlang einer Mittelachse O der Brennkammer 20 vorgesehen. Ein Pilotluft-Zuführdurchgang 216 ist um die Pilotbrennstoffdüse 22 herum vorgesehen, und ein Pilotverwirbelungselement 31 zum Halten der Pilotflamme ist in dem Pilotluft-Zuführdurchgang 216 vorgesehen. Damit bilden die Pilotbrennstoffdüse 22, der Pilotluft-Zuführdurchgang 216 und das Pilotverwirbelungselement 31 einen Pilotbrenner. Stromab des Pilotluft-Zuführdurchgangs 216 ist ein Pilotkonus 33 zum Bilden einer Pilot-Verbrennungskammer 224 vorgesehen.
Eine Hauptbrennstoffdüse 21 zum Zuführen eines Hauptbrennstoffs und ein Hauptluft-Zuführdurchgang 222 sind um den Pilotluft-Zuführdurchgang 216 herum vorgesehen. Ein Hauptverwirbelungselement 32 ist in dem Hauptluft-Zuführdurchgang 222 vorgesehen. Somit bilden die Hauptbrennstoffdüse 21, der Hauptluft-Zuführdurchgang 22 und das Hauptverwirbelungselement 32 einen Hauptbrenner. Zwischen dem Pilot-Zuführdurchgang 216 und dem Hauptluft-Zuführdurchgang 222 ist ein Abgas-Zuführdurchgang 218 als Zuführdurchgang von Abschirmungs- bzw. Schutzgas vorgesehen. Stromab des Abgas-Zuführdurchgangs 218 und an der Außenseite des Pilotkonus 33 ist ein Nebenkonus 226 koaxial mit dem Pilotkonus 33 vorgesehen. Die Bezugsziffer 218a bezeichnet ein Verwirbelungselement, das in dem Abgas-Zuführdurchgang 218 vorgesehen ist.
Nachstehend wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Aus dem Pilotluft-Zuführdurchgang 216 zugeführte Pilotluft tritt in die Pilot-Verbrennungskammer 224 ein, um den von der Pilotdüse 22 zugeführten Pilot-Brennstoff zu umströmen, wodurch der Pilot-Brennstoff mit der Pilotluft verbrennt, um die Pilotflamme (ein weißer Pfeil 230) mit der Diffusionsflamme zu bilden. Der von der Hauptbrennstoffdüse 21 zugeführte Hauptbrennstoff und die von dem Hauptluft-Zuführdurchgang 222 zugeführte Hauptluft werden in einer Mischkammer 228 stromab hiervon gemischt, um ein durch einen Pfeil 232 gezeigtes Vorgemisch zu bilden. Dieses Vorgemisch 232 kommt in Kontakt mit der Pilotflamme 230, um eine Vorgemischflamme als Hauptflamme 234 zu bilden.
Bei der vorliegenden Gasturbinenbrennkammer 20 wird ein durch die Verbrennung erzeugtes Abgas in eine Gasturbine (nicht gezeigt), die stromab der Brennkammer 20 vorgesehen ist, eingeleitet, um die Gasturbine anzutreiben. Nachdem die Gasturbine angetrieben worden ist, wird das Abgas weitgehend in die Luft abgeführt, aber ein Teil hiervon wird in den Abgas-Zuführdurchgang 218 der Brennkammer 20 über ein Rezirkulationssystem mit einem Abgas-Kompressor etc. (nicht gezeigt) rezirkuliert.
Das aus dem Abgas-Zuführdurchgang 218 zugeführte Abgas 236 strömt durch einen Abgas-Leitabschnitt als Leitabschnitt eines zwischen dem Pilotkonus 33 und dem Nebenkonus 226 gebildeten Schutzgases, das zwischen die Pilotflamme 230 und das Vorgemisch 232 zu leiten ist. Somit wird ein gegenseitiger Kontakt der Pilotflamme 230 und des Vorgemischs 232 durch das so zugeführte Abgas 236 unterdrückt, wodurch eine Verbrennungsgeschwindigkeit der Hauptflamme 234 verringert wird und die Hauptflamme 234 in der Brennkammer-Axialrichtung oder in der Haupt-Strömungsrichtung länger wird. Folglich wird eine Verbrennungs-Energiekonzentration, die von der Hauptflamme 234 angegeben wird, oder eine Querschnitts-Verbrennungslast der Brennkammer reduziert, eine die Verbrennungsvibration anregende Kraft wird verringert und eine Verbrennungsvibration unterdrückt. Ferner wird wegen des Vorhandenseins des Abgases 236 eine Sauerstoffkonzentration in der Hauptflamme 234 verringert und eine Flammentemperatur gesenkt, wodurch eine entstehende NOx-Menge verringert wird.
Es ist anzumerken, dass zwar ein Beispiel zur Verwendung des Abgases der Gasturbine in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden ist, dass die Erfindung aber nicht hierauf beschränkt ist, sondern das Abgas aus einer anderen Maschine oder Anlage benutzt werden kann, oder dass Inertgas, wie z.B. Stickstoff, das aus anderen Anlagen zugeführt wird, anstelle des Abgases eingesetzt werden kann. Der springende Punkt hierbei ist, ein Gas zu verwenden, das bezüglich der Verbrennungsreaktion inert ist, so dass es in der Lage ist, einen direkten Kontakt des Gemischs und der Pilotflamme zu vermeiden und die Vorgemischflamme in der Haupt-Strömungsrichtung in der Brennkammer zu verlängern.
Es sind zwar verschiedene Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf den speziellen Aufbau und die Anordnung von Teilen und Komponenten beschränkt ist, die hier dargestellt und beschrieben wurden, sondern auch modifizierte Formen derselben umfasst, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Gasturbinenbrennkammer (20) mit: einem Innenrohr (28), einem Verbindungsrohr und einem Endrohr (24), die so angeordnet sind, dass sie nacheinander von einer Brennstoffeinlassseite her verbunden sind, wobei das Innenrohr (28) ein Pilot-Verwirbelungselement (31) aufweist, das an einem zentralen Abschnitt des Innenrohrs (28) angeordnet ist, sowie mehrere Haupt-Verwirbelungselemente (32), die um das Pilot-Verwirbelungselement (31) herum angeordnet sind, wobei das Pilot-Verwirbelungselement (31) und jedes der Haupt-Verwirbelungselemente (32) eine kreisförmige Basisplatte (34) an ihren jeweiligen zu halternden Endabschnitten durchsetzen, wobei die kreisförmige Basisplatte (34) dadurch gehaltert ist, dass sie an einer Innenumfangsfläche des Innenrohrs (28) befestigt ist, und wobei ein Auslassabschnitt des Endrohrs (24) mit einem Gasturbinen-Einlaßabschnitt verbunden werden kann, das Innenrohr (28) ein Luftansaugmittel (11) zum Vergleichmäßigen einer Luftansaugung in die Brennkammer (20) umfasst, das Luftansaugmittel ein Rektifizierrohr (11) aufweist, das so vorgesehen ist, dass es die Umgebung des Innenrohrs (28) an der Brennstoffeinlassseite bedeckt und einen vorbestimmten abstand von dem Innenrohr (28) hält, wobei das Rektifizierrohr (11) an einem Ende an einer Turbinen-Zylinderwand befestigt ist (6, 16) und am anderen Ende offen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rektifizierrohr (11) an dem einen Ende einen Schrägungsabschnitt (11a) aufweist, an dem sich sein Durchmesser allmählich verengt.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftansaugmittel mehrere Luftlöcher (10-1, 10-2, 10-3) aufweist, die in einer Umfangswand des Innenrohrs (28) vorgesehen sind, wobei die Luftlöcher in mehreren Reihen in einer Strömungsrichtung des von stromauf nach stromab in dem Innenrohr (28) strömenden Verbrennungsgases derart angeordnet sind, dass, wenn Luft, die von einem Brennstoffdüsenabschnitt zur Verbrennung von Brennstoff zugeführt wird, Luft, die zum Kühlen der Brennkammer zugeführt wird, und Luft, die in das Innenrohr (28) über die mehreren Luftlöcher (10-1, 10-2, 10-3) zugeführt wird, eine Luft-Gesamtmenge darstellt, die dem Innenrohr (28) über die Luftlöcher (10-3) einer stromabwärtigsten Reihe der mehreren Reihen zugeführte Luft 7 bis 12 % davon beträgt.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilot-Verwirbelungselement (31) oder jedes der Haupt-Verwirbelungselemente (32) ein Haltemittel (12, 17) zum Mindern einer Wärmebelastung umfasst/umfassen.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel ein Einsetzelement (17) umfasst, durch das jedes der mehreren Haupt-Verwirbelungselemente (32) an einem Einlaßabschnitt derselben an einer Innenumfangsfläche des Innenrohrs (28) befestigt ist, wobei die Befestigung jedes der Haupt-Verwirbelungselemente (32) und des Einsetzelements (17) an dem Innenrohr (28) über eine Bolzenverbindung (12) erfolgt.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel so aufgebaut ist, dass ein Außendurchmesser eines Einlassendabschnitts (33a) eines Pilotkonus (33), der an einer Auslassseite des Pilot-Verwirbelungselements (31) angeordnet ist, annähernd gleich einem Außendurchmesser eines Auslassendabschnitts (31a) des Pilot-Verwirbelungselements (31) gestaltet ist, so dass der Einlassendabschnitt (33a) des Pilotkonus (33) an dem Auslassendabschnitt (31a) des Pilot-Verwirbelungselements (31) anliegt und dort eine Schweißverbindung von der Innenseite des Pilotkonus (33) aufgebracht ist, um das Pilot-Verwirbelungselement (31) und den Pilotkonus (33) miteinander zu verbinden.
Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassabschnitt des Endrohr (23) ein Kühlmittel (73, 75, 76, 77) zum Erzielen einer gleichmäßigen Kühlung umfasst.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel so aufgebaut ist, dass ein von einem Abdeckelement (72) verschlossener Dampfverteiler (73) ausgebildet ist, um einen Außenumfang eines Auslassabschnitts des Endrohrs (24) sowie einen Endflansch (71) des Auslassabschnitts des Endrohrs (24) zu bedecken, mehrere Dampfdurchgänge in einer Wand (20a) des Endrohrs (24) vorgesehen sind, die sich von dem Verbindungsrohr bis nahe dem Endflansch (71) des Endrohrs (24) erstrecken, wobei die mehreren Dampfdurchgänge (150) mit dem Dampfverteiler (73) in Verbindung stehen, und ein in einem Gesamt-Innenumfangsabschnitt des Auslassabschnitts des Endrohrs (24) nahe dem Endflansch (71) und dem Dampfverteiler (73) ausgebildeter Hohlraum (75) in sich durch eine Rippe (76) unterteilt ist, um zwei Höhlungen zu bilden, wobei eine (77) auf der Seite des Endflansches (11) zum Bedecken mindestens einer Außenseite des Hohlraums (15), und die andere für eine Dampfströmung darin vorgesehen ist.
Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Gaszuführdurchgang (218) zum Zuführen eines Abschirmungsgases (236) zwischen Pilotluft und einem Hauptverbrennungs-Vorgemisch (232) umfasst, wobei die Pilotluft aus dem Pilot-Verwirbelungselement (31) zugeführt wird und das Hauptverbrennungs-Vorgemisch (232) durch Vermischen von Hauptluft gebildet wird, die von den Haupt-verwirbelungselementen (32) zugeführt wird, und von Hauptbrennstoff gebildet wird.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Pilotkonus (33) und einen Nebenkonus (226) umfasst, der koaxial zu dem Pilotkonus (33) vorgesehen ist, wobei der Gaszuführdurchgang (218) dazu vorgesehen ist, das Abschirmungsgas (236) zwischen dem Pilotkonus (33) und dem Nebenkonus (226) zu liefern.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmungsgas (236) ein rezirkuliertes Gas von durch Verbrennung in der Gasturbinen-Brennkammer erzeugtem Abgas ist.