EP1016830A2 - Brennkammer für eine Gasturbine - Google Patents
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- EP1016830A2 EP1016830A2 EP99811182A EP99811182A EP1016830A2 EP 1016830 A2 EP1016830 A2 EP 1016830A2 EP 99811182 A EP99811182 A EP 99811182A EP 99811182 A EP99811182 A EP 99811182A EP 1016830 A2 EP1016830 A2 EP 1016830A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
Definitions
- the proposed design of the combustion chamber is based, among other things, on the spectacular merging and mixing behavior of colliding, with opposing Rotating, rotating, subcritical vortices. This phenomenon occurred on Flow behavior in front of and in radial outlet pipes of steam turbines discovered. It is shown there that only when radial outlet pipes are attached A loss-free outflow of the rotating air is possible while losses occur due to swirling in simple openings. A detailed look at the behavior of the air flow before and in one Such a radial outlet pipe shows that two pipes with opposite directions in front of the pipes Rotating, rotating subcritical vortices collide, and the rotation of the two vertebrae within a distance of less than one Completely cancel each other out.
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
Abstract
Description
- Fig. 1
- einen axialen Längsschnitt durch einen Teil einer Gasturbine mit Sekundärbrennkammer;
- Fig. 2
- eine Teilansicht eines Schnittes entlang der Konusebene X-X aus Figur 1 in einer Ansicht von aussen nach innen; und
- Fig. 3
- die Wirbelzahl (swirl number) als Funktion des kleinen Torusradius (small radius of torus) in Metern.
Grösse | Einheit | Wert |
Massenfluss | kg/s | 450.4 |
Dichte | kg/m^3 | 3.81 |
Anzahl Mischröhren | 12 | |
Austrittsgeschwindigkeit | m/s | 140 |
Grosser Torusradius | m | 1.4 |
Kleiner Torusradius | m | 0.15 |
Weite des Eintrittsschlitzes | m | 0.12 |
Volumenfluss | m^3/s | 118.215 |
Durchmesser der Mischröhren beim Ausgang | m | 0.2993 |
Gesamte Austrittsfläche | m^2 | 0.8444 |
Radius des tangentialen Eingangs | m | 1.25 |
Gesamte Fläche des Eingangsschlitzes | m^2 | 0.9425 |
Strömungsgeschwindigkeit beim Ausgangsschlitz | m/s | 125.43 |
Fläche des Eingangsschlitzes pro Wirbelarm, AI | m^2 | 0.03927 |
Exzentrizitätsradius, rI | m | 0.09 |
Querschnittsfläche des Wirbelarms, AE | m^2 | 0.07069 |
Wirbelzahl | 1.08 |
Grösse | Einheit | Wert 1 | Wert 2 |
Grosser Torusradius | m | 0.0675 | 0.0675 |
Kleiner Torusradius | m | 0.0275 | 0.0275 |
Weite des Eintrittsschlitzes | m | 0.0085 | 0.0135 |
Radius des tangentialen Eingangs | m | 0.04425 | 0.04675 |
Fläche des Eingangsschlitzes pro Wirbelarm, AI | m^2 | 0.01182 | 0.001983 |
Exzentrizitätsradius, rI | m | 0.02325 | 0.02075 |
Querschnittsfläche des Wirbelarms, AE | m^2 | 0.002376 | 0.002376 |
Wirbelzahl | 1.70 | 0.90 |
- 10
- Luftstrom aus erster Turbine
- 11
- erste Turbine
- 12
- Ausstömleitung der ersten Turbine
- 13
- Diffusor
- 14
- ringförmig toroidale Kammer
- 15
- Trajektorie des Wirbelzentrums
- 16
- Wandung der Mischröhre
- 17
- Ausgang der Mischröhre
- 18
- Brennraum
- 19
- Ausgang von 18 zur zweiten Turbine
- 20
- Einspritzdüse für flüssigen Brennstoff
- 21
- Achse der Gasturbine
- 22
- Mischröhre
- 23
- Querschnittsfläche der Mischröhre
- 24,25
- gegenläufig rotierende Teilströme des Luftstroms
- 26
- Torusnebenachse
- 27
- Torushauptachse
- 28
- kleiner Torusradius
- 29
- grosser Torusradius
- 30
- Torusaussenwand
- 31
- Lager der ersten Turbine
- 32
- Einspritzdüsen für Brennstoff
- 33
- Verbrennungsluftstrom
Claims (13)
- Brennkammer (13,14,18,22) für eine Gasturbine, in welcher Brennkammer (13,14,18,22) Brennstoff mit einem in die Brennkammer (13,14,18,22) eintretenden Luftstrom (10) vermischt und anschliessend verbrannt wird, und der entstehende Verbrennungsluftstrom (33) stromab der Brennkammer (13,14,18,22) einer Turbine zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennkammer (13,14,18,22) einen ringförmigen Diffusor (13) aufweist, in welchen der Luftstrom (10) eintritt, dass stromab des Diffusors (13) und mit diesem in Verbindung stehend mindestens eine im wesentlichen ringförmige toroidale Kammer (14) angeordnet ist, dass stromab der ringförmigen toroidalen Kammer (14) und über deren Umfang verteilt Mischröhren (22) abzweigen, und dass stromab der Mischröhren (22) ein ringförmiger Brennraum (18) angeordnet ist, in welchen die Mischröhren (22) einmünden. - Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer als Sekundärbrennkammer (13,14,18,22) ausgebildet ist, und dass die Gasturbine eine Primärbrennkammer, eine stromab der Primärbrennkammer wirkende erste Turbine (11), eine stromab der ersten Turbine (11) wirkende Sekundärbrennkammer (13,14,18,22), sowie eine stromab der Sekundärbrennkammer (13,14,18,22) wirkende zweite Turbine aufweist.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches durch Selbstzündung erfolgt, und dass sich der Bereich der Selbstzündung beim Ausgang (17) der Mischröhren (22) in den Brennraum (18) oder im Brennraum (18) befindet.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige toroidale Kammer (14) eine ringförmige Torusnebenachse (26) aufweist, welche mit einem grossen Torusradius (29) um eine Torushauptachse (27) verläuft, und bei welcher ringförmigen toroidalen Kammer (14) eine Torusaussenwand (30) mit einem kleinen Torusradius (28) um die Torusnebenachse (26) gebildet wird, und dass die Torushauptachse (27) im wesentlichen parallel zur Achse (21) der Gasturbine ausgerichtet ist.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischröhren (22) im wesentlichen konisch oder zylindrisch ausgebildet sind, und dass die Achsen der Mischröhren (22) ausserhalb der Ebene der ringförmigen toroidalen Kammer (14) und im wesentlichen senkrecht zur ringförmigen Torusnebenachse (26) angeordnet sind.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Mischröhren (22) im Bereich oder insbesondere bevorzugt gleich wie der kleine Torusradius (28) ausgebildet ist.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärbrennkammer eine Ringbrennkammer ist, dass zwischen der ersten Turbine (11) und dem Diffusor (13) eine als Hohlzylinder ausgebildete Ausströmleitung (12) angeordnet ist, und dass die Achse der Ausströmleitung (12) parallel zur Achse (21) der Gasturbine verläuft.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Diffusor (13) derart ausgebildet ist, dass der durch die Ausströmleitung (12) parallel zur Achse (21) der Gasturbine strömende Luftstrom (10) vom Diffusor (13) abgelenkt wird, und dass insbesondere bevorzugt diese Ablenkung in im wesentlichen radial zur Achse (21) der Gasturbine verlaufender Richtung bewirkt wird.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (13) in tangentialer Weise an die ringförmig toroidale Kammer (14) angreift.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Diffusor (13) derart ausgebildet ist, dass der Luftstrom (10) vom Diffusor (13) im wesentlichen radial nach aussen umgeleitet wird, und dass der Diffusor (13) in tangentialer Weise von innen an die ringförmige toroidale Kammer (14) angreift.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischröhren (16) im wesentlichen der Eintrittsöffnung des Diffusors (13) in die ringförmige toroidale Kammer (14) gegenüber angeordnet sind, und dass sie im wesentlichen parallel zur Achse (21) der Gasturbine ausgerichtet sind.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass entweder auf der den Mischröhren (16) abgewandten Rückseite der ringförmigen toroidalen Kammer (14) oder im zentralen Bereich der Mischröhren (16) stromab der ringförmigen toroidalen Kammer (14) Mittel (20,32) angeordnet sind, mit welchen flüssiger Brennstoff eingedüst werden kann.
- Brennkammer (13,14,18,22) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Bereich der Mischröhren (16) stromab der ringförmigen toroidalen Kammer (14) Mittel (32) angeordnet sind, über welche gasförmiger Brennstoff eingedüst werden kann.
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