Brennkammer einer Gasturbine mit Vormisch/Vorverdampf-Elementen

Abstract

 Brennkammer einer Gasturbine, versehen mit einer Anzahl rohrförmiger Elemente, (2) in denen zwischen Brennstoff und Verdichterluft ein VormischNorverdampfungsprozess abläuft, wobei jedes rohrförmige Element (2) an seinem Brennraum-seitigen Ende durch einen mit einer oder mehreren Oeffnungen (8) versehenen Flammenhalter (3) verschlossen ist, so dass die Verbrennung erst stromabwärts von dem Flammenhalter (3) stattfinden kann, wodurch die Emissionswerte an Schadstoffen aus der Verbrennung erheblich reduziert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Brennkammer einer Gasturbine, in welcher innerhalb der Brennkammerhülle Luftverteilkammer und Brennraum örtlich voneinander getrennt sind.

[0002] Gasturbinen unterliegen zunehmend den strengen Umweltschutzvorschriften vieler Staaten bezüglich Abgaszusammensetzung. Aus dem Betrieb einer Gasturbine bereitet vor allem die Einhaltung der Vorschriften über die max. erlaubten NO_x-Emissionen grosse Schwierigkeiten. So sind gegenwärtig rechtsgültige Vorschriften in Kraft, namentlich in USA, wonach der Gehalt an NO_x-Emissionen 75 ppm bei 15 Vol.% 0₂ nicht überschritten werden darf. Aehnliche Vorschriften gilt es in den meisten Industriestaaten zu beachten, wobei eher zu erwarten ist, dass in Zukunft die zulässigen Emissionswerte eine Korrektur nach unter erfahren werden. Diese Vorschriften konnten bis anhin nur unter Zuhilfenahme grosser Wasser- oder Dampfeinspritzungen in den Verbrennungsraum eingehalten werden. Die für die Herabsetzung der Emissionswerte eingesetzten Hilfsmittel, also Wasser oder Dampf, bringen aber einige bedeutende Nachteile mit sich.

[0003] Wird Wasser in den Verbrennungsraum eingespritzt, so ist mit einer Einbusse des Wirkungsgrades zu rechnen. Darüber hinaus ist Wasser nicht immer und überall in verfügbarer Menge vorhanden, so z.B. in niederschlagsarmen Ländern. Ferner muss das Wasser vor dessen Einsatz einer Aufbereitung unterzogen werden, denn viele im Wasser vertretene Mineralien, so z.B. Natrium, Kochsalz etc., wirken sich auf ihre Umgebung stark korrosiv aus. Diese Aufbereitung ist indessen kostspielig und energieintensiv.

[0004] Führt man hingegen Dampf dem Verbrennungsraum zu, so umgeht man die oben erwähnte Wirkungsgradeinbusse. Die Dampferzeugung setzt aber auch Wasser voraus und die Bereitstellung ist nicht minder energieintensiv.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer einer Gasturbine zu schaffen, in welcher die durch die Verbrennung freiwerdenden Schadstoffe unter die von den Emissionsvorschriften erlaubten Werte fallen.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die Emissionswerte von Schadstoffen ohne Einspritzung kostspieliger Hilfsmittel in den Verbrennungsraum unter die von den Emissionsvorschriften erlaubten Werte fallen. Dies wird erreicht, indem dem eigentlichen Verbrennungsprozess eine Vormisch/Vorverdampfungs-phase vorgeschaltet wird.

[0008] Zu diesem Zweck wird das Vormischen/Vorverdampfen in mehreren rohrförmigen Elementen durchgeführt, wobei der Brennstoff mit Luft aus dem Verdichter bei grosser Luftüberschusszahl vorgemischt/vorverdampft wird. Die Verbrennung mit der grösstmöglichen Luftüberschusszahl - einmal dadurch gegeben, dass die Flamme überhaupt noch brennt und im weiteren dadurch, dass nicht zuviel CO entsteht - vermindert indessen nicht nur die Schadstoffmenge von NO , sondern bewirkt darüber hinaus auch eine konsistente Tiefhaltung anderer Schadstoffe, nämlich, wie bereits erwähnt, von CO und von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Dieser Optimierungsprozess kann bei der vorliegenden Brennkammer dadurch in Richtung noch tieferer NO_X-Werte getrieben werden, dass der Raum für Verbrennung und Nachreaktionen viel länger gehalten wird als für die eigentliche Verbrennung notwendig wäre. Dies erlaubt die Wahl einer grösseren Luftüberschusszahl, wobei dann zwar zunächst grössere Mengen CO entstehen, diese aber zu C0₂ weiterreagieren können, so dass schliesslich die CO-Emissionen klein bleiben. Auf der anderen Seite bildet sich aber, wegen des grossen Luftüberschusses, nur wenig zusätzliches NO.

[0009] Da mehrere rohrförmige Elemente das Vormischen/Vorverdampfen übernehmen, ergibt sich daraus der Verteil, dass bei der Lastregelung jeweils nur soviele Elemente mit Brennstoff betrieben werden, dass sich für die jeweilige Betriebsphase (Start, Teillast etc.) die optimale Luftüberschusszahl ergibt.

[0010] Sofern mehrere Pilotelemente zum Einsatz gelangen, ist es zweckmässig, diese geometrisch gleichmässig unter den eingesetzten rohrförmigen Elementen zu verteilen. Wenn jene noch durch Initialzündung in Betrieb genommen werden, so entfällt eine solche für die später in Betrieb genommenen Elemente: Von den Pilotelementen springt die Flamme zu den umliegenden über, dadurch begünstigt, dass die Flammenhalter dieser Pilotelemente entweder mit Drallkörpern oder mit Schräglöchern versehen werden, so dass divergierende Flammenzungen erzeugt werden, welche zusätzlich eine gute kalorische und luftstrahlige Durchmischung begünstigen, was sich in einer gleichmässigeren Temperatur und Geschwindigkeitsverteilung nach dem Brennraum niederschlägt.

[0011] Von Vorteil ist es, wenn sowohl die schrägen als auch die zur Achse des Flammenhalters parallelen Oeffnungen im Flammenhalter eine Länge von mindestens 1,5 Oeffnungsdurchmesser besitzen. Durch diese Oeffnung strömt das Luft-Brennöldampfgemisch bzw. das Luft-Brenngasgemisch mit erhöhter Geschwindigkeit zum Brennraum, wodurch eine Flammenrückzündung vermieden wird.

[0012] Eine weitere Ausgestaltung, um ein Flammenrückschlagen zu vermeiden, besteht darin, die Oeffnungen im Flammenhalter als Injektoren auszubilden, so dass Luft in die Grenzschicht der Oeffnungen eingeführt wird.

[0013] Eine weitere Ausgestaltung der Oeffnungen im Flammenhalter besteht darin, sie als Diffusoren auszubilden. Mit dieser Lösung ist bei gleichem Druckverlust eine höhere Geschwindigkeit möglich. Die höhere Geschwindigkeit bietet mehr Sicherheit gegen die Rückzündung der Flamme aus dem Brenn- raum. Zur sicheren Funktionsweise des Diffusors ist es notwendig eine zylindrische Partie mit einer Mindestlänge von 1,5 Durchmesser nachzuschalten.

[0014] Von Vorteil ist es auch, wenn die Einspritzung des Brennstoffes gegen die Lufteinströmungsrichtung gerichtet ist. Dadurch wird der Vormisch/Vorverdampfungsprozess soweit begünstigt, dass die Länge des rohrförmigen Elementes gegenüber einer anderen Brennstoffzufuhrsart erheblich kürzer gehalten werden kann. Hierdurch wird die Verweilzeit des Gemisches im rohrförmigen Element reduziert und die Selbstzündungsgefahr unterbunden.

[0015] Durch den Einsatz einer Bordamündung am Lufteingang des rohrförmigen Elementes wird in diesem Bereich eine Turbulenz erzeugt, welche den Vormischungs-, Zerstäubungs- und Vorverdampfungsprozess zusätzlich intensiviert.

[0016] Es ist zweckmässig, den Umfang des Flammenhalterrandes als Polygon auszubilden, so dass sich die rohrförmigen Elemente platzsparend ineinanderfügen.

[0017] Es empfiehlt sich, im Flammenhalterrand, um den Aussenmantel des rohrförmigen Elementes herum, mehrere Oeffnungen auszunehmen, durch welche eine Teilmenge der Verdichterluft durchströmt und so den Flammenhalterrand kühlt.

[0018] Im folgenden ist anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Brennkammer schematisch dargestellt und näher erläutert. Alle für das Verständnis der Erfindung unwesentlichen Elemente sind nicht dargestellt. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen.

[0019] Es zeigt:

Fig. l: Eine Schnittdarstellung einer Brennkammer,

Fig. 2: Eine Anordnung der rohrförmigen Elemente in der Brennkammer,

Fig. 3: Eine Schnittdarstellung eines Flammenhalters mit parallelen Löchern,

Fig. 4 Eine Darstellung eines weiteren Flammenhalters

Fig. 5 mit schrägen Löchern,

Fig. 6 Eine Darstellung eines weiteren Flammenhalters

Fig. 7 mit schrägen Löchern,

Fig. 8

Fig. 9 Eine Darstellung eines weiteren Flammenhalters

Fig. 10 mit Drallkörper versehen,

Fig. ll: Eine Schnittdarstellung eines weiteren Flammenhalters mit Oeffnungen als Injektoren ausgebildet,

Fig. 12 Eine Darstellung eines Pilotelementes mit

Fig. 13 Diffusionsflamme,

Fig. 14: Eine Schnittdarstellung eines weiteren Flammenhalters mit Oeffnungen als Diffusoren ausgebildet,

Fig. 15: Eine Ansicht des Flammenhalters von Fig. 11 einschliesslich Ausgestaltung des Luftzuführungskanals,

Fig. 16: Eine Darstellung der mittels Ringe geführten rohrförmigen Elemente mit Bordamündung.

[0020] Fig. 1 zeigt schematisch die Konzeption einer solchen Brennkammer. Im oberen Bereich der Brennkammerhülle 1 sind eine grössere Anzahl rohrförmiger Elemente 2 angeordnet, welche den zur Verfügung stehenden Raum optimal ausfüllen. Ein Beispiel einer solchen Anordnung geht aus Fig. 2 hervor, in der siebenunddreissig rohrförmige Elemente 2 angeordnet sind. Diese Anzahl ist indessen nicht zwingend, denn sie hängt von der Grösse der Brennkammer ab, welche wiederum in Abhängigkeit zur gewünschten Brennleistung steht. Eine Tragbrücke 27, an der die rohrförmigen Elemente 2 mittels Abschlussmuttern 5 verbunden sind, ist an einer Tragrippe 23 verankert. Um die rohrförmigen Elemente 2 mit der Tragbrücke 27 zu verbinden, können selbstverständlich auch andere Verbindungsarten herangezogen werden. Die rohrförmigen Elemente 2 sind im unteren Bereich mittels einer Führungsplatte 6 seitlich geführt. Mehrere Tragelemente 22, welche ihrerseits mit der Tragbrücke 27 fest verbunden sind, tragen die Führungsplatte 6. Selbstverständlich können die rohrförmigen Elemente 2 auch einzeln geführt werden, wie dies aus Fig. 16 hervorgeht, wobei dann nicht mehr eine Führungsplatte eingesetzt wird, sondern einzelne Führungsringe 25 diese Aufgabe übernehmen. Die Führungsringe 25 werden auch hier von Tragelementen 22 getragen, die mit der Tragbrücke 27 fest verbunden sind. Selbstverständlich können die rohrförmigen Elemente 2 auch anders als mit der dargestellten Tragbrücke 27 verankert werden, immer wird man aber in solchen Fällen darauf achten müssen, dass die gewählte Verankerung möglichst weit weg vom Brennraum 7 plaziert ist. damit die Wärmedehnungen keine störende Wirkung entfalten können.

[0021] Der grössere Teil der verdichteten Luft, die im nicht dargestellten Verdichter bereitgestellt wird, strömt durch die Oeffnungen 9 in eine in der Brennkammerhülle 1 vorgesehene Verteilkammer 19 ein, welche nach unten durch die Tragbrücke 27 und nach oben durch den an der Flanschrippe 38 geflanschten Deckel 35 eingegrenzt ist. Von dieser Verteilkammer 19 aus strömt dann die verdichtete Luft durch die Lufttrichter 14 in die einzelnen rohrförmigen Elemente 2 ein. Die Brennstoffzuführung wird je rohrförmiges Element 2 durch eine Brennstoffleitung 4 beigestellt, wobei eine Brennstoffdüse 15, welche ins rohrförmige Element 2 hineinragt und eine oder mehrere nicht dargestellte Brennstoff- öffnungen aufweist, die Zerstäubung des Brennstoffes gegen die Lufteinströmungsrichtung besorgt. Der Brennstoff muss aber nicht notwendigerweise gegen den Luftstrom eingespritzt werden. Im Falle eines Einsatzes von Brenngas (Erdgas) beispielsweise wird das Gas in Lufteinströmungsrichtung eingeblasen. Es ist auch möglich, Oel und Gas gleichzeitig einzugeben und zu verbrennen. Auch kann bei Einsatz von Brennöl, zur Erzielung einer feineren Zerstäubung, durch die Düse 15 eine kleinstmögliche Menge Druckluft beigegeben werden, welche gegenüber dem Prozessdruck einen Ueberdruck aufweist. Der Brennstoff vermischt sich demnach mit der einströmenden verdichteten Luft, dergestalt, dass im rohrförmigen Element 2 ein Vormisch/Vorverdampfungsprozess abläuft. Dieser Prozess kann durch die Einsetzung einer Bordamündung 34 am Lufteingang des rohrförmigen Elementes 2, wie dies aus Fig. 16 hervorgeht, auf Grund der entstehenden Turbulenz intensiviert werden. In einem solchen Falle muss die Brennstoffeinspritzung bzw. Brennstoffeinblasung durch die Brennstoffdüse 15 in optimalem Abstand von der Bordamündung 34,aber noch im Bereich der entstandenen Turbulenz vorgenommen werden.

[0022] In der Zeit, in der das Gemisch durch das rohrförmige Element 2 bis zum Ausgang durch die im Flammenhalter 3 ausgenommenen Oeffnungen 8 strömt, verdampft der Brennstoff und vermischt sich mit der Luft. Der Grad der Verdampfung ist umso stärker, je grösser die Temperatur und die Verweilzeit und je kleiner die Tropfengrösse des zerstäubten Brennstoffes sind. Mit der Zunahme von Druck und Temperatur verringert sich jedoch die kritische Zeitdauer bis zur Selbstzündung des Gemisches, so dass die Länge der rohrförmigen Elemente 2 derart abgestimmt ist, dass eine möglichst gute Verdampfung während einer möglichst kurzen Zeit resultiert. Im Falle von Gas entfällt die Verdampfung; das Gas muss mit der Luft nur gleichmässig verteilt werden.

[0023] Eine restliche Menge verdichteter Luft strömt nicht in die Verteilkammer 19, sondern durch die Oeffnungen 26 in die Brennkammerhülle 1 ein, verteilt sich zwischen den rohrförmigen Elementen 2 und strömt durch die im Flammenhalterrand 13 (Fig. 2) ausgenommenen Oeffnungen 18 dem Brennraum zu, wodurch der äussere Teil des Flammenhalters 3 gekühlt wird, dermassen, dass der Abbrandgefahr, die insbesondere bei Erzeugung von divergierenden Flammenzungen latent vorhanden ist, entgegengewirkt wird.

[0024] Die Verbrennung des Gemisches wird, wie bereits erwähnt, mit dem grösstmöglichen Luftüberschuss angestrebt, wobei dieser einmal dadurch gegeben ist, dass die Flamme überhaupt noch brennt und im weiteren dadurch, dass nicht zuviel CO entsteht. Eine gute Optimierung kann beispielsweise vorliegen, wenn der Luftanteil des Gemisches auf das 1,8-fache des stöchiometrischen Wertes gehalten.wird. Die untere Abschlussrippe 24 verhindert eine freie Konvektion der heissen Luft aus dem Brennraum 7, wobei die Abschlussrippe 24 mit der gleichen durch die Oeffnungen 26 einströmenden Restluft, die dann durch die Oeffnungen 18 der benachbarten Flammenhalterränder 13 zum Brennraum 7 abströmt, mitgekühlt wird.

[0025] Der Flammenhalter 3, welcher den Abschluss des strömungsabwärts gelegenen Teils des rohrförmigen Elementes 2 bildet, hat die Aufgabe, eine Rückzündung der Flamme vom Brennraum 7 ins Innere des rohrförmigen Elementes 2 zu verhindern. Die innere Wandung der Brennkammerhülle 1 ist im Bereich des Brennraumes 7, also ab Flammenhalter 3, mit einem nicht dargestellten Kühlungssystem versehen.

[0026] Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist der dargestellte Flammenhalter 3 eine Anzahl zylindrische und parallel zur Achse des rohrförmigen Elementes 2 verlaufende Löcher 21 auf. Sollen zusätzlich divergierende Flammenzungen erzeugt werden, so können, wie aus Fig. 4 und Fig. 5 hervorgeht, die Löcher 30 im Flammenhalter 3, mit Ausnahme des zentralen Loches, schräg in Radialebenen des Flammenhalters 3 angebracht werden, wobei der Winkel 36 von der Mitte zur Peripherie des Flammenhalters 3 hin stetig zunimmt oder gleichbleibt. Wie aus Fig. 6, 7 und 8 hervorgeht, können die Löcher 31 im Flammenhalter 3, mit Ausnahme des zentralen Loches, auch schräg in Tangentialebenen des Flammenhalters 3 angebracht werden, wobei der Winkel 37, ähnlich wie oben, von der Mitte zur Peripherie des Flammenhalters 3 hin stetig zunimmt oder gleichbleibt. Die Länge sowohl der parallelen Löcher 21 als auch der schrägen Löcher 30,31 muss mindestens 1,5 Lochdurchmesser betragen. Durch die sich daraus ergebende erhöhte Gemischgeschwindigkeit in den Löchern 21, 30, 31 und die Länge der Löcher wird einer Flammenrückzündung aus dem Brennraum 7 entgegengewirkt. Die Anzahl der Löcher 21, 30, 31 muss jeweils den gegebenen Verhältnissen angepasst werden. Im dargestellten Beispiel aus Fig. 7 sind es beispielsweise einundzwanzig Löcher 31.

[0027] In der in Fig. 11 gezeigten Anordnung, besteht der Flammenhalter 3 aus einer Oberplatte 3a und einer Unterplatte 3b, zwischen denen ein mit den Oeffnungen 8 in Verbindung stehender Kanal 10 verläuft. Die im Flammenhalter 3 angebrachten Oeffnungen 8 sind mit je zwei leicht konischen Büchsen 11, 12 ausgekleidet, wobei diese im Bereich des Kanals 10 sich teleskopartig und mit Spiel 16 überlappen. Ein Rückbrennen der Flamme aus dem Brennraum 7, insbesondere in der Grenzschicht entlang der Wandung der Büchse 12, wird entgegengewirkt, indem durch den Kanal 10 Druckluft herangeführt wird, welche durch das Spiel 16, entlang der gefährdeten Wandung der Büchse 12, mit dem Gemisch abströmt. Strömungsablösungen, die ein Rückzünden begünstigen würden, werden durch die konische Form der Oeffnungen 8 verhindert.

[0028] Aus Fig. 15 geht hervor, dass der in Fig. 11 dargestellte Flammenhalter 3 sechzehn Oeffnungen 8 aufweist, welche symmetrisch aus zwei Kanälen 10 mit Druckluft gespeist werden. Selbstverständlich kann die Speisung der im Flammenhalter 3 angebrachten Oeffnungen 8 mit Druckluft durch andere Kanalkonfigurationen erfüllt werden.

[0029] Wie in Fig. 14 dargestellt ist, werden die Oeffnungen 8 im Flammenhalter 3 als Diffusoren 39 ausgebildet. In Strömungsrichtung des Gemisches zum Brennraum 7 folgt einer anfänglichen zylindrischen Bohrung 32 eine Partie als Diffusor 40 ausgebildet, welchem eine zylindrische Bohrung 33 grösseren Durchmessers als die Eingangsbohrung 32 folgt, wobei jene eine Länge von mindestens 1,5 Bohrungsdurchmesser aufweist. Mit dieser Ausbildung ist bei gleichem Druckverlust eine höhere Geschwindigkeit an der engsten Stelle möglich, was sich in mehr Sicherheit gegen eine Flammenrückzündung aus dem Brennraum 7 niederschlägt. Durch die zylindrische Bohrung 33 wird der Flammenanfang im Brennraum 7 in eine entsprechende Distanz zum Diffusor 40 gebracht. Dadurch wird bei momentanen Strömungsablösungen im Diffusor 40 die Strömung im nachfolgenden zylindrischen Teil 33 wieder an die Wandung anliegen.

[0030] Der Flammenhalter 3 kann, wie dies aus Fig. 9 und 10 hervorgeht, mit einem Drallkörper 28 versehen werden, wobei durch dessen Oeffnungen 41, beispielsweise mit vierzehn an der Zahl, das Gemisch drallförmig zum Brennraum 7 geleitet wird. Der Drallkörper 28 begünstigt eine gute luftstrahlige Durchmischung des Brennstoff/Luftgemisches und eine gute Wärmeverteilung, wodurch daraus eine homogene Temperatur-und Geschwindigkeitsverteilung nach dem Brennraum 7 resultiert mit dem Effekt, dass die nicht dargestellte Turbine gleichmässig beaufschlagt wird.

[0031] Selbstverständlich können die rohrförmigen Elemente 2 und der einzelne Flammenhalter 3 selbst, kombinationsweise nach Figuren 3, 4/5, 6/7/8, 9/10, 11/15 oder 14 ausgebildet werden.

[0032] Wie vorne bereits angedeutet, wird die Brennkammerhülle 1 mit einer grösseren Anzahl rohrförmiger Elemente 2 optimal ausgefüllt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind unter den eingesetzten siebenunddreissig rohrförmigen Elementen 2 dreizehn Pilotelemente 17 geometrisch gleichmässig verteilt. Beim Start der Brennkammer werden vorerst die Pilotelemente 17 durch ein nicht dargestelltes Initialzündungsaggregat in Betrieb genommen. Bei Lasterhöhung springt die Flamme von den Pilotelementen 17 zu den umliegenden, die soeben in Betrieb genommen wurden, über.

[0033] Die Oeffnungen 8 im Flammenhalter 3 der Pilotelemente 17 können wahlweise nach den Löchern 30 und/oder nach den Löchern 31 ausgebildet werden. Für die Pilotelemente 17 kann auch der Einsatz von Drallkörpern 28 vorgesehen werden, welche ebenfalls wie die Löcher 30, 31 divergierende Flammenzungen erzeugen und so die Zündung der umliegenden rohrförmigen Elemente 2 begünstigen.

[0034] Die Anordnung wie sie aus Fig. 12 und 13 hervorgeht, also mit Drallkörper 28, ist als weitere Variante für die Pilotelemente 17 gedacht. Da hierbei die Brennstoffdüse 15 in den Brennraum 7 hineinragt, findet im rohrförmigen Element 2 kein Vormisch/Vorverdampfungsprozess statt. Diese Variante eignet sich dementsprechend auch nur als Starthilfe, womit gesagt ist, dass nur wenige Pilotelemente 17 nach dieser Ausführung vorgesehen zu werden brauchen.

[0035] Wie aus Fig. 2, 5, 7, 10, 13 und 15 hervorgeht, ist der Flammenhalter 3 in Umfangsrichtung sechskantförmig 20 ausgebildet. Aus diesen Figuren geht ferner hervor, dass die im Flammenhalterboden 13 angebrachten Oeffnungen 18 zwischen sechskantförmigem Umfang 20 und rohrförmigem Element gleichmässig verteilt sind. Ein Polygonspiel 29 fängt die Wärmedehnungen in diesem Bereich auf.

[0036] Wie bereits angedeutet geht aus Fig. 16 hervor, dass am Lufteingang des rohrförmigen Elementes 2, nach dem Lufttrichter 14, eine Bordamündung 34 eingesetzt ist, welche in diesem Bereich, also unmittelbar um die Brennstoffdüse 15, eine Turbulenz erzeugt, die dazu geeignet ist, den Vormischungs-, Zerstäubungs- und Vorverdampfungsprozess zusätzlich zu den weiter oben beschriebenen Massnahmen, also insbesondere durch die feine Einspritzung des Brennstoffes gegen die Lufteinströmungsrichtung, zu intensivieren. Selbstverständlich können auch andere Turbulenzverstärker an Stelle der Bordamündung 34 zum Einsatz ge- . langen.

B e z e i c h n u n g s l i s t e

[0037] 

1 = Brennkammerhülle

2 = Rohrförmiges Element

3 = Flammenhalter

3a = Flammenhalteroberplatte

3b = Flammenhalterunterplatte

4 = Brennstoffleitung

5 = Abschlussmutter

6 = Führungsplatte

7 = Brennraum

8 = Oeffnungen im Flammenhalter

9 = Oeffnungen in Brennkammerhülle

10 = Kanal

11 = Büchse Oberplatte

12 = Büchse Unterplatte

13 = Flammenhalterrand

14 = Lufttrichter

15 = Brennstoffdüse im rohrförmigen Element

16 = Spiel zwischen den Büchsen

17 = Pilotbrenner

18 = Oeffnungen im Flammenhalterrand

19 = Verteilkammer

20 = Polygon

21 = Parallele Löcher

22 = Tragelemente

23 = Tragrippe

24 = Untere Abschlussrippe

25 = Führungsring

26 = _Kü_hllufteinlass

27 = Tragbrücke

28 = _Drallkörper

29 Polygonspiel

30 = Schräge Löcher in.Radialebene

3¹ = Schräge Löcher in Tangentialebene

32 = Zylindrische Bohrung

33 = Zylindrische Bohrung

34 = _Bordamündung

35 = Deckel

36 = Winkel

37 = Winkel

38 Flanschrippe

39 = Löcher als Diffusoren

40 = Diffusor

41 = Oeffnungen im Drallkörner

Ansprüche

1. Brennkammer einer Gasturbine, in welcher, innerhalb der Brennkammerhülle, Luftverteilkammer und Brennraum örtlich voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verteilkammer (19) und Brennraum (7) mehrere rohrförmige Elemente (2) eingeordnet sind, in denen das Vormischen und das Vorverdampfen des am Verteilkammer-seitigen Ende durch Düsen (15) zugeführten Brennöls und/oder das Vormischen des am Verteilkammerseitigen Ende durch Düsen (15) zugeführten Brenngases mit der Verdichterluft bei grosser Luftüberschusszahl abläuft, wobei jedes rohrförmige Element (2) an seinem Brennraum-seitigen Ende durch einen mit einer oder mehreren Oeffnungen (8) versehenen Flammenhalter (3) verschlossen ist und wobei sich zwischen den rohrförmigen Elementen (2) ein oder mehrere Pilotelemente (17) befinden.

2. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Pilotelementen (17) diese unter den rohrförmigen Elementen (2) so geometrisch gleichmässig angeordnet sind, dass bei in Abhängigkeit zur Maschinenlast gestaffelter Inbetriebnahme der einzelnen rohrförmigen Elemente (2) ein Ueberspringen der Flamme zu den jeweils umliegenden stattfindet.

3. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung des durch Düsen (15) zugeführten Brennstoffes gegen die Lufteinströmungsrichtung gerichtet ist.

4. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8) im Flammenhalter (3) zylindrische und parallel zur Achse des rohrförmigen Elementes (2) verlaufende Löcher (21) sind,-deren Länge ≥ 1,5 Lochdurchmesser ist.

5. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8) im Flammenhalter (3) schräg in Radialebenen des Flammenhalters (3) verlaufende Löcher (30) sind, wobei der Winkel (36) von der Mitte zur Peripherie des Flammenhalters (3) hin stetig zunimmt oder gleichbleibt und wobei die Länge der Löcher (30)≥ 1,5 Lochdurchmesser ist.

6. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8) im Flammenhalter (3) schräg in Tangentialebenen des Flammenhalters (3) verlaufende Löcher (31) sind, wobei der Winkel (37) von der Mitte zur Peripherie des Flammenhalters (3) hin stetig zunimmt oder gleichbleibt und wobei die Länge der Löcher (31) ≥ 1,5 Lochdurchmesser ist.

7. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8) im Flammenhalter (3) mit Drallkörpern (28) versehen sind.

8. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flammenhalter (3) aus einer Oberplatte (3a) und einer Unterplatte (3b) besteht, zwischen denen ein mit den Oeffnungen (8) in Verbindung stehender Kanal (10) verläuft und dass die Oeffnungen (8) mit je zwei konischen Büchsen (11, 12) ausgekleidet sind, welche sich im Bereich des Kanals (10) teleskopartig und mit Spiel (16) überlappen, wodurch das durch den Kanal (10) herströmende Medium mit dem Gemisch aus dem rohrförmigen Element (2) abströmt.

9. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen (8) im Flammenhalter (3) als Diffusoren (40) mit anschliessend zylindrischen Oeffnungen (33) ausgebildet sind, deren Länge mindestens das 1,5-fache ihres Durchmessers beträgt.

10. Brennkammer nach Patentanspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass im Flammenhalterrand (13), um den Aussenmantel des rohrförmigen Elementes (2) herum, mehrere Oeffnungen (18) ausgenommen sind.

11. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenumfang des Flammenhalters (3) als Polygon (20) ausgebildet ist.

12. Brennkammer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes rohrförmige Element (2) am Verteilkammerseitigen Ende mit einem Lufttrichter (14) und einer anschliessenden Bordamündung (34) versehen ist.

Zeichnung