DE102007004864C5

DE102007004864C5 - Brennkammer einer Gasturbine und Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine

Info

Publication number: DE102007004864C5
Application number: DE102007004864.7A
Authority: DE
Inventors: Keijiro Saito; Satoshi Tanimura; Atsushi Yuasa; Toshihiko Saito
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: JP2007263538A; US20070227156A1; US7673454B2; CN101046297B; CN101046297A; DE102007004864A1; DE102007004864B4; JP4418442B2

Abstract

Brennkammer für eine Gasturbine, mit
zwei konzentrisch angeordneten Verwirbelungselementen (140, 150), die jeweils eine Anzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügeln (142, 152) aufweisen, in denen jeweils ein Brennstoffeinspritzloch (171, 172, 173) vorgesehen ist, und
Brennstoffzuführmitteln (L1, L2, L3) zum Zuführen von Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzlöchern (171, 172, 173), wobei die Brennstoffeinspritzlöcher (173) der Verwirbelungsflügel (152) des radial äußeren Verwirbelungselements (150) gemeinsam mit Brennstoff versorgt werden, und die Brennstoffeinspritzlöcher (171, 172) der Verwirbelungsflügel (142) des radial inneren Verwirbelungselements (140) getrennt in zwei Gruppen, die jeweils eine Teilmenge aus aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügeln (142) der aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügel (142) umfassen, versorgt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer einer Gasturbine und auf ein Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine, wobei die Brennkammer und das Verbrennungssteuerverfahren so gestaltet sind, dass sie eine stabile Verbrennung sicherstellen können und das Auftreten unverbrannten Brennstoffs vermeiden können.
Im einzelnen sind die Brennkammer und das Verbrennungssteuerverfahren so ausgestaltet, dass sie Flammenhalte-Eigenschaften verbessern und das Auftreten von unverbranntem Brennstoff während eines Betriebs vermeiden, bei dem die der Brennkammer zugeführte Brennstoffmenge gering ist, beispielsweise in einem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder in einem Niederlaststadium.
Eine bei der Energieerzeugung etc. verwendete Gasturbine umfasst einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine als Hauptelemente. Die Gasturbine hat oft mehrere Brennkammern und mischt Luft, die von dem Kompressor komprimiert wird, mit Brennstoff, der den Brennkammern zugeführt wird, und verbrennt das Gemisch in jeder Brennkammer, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen. Dieses Hochtemperatur-Verbrennungsgas wird der Turbine zugeführt, um die Turbine im Drehantrieb anzutreiben.
Ein Beispiel der Brennkammer einer herkömmlichen Gasturbine wird im folgenden mit Bezug auf 10 beschrieben.
Wie in 10 gezeigt ist, sind mehrere Brennkammern 10 dieser Gasturbine ringförmig in einem Brennkammergehäuse 11 angeordnet (nur eine Brennkammer ist in 10 dargestellt). Das Brennkammergehäuse 11 und ein Gasturbinengehäuse 12 sind mit Druckluft gefüllt und bilden einen Gehäuseraum 13.
Luft, die von einem Kompressor komprimiert wurde, wird in diesen Gehäuseraum 13 eingeleitet. Die eingeleitete Druckluft tritt in das Innere der Brennkammer 10 über einen Lufteinlass 14 ein, der an einem stromaufwärtigen Abschnitt der Brennkammer 10 vorgesehen ist. Im Inneren eines Innenrohrs 15 der Brennkammer 10 werden von Brennstoffdüsen 16 zugeführter Brennstoff und Druckluft vermischt und verbrannt. Ein durch die Verbrennung erzeugtes Verbrennungsgas wird durch ein Übergangsrohr 17 geleitet und einem Turbinenraum zugeführt, um einen Turbinenrotor zu drehen.
In den vergangenen Jahren sind Umweltvorschriften verschärft worden, und es sind verschiedene Verbesserungen vorgenommen worden, um die Konzentration von NO_x (Stickoxide) in einem Abgas einer Gasturbine zu verringern. Der sogenannte FETT-MAGER-Verbrennungsprozess ist als eine Gasturbinen-Verbrennungstechnologie bekannt, die das Auftreten von NO_x zu begrenzen versucht.
Bei dem FETT-MAGER-Verbrennungsprozess wird eine Verbrennung in einem brennstoffreichen Stadium (das heißt, einem fetten Stadium) in einem ersten Verbrennungsbereich durchgeführt (in dem Beispiel der 10 beispielsweise der Bereich in einem mittleren Abschnitt des Innenraums des Innenrohrs 15), während eine Verbrennung in einem brennstoffarmen Stadium (das heißt, einem mageren Stadium) in einem zweiten Verbrennungsbereich durchgeführt wird (in dem Beispiel der 10 beispielsweise der Bereich in einem Umfangsrandabschnitt des Innenraums des Innenrohrs 15). In diesem Fall wird das Brennstoff-Luft-Verhältnis in der gesamten Brennkammer (das gesamte Brennstoff-Luft-Verhältnis, das der Durchschnittswert des fetten Stadiums und des mageren Stadiums ist) auf einen Wert eingestellt, der mit dem Betriebszustand der Gasturbine (mit der Last) übereinstimmt. Wenn eine solche FETT-MAGER-Verbrennung durchgeführt wird, findet eine vollständig diffusive Verbrennung (Verbrennung ohne jegliches Vormischen mit Luft) in dem fetten Verbrennungsbereich statt, und eine vollständige Vorgemisch-Verbrennung findet in dem mageren Verbrennungsbereich statt.
Ein weiteres Beispiel des FETT-MAGER-Verbrennungsprozesses ist in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1993-195822 offenbart. Die in dieser Veröffentlichung dargestellte Technologie basiert auf einer Brennkammer einer Gasturbine mit mehreren Brennstoffdüsen. Die Brennstoffdüsen sind in mehrere Gruppen unterteilt und die Strömungsgeschwindigkeit von jeder Gruppe zugeführtem Brennstoff wird individuell gesteuert bzw. geregelt. In einem Niederlast-Betriebsstadium wird nur den Brennstoffdüsen einiger der Gruppen Brennstoff zugeführt. Durch diese Maßnahme kann eine Vorgemisch-Verbrennung mit geringem NO_x bis zu einem allgemein niedrigen Lastbereich durchgeführt werden. Ferner wird das Auftreten unverbrannten Brennstoffs in einem Niederlaststadium vermieden und eine Verbesserung der Flammenhalteeigenschaften wird erreicht.
Wie allgemein bekannt ist, ist die Beziehung zwischen dem Brennstoff-Luft-Verhältnis (Äquivalenz-Verhältnis) und der Menge an erzeugtem NO_x so, wie es in 11 dargestellt ist. Bei einem Äquivalenz-Verhältnis φ von etwa 1 wird eine große Menge von NO_x erzeugt, und die erzeugte NO_x-Menge ist in dem mageren Bereich (φ < 1) oder dem fetten Bereich (φ > 1) gering. Gemäß dem FETT-MAGER-Verbrennungsprozess kann die erzeugte NO_x-Menge insgesamt verringert werden, da die Verbrennung in dem mageren Bereich (φ < 1) durchgeführt wird, in dem die erzeugte NO_x-Menge gering ist, und in dem fetten Bereich (φ > 1), in dem die erzeugte NO_x-Menge ähnlich gering ist.
Die japanischen ungeprüften Patentveröffentlichungen Nr. 1996-261465 , 1999-14055 und 1995-12340 sind weitere Beispiele von Dokumenten aus dem Stand der Technik.
Es wird gerade eine Gasturbine mit einem hohen Druckverhältnis (einem Druckverhältnis von 25 oder mehr) in der 1700°C-Klasse entwickelt. Bei der Gasturbine mit einem so hohen Druckverhältnis ist die Temperatur von in die Brennkammer einströmender Luft sehr hoch (500–600°C), und die Temperatur eines von der Brennkammer in die Turbine eingeleiteten Verbrennungsgases erreicht 1700°C.
Bei einer herkömmlichen Gasturbine liegt das Druckverhältnis in der Größenordnung von 20 bis 21, und die Temperatur von in die Brennkammer einströmender Luft liegt in der Größenordnung von 450°C, so dass die Temperatur eines von der Brennkammer in die Turbine eingeleiteten Verbrennungsgases in der Größenordnung von 1500°C liegt.
In der Gasturbine variiert die der Brennkammer zugeführte Brennstoffmenge entsprechend der Last. Das heißt, dass gemäß 4(e), wenn die Last gesteigert wird, die der Brennkammer zugeführte Brennstoffmenge erhöht wird. Umgekehrt ist die der Brennkammer zugeführte Brennstoffmenge in einem Geschwindigkeitssteigerungsstadium (während einer Periode vom Stillstand der Gasturbine bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Geschwindigkeit auf eine Soll-Geschwindigkeit erhöht worden ist) oder in einem Niederlaststadium gering.
Bei der Gasturbine mit einem hohen Druckverhältnis (einem Druckverhältnis von 25 oder mehr) in der 1700°C-Klasse ist die Kapazität der Brennkammer hoch. So ist, falls die zugeführte Brennstoffmenge in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder in dem Niederlaststadium verringert wird, die Konzentration eines Brennstoffgases (eines Gemischs aus Brennstoff und Luft) zu gering, was einen zu mageren Zustand bedeutet. Falls das Brennstoffgas zu mager ist, können sich die Flammenhalte-Eigenschaften verschlechtern, und es kann unverbrannter Brennstoff in großen Mengen auftreten, was eine Minderung des Wirkungsgrads der Verbrennung verursacht.
Aus der US 5351477 A ist eine Brennkammer einer Gasturbine bekannt, die ein radial inneres Verwirbelungselement und ein radial äußeres Verwirbelungselement aufweist, die konzentrisch ineinander angeordnet sind. Verwirbelungsflügel des inneren Verwirbelungselements sind zwischen der Außenumfangsfläche eines zentralen Rundkörpers und der Innenumfangsfläche eines Ringelements angeordnet, während Verwirbelungsflügel des äußeren Verwirbelungselements zwischen der Außenumfangsfläche des Ringelements und der Innenumfangsfläche einer Außenwand der Brennkammer angeordnet sind. Die Verwirbelungsflügel der beiden Verwirbelungselemente sind in entgegengesetzter Richtung geneigt, so daß sie jeweils entgegengesetzt rotierende Luftströme bilden. In den Verwirbelungsflügeln sind Kanäle ausgebildet, über die Brennstoff am – bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft – hinteren Ende der Flügel in den Luftstrom ausgestoßen werden kann. Eine ringförmige Öffnung ist zum Ausstoßen von Brennstoff auch am hinteren Ende des Ringelements zwischen den inneren und äußeren Verwirbelungselementen vorgesehen. Bei diesem Stand der Technik wird Brennstoff in einer Menge in den Luftstrom eingespritzt, so daß am Austritt der Mischeinrichtung in den Brennraum der Brennkammer insgesamt ein mageres Brennstoff/Luftgemisch in einem Äquivalenzbereich von 0,4 bis 0,7 erreicht wird.
Aus der EP 974789 A1 , der US 6250063 B1 und der EP 1531305 A1 sind weitere gruppenweise Anordnungen von Brennstoff-Einspritzöffnungen in einer Brennkammer für Gasturbinen bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer einer Gasturbine und ein Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine bereitzustellen, die eine stabile Verbrennung sicherstellen können, und das Vorkommen unverbrannten Brennstoffs auch bei einer Gasturbine mit hohem Druckverhältnis vermeiden können.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Brennkammer einer Gasturbine gemäß Anspruch 1.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine gemäß Anspruch 5, das auf die oben beschriebene Brennkammer einer Gasturbine angewandt ist.
Wenn bei der Erfindung die Gesamtmenge an der Brennkammer zugeführtem Brennstoff gering ist, wie bei einem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder einem Niederlaststadium, wird Brennstoff nur von denjenigen Brennstoff-Einspritzlöchern eingespritzt, die den Teil-Fluiddurchgängen der ersten Gruppen unter den in den Flügeloberflächen der inneren Verwirbelungselementflügel ausgebildeten Brennstoff-Einspritzlöchern zugewandt sind. Somit wird die Brennstoffkonzentration in diesem begrenzten Bereich nicht übermäßig gering, sondern wird höher als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration (”flammability limit concentration”). Auch in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder dem Niederlaststadium kann daher das Auftreten unverbrannten Brennstoffs vermieden und eine Flammenhaltewirkung verbessert werden.
Außerdem sind die Blockierelemente zum Vermindern eines Ausströmens eines Fluids in Grenzabschnitten zwischen den Teil-Fluiddurchgangen der ersten Gruppe und den Teil-Fluiddurchgängen der zweiten Gruppe angeordnet. Somit kann eine Flammenhaltewirkung weiter verbessert werden, und das Auftreten von unverbranntem Brennstoff zwischen der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe in dem Niederlaststadium kann gemindert werden.
Außerdem haben von den Brennstoff-Einspritzlöchern, die in den inneren Verwirbelungselementflügeln ausgebildet sind, die den inneren Teil-Fluiddurchgängen, die den inneren unterteilten Fluiddurchgängen der ersten Gruppe angehören und die zu den Teil-Fluiddurchgängen der zweiten Gruppe benachbart sind, zugewandten Brennstoff-Einspritzlöcher größere Lochdurchmesser als die anderen Brennstoff-Einspritzlöcher. Dadurch kann das Auftreten unverbrannten Brennstoffs in dem Niederlaststadium noch besser vermieden werden.
Die Erfindung ist aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, die lediglich der Veranschaulichung dienen und somit die Erfindung nicht einschränken, und in denen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer Brennkammer gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung,
2 eine Vorderansicht zur Darstellung der Brennkammer gemäß der Ausführungsform 1,
3 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines Brennstoff-Zuführsystems in der Ausführungsform 1,
4(a) bis (e) charakteristische Ansichten, die Brennstoff-Steuereigenschaften in der Ausführungsform 1 zeigen,
5(a) und 5(b) charakteristische Ansichten, die Druckeigenschaften und Temperatureigenschaften der Ausführungsform 1 zeigen,
6 eine Vorderansicht zur Darstellung einer Brennkammer gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung,
7 eine Längsschnittansicht zur Darstellung einer Brennkammer gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung,
8(a) und 8(b) charakteristische Ansichten zur Darstellung der Brennstoff-Einspritzeigenschaften der Brennkammer gemäß der Ausführungsform 3,
9(a) und 9(b) perspektivische Ansichten zur Darstellung wesentlicher Teile einer Brennkammer gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung,
10 eine Konfigurationszeichnung zur Darstellung einer herkömmlichen Brennkammer, und
11 eine charakteristische Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Äquivalenzverhältnis und der erzeugten NO_x-Menge zeigt.
Ausführungsform 1
Eine Brennkammer 100 einer Gasturbine gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 1 als einer Längsschnittansicht und 2 als einer Vorderansicht beschrieben. Die Brennkammer 100 gemäß dieser Ausführungsform 1 wird bei einer Gasturbine mit hohem Druckverhältnis (einem Druckverhältnis von 25 oder mehr) in der neu entwickelten 1700°C-Klasse eingesetzt.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist die Hinterkante eines Innenrohrs 110 mit der Vorderkante eines Übergangsrohrs 130 über einen Verbindungsring 120 verbunden.
Innerhalb des Innenrohrs 110 sind ein inneres Verwirbelungselement 140 und ein äußeres Verwirbelungselement 150 angeordnet. D. h. das innere Verwirbelungselement 140 an der Innenumfangsseite und das äußere Verwirbelungselement 150 an der Außenumfangsseite sind konzentrisch um die Mittelachse des Innenrohrs 110 angeordnet. Das innere Verwirbelungselement 140 und das äußere Verwirbelungselement 150 bilden ein Doppel-Verwirbelungselement 200.
Eine Verwirbelungselementring 141 des inneren Verwirbelungselements 140 hat eine zylindrische Form und ist konzentrisch in Bezug auf die Mittelachse des Innenrohrs 110 angeordnet. Viele (16 in der vorliegenden Ausführungsform) Verwirbelungselementflügel 142 sind an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Verwirbelungselementrings 141 vorgesehen. Die Verwirbelungselementflügel 142 sind an gleich beabstandeten Positionen entlang der Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche des Verwirbelungselementrings 141 angeordnet, und sind so installiert, dass sie in ihrer Erstreckung in der Axialrichtung des Verwirbelungselementrings 141 gekrümmt sind. Die Verwirbelungselementflügel 142 verwirbeln Druckluft, die durch den Innenraum des Innenrohrs 110 strömt (in 1 von der linken Seite zur rechten Seite), um die Druckluft in einen Luftwirbelstrom A11 zu wandeln.
Ein Verwirbelungselementring 151 des äußeren Verwirbelungselements 150 hat eine zylindrische Form und ist an der Außenumfangsseite der Verwirbelungselementflügel 142 und konzentrisch in Bezug auf den Verwirbelungselementring 141 angeordnet. Viele (24 in der vorliegenden Ausführungsform) Verwirbelungselementflügel 152 sind an der Außenumfangsfläche des zylindrischen Verwirbelungselementrings 151 vorgesehen. Die Verwirbelungselementflügel 151 sind an gleich beabstandeten Positionen entlang der Umfangsrichtung der Außenumfangsfläche des Verwirbelungselementrings 151 angeordnet und so installiert, dass sie in ihrer Erstreckung in der Axialrichtung des Verwirbelungselementrings 151 gekrümmt sind. Die Verwirbelungselementflügel 152 verwirbeln durch das Innere des Innenrohrs 110 strömende Druckluft (Strömung von der linken Seite zur rechten Seite in 1), um die Druckluft in einen Luft-Wirbelstrom A12 zu verwandeln.
Der Verwirbelungselementring 151 des äußeren Verwirbelungselements 150 ist mit der Innenumfangsfläche des Innenrohrs 110 über mehrere an beabstandeten Stellen in der Umfangsrichtung angeordnete Kopplungselemente 160 verbunden und an dieser befestigt. Der Verwirbelungselementring 141 des inneren Verwirbelungselements 140 ist mit der Innenumfangsfläche des Verwirbelungselementrings 151 über mehrere an beabstandeten Stellen in der Umfangsrichtung angeordnete Kopplungselemente 161 verbunden und an dieser befestigt.
Durch die oben beschriebene Konfiguration ist ein Fluiddurchgang R1 zwischen der Außenumfangsfläche des innen gelegenen Verwirbelungselementrings 141 und der Innenumfangsfläche des außen gelegenen Verwirbelungselementrings 151 gebildet. Ferner ist ein Fluiddurchgang R2 zwischen der Außenumfangsfläche des außen gelegenen Verwirbelungselementrings 151 und der Innenumfangsfläche des Innenrohrs 110 ausgebildet.
In den Innenraum des Innenrohrs 110 wird über ein Lufteinströmrohr 162 Druckluft A zugeführt. Die Druckluft A strömt von der linken Seite zu der rechten Seite in 1 (sie strömt von der Position der Anordnung des Lufteinströmrohrs 162 zu dem Übergangsrohr 130), und strömt dann in das Innenrohr 110 derart, dass sie in durch den Fluiddurchgang R1 strömende Druckluft A1 und in durch den Fluiddurchgang R2 strömende Druckluft A2 unterteilt wird.
Die durch den Fluiddurchgang R1 strömende Druckluft A1 wird von den Verwirbelungselementflügeln 142 verwirbelt, wodurch sie in einen Luftwirbelstrom A11 gewandelt wird und von der Hinterkante des inneren Verwirbelungselements 140 ausgeblasen wird.
Die durch den Fluiddurchgang R2 strömende Druckluft A2 wird von den Verwirbelungselementflügeln 152 verwirbelt, wodurch sie in einen Luftwirbelstrom A12 umgewandelt wird und von der Hinterkante des äußeren Verwirbelungselements 150 ausgeblasen wird.
Der zwischen der Außenumfangsfläche des inneren Verwirbelungselementrings 141 und der Innenumfangsfläche des äußeren Verwirbelungselementrings 151 ausgebildete Fluiddurchgang R1 wird von den Verwirbelungselementflügeln 142 an mehreren Stellen entlang der Umfangsrichtung unterteilt. Die einzelnen, so abgeteilten bzw. unterteilten Fluiddurchgänge sind als unterteilte bzw. Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 sowie R1-9 bis R1-16 bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die der Reihe nach in der Umfangsrichtung angeordneten Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 als die Teil-Fluiddurchgänge der ersten Gruppe bezeichnet, während die der Reihe nach in der Umfangsrichtung angeordneten Teil-Fluiddurchgänge R1-9 bis R1-16 als die Teil-Fluiddurchgänge der zweiten Gruppe bezeichnet werden.
Diese Fluiddurchgänge können auch in drei oder mehr Gruppen unterteilt werden, die aus den nacheinander in der Umfangsrichtung angeordneten Teil-Fluiddurchgängen bestehen.
Der zwischen der Außenumfangsfläche des äußeren Verwirbelungselementrings 151 und der Innenumfangsfläche des Innenrohrs 110 gebildete Fluiddurchgang R2 wird von den Verwirbelungselementflügeln 152 an mehreren Stellen entlang der Umfangsrichtung unterteilt. Die auf diese Weise abgeteilten bzw. unterteilten einzelnen Fluiddurchgänge werden als unterteilte bzw. Teil-Fluiddurchgänge R2-1 bis R2-24 bezeichnet.
Von den Flügeloberflächen (ventrale Flügeloberfläche und dorsale Flügeloberfläche) der jeweiligen Flügel am Verwirbelungselementring 141 des inneren Verwirbelungselements 140 haben die den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe zugewandten (Flügeloberflächen) darin Brennstoffeinspritzlöcher 171 einer ersten Gruppe ausgebildet, die Brennstoff einspritzen (siehe 1). Die Brennstoffeinspritzlöcher 171 blasen Brennstoff zu dem Luftwirbelstrom A11 aus, der durch die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe strömt.
Von den Flügeloberflächen (ventrale Flügeloberfläche und dorsale Flügeloberfläche) der jeweiligen Flügel am Verwirbelungselementring 141 des inneren Verwirbelungselements 140 haben die den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe zugewandten Flügeloberflächen darin ausgebildete Brennstoffeinspritzlöcher 172 einer zweiten Gruppe, die Brennstoff einspritzen (siehe 1). Die Brennstoffeinspritzlöcher 172 blasen Brennstoff zu dem Luftwirbelstrom A11 aus, der durch die Teil-Fluiddurchgänge R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe strömt.
Ferner haben von den Flügeloberflächen (ventrale Flügeloberfläche und dorsale Flügeloberfläche) der jeweiligen Flügel an dem Verwirbelungselementring 151 des äußeren Verwirbelungselements 150 die den Teil-Fluiddurchgängen R2-1 bis R2-24 zugewandten Flügeloberflächen darin ausgebildete Brennstoffeinspritzlöcher 173 einer dritten Gruppe, die Brennstoff einspritzen (siehe 1). Die Brennstoffeinspritzlöcher 173 blasen Brennstoff zu dem Luftwirbelstrom A12 aus, der durch die Teil-Fluiddurchgänge R2-1 bis R2-24 strömt.
Die Brennstoffeinspritzlöcher 171 der ersten Gruppe werden über eine Brennstoffzuführleitung L1 mit Brennstoff versorgt. Die Brennstoffeinspritzlöcher 172 der zweiten Gruppe werden über eine Brennstoffzuführleitung L2 mit Brennstoff versorgt. Die Brennstoffeinspritzlöcher 173 der dritten Gruppe werden über eine Brennstoffzuführleitung L3 mit Brennstoff versorgt.
Ein Strömungssteuerabschnitt 181, der mit einem Absperrventil und einem Strömungssteuerventil ausgestattet ist, ist in die Brennstoffzuführleitung L1 eingefügt. Ein Strömungssteuerabschnitt 182, der mit einem Absperrventil und einem Strömungssteuerventil ausgestattet ist, ist in die Brennstoffzuführleitung L2 eingefügt. Ein Strömungssteuerabschnitt 183, der mit einem Absperrventil und einem Strömungssteuerventil ausgestattet ist, ist in die Brennstoffzuführleitung L3 eingefügt.
Das Öffnen und Schließen sowie die Öffnungseinstellung der Strömungssteuerabschnitte 181, 182, 183 wird durch eine (nicht gezeigte) Steuervorrichtung durchgeführt.
3 zeigt schematisch ein Brennstoffzuführsystem. In 3 bezeichnet die Bezugsziffer 184 eine Brennstoffquelle, wobei Brennstoff von der Brennstoffquelle 184 unter Druck zugeführt wird.
Als nächstes wird eine Erklärung zu einem Verbrennungssteuerverfahren in der Brennkammer 100 mit den oben beschriebenen Merkmalen gegeben.
Zunächst werden charakteristische Ansichten, die sich auf das Verbrennungssteuerverfahren beziehen, beschrieben.
Unter den verschiedenen Eigenschaften der vorliegenden Ausführungsform bedeutet ”niedrige Last” eine Last von 0% bis etwa 20%, ”mittlere Last” bedeutet eine Last von etwa 20% bis etwa 50%, ”hohe Last” bedeutet eine Last von etwa 50% bis etwa 80%, und ”ultrahohe Last” bedeutet eine Last von etwa 80% bis 100%.
4(a) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Last bei einer mit der Brennkammer 100 ausgestatteten Gasturbine zeigt. Die Nenn-Drehgeschwindigkeit der Gasturbine beträgt 3600 U/min bei der vorliegenden Ausführungsform.
4(b) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und der über die Brennstoffzuführleitung L1 der Brennkammer 100 zugeführte und durch die Brennstoffeinspritzlöcher 171 der ersten Gruppe eingespritzte Brennstoffmenge zeigt.
4(c) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und der über die Brennstoffzuführleitung L2 der Brennkammer 100 zugeführte und durch die Brennstoffeinspritzlöcher 172 der zweiten Gruppe eingespritzte Brennstoffmenge zeigt.
4(d) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und der über die Brennstoffzuführleitung L3 der Brennkammer 100 zugeführte und durch die Brennstoffeinspritzlöcher 173 der dritten Gruppe eingespritzte Brennstoffmenge.
4(e) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und der Gesamtmenge von der Brennkammer 100 über die Brennstoffzuführleitungen L1, L2 und L3 zugeführtem Brennstoff zeigt. Wie in 4(e) gezeigt ist, nimmt die Gesamtmenge an Brennstoff linear mit einer Lastzunahme zu. Die in 4(e) gezeigte Gesamt-Brennstoffmenge ist die Summe der Brennstoffmengen der ersten bis dritten Gruppe gemäß den 4(b) bis 4(d).
5(a) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und dem Druck innerhalb des Gehäuses der mit der Brennkammer 100 versehenen Gasturbine zeigt. Der Druck innerhalb des Gehäuses der Turbine nimmt annähernd linear mit einer Lastzunahme zu.
5(b) ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften, welche die Beziehung zwischen der Last und der Auslasstemperatur der Brennkammer zeigt. Wenn die Last etwa 80% beträgt, ist die Temperatur eines aus der Brennkammer 100 austretenden Verbrennungsgases 1500°C. Wenn die Last 100% beträgt, ist die Temperatur des aus der Brennkammer 100 austretenden Verbrennungsgases 1700°C.
Als nächstes wird das Verbrennungssteuerverfahren in jeweiligen Stadien zwischen einem Geschwindigkeitssteigerungsstadium bis zu einem ultrahohen Laststadium beschrieben.
Wie in den 4(a) bis 4(e) gezeigt ist, wird während der Zeitspanne von dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium zu dem Niederlaststadium der Last entsprechend Brennstoff den Brennstoffeinspritzlöchern 171 der ersten Gruppe über die Brennstoffzuführleitung L1 zugeführt, und dieser Brennstoff wird durch die Brennstoffeinspritzlöcher 171 der ersten Gruppe eingespritzt, indem eine Strömungsgeschwindigkeitsanpassung in dem Strömungssteuerabschnitt 181 vorgenommen wird.
Zu diesem Zeitpunkt sind die Strömungssteuerabschnitte 182 und 183 geschlossen, um keinen Brennstoff durch die Brennstoffeinspritzlöcher 172 und 173 der zweiten und dritten Gruppen einzuspritzen.
Somit wird Brennstoff nur in den Luftwirbelstrom A11 eingespritzt, der durch die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe geströmt ist. Infolgedessen werden der Luftwirbelstrom A11, der durch die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 geströmt ist, und der eingespritzte Brennstoff gemischt, um ein Brennstoffgas zu bilden, und das Brennstoffgas wird verbrannt.
Das durch Mischen des Luftwirbelstroms A11, der die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 durchströmt hat, mit dem eingespritzten Brennstoff gebildete Brennstoffgas ist mager, hat aber eine höhere Konzentration als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration (oder die ”Zündungs-Grenzkonzentration”). Übrigens bezieht sich die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration (oder ”Zündungs-Grenzkonzentration”) auf die Grenzkonzentration (Magerkeit) des Brennstoffgases, unter der eine Verbrennung (oder Zündung) unmöglich ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und dem Niederlaststadium die eingespritzte Brennstoff-Gesamtmenge gering, dieser Brennstoff wird aber nur in den Luftwirbelstrom A11 eingespritzt, welcher die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe durchströmt hat. Somit ist das resultierende Brennstoffgas mager, hat aber eine höhere Konzentration als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration. Infolgedessen können die Flammenhalteeigenschaften sichergestellt werden und das Auftreten unverbrannten Brennstoffs wird deutlich gemindert.
Indem der Bereich, in dem Brennstoff eingespritzt wird, auf diese Weise auch auf einen Teil des inneren Fluiddurchgangs R1 (d. h. die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8) begrenzt wird, und zwar auch in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und dem Niederlaststadium, in denen die Gesamtmenge an der Brennkammer 100 zugeführtem Brennstoff gering ist, wird es möglich, die Flammenhalte-Eigenschaft zu gewährleisten und das Auftreten unverbrannten Brennstoffs zu mindern. Dies ist einer der technischen Punkte der vorliegenden Ausführungsform.
Angenommen, es würde in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und dem Niederlaststadium Brennstoff in alle inneren Fluiddurchgänge R1 (das heißt, nicht nur die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe, sondern auch die Teil-Fluiddurchgänge R1-9 bis R1-18 der zweiten Gruppe) Brennstoff eingespritzt. In diesem Fall ist die Konzentration des sich ergebenden Brennstoffgases geringer als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration. Infolgedessen kann es zu einer Verbrennungsschwankung bzw. -schwingung kommen, oder es kann unverbrannter Brennstoff auftreten.
In dem mittleren Laststadium wird eine Strömungsgeschwindigkeitseinstellung in dem Strömungssteuerabschnitt 181 und dem Strömungssteuerabschnitt 182 vorgenommen, wodurch der Last entsprechender Brennstoff den Brennstoffeinspritzlöchern 171 der ersten Gruppe und den Brennstoffeinspritzlöchern 172 der zweiten Gruppe über die Brennstoffzuführleitung L1 und die Brennstoffzuführleitung L2 zugeführt wird, und dieser Brennstoff wird durch Brennstoffeinspritzlöcher 171 der ersten Gruppe und die Brennstoffeinspritzlöcher 172 der zweiten Gruppe eingespritzt.
Gleichzeitig ist der Strömungssteuerabschnitt 183 geschlossen, um keinen Brennstoff durch die Brennstoffeinspritzlöcher 173 der dritten Gruppe einzuspritzen.
Somit wird Brennstoff in den Luftwirbelstrom A11 eingespritzt, der die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 sowie R1-9 bis R1-16 der ersten und zweiten Gruppen durchströmt hat. Im Ergebnis wird der Luftwirbelstrom A11, der die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 sowie R1-9 bis R1-16 durchströmt hat, und der eingespritzte Brennstoff gemischt, um ein Brennstoffgas zu bilden, und das Brennstoffgas wird verbrannt.
Das Brennstoffgas, das durch Mischen des Luftwirbelstroms A11, welcher die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 sowie R1-9 bis R1-16 durchströmt hat, mit dem eingespritzten Brennstoff gebildet wird, ist mager, hat aber eine höhere Konzentration als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration (oder ”Zündungs-Grenzkonzentration”). Somit kann eine zufriedenstellende Verbrennung durchgeführt werden.
In dem Hochlaststadium wird eine Strömungsgeschwindigkeitseinstellung in dem Strömungssteuerabschnitt 181, dem Strömungssteuerabschnitt 182 und außerdem in dem Strömungssteuerabschnitt 183 vorgenommen, wodurch der Last entsprechender Brennstoff den Brennstoffeinspritzlöchern 171 der ersten Gruppe und den Brennstoffeinspritzlöchern 172 der zweiten Gruppe sowie den Brennstoffeinspritzlöchern 173 der dritten Gruppe über die drei Brennstoffzuführleitungen L1 bis L3 zugeführt wird, und dieser Brennstoff wird durch die Brennstoffeinspritzlöcher 171, 172 und 173 der ersten bis dritten Gruppen eingespritzt.
Somit wird Brennstoff nicht nur in den Luftwirbelstrom A11 eingespritzt, der die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 Bis R1-8 und R1-9 bis R1-16 der ersten und zweiten Gruppen durchströmt hat, sondern auch in den Luftwirbelstrom A12, der die Teil-Fluiddurchgänge R2-1 bis R2-24 der dritten Gruppe durchströmt hat. Im Ergebnis werden die Luftwirbelströme A11, A12, welche die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 Bis R1-8, R1-9 bis R1-16, R2-1 bis R2-24 durchströmt haben, und der eingespritzte Brennstoff gemischt, um ein Brennstoffgas zu bilden, und das Brennstoffgas wird verbrannt.
Das durch Mischen der Luftwirbelströme A11, A12, welche die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8, R1-9 bis R1-16, R2-1 bis R2-24 durchströmt haben, mit dem eingespritzten Brennstoff gebildete Brennstoffgas ist mager, hat aber eine höhere Konzentration als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration (oder ”Zündungs-Grenzkonzentration”). Somit kann eine zufriedenstellende Verbrennung durchgeführt werden.
In dem Stadium ultrahoher Last ist der Druck in dem Gehäuse hoch, und die Auslasstemperatur der Brennkammer liegt über 1500°C, wie in 5(a), 5(b) gezeigt ist. In diesem Stadium ultrahoher Last wird eine Strömungsgeschwindigkeitseinstellung in dem Strömungssteuerabschnitt 181, dem Strömungssteuerabschnitt 182 und ferner in dem Strömungssteuerabschnitt 183 vorgenommen, wodurch der Last entsprechender Brennstoff den Brennstoffeinspritzlöchern 171 der ersten Gruppe und den Brennstoffeinspritzlöchern 172 der zweiten Gruppe sowie auch den Brennstoffeinspritzlöchern 173 der dritten Gruppe über die drei Brennstoffzuführleitungen L1 bis L3 zugeführt wird, und dieser Brennstoff wird über die Brennstoffeinspritzlöcher 171, 172 und 173 der ersten bis dritten Gruppen eingespritzt.
Somit wird Brennstoff nicht nur in den Luftwirbelstrom A11 eingespritzt, der die Teil-Fluiddurchgänge R1-1 bis R1-8 und R1-9 bis R1-16 der ersten und zweiten Gruppen durchströmt hat, sondern auch in den Luftwirbelstrom A12, der die Teil-Fluiddurchgänge R2-1 bis R2-24 der dritten Gruppe durchströmt hat. Im Ergebnis werden die Luftwirbelströme A11, A12 und der eingespritzte Brennstoff gemischt, um ein Brennstoffgas zu bilden, das verbrannt wird.
Ferner wird eine Strömungsgeschwindigkeitseinstellung durch die Strömungssteuerabschnitte 181 bis 183 vorgenommen, wodurch die eingespritzte Brennstoffmenge so eingestellt wird, dass das aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 sowie R1-9 bis R1-16 austretende Brennstoffgas an der Innenumfangsseite fett gemacht wird, während das aus den Teil-Fluiddurchgängen R2-1 bis R2-24 an der Außenumfangsseite austretende Brennstoffgas mager gemacht wird.
Infolgedessen findet eine fette Verbrennung an der Innenumfangsseite (Mittenseite) statt, und eine magere Verbrennung findet an der Außenumfangsseite statt, was bedeutet, dass eine FETT-MAGER-Verbrennung durchgeführt werden kann. Entsprechend können die Flammenhalte-Eigenschaften gewährleistet und die Verringerung von NO_x erzielt werden.
Ausführungsform 2
Als nächstes wird eine Brennkammer 100A einer Gasturbine gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung unter Bezugnahme auf 6 als Vorderansicht beschrieben.
In der Brennkammer 100A der Ausführungsform 2 sind Blockierelemente H zum Verkleinern der Strömungsbereiche der Teil-Fluiddurchgänge R1-8 und der Teil-Fluiddurchgänge R1-16 an der Hinterkante der Teil-Fluiddurchgänge R1-8 und R1-16 vorgesehen.
Mit anderen Worten sind an der Hinterkante des Innenrohrs 110 die Blockierelemente H zum Verhindern des Ausströmens eines Fluids an den Grenzabschnitten zwischen den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe und den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe angeordnet.
Somit wird der aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-7 der ersten Gruppe austretende Luftwirbelstrom A11 und der aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-15 der zweiten Gruppe austretende Luftwirbelstrom A12 wegen des Vorhandenseins der Blockierelemente H nicht in der Umgebung des hinteren Endes des Innenrohrs 110 gemischt (dem stromabwärtigen Endabschnitt entlang der Strömungsrichtung von Luft), sondern werden erst gemischt, wenn sie einen bestimmten Abstand von dem hinteren Ende des Innenrohrs 110 entfernt sind.
Die Merkmale der anderen Abschnitte und des Verbrennungssteuerverfahrens sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1.
Gemäß dieser Ausführungsform 2 wird in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und dem Niederlaststadium das aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-7 der ersten Gruppe austretende Brennstoffgas und der aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-15 der zweiten Gruppe austretende Luftwirbelstrom wegen des Vorhandenseins der Blockierelemente H nicht in der Umgebung des hinteren Endes des Innenrohrs 110 gemischt. Somit wird das aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-7 der ersten Gruppe austretende Brennstoffgas nicht mit dem aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-15 der zweiten Gruppe austretenden Luftwirbelstrom verdünnt, sondern kann mit einer Konzentration verbrannt werden, die gleich oder höher ist als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration.
Demgemäß kann das Auftreten unverbrannten Brennstoffs wirksamer unterdrückt werden.
Übrigens ist in der Umgebung des hinteren Endes des Blockierelements H die Strömungsgeschwindigkeit von Luft so gering, dass die Luft Wirbel bildet. Somit zeigt sich die Wirkung, dass an dieser Stelle Flammen gehalten werden, was in verbesserten Flammhalte-Eigenschaften resultiert.
Außerdem kann die Flügeldicke der Verwirbelungselementflügel 142, die sich zwischen dem unterteilten Fluiddurchgang R1-1 und dem unterteilten Fluiddurchgang R1-16 befindet, und die Flügeldicke der Verwirbelungselementflügel 142, die sich zwischen dem Teil-Fluiddurchgang R1-8 und dem Teil-Fluiddurchgang R1-9 befindet, erhöht werden, wodurch die verdickten Verwirbelungselementflügeln 142 als Blockierelemente fungieren können.
Ausführungsform 3
Als nächstes wird eine Brennkammer 100B einer Gasturbine gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung unter Bezugnahme auf 7 als Längsschnittansicht beschrieben.
Diese Ausführungsform 3 hat die gleiche Grundkonfiguration und verwendet das gleiche Verbrennungssteuerverfahren wie die Ausführungsform 1.
In der Ausführungsform 3 haben von den Brennstoffeinspritzlöchern 171 der ersten Gruppe die dem Teil-Fluiddurchgang R1-1 und dem Teil-Fluiddurchgang R1-8 zugewandten Brennstoffeinspritzlöcher 171 größere Lochdurchmesser. Das heißt, die Brennstoffeinspritzlöcher 171, die den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 und R1-8 angrenzend an die Teil-Fluiddurchgänge R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe unter den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe zugewandt sind, haben größere Lochdurchmesser.
Daher ist in der ersten Gruppe die Konzentration des aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 und R1-8 austretenden Brennstoffgases höher als die Konzentration des aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-2 bis R1-7 austretenden Brennstoffgases.
Infolgedessen kann auch dann, wenn das Brennstoffgas mit einer relativ hohen Konzentration, das aus dem Teil-Fluiddurchgang R1-1 und dem Teil-Fluiddurchgang R1-8 ausgetreten ist, und der Luftwirbelstrom, der aus den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe ausgetreten ist, in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder dem Niederlaststadium gemischt werden, das auf diese Weise gemischte Brennstoffgas auf einer Konzentration gehalten werden, die gleich oder größer ist als die Entflammbarkeits-Grenzkonzentration. Somit kann eine zufriedenstellende Verbrennung ohne Auftreten von unverbranntem Brennstoff durchgeführt werden.
Die von einer durchgezogenen Linie in 8(a) angedeuteten Eigenschaften stellen die Konzentration des Brennstoffgases in Ausführungsform 3 an der Grenzposition zwischen den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe und den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe in Bezug auf die Umfangsrichtung dar, sowie an der Position unmittelbar unter dem Innenrohr 110 in Bezug auf die Strömungsrichtung von Luft (das heißt, der stromaufwärtigen Position α). Der schraffierte Bereich in der Zeichnung stellt die Größe bzw. den Umfang des Auftretens von unverbranntem Brennstoff dar.
Die von einer gestrichelten Linie in 8(a) angegebenen Eigenschaften stellen die Konzentration des Brennstoffgases in Ausführungsform 3 an der Grenzposition zwischen den Teil-Fluiddurchgängen R1-1 bis R1-8 der ersten Gruppe und den Teil-Fluiddurchgängen R1-9 bis R1-16 der zweiten Gruppe in Bezug auf die Umfangsrichtung dar, sowie an einer von dem Innenrohr 110 entfernten Position in Bezug auf die Strömungsrichtung von Luft (das heißt, der stromabwärtigen Position β). Der Schraffierungsbereich in der Zeichnung stellt die Größe bzw. den Umfang des Auftretens von unverbranntem Brennstoff dar.
Übrigens zeigt 8(b) ähnliche Eigenschaften in einem Fall, in dem die Lochdurchmesser aller Brennstoffeinspritzlöcher 171 gleich gestaltet sind.
Ein Vergleich zwischen 8(a) und 8(b) zeigt, dass der Umfang des Auftretens von unverbranntem Brennstoff in Ausführungsform 3 effektiver verringert werden kann.
Ausführungsform 4
In den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 3 hat der Verwirbelungselementflügel 142 des inneren Verwirbelungselements 140 eine Form, bei der die Flügeldicke fortschreitend zu dem Hinterkantenabschnitt abnimmt, der eine spitz zulaufende Form aufweist, wie in 9(a) gezeigt ist, obwohl dies nicht explizit beschrieben wird. In Ausführungsform 4 hat der Verwirbelungselementflügel 142 des inneren Verwirbelungselements 140 eine flache Hinterkante, wie in 9(b) gezeigt ist.
Übrigens sind Brennstoffeinspritzlöcher 171a zum Einspritzen von Brennstoff lediglich in einem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und in einem Niederlaststadium an der abgeflachten Hinterkante des Verwirbelungselementflügels 142a vorgesehen. Die Brennstoffeinspritzlöcher 171a werden über die Brennstoffzuführleitung L1 mit Brennstoff versorgt.
In Ausführungsform 4 wird Brennstoff durch die Brennstoffeinspritzlöcher 171a in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium und dem Niederlaststadium eingespritzt. Dieser mit hoher Konzentration eingespritzte Brennstoff wird verbrannt, um Strahlflammen zu bilden, die sich der Hinterkante der Brennkammer 100 annähern. Somit kann eine unzureichende Flammenhaltung oder eine Zunahme an unverbranntem Brennstoff infolge einer Magerkeit von Brennstoff in dem Geschwindigkeitssteigerungsstadium oder in dem Niederlaststadium effektiver vermieden werden.
Ferner ist der Hinterkantenabschnitt des Verwirbelungselementflügels 142a abgeflacht. Damit wird der stromabwärtige Bereich direkt unter diesem Hinterkantenabschnitt ein Bereich mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die Wirkung der Verbesserung von Flammhalte-Eigenschaften für die Strahlflammen erzielt wird.

Claims

Brennkammer für eine Gasturbine, mit zwei konzentrisch angeordneten Verwirbelungselementen (140, 150), die jeweils eine Anzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügeln (142, 152) aufweisen, in denen jeweils ein Brennstoffeinspritzloch (171, 172, 173) vorgesehen ist, und Brennstoffzuführmitteln (L1, L2, L3) zum Zuführen von Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzlöchern (171, 172, 173), wobei die Brennstoffeinspritzlöcher (173) der Verwirbelungsflügel (152) des radial äußeren Verwirbelungselements (150) gemeinsam mit Brennstoff versorgt werden, und die Brennstoffeinspritzlöcher (171, 172) der Verwirbelungsflügel (142) des radial inneren Verwirbelungselements (140) getrennt in zwei Gruppen, die jeweils eine Teilmenge aus aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügeln (142) der aufeinanderfolgend in Umfangsrichtung angeordneten Verwirbelungsflügel (142) umfassen, versorgt werden.
Brennkammer für eine Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Blockierelemente (H) zum Verhindern des Ausströmens eines Fluids in Grenzabschnitten zwischen den Fluiddurchgängen (R1-1 bis R1-8) der Verwirbelungsflügel (142) der ersten Gruppe und den Fluiddurchgängen (R1-9 bis R1-16) der Verwirbelungsflügel (142) der zweiten Gruppe des radial inneren Verwirbelungselements (140) angeordnet sind.
Brennkammer für eine Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffeinspritzlöcher (171) der Verwirbelungsflügel (142) der ersten Gruppe, welche an Fluiddurchgänge (R1-9 bis R1-16) der Verwirbelungsflügel (142) der zweiten Gruppe angrenzen, einen größeren Lochdurchmesser aufweisen als die anderen Brennstoffeinspritzlöcher (171) der Verwirbelungsflügel (142) des radial inneren Verwirbelungselements (140).
Brennkammer für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hinterkante jedes der Verwirbelungsflügel (142a) des radial inneren Verwirbelungselements (140) abgeflacht ist, und ein Brennstoffeinspritzloch (171a) an der Hinterkante ausgebildet ist.
Verbrennungssteuerverfahren für eine Gasturbine mit einer Brennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Schritten: Vorgeben eines Geschwindigkeitssteigerungsstadiums sowie eines Niederlaststadiums, eines mittleren Laststadiums, eines Hochlaststadiums und eines Ultrahochlaststadiums gemäß einer Lastzunahme, und Einspritzen von Brennstoff in die Fluiddurchgänge der Verwirbelungsflügel (142, 152) der Verwirbelungselemente (140, 150) durch die jeweils zugeordneten Brennstoffeinspritzlöcher (171, 172, 173) in Abhängigkeit des Lastzustandes nach folgender Maßgabe: im Geschwindigkeitssteigerungsstadium und Niederlaststadium: Einspritzen von Brennstoff in die Fluiddurchgänge (R1-1 bis R1-8) der Verwirbelungsflügel (142) der ersten Gruppe des radial inneren Verwirbelungselements (140) so dass eine magere Verbrennung erreicht wird; im mittleren Laststadium: Einspritzen von Brennstoff in die Fluiddurchgänge (R1-1 bis R1-8, R1-9 bis R1-16) der Verwirbelungsflügel (142) beider Gruppen des radial inneren Verwirbelungselements (140) so dass jeweils eine magere Verbrennung erreicht wird; im Hochlaststadium: Einspritzen von Brennstoff in die Fluiddurchgänge (R1-1 bis R1-8, R1-9 bis R1-16) der Verwirbelungsflügel (142) beider Gruppen des radial inneren Verwirbelungselements (140), sowie in die Fluiddurchgänge (R2-1 bis R2-24) der Verwirbelungsflügel (152) des radial äußeren Verwirbelungselements (150) so dass jeweils eine magere Verbrennung erreicht wird; und in dem ultrahohen Laststadium: Einspritzen von Brennstoff in die Fluiddurchgänge (R1-1 bis R1-8, R1-9 bis R1-16) der Verwirbelungsflügel (142) beider Gruppen des radial inneren Verwirbelungselements (140) so dass jeweils eine fette Verbrennung erreicht wird, sowie in die Fluiddurchgänge (R2-1 bis R2-24) der Verwirbelungsflügel (152) des radial äußeren Verwirbelungselements (150) so dass eine magere Verbrennung erreicht wird.