EP4621294A1 - Injektoranordnung für eine gasturbine und flugzeug - Google Patents

Injektoranordnung für eine gasturbine und flugzeug

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EP4621294A1
EP4621294A1 EP25156741.8A EP25156741A EP4621294A1 EP 4621294 A1 EP4621294 A1 EP 4621294A1 EP 25156741 A EP25156741 A EP 25156741A EP 4621294 A1 EP4621294 A1 EP 4621294A1
Authority
EP
European Patent Office
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injector
gas
fuel
gas channel
configuration
Prior art date
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Pending
Application number
EP25156741.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Clemen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG filed Critical Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F23R2900/00002—Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]

Definitions

  • An injector arrangement of the type mentioned above is used, for example, in the DE 10 2022 201 182 A1
  • a fuel injector for the gaseous fuel is arranged radially outward around a central air duct arranged on a nozzle longitudinal axis, and a liquid fuel injector is arranged.
  • the invention is based on the object of providing an injector arrangement of the type mentioned above and an aircraft with optimized emission characteristics.
  • the injector arrangement it is provided that it is designed to assume (optionally or depending on the operation), in particular two alternative configurations, between which the injector arrangement can be switched during operation, wherein the first gas channel can be flowed through in a first configuration with air, functioning as air injection, and in a second configuration with the gaseous fuel, functioning as gaseous fuel injection.
  • the injector arrangement preferably has only the first gas channel as a gas fuel injection in the second configuration, no further gas fuel injection.
  • the injector arrangement can be operated in a separate mode exclusively with the liquid fuel and cannot be flowed through by the gaseous fuel into the combustion chamber.
  • the injector arrangement can be operated both exclusively by gaseous fuel (without liquid fuel) and simultaneously in a combined operation with flow through both the gaseous fuel and the liquid fuel, and not exclusively with the liquid fuel.
  • the gaseous fuel is formed, in particular, from hydrogen or contains hydrogen.
  • the liquid fuel is formed, in particular, from kerosene and/or a sustainable alternative fuel (SAF).
  • the changeover is preferably carried out by switching on and/or off the flow of gaseous fuel (by applying or reducing an excess pressure compared to the air pressure prevailing in the combustion chamber), in particular by opening and/or closing a fuel valve for the gaseous fuel within the fuel periphery of the aircraft, outside the injector arrangement.
  • the adjusting element is preferably arranged, in particular fastened, to the at least one closing body.
  • the adjusting element can be securely mounted and/or guided on or in the closing body by means of a recess (optionally present in each case) in the closing body.
  • the adjusting element is fully inserted into the recess(es) when pushed together.
  • the recesses are preferably located in the same axial position, whereby, when the closing bodies are pushed together, they jointly form a cavity for receiving the adjusting element.
  • an advantageous flow characteristic can be obtained by means of the injector arrangement if the air channel is designed as a second gas channel which runs radially directly (i.e. without the interposition of a further fluid channel) around the first gas channel (in other words, a second gas channel is designed as an air channel radially directly around the first gas channel), wherein, for example, its upstream end is positioned at least substantially at the axial position of the upstream end of the air inlet opening.
  • a uniform introduction of the liquid fuel into the combustion chamber, without interruption during the changeover between configurations, can be ensured if the liquid fuel injection is arranged radially outwardly around the second gas channel and is designed to introduce the liquid fuel at the downstream end of the second gas channel into an air flow flowing through and/or exiting the second gas channel, in particular by means of at least one liquid fuel outlet opening opening at the downstream end of the second gas channel.
  • the liquid fuel outlet opening can in particular be annular at least in sections and designed as a single outlet opening and/or comprise a plurality of discrete outlet openings.
  • At least one third gas channel and preferably also a fourth gas channel is/are arranged radially outwardly around the liquid fuel injection, wherein the third gas channel is designed as a radially outer air channel and optionally the fourth gas channel is designed as a radially outermost air channel.
  • the aircraft comprises at least one engine comprising an injector arrangement according to one of the preceding claims, as well as a fuel periphery comprising at least one tank device each for gaseous fuel and for liquid fuel and line means for conducting the gaseous fuel and the liquid fuel from the respective tank device to the injector arrangement, wherein in the line means at least one fuel valve is arranged in each case for controlling and/or regulating the gaseous fuel and the liquid fuel, wherein upon closing of the fuel valve for gaseous fuel, with interruption of the flow of gaseous fuel, the injector arrangement assumes a first configuration and upon opening of the fuel valve for gaseous fuel the injector arrangement assumes a second configuration.
  • Fig. 1 shows, in a schematic representation in longitudinal section, an injector arrangement 100 for introducing fuel and air 30 into a combustion chamber BK of an engine, in particular of an aircraft.
  • the injector arrangement 100 has an injector shaft 1 and an injector main body 22 arranged on the injector shaft 1.
  • the injector main body 22 is aligned along an injector longitudinal axis L extending at an angle, in this case essentially at a right angle, to the injector shaft 1.
  • the injector assembly 100 is designed to operate with two types of fuel, a gaseous fuel 31 and a liquid fuel 32.
  • the fuels can be supplied to the injector assembly 100 both simultaneously (in parallel) in a combined operation and individually, in a separate operation of liquid and/or gaseous fuel.
  • a gaseous fuel supply line 2 and a liquid fuel supply line 3 are arranged in the injector shaft 1.
  • the two fuel supply lines 2, 3 are, for example, routed parallel to each other.
  • the gaseous fuel 31 is formed, in particular, from hydrogen and/or contains hydrogen.
  • the liquid fuel 32 is formed, in particular, from kerosene and/or a sustainable alternative fuel (SAF).
  • the aircraft has a correspondingly equipped fuel periphery, which comprises at least one tank device for gaseous fuel 31 and liquid fuel 32 (in Fig. 1 not shown). In addition, there are conduits for conveying the gaseous fuel 31 and the liquid fuel 32 to the injector arrangement 100.
  • a fuel valve 16, 16' (cf. Fig. 2 ) for controlling and/or regulating the gaseous fuel 31 and the liquid fuel 32.
  • the injector assembly 100 preferably has a liquid fuel annular reservoir 8 at the downstream end of the liquid fuel supply line 3.
  • a liquid fuel injector 6 is guided within the injector main body 22 to a downstream end section of the injector main body 22.
  • the liquid fuel injector 6 has, for example, discrete fuel channels and/or, at least in sections, a radially circumferential, connected fuel annular channel (not shown in detail here).
  • the liquid fuel injector 6 can be designed, in particular, by means of swirl elements for swirling the liquid fuel 32 (not shown here).
  • Heat shields 14 can preferably be provided to shield the fuel channels of the liquid fuel injector 6 against high heat input, for example from surrounding air channels.
  • the liquid fuel injector 6 has at least one liquid fuel outlet opening 60, wherein several discrete openings or a circumferential ring opening may be present.
  • the injector assembly 100 comprises a first gas channel 40 arranged centrally on the injector's longitudinal axis L, which is designed and arranged to introduce a central gas flow into the combustion chamber BK.
  • a flow body 12 with swirl elements can be arranged centrally on the injector's longitudinal axis L in the first gas channel 40 to impart a circumferential swirl to the central gas flow.
  • a second gas channel 5 is arranged as an air channel 50, radially encircling the first gas channel 40 directly (i.e., without the interposition of another fluid channel).
  • the upstream end of the air channel 50 is positioned, for example, at least substantially at the level of the upstream end of the air inlet opening 10.
  • the at least one liquid fuel outlet opening 60 is arranged for injecting the liquid fuel 32 into the air flow flowing through the second air channel 50.
  • the first gas channel 40 is preferably arranged in a central body 4 extending coaxially to the injector's longitudinal axis L within the second gas channel 5.
  • the central body 4 is held and/or secured in the second gas channel 5, for example, by means of radially extending support elements 7 (for example, four to eight in number).
  • the support elements 7 can, in particular, at least partially be designed as second swirl elements 70 and/or as gas fuel transfer lines 15, 15' (cf. Fig. 3 ) must be trained.
  • annular gas fuel reservoir 9 Arranged radially around the second gas channel 5 in the injector main body 22 is, in particular, an annular gas fuel reservoir 9, into which the gas fuel supply line 2 opens.
  • the gas fuel reservoir 9 is positioned, in particular, at a greater axial distance from the combustion chamber BK than the liquid fuel reservoir 8.
  • the injector assembly 100 is designed such that it can be switched between two configurations during operation: a first configuration, in which the central, first gas channel 40 functions as an air injection port, with air 30 flowing through the first gas channel 40 during operation, and a second configuration, in which the central, first gas channel 40 functions as a gaseous fuel injection port, with gaseous fuel 31 (and not air 30) flowing through the first gas channel 40 during operation.
  • a first configuration in which the central, first gas channel 40 functions as an air injection port, with air 30 flowing through the first gas channel 40 during operation
  • a second configuration in which the central, first gas channel 40 functions as a gaseous fuel injection port, with gaseous fuel 31 (and not air 30) flowing through the first gas channel 40 during operation.
  • the injector assembly 100 can advantageously be operated both in combined operation and in separate operation with the central, first gas channel 40 flowing through, thereby avoiding "running dry" of the first gas channel 40 and associated disadvantages (e.g., overheating, soot formation, etc.).
  • a further gaseous fuel injection, in addition to the first gas channel 40 in the second configuration, is preferably not present on the injector assembly 100.
  • the injector assembly 100 is not flowed through by the gaseous fuel 31, and thus no gaseous fuel 31 is supplied to the combustion chamber BK.
  • the first configuration is thus intended for separate operation with liquid fuel 32.
  • the injector assembly 100 is flowed through by the gaseous fuel 31, and additionally by air at least through the second gas channel 5.
  • the liquid fuel injector 6 is flowed through with liquid fuel 32.
  • the second configuration is thus intended for combined operation or separate operation with the gaseous fuel 31.
  • Fig. 1 shows the injector arrangement 100 in the first configuration, wherein the first gas channel 40 functions as an air injection device.
  • the first gas channel 40 comprises an air inlet opening 10 in an upstream end section.
  • the air inlet opening 10 like the remaining gas channel 40, is arranged centrally on the injector longitudinal axis L.
  • the air inlet opening 10 terminates axially upstream with the upstream end of the injector main body 22 facing away from the combustion chamber BK.
  • the upstream end section with the air inlet opening 10 can be flowed through exclusively by air.
  • Fig. 2 shows the injector arrangement 100 in the second configuration, wherein the first gas channel 40 functions as a gaseous fuel injection.
  • the air inlet opening 10 is closed by means of at least one closing body 11 arranged within the first gas channel 40, in particular directly downstream of the air inlet opening 10.
  • Fig. 2 In the example shown, two closing bodies 11, 11' in the form of pistons 110, 110' are present, as described below in connection with Fig. 3 and Fig.
  • the first gas channel 40 can advantageously have a minimum flow cross-section, in particular a minimum diameter, at the axial position of the closing bodies 11, 11'. In this way, the radial expansion of the closing bodies 11, 11' can be kept as small as possible, and the inlet opening 11, 11' can be used for the insertion of the closing body(s) 11, 11' during assembly.
  • two gas fuel transfer lines 15, 15' are provided within the injector main body 22 (cf. Fig. 3 ).
  • the gas fuel transfer lines 15, 15' extend radially between the gas fuel ring reservoir 9 and the first gas channel 40 through the second gas channel 5.
  • the gas fuel transfer lines 15, 15' can preferably each have a flow-optimized (aerodynamically) shaped wall 18, 18' and/or be flow-optimized in order to reduce the flow resistance within the second gas channel 5.
  • the gas fuel transfer lines 15, 15' are arranged opposite one another in particular in the direction of rotation, for example at a position of 90° and 270° with respect to the injector shaft 1.
  • the gas fuel transfer lines 15, 15' can additionally serve as a holder for the central body 4 in particular in the function of the support elements 7, wherein they are arranged equidistant from one another in the direction of rotation together with the (other) support elements 7 and/or swirl elements 70 (cf. also Fig. 5 ).
  • Fig. 3 shows in more detail the design and arrangement of the closing bodies 11, 11' in a Fig. 2 representation of the injector rotated by 90° around the injector longitudinal axis L Injector arrangement 100 in longitudinal section.
  • the closing bodies 11, 11' each extend from the gas-fuel transfer lines 15, 15' into the center of the first gas channel 40 and are in sealing contact with each other at the injector's longitudinal axis L with respect to the air flowing toward the injector main body 22.
  • the air inlet opening 10 is closed.
  • Closing body channels 17, 17' are formed within the closing bodies 11, 11', which, in the second configuration, form a flow connection from the gaseous fuel transfer lines 15, 15' into the first gas channel 40.
  • the closing body channels 17, 17' are aligned, in particular, with an upstream first section parallel to the gaseous fuel transfer lines 15, 15' and with a downstream second section parallel to the injector longitudinal axis L.
  • circumferential sealing means 19, 19' are preferably provided to seal the closing bodies 11, 11' from the gaseous fuel transfer lines 15, 15'.
  • the closing bodies 11, 11' are mounted radially displaceably opposite one another in the gaseous fuel transfer lines 15, 15'.
  • the flow cross-section of the closing body channels 17, 17' is sufficiently large in total to ensure a flow of the gaseous fuel 31 into the gas channel 40 with as little pressure loss as possible.
  • the gaseous fuel transfer lines 15, 15' and the closing body channels 17, 17' are open to flow in the second configuration.
  • Fig. 3 At least one spring-elastic adjusting element 20, e.g. in the form of a compression spring, is visible, which is fastened with one end to one of the closing bodies 11, 11'.
  • Fig. 3 In the second configuration shown, the actuating element 20 is pushed together against the radially outward-acting spring force, wherein an opposite, radially inward-pointing pressure force is applied by the gaseous fuel, which overcomes the spring force and compresses the closing body 11, 11' until they come into contact with the injector's longitudinal axis L.
  • the adjusting element 20 is fastened and guided in elongated recesses 111, 111' provided within the closing bodies 11, 11' in such a way that the closing bodies 11, 11' can be in contact with one another centrally on the injector longitudinal axis L.
  • the recesses 111, 111' are preferably located in the same axial position and point with their openings radially in the direction of the injector longitudinal axis L, whereby in the illustrated, pushed-together position of the closing bodies 11, 11' they together form a cavity for receiving the adjusting element 20.
  • Fig. 4 shows in the Fig. 3 corresponding view of the injector arrangement 100, the arrangement of the closing bodies 11, 11' in the first configuration.
  • the closing bodies 11, 11' are adjusted and/or pushed radially outwards into the gaseous fuel transfer lines 15, 15', closing the gaseous fuel transfer lines 15, 15' and opening the air inlet opening 10.
  • the closing body channels 17, 17' of the two closing bodies 11, 11' are closed by the inner walls of the gaseous fuel transfer lines 15, 15' so that the gaseous fuel 31 cannot flow through them, wherein the downstream second section of the closing body channels 17, 17' rests with its downstream end against the inner wall of the gaseous fuel transfer lines 15, 15'.
  • the change from the second configuration to the first configuration is carried out by closing the fuel valve 16 of the gaseous fuel 31 (cf. Fig. 2 ). This eliminates the pressure force exerted by the gaseous fuel 31. As a result, the two closing bodies 11, 11' are pressed radially apart into the gaseous fuel transfer lines 15 by the spring force applied by the actuating element 20. In this way, the air inlet opening 10 is opened.
  • the first configuration thus forms a rest state in which the actuating element is in a rest position without counteracting the pressure force.
  • the change from the first configuration to the second configuration is carried out by opening the fuel valve 16 of the gaseous fuel 31 (cf. Fig. 2 ), whereby the pressure force acts on the two closing bodies 11, 11' and presses them together.
  • Fig. 5 shows, in a plan view of the injector arrangement 100 looking toward the combustion chamber BK, an exemplary arrangement of the support elements 7 and/or second swirl elements 70 and the gaseous fuel transfer lines 15, 15' in the second gas channel 5.
  • a total of eight support elements 7 and/or swirl elements 70, including the gaseous fuel transfer lines 15, 15', are arranged.
  • the support elements 7 and/or swirl elements 70 preferably have a smaller cross-sectional structure than the gaseous fuel transfer lines 15, 15'.
  • Fig. 6 shows a possible design variant of the injector assembly 100 for an operating scenario with a continuously flowing gaseous fuel.
  • the air inlet opening 10 is permanently closed by a closure 21 that is immovable during operation.
  • the proposed injector arrangement 100 advantageously enables extremely low-emission operation within different operating scenarios with different fuels.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Injektoranordnung (100) für eine Gasturbine, insbesondere ein Triebwerk eines Flugzeugs, zum Einbringen eines gasförmigen Kraftstoffes (31) und eines Flüssigkraftstoffes (32) sowie Luft (30) in eine Brennkammer (BK), mit einem Injektorschaft (1) und einem entlang einer Injektorlängsachse (L) ausgerichteten Injektor-Hauptkörper (22), wobei der Injektor-Hauptkörper (22) umfasst:
- einen zentral auf der Injektorlängsachse (L) angeordneten ersten Gaskanal (40), zum Einbringen einer Gasströmung in die Brennkammer (BK),
- zumindest einen radial außen um den ersten Gaskanal (40) umlaufend angeordneten Luftkanal (5, 133, 134) und
- eine radial um den ersten Gaskanal (40) angeordnete Flüssigkraftstoffeindüsung (6) zum Einbringen des Flüssigkraftstoffes (32) in die Brennkammer (BK),
wobei die Injektoranordnung (100) zudem zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes (31) eingerichtet ist. Eine vorteilhafte Emissionscharakteristik ist dadurch erhältlich, dass die Injektoranordnung (100) zum Einnehmen, insbesondere zweier, alternativer Konfigurationen ausgebildet ist, zwischen welchen die Injektoranordnung (100) während des Betriebs umstellbar ist, wobei der erste Gaskanal (40) in einer ersten Konfiguration mit Luft, in Funktion als Lufteindüsung, und in einer zweiten Konfiguration mit dem gasförmigen Kraftstoff (31), in Funktion als Gaskraftstoff-Eindüsung, durchströmbar ist (Fig. 3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Injektoranordnung für eine Gasturbine, insbesondere ein Triebwerk eines Flugzeugs, zum Einbringen eines gasförmigen Kraftstoffes und eines Flüssigkraftstoffes sowie Luft in eine Brennkammer, mit einem Injektorschaft und einem entlang einer Injektorlängsachse ausgerichteten Injektor-Hauptkörper, wobei der Injektor-Hauptkörper umfasst:
    • einen zentral auf der Injektorlängsachse angeordneten ersten Gaskanal, zum Einbringen einer Gasströmung in die Brennkammer,
    • zumindest einen radial außen um den ersten Gaskanal umlaufend angeordneten Luftkanal und
    • eine radial um den ersten Gaskanal angeordnete Flüssigkraftstoffeindüsung zum Einbringen des Flüssigkraftstoffes in die Brennkammer,
    wobei die Injektoranordnung zudem zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Flugzeug mit einer Injektoranordnung.
  • Eine Injektoranordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise in der DE 10 2022 201 182 A1 angegeben. Dabei ist eine Kraftstoffeindüsung für den gasförmigen Kraftstoff radial außen um einen zentralen, auf einer Düsenlängsachse angeordneten Luftkanal und eine Flüssigkraftstoffeindüsung angeordnet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Injektoranordnung der eingangs genannten Art sowie ein Flugzeug mit einer optimierten Emissionscharakteristik bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird für die Injektoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Flugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
  • Bezüglich der Injektoranordnung ist vorgesehen, dass diese zum (wahlweisen bzw. betriebsabhängigen) Einnehmen, insbesondere zweier, alternativer Konfigurationen ausgebildet ist, zwischen welchen die Injektoranordnung während des Betriebs umstellbar ist, wobei der erste Gaskanal in einer ersten Konfiguration mit Luft, in Funktion als Lufteindüsung, und in einer zweiten Konfiguration mit dem gasförmigen Kraftstoff, in Funktion als Gaskraftstoff-Eindüsung, durchströmbar ist.
  • Die Injektoranordnung weist vorzugsweise ausschließlich den ersten Gaskanal als Gaskraftstoff-Eindüsung in der zweiten Konfiguration auf, keine weitere Gaskraftstoff-Eindüsung.
  • In der ersten Konfiguration kann die Injektoranordnung in einem separaten Betrieb ausschließlich mit dem Flüssigkraftstoff betrieben werden und nicht von dem gasförmigen Kraftstoff bis in die Brennkammer durchströmt werden.
  • In der zweiten Konfiguration kann die Injektoranordnung sowohl ausschließlich von gasförmigem Kraftstoff (ohne Flüssigkraftstoff) als auch zeitgleich in einem kombinierten Betrieb unter Durchströmung mit sowohl dem gasförmigen Kraftstoff als auch dem Flüssigkraftstoff betrieben werden, und nicht ausschließlich mit dem Flüssigkraftstoff.
  • Der gasförmige Kraftstoff wird insbesondere aus Wasserstoff gebildet oder weist Wasserstoff auf. Der Flüssigkraftstoff wird insbesondere durch Kerosin und/oder einem nachhaltigen alternativen Kraftstoff (SAF: "sustainable alternative fuel") gebildet.
  • Die Umstellung erfolgt vorzugsweise mit Einschalten und/oder Ausschalten des Stromes an gasförmigem Kraftstoff (durch Aufbringen oder Abbau eines Überdrucks gegenüber dem in der Brennkammer herrschenden Luftdruck) insbesondere mittels Öffnens und/oder Schließen eines Kraftstoffventils für den gasförmigen Kraftstoff innerhalb der Kraftstoffperipherie des Flugzeugs, außerhalb der Injektoranordnung.
  • In einer bevorzugten Ausbildungsvariante umfasst der erste Gaskanal in einem stromaufseitigen Endabschnitt eine Luft-Einströmöffnung, die insbesondere zentral auf der Injektorlängsachse (d. h. koaxial zu dem sich stromab davon erstreckenden Abschnitt des ersten Gaskanals) angeordnet ist. Innerhalb (insbesondere ausschließlich) des Injektor-Hauptkörpers ist/sind zumindest eine, vorzugsweise zwei, Gaskraftstoff-Überleitung/en angeordnet, die zwischen einer Gaskraftstoff-Zuleitung, insbesondere zwischen einem stromab der Gaskraftstoff-Zuleitung angeordneten Gaskraftstoff-Ringreservoir, und dem ersten Gaskanal insbesondere radial (oder radialaxial) verläuft/verlaufen. In der ersten Konfiguration ist/sind die Gaskraftstoff-Überleitung/en verschlossen (d. h. nicht von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar) und die Luft-Einströmung ist geöffnet (d. h. von Luft durchströmbar). In der zweiten Konfiguration ist die Luft-Einströmöffnung verschlossen (d. h. nicht von Luft durchströmbar) und die Gaskraftstoff-Überleitungen ist/sind geöffnet (d. h. von dem gasförmigen Kraftstoff durchströmbar). Insbesondere ist der stromaufseitige Endabschnitt ausschließlich von Luft (in der ersten Konfiguration) durchströmbar. Das Gaskraftstoff-Ringreservoir ist insbesondere in dem Injektor-Hauptkörper ringförmig um den ersten Gaskanal (unter Zwischenordnung des zweiten Gaskanals) angeordnet.
  • Vorzugsweise ist/sind zum Umstellen zwischen den Konfigurationen zumindest ein, vorzugsweise zwei, Schließkörper vorhanden, welche/r in der ersten Konfiguration zum Verschluss der Gaskraftstoff-Überleitung/en unter Freigabe der Luft-Einströmöffnung radial in die Gaskraftstoff-Überleitung/en verstellt (insbesondere eingeschoben) ist/sind (außerhalb des ersten Gaskanals) und in der zweiten Konfiguration zum Verschluss der Luft-Einströmöffnung unter Freigabe der Gaskraftstoff-Überleitung/en radial zentral in oder stromab der Luft-Einströmöffnung in dem ersten Gaskanal positioniert ist/sind.
  • Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass in dem zumindest einen Schließkörper ein Schließkörper-Kanal, zur Durchströmung mit dem gasförmigen Kraftstoff, angeordnet ist, welcher insbesondere mittels der Positionierung des/der Schließkörper/s in der ersten Konfiguration nicht durchströmbar und in der zweiten Konfiguration durchströmbar angeordnet ist. Der Schließkörper-Kanal kann insbesondere mit einem stromaufseitigen Abschnitt parallel zu der entsprechenden Gaskraftstoff-Überleitung und mit einem stromabseitigen Abschnitt parallel zu dem ersten Gaskanal ausgerichtet sein. Der Schließkörper-Kanal bildet somit in der zweiten Konfiguration eine Strömungsverbindung zwischen der (gegebenenfalls jeweiligen) Gaskraftstoff-Überleitung und dem ersten Gaskanal. In der ersten Konfiguration beispielsweise ist der stromabseitige Abschnitt des Schließkörper-Kanals an seinem stromabseitigen Ende mittels einer inneren Wandung der Gaskraftstoff-Überleitung verschlossen.
  • Für eine automatisierte Steuerung der Umstellung zwischen den Konfigurationen unter Nutzung mechanischer Kräfte, insbesondere ohne Einwirken elektrischer Stellsignale innerhalb der Injektoranordnung, ist vorzugsweise zur Umstellung zwischen den Konfigurationen zumindest ein federelastisches Stellelement vorhanden, welches mittels Federkraft in Zusammenwirken mit einer durch den gasförmigen Kraftstoff aufgebrachten Druckkraft die Umstellung zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration bewirkt. Das Stellelement ist insbesondere als Schraubendruckfeder ausgebildet. Die Umstellung kann somit mittels Ein- und Ausschalten der Strömung des gasförmigen Kraftstoffes außerhalb der Injektoranordnung erfolgen und automatisch eine Anpassung der entsprechenden Konfiguration der Injektoranordnung bewirken.
  • Dabei bildet beispielsweise die erste Konfiguration einen Ruhezustand, in dem sich das Stellelement ohne Gegenwirken der Druckkraft in Ruhestellung befindet. In der zweiten Konfiguration ist das Stellelement unter Gegenwirken der Druckkraft verstellt.
  • Vorzugsweise ist das Stellelement an dem zumindest einen Schließkörper angeordnet, insbesondere befestigt. Dabei kann vorteilhafterweise das Stellelement mittels einer (gegebenenfalls jeweils) in dem Schließkörper vorhandenen Ausnehmung sicher an bzw. in dem Schließkörper gelagert und/oder geführt sein. Insbesondere ist das Stellelement in zusammengeschobenem Zustand vollständig in die Ausnehmung/en eingeschoben. Bei Vorhandensein zweier Schließkörper befinden sich die Ausnehmungen vorzugsweise auf gleicher axialer Position, wobei sie in zusammengeschobener Position der Schließkörper gemeinsam einem Hohlraum zur Aufnahme des Stellelements bilden.
  • In einer besonders günstigen Ausbildungsvariante sind zwei Schließkörper sowie zwei Gaskraftstoff-Überleitungen in Umlaufrichtung bezüglich der Injektorlängsachse jeweils (in Umlaufrichtung) einander gegenüberliegend (d. h. jeweils eine Gaskraftstoff-Überleitung mit jeweils einem zugeordneten Schließkörper gegenüberliegend der anderen Paarung) angeordnet, wobei das Stellelement jeweils mit einem Ende an jeweils einem der Schließkörper befestigt ist. Dabei sind in der ersten Konfiguration die Schließkörper mittels des Stellelements unter Freigabe der Luft-Einströmöffnung radial auseinandergedrückt in die Gaskraftstoff-Überleitungen verstellt, d. h. (zumindest großteils, insbesondere vollständig) eingeschoben, und/oder in der zweiten Konfiguration die Schließkörper mittels der Druckkraft des gasförmigen Kraftstoffes entgegen der Federkraft des Stellelements radial zusammengedrückt bzw. -geschoben, wobei die Schließkörper einander berührend zentral innerhalb des ersten Gaskanals positioniert sind (unter Verschluss der Luft-Eintrittsöffnung). Die jeweiligen Schließkörper sind vorzugsweise radial verschiebbar in den jeweiligen Gaskraftstoff-Überleitungen gelagert und geführt, wobei zumindest ein radial nach außen weisender Abschnitt des jeweiligen Schließkörpers permanent in die jeweilige Gaskraftstoff-Überleitung ragt. Die Gaskraftstoff-Überleitungen mit den jeweiligen zugeordneten Schließkörpern können beispielsweise in Umlaufrichtung auf einer Position von 90° und auf 270° gegenüber der Position des Injektorschafts angeordnet sein. In der ersten Konfiguration ist der Schließkörper-Kanal insbesondere in Zusammenwirken mit der Innenwandung der (jeweiligen) Gaskraftstoff-Überleitung verschlossen, sodass der jeweilige Schließkörper als Verschluss der Gaskraftstoff-Überleitungen wirkt.
  • Vorteilhafte Montagemöglichkeiten ergeben sich, wenn an der axialen Position des oder der Schließkörper/s der erste Gaskanal einen geringsten Strömungsquerschnitt, insbesondere einen kleinsten Durchmesser, aufweist. In diesem Zusammenhang ist insbesondere das Vorhandensein zweier Schließkörper vorteilhaft. Auf diese Weise können die Schließkörper bei Montage durch die Luft-Eintrittsöffnung in den ersten Gaskanal bzw. an die Gaskraftstoff-Überleitungen eingeschoben werden.
  • Eine vorteilhafte Strömungscharakteristik ist mittels der Injektoranordnung erhältlich, wenn der Luftkanal als radial unmittelbar (d.h. ohne Zwischenordnung eines weiteren Fluidkanals) um den ersten Gaskanal umlaufender, zweiter Gaskanal ausgebildet ist (mit anderen Worten ist radial unmittelbar um den ersten Gaskanal ein zweiter Gaskanal als Luftkanal ausgebildet), wobei beispielsweise dessen stromaufseitiges Ende zumindest im Wesentlichen auf der axialen Position des stromaufseitigen Endes der Luft-Einströmöffnung positioniert ist.
  • Vorteile insbesondere hinsichtlich der Montage ergeben sich, wenn der erste Gaskanal in einem sich koaxial zu der Injektorlängsachse erstreckenden Zentralkörper innerhalb des zweiten Gaskanals angeordnet ist, wobei sich die Gaskraftstoff-Überleitung/en radial durch den zweiten Gaskanal erstreckt/erstrecken und wobei insbesondere weitere Stützelemente und/oder zweite Drallelemente zur Halterung des Zentralkörpers innerhalb des zweiten Gaskanals sich radial erstreckend angeordnet sind. Die Gaskraftstoff-Überleitung/en und/oder weitere Stützelemente und/oder zweite Drallelemente sind insbesondere in Umlaufrichtung äquidistant zueinander in dem zweiten Gaskanal verteilt. Die Stützelemente und/oder weiteren zweiten Drallelemente weisen vorzugsweise einen geringeren Anström-Querschnitt auf als die Gaskraftstoff-Überleitung/en. Das Gaskraftstoff-Ringreservoir und/oder das Flüssigkraftstoff-Ringreservoir ist/sind insbesondere radial außen um den zweiten Gaskanal in der Injektoranordnung angeordnet.
  • Einem geringen Druckverlust innerhalb der Injektoranordnung ist es zuträglich, wenn die Gaskraftstoff-Überleitung/en in dem zweiten Gaskanal strömungsgünstig geformt und/oder (z. B. mittels einer Umwandung) verkleidet sind, wobei die Gaskraftstoff-Überleitung, ggf. (d. h. bei Vorhandensein mehrerer Gaskraftstoff-Überleitungen) jeweils, insbesondere als zweites Drallelement wirkend ausgebildet sein kann.
  • Ein gleichmäßiges Einbringen des Flüssigkraftstoffes in die Brennkammer, ohne Unterbrechung während der Umstellung zwischen den Konfigurationen, kann gewährleistet werden, wenn die Flüssigkraftstoffeindüsung radial außen um den zweiten Gaskanal angeordnet ist und zum Einbringen des Flüssigkraftstoffes an dem stromabseitigen Ende des zweiten Gaskanals, in eine den zweiten Gaskanal durchströmende und/oder aus diesem austretende Luftströmung ausgebildet ist, insbesondere mittels zumindest einer an dem stromabseitigen Ende des zweiten Gaskanals mündenden Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung. Die Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung kann insbesondere zumindest abschnittsweise ringförmig und als eine einzige Austrittsöffnung ausgebildet sein und/oder mehrere diskrete Austrittsöffnungen umfassen.
  • Für eine günstige Strömungscharakteristik ist/sind radial außen umlaufend um die Flüssigkraftstoffeindüsung zumindest ein dritter Gaskanal, und vorzugsweise weiterhin ein vierter Gaskanal angeordnet, wobei der dritte Gaskanal als radial äußerer Luftkanal und ggf. der vierte Gaskanal als radial äußerster Luftkanal ausgebildet sind.
  • Bei dem Flugzeug ist vorgesehen, dass das Flugzeug zumindest ein Triebwerk umfassend eine Injektoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, sowie eine Kraftstoffperipherie umfassend zumindest jeweils eine Tankvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff und für Flüssigkraftstoff und Leitungsmittel zur Leitung des gasförmigen Kraftstoffes und des Flüssigkraftstoffes von der jeweiligen Tankvorrichtung zu der Injektoranordnung, wobei in den Leitungsmitteln zumindest jeweils ein Kraftstoffventil zur Steuerung und/oder Regelung des gasförmigen Kraftstoffes und des Flüssigkraftstoffes angeordnet ist, wobei bei Schließen des Kraftstoffventils für gasförmigen Kraftstoff, mit Unterbrechung des Flusses an gasförmigem Kraftstoff, die Injektoranordnung eine erste Konfiguration einnimmt und bei Öffnen des Kraftstoffventils für gasförmigen Kraftstoff die Injektoranordnung eine zweite Konfiguration einnimmt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Injektoranordnung zum Einbringen eines gasförmigen Kraftstoffes und eines Flüssigkraftstoffes in eine Brennkammer eines Triebwerks, in einer ersten Konfiguration, in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt entlang einer Injektorlängsachse,
    Fig. 2
    die Injektoranordnung in einer zweiten Konfiguration in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt entlang einer Injektorlängsachse,
    Fig. 3
    die Injektoranordnung in der zweiten Konfiguration in einem gegenüber Fig. 2 um 90° um die Injektorlängsachse gedrehten Längsschnitt,
    Fig. 4
    die Injektoranordnung in der ersten Konfiguration in der Ansicht gemäß Fig. 3,
    Fig. 5
    die Injektoranordnung in einer Draufsicht mit Blick in Richtung Brennkammer und
    Fig. 6
    eine weitere Ausbildungsvariante der Injektoranordnung, mit einem nicht verstellbaren Verschlusselement, in der Ansicht gemäß Fig. 3.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung im Längsschnitt eine Injektoranordnung 100 zum Einbringen von Kraftstoff und Luft 30 in eine Brennkammer BK eines Triebwerks, insbesondere eines Flugzeugs. Die Injektoranordnung 100 weist einen Injektorschaft 1 und einen an dem Injektorschaft 1 angeordneten Injektor- Hauptkörper 22 auf. Der Injektor-Hauptkörper 22 ist entlang einer im Winkel, vorliegend im Wesentlichen rechtwinklig, zu dem Injektorschaft 1 verlaufenden Injektorlängsachse L ausgerichtet.
  • Die Injektoranordnung 100 ist zum Betrieb mit zwei Arten von Kraftstoffen eingerichtet, einem gasförmigen Kraftstoff 31 und einem Flüssigkraftstoff 32. Die Kraftstoffe können sowohl zeitgleich (parallel) in einem kombinierten Betrieb als auch jeweils einzeln, in einem separaten Betrieb von flüssigem und/oder gasförmigem Kraftstoff, der Injektoranordnung 100 zugeführt werden. Zur Kraftstoffzuleitung sind in dem Injektorschaft 1 sowohl eine Gaskraftstoff-Zuleitung 2 als auch eine Flüssigkraftstoff-Zuleitung 3 angeordnet. In Fig. 1 sind die beiden Kraftstoff-Zuleitung 2, 3 beispielhaft parallel zueinander geführt.
  • Der gasförmige Kraftstoff 31 wird insbesondere aus Wasserstoff gebildet und/oder weist Wasserstoff auf. Der Flüssigkraftstoff 32 wird insbesondere durch Kerosin und/oder einem nachhaltigen alternativen Kraftstoff (SAF: "sustainable alternative fuel") gebildet.
  • Das Flugzeug weist eine entsprechend eingerichtete Kraftstoffperipherie auf, die zumindest jeweils eine Tankvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff 31 und Flüssigkraftstoff 32 umfasst (in Fig. 1 nicht gezeigt). Zudem sind Leitungsmittel zur Leitung des gasförmigen Kraftstoffes 31 und des Flüssigkraftstoffes 32 zu der Injektoranordnung 100 vorhanden. In den Leitungsmitteln ist jeweils ein Kraftstoffventil 16, 16' (vgl. Fig. 2) zur Steuerung und/oder Regelung des gasförmigen Kraftstoffes 31 und des Flüssigkraftstoffes 32 angeordnet.
  • Zur Zufuhr des Flüssigkraftstoffes 32 weist die Injektoranordnung 100 am stromabseitigen Ende der Flüssigkraftstoff-Zuleitung 3 vorzugsweise ein Flüssigkraftstoff-Ringreservoir 8 auf. Ausgehend von dem Flüssigkraftstoff-Ringreservoir 8 ist innerhalb des Injektor-Hauptkörpers 22 eine Flüssigkraftstoffeindüsung 6 bis an einen stromabseitigen Endabschnitt des Injektor-Hauptkörpers 22 geführt. Die Flüssigkraftstoffeindüsung 6 weist z. B. diskrete Kraftstoffkanäle und/oder zumindest abschnittsweise einen radial umlaufenden, zusammenhängenden Kraftstoff-Ringkanal auf (hier nicht genauer gezeigt). Zudem kann die Flüssigkraftstoffeindüsung 6 insbesondere mittels Drallelementen zur Verdrallung des Flüssigkraftstoffes 32 ausgebildet sein (hier nicht gezeigt). Vorzugsweise können Hitzeschilde 14 vorhanden sein, um die Kraftstoffkanäle der Flüssigkraftstoffeindüsung 6 gegen hohen Wärmeeintrag beispielsweise aus umgebenden Luftkanälen abzuschirmen. An dem stromabseitigen Endabschnitt weist die Flüssigkraftstoffeindüsung 6 zumindest eine Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung 60 auf, wobei mehrere diskrete Öffnungen oder eine umlaufende Ringöffnung vorhanden sein können.
  • Die Injektoranordnung 100 umfasst einen zentral auf der Injektorlängsachse L angeordneten ersten Gaskanal 40, der zur Einbringung einer zentralen Gasströmung in die Brennkammer BK ausgebildet und angeordnet ist. In dem ersten Gaskanal 40 kann zentral auf der Injektorlängsachse L ein Strömungskörper 12 mit Drallelementen angeordnet sein, um der zentralen Gasströmung einen Umfangsdrall aufzuprägen.
  • Insbesondere unmittelbar (d. h. ohne Zwischenordnung eines weiteren Fluidkanals) radial umlaufend um den ersten Gaskanal 40 ist ein zweiter Gaskanal 5 als Luftkanal 50 angeordnet. Das stromaufseitige Ende des Luftkanals 50 ist z. B. zumindest im Wesentlichen auf Höhe des stromaufseitigen Endes der Luft-Eintrittsöffnung 10 positioniert. An dem stromabseitigen Ende des Luftkanals 50 ist die zumindest eine Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung 60 zur Eindüsung des Flüssigkraftstoffes 32 in den durch den zweiten Luftkanal 50 strömenden Luftstrom angeordnet.
  • Der erste Gaskanal 40 ist vorzugsweise in einem sich koaxial zu der Injektorlängsachse L erstreckenden Zentralkörper 4 innerhalb des zweiten Gaskanals 5 angeordnet. Der Zentralkörper 4 ist z. B. mittels sich radial erstreckender Stützelemente 7 (beispielsweise vier bis acht an der Zahl) in dem zweiten Gaskanal 5 gehalten und/oder befestigt. Die Stützelemente 7 können insbesondere zumindest teilweise als zweite Drallelemente 70 und/oder als Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' (vgl. Fig. 3) ausgebildet sein.
  • Radial umlaufend um den zweiten Gaskanal 5 ist in dem Injektor-Hauptkörper 22 insbesondere ein ringförmig umlaufendes Gaskraftstoff-Ringreservoir 9 angeordnet, in welches die Gaskraftstoff-Zuleitung 2 mündet. Das Gaskraftstoff-Ringreservoir 9 ist insbesondere axial weiter beabstandet von der Brennkammer BK positioniert als das Flüssigkraftstoff-Ringreservoir 8.
  • Radial außen umlaufend um die Flüssigkraftstoffeindüsung 6 sind in dem stromabseitigen Endabschnitt des Injektor-Hauptkörpers 22 vorzugsweise äußere Gaskanäle, beispielsweise zwei Gaskanäle, angeordnet, ein dritter Gaskanal 131 und ein um den dritten Gaskanal 131 radial außen umlaufender vierter Gaskanal 132. Die äußeren Gaskanäle 131, 132 bilden einen äußeren Luftkanal 133 und einen äußersten Luftkanal 134.
  • Erfindungsgemäß ist die Injektoranordnung 100 derart ausgebildet, dass sie während des Betriebs umgestellt werden kann zwischen zwei Konfigurationen: einer ersten Konfiguration, wobei dem zentralen, ersten Gaskanal 40 eine Funktion als Lufteindüsung zukommt, wobei im Betrieb der erste Gaskanal 40 mit Luft 30 durchströmt wird, und einer zweiten Konfiguration, wobei dem zentralen, ersten Gaskanal 40 eine Funktion als Gaskraftstoff-Eindüsung zukommt, wobei im Betrieb der erste Gaskanal 40 mit dem gasförmigen Kraftstoff 31 (und nicht mit Luft 30) durchströmt wird. Auf diese Weise kann die Injektoranordnung 100 vorteilhaft sowohl in dem kombinierten Betrieb als auch in dem separaten Betrieb mit durchströmtem zentralen, ersten Gaskanal 40 betrieben werden, wobei ein "Leerlaufen" des ersten Gaskanals 40 und damit verbundene Nachteile (z. B. Überhitzung, Entstehung von Ruß etc.) vermieden werden. Die zentrale Strömung trägt zu einer äußerst vorteilhaften Emissionscharakteristik bei, mit geringen Stickoxidemissionen (NOx).
  • Eine weitere Gaskraftstoff-Eindüsung, zusätzlich zu dem ersten Gaskanal 40 in der zweiten Konfiguration, ist vorzugsweise an der Injektoranordnung 100 nicht vorhanden.
  • In der ersten Konfiguration wird insbesondere die Injektoranordnung 100 nicht von dem gasförmigen Kraftstoff 31 durchströmt und somit kein gasförmiger Kraftstoff 31 in die Brennkammer BK zugeführt. Die erste Konfiguration ist somit für den separaten Betrieb mit Flüssigkraftstoff 32 vorgesehen.
  • In der zweiten Konfiguration wird insbesondere die Injektoranordnung 100 von dem gasförmigen Kraftstoff 31 durchströmt, sowie zusätzlich von Luft zumindest durch den zweiten Gaskanal 5. Optional wird die Flüssigkraftstoffeindüsung 6 mit Flüssigkraftstoff 32 durchströmt. Die zweite Konfiguration ist somit für den kombinierten Betrieb oder den separaten Betrieb mit dem gasförmigen Kraftstoff 31 vorgesehen.
  • Fig. 1 zeigt die Injektoranordnung 100 in der ersten Konfiguration, wobei der erste Gaskanal 40 als Lufteindüsung fungiert. Zu diesem Zweck umfasst der erste Gaskanal 40 in einem stromaufseitigen Endabschnitt eine Luft-Einströmöffnung 10. Die Luft-Einströmöffnung 10 ist, ebenso wie der übrige Gaskanal 40, zentral auf der Injektorlängsachse L angeordnet. Insbesondere schließt die Luft-Einströmöffnung 10 axial stromaufseitig mit dem von der Brennkammer BK abgewandten, stromaufseitigen Ende des Injektor-Hauptkörpers 22 ab. Der stromaufseitige Endabschnitt mit der Luft-Einströmöffnung 10 ist ausschließlich von Luft durchströmbar.
  • In der ersten Konfiguration, wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Luft-Einströmöffnung 10 geöffnet, wobei die Luft-Einströmöffnung 10 mit einem an die Brennkammer BK angrenzenden Abschnitt des ersten Gaskanals 40 in Strömungsverbindung steht. Somit strömt in der ersten Konfiguration über die Luft-Einströmöffnung 10 Luft 30 in den ersten Gaskanal 40 ein und durch selbigen hindurch in die Brennkammer BK. Gasförmiger Kraftstoff 31 wird der Brennkammer BK nicht zugeführt.
  • Fig. 2 zeigt die Injektoranordnung 100 in der zweiten Konfiguration, wobei der erste Gaskanal 40 als Gaskraftstoff-Eindüsung fungiert. Dabei ist die Luft-Einströmöffnung 10 mittels zumindest eines innerhalb des ersten Gaskanals 40, insbesondere unmittelbar stromab der Luft-Einströmöffnung 10 angeordneten Schließkörpers 11 verschlossen. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel sind zwei Schließkörper 11, 11' in Form von Kolben 110, 110' vorhanden, wie nachfolgend im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 genauer beschrieben wird. "Verschlossen" bedeutet hierbei, dass die Strömungsverbindung zu dem an die Brennkammer BK angrenzenden Abschnitt des ersten Gaskanals 40 unterbrochen ist, wobei die beispielhaft zwei Schließkörper 11, 11' zumindest im Wesentlichen strömungsdicht in der Luft-Einströmöffnung 10 und/oder (insbesondere unmittelbar) stromab derselben sich radial erstreckend zentral in dem Gaskanal 40 positioniert sind.
  • Der erste Gaskanal 40 kann vorteilhafterweise an der axialen Position der Schließkörper 11, 11' einen geringsten Strömungsquerschnitt, insbesondere einen geringsten Durchmesser, aufweisen. Auf diese Weise kann die radiale Ausdehnung der Schließkörper 11, 11' möglichst gering gehalten werden und für die Montage die Einströmöffnung 11, 11' zum Einbringen des bzw. der Schließkörper 11, 11' genutzt werden.
  • Zur Zuführung des gasförmigen Kraftstoffes 32 von dem Gaskraftstoff-Ringreservoir 9 in den ersten Gaskanal 40 sind innerhalb des Injektor-Hauptkörpers 22 beispielhaft zwei Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' vorhanden (vgl. Fig. 3). Die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' erstrecken sich radial zwischen dem Gaskraftstoff-Ringreservoir 9 und dem ersten Gaskanal 40 durch den zweiten Gaskanal 5. Dabei können die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' vorzugsweise jeweils eine strömungsgünstig (aerodynamisch) geformte Umwandung 18, 18' aufweisen und/oder strömungsgünstig geformt sein, zur Verringerung des Strömungswiderstandes innerhalb des zweiten Gaskanals 5. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' insbesondere in Umlaufrichtung gegenüberliegend voneinander angeordnet, beispielhaft auf einer Position von 90° und von 270° bezüglich des Injektorschafts 1. Die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' können insbesondere zusätzlich in Funktion der Stützelemente 7 als Halterung des Zentralkörpers 4 dienen, wobei sie in Umlaufrichtung zusammen mit den (anderen) Stützelementen 7 und/oder Drallelementen 70 äquidistant zueinander angeordnet sind (vgl. auch Fig. 5).
  • Fig. 3 zeigt genauer die Ausbildung und Anordnung der Schließkörper 11, 11' in einer gegenüber Fig. 2 um 90° um die Injektorlängsachse L gedrehten Darstellung der Injektoranordnung 100 im Längsschnitt. Wie Fig. 3 zeigt, ragen in der zweiten Konfiguration die Schließkörper 11, 11' aus den Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' jeweils bis in die Mitte des ersten Gaskanals 40 hinein und stehen an der Injektorlängsachse L miteinander gegenüber der an den Injektorhauptkörper 22 anströmenden Luft dichtend in Kontakt. Somit ist die Luft-Einströmöffnung 10 verschlossen.
  • Innerhalb der Schließkörper 11, 11' sind Schließkörper-Kanäle 17, 17' ausgebildet, die in der zweiten Konfiguration eine Strömungsverbindung von den Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' in den ersten Gaskanal 40 bilden. Die Schließkörper-Kanäle 17, 17' sind dabei insbesondere mit einem stromaufseitigen ersten Abschnitt parallel zu den Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' und mit einem stromabseitigen zweiten Abschnitt parallel zu der Injektorlängsachse L ausgerichtet. Zur Abdichtung der Schließkörper 11, 11' gegenüber den Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' sind vorzugsweise umlaufende Dichtmittel 19, 19' vorhanden. Die Schließkörper 11, 11' sind radial verschiebbar einander gegenüberliegend in den Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' gelagert. Der Strömungsquerschnitt der Schließkörper-Kanäle 17, 17' ist in Summe ausreichend groß, um eine möglichst druckverlustarme Strömung des gasförmigen Kraftstoffes 31 in den Gaskanal 40 zu gewährleisten. Mittels der Anordnung und Ausbildung der hier beispielhaft zwei Schließkörper 11, 11' sind die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' und die Schließkörper-Kanäle 17, 17' in der zweiten Konfiguration zur Durchströmung geöffnet.
  • Zur Umstellung zwischen der ersten und der zweiten Konfiguration ist in Fig. 3 zumindest ein federelastisches Stellelement 20 z. B. in Ausbildung einer Druckfeder ersichtlich, welches mit jeweils einem Ende an jeweils einem der Schließkörper 11, 11' befestigt ist. Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Konfiguration ist das Stellelement 20 entgegen der radial nach außen wirkenden Federkraft zusammengeschoben, wobei durch den gasförmigen Kraftstoff eine entgegengesetzte, radial nach innen weisend Druckkraft aufgebracht wird, die die Federkraft überwindet und ein Zusammendrücken der Schließkörper 11, 11' bis zu ihrem Kontakt auf der Injektorlängsachse L bewirkt.
  • Das Stellelement 20 ist dabei jeweils in innerhalb der Schließkörper 11, 11' vorhandenen, länglichen Ausnehmungen 111, 111' derart befestigt und geführt, dass die Schließkörper 11, 11' miteinander zentral auf der Injektorlängsachse L in Kontakt stehen können. Dabei befinden sich die Ausnehmungen 111, 111' vorzugsweise auf gleicher axialer Position und weisen mit ihren Öffnungen radial in Richtung der Injektorlängsachse L, wobei sie in der dargestellten, zusammengeschoben Position der Schließkörper 11, 11' gemeinsam einem Hohlraum zur Aufnahme des Stellelements 20 bilden.
  • Fig. 4 zeigt in der Fig. 3 entsprechenden Ansicht der Injektoranordnung 100 die Anordnung der Schließkörper 11, 11' in der ersten Konfiguration. Dabei sind die Schließkörper 11, 11' radial nach außen in die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' verstellt und/oder eingeschoben, unter Verschluss der Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' und unter Freigabe der Luft-Einströmöffnung 10. Die Schließkörper-Kanäle 17, 17' der beiden Schließkörper 11, 11' sind dabei mittels der inneren Wandungen der Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' von dem gasförmigen Kraftstoff 31 nicht durchströmbar verschlossen, wobei jeweils der stromabseitige zweite Abschnitt der Schließkörperkanäle 17, 17' mit seinem stromabseitigen Ende an jeweils der inneren Wandung der Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' anliegt.
  • Das Umstellen von der zweiten Konfiguration in die erste Konfiguration erfolgt durch das Schließen des Kraftstoffventils 16 des gasförmigen Kraftstoffes 31 (vgl. Fig. 2). Dadurch entfällt die durch den gasförmigen Kraftstoff 31 aufgebrachte Druckkraft. Infolge dessen werden die beiden Schließkörper 11, 11' mittels der durch das Stellelement 20 aufgebrachten Federkraft radial auseinandergedrückt in die Gaskraftstoff-Überleitungen 15. Auf diese Weise wird die Luft-Einströmöffnung 10 freigegeben. Die erste Konfiguration bildet somit einen Ruhezustand, in dem sich das Stellelement ohne Gegenwirken der Druckkraft in Ruhestellung befindet.
  • Das Umstellen von der ersten Konfiguration in die zweite Konfiguration erfolgt durch das Öffnen des Kraftstoffventils 16 des gasförmigen Kraftstoffes 31 (vgl. Fig. 2), wodurch die Druckkraft auf die beiden Schließkörper 11, 11' wirkt und diese zusammendrückt.
  • Fig. 5 zeigt in einer Draufsicht auf die Injektoranordnung 100 mit Blick in Richtung Brennkammer BK eine beispielhafte Anordnung der Stützelemente 7 und/oder zweiten Drallelemente 70 und der Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' in dem zweiten Gaskanal 5. Dabei sind beispielhaft in Summe acht Stützelemente 7 und/oder Drallelemente 70 einschließlich der Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15' angeordnet. Zur Reduktion des Strömungswiderstandes weisen vorzugsweise die Stützelemente 7 und/oder Drallelemente 70 im Querschnitt einen kleineren Aufbau auf als die Gaskraftstoff-Überleitungen 15, 15`.
  • Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausbildungsvariante der Injektoranordnung 100 für ein Betriebsszenario mit permanent fließendem gasförmigem Kraftstoff. Dabei ist die Luft-Einströmöffnung 10 mittels eines darin im Betrieb nicht beweglichen Verschlusses 21 permanent verschlossen.
  • Die vorgeschlagene Injektoranordnung 100 ermöglicht vorteilhafterweise einen äußerst emissionsarmen Betrieb innerhalb unterschiedlicher Betriebsszenarien mit unterschiedlichen Kraftstoffen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Injektorschaft
    100
    Injektoranordnung
    2
    Gaskraftstoff-Zuleitung
    3
    Flüssigkraftstoff-Zuleitung
    4
    Zentralkörper
    40
    erster Gaskanal
    5
    zweiter Gaskanal
    50
    Luftkanal
    6
    Flüssigkraftstoffeindüsung
    60
    Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung
    7
    Stützelement
    70
    zweites Drallelement
    8
    Flüssigkraftstoff-Ringreservoir
    9
    Gaskraftstoff-Ringreservoir
    10
    Einströmöffnung
    11, 11'
    Schließkörper
    110, 110'
    Kolben
    111
    Ausnehmung
    12
    Strömungskörper
    13
    Drallelemente
    131
    dritter Gaskanal
    132
    vierter Gaskanal
    133
    äußerer Luftkanal
    134
    äußerster Luftkanal
    14
    Hitzeschild
    15, 15'
    Gaskraftstoff-Überleitung
    16, 16'
    Kraftstoffventil
    17, 17'
    Schließkörper-Kanal
    18, 18'
    Umwandung
    19, 19'
    Dichtmittel
    20
    Stellelement
    21
    Verschluss
    22
    Injektor-Hauptkörper
    30
    Luft
    31
    gasförmiger Kraftstoff
    32
    Flüssigkraftstoff
    BK
    Brennkammer
    L
    Injektor-Längsachse

Claims (15)

  1. Injektoranordnung (100) für eine Gasturbine, insbesondere ein Triebwerk eines Flugzeugs, zum Einbringen eines gasförmigen Kraftstoffes (31) und eines Flüssigkraftstoffes (32) sowie Luft (30) in eine Brennkammer (BK), mit einem Injektorschaft (1) und einem entlang einer Injektorlängsachse (L) ausgerichteten Injektor-Hauptkörper (22), wobei der Injektor-Hauptkörper (22) umfasst:
    - einen zentral auf der Injektorlängsachse (L) angeordneten ersten Gaskanal (40), zum Einbringen einer Gasströmung in die Brennkammer (BK),
    - zumindest einen radial außen um den ersten Gaskanal (40) umlaufend angeordneten Luftkanal (50, 133, 134) und
    - eine radial um den ersten Gaskanal (40) angeordnete Flüssigkraftstoffeindüsung (6) zum Einbringen des Flüssigkraftstoffes (32) in die Brennkammer (BK),
    wobei die Injektoranordnung (100) zudem zum Einbringen des gasförmigen Kraftstoffes (31) eingerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Injektoranordnung (100) zum Einnehmen, insbesondere zweier, alternativer Konfigurationen ausgebildet ist, zwischen welchen die Injektoranordnung (100) während des Betriebs umstellbar ist, wobei der erste Gaskanal (40) in einer ersten Konfiguration mit Luft (30), in Funktion als Lufteindüsung, und in einer zweiten Konfiguration mit dem gasförmigen Kraftstoff (31), in Funktion als Gaskraftstoff-Eindüsung, durchströmbar ist.
  2. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Gaskanal (40) in einem stromaufseitgen Endabschnitt eine Luft-Einströmöffnung (10) umfasst, die insbesondere zentral auf der Injektorlängsachse (L) angeordnet ist, und
    dass innerhalb des Injektor-Hauptkörpers (22) zumindest eine, vorzugsweise zwei, Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') angeordnet ist/sind, die zwischen einer Gaskraftstoff-Zuleitung (2), insbesondere zwischen einem stromab der Gaskraftstoff-Zuleitung (2) angeordneten Gaskraftstoff-Ringreservoir (9), und dem ersten Gaskanal (40), angeordnet ist/sind und insbesondere radial verläuft/verlaufen,
    wobei in der ersten Konfiguration die Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') verschlossen ist/sind und in der zweiten Konfiguration die Luft-Einströmöffnung (10) verschlossen ist.
  3. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zum Umstellen zwischen den Konfigurationen zumindest ein, vorzugsweise zwei, Schließkörper (11, 11') vorhanden ist/sind, welche/r in der ersten Konfiguration zum Verschluss der Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') unter Freigabe der Luft-Einströmöffnung (10) radial in die Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') verstellt ist/sind und
    in der zweiten Konfiguration zum Verschluss der Luft-Einströmöffnung (10) unter Freigabe der Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') radial zentral in oder stromab der Luft-Einströmöffnung (10) in dem ersten Gaskanal (40) positioniert ist/sind.
  4. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in dem zumindest einen Schließkörper (11, 11') ein Schließkörper-Kanal (17, 17'), insbesondere zur Durchströmung mit dem gasförmigen Kraftstoff (31), angeordnet ist, welcher insbesondere mittels der Positionierung des/der Schließkörper/s (11, 11') in der ersten Konfiguration nicht durchströmbar und in der zweiten Konfiguration durchströmbar angeordnet ist.
  5. Injektoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Umstellung zwischen den Konfigurationen zumindest ein federelastisches Stellelement (20) vorhanden ist, welches mittels Federkraft in Zusammenwirken mit einer durch den gasförmigen Kraftstoff aufgebrachten Druckkraft die Umstellung zwischen der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration bewirkt.
  6. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Konfiguration einen Ruhezustand bildet, in dem sich das Stellelement (20) ohne Gegenwirken der Druckkraft in Ruhestellung befindet und dass in der zweiten Konfiguration das Stellelement (20) unter Gegenwirken der Druckkraft verstellt ist.
  7. Injektoranordnung (100) nach zumindest Anspruch 3 und 5,

    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Stellelement (20) an dem zumindest einen Schließkörper (11, 11') angeordnet, insbesondere befestigt ist.
  8. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwei Schließkörper (11, 11') sowie zwei Gaskraftstoff-Überleitungen (15, 15`) in Umlaufrichtung bezüglich der Injektorlängsachse (L) jeweils einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei das Stellelement (20) jeweils mit einem Ende an einem der Schließkörper (11, 11') befestigt ist, wobei in der ersten Konfiguration die Schließkörper (11, 11') mittels des Stellelements (20) unter Freigabe der Luft-Einströmöffnung (10) radial in die Gaskraftstoff-Überleitungen (15, 15') auseinandergedrückt sind, und/oder
    in der zweiten Konfiguration die Schließkörper (11, 11') mittels der Druckkraft des gasförmigen Kraftstoffes entgegen der Federkraft des Stellelements (20) radial zusammengedrückt sind, wobei die Schließkörper (11, 11') einander berührend zentral innerhalb des ersten Gaskanals (40) positioniert sind.
  9. Injektoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an der axialen Position des oder der Schließkörper/s (11, 11') der erste Gaskanal (40) einen geringsten Strömungsquerschnitt, insbesondere einen kleinsten Durchmesser, aufweist.
  10. Injektoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Luftkanal (50) als radial unmittelbar um den ersten Gaskanal (40) umlaufender, zweiter Gaskanal (5) ausgebildet ist, wobei beispielsweise dessen stromaufseitiges Ende zumindest im Wesentlichen auf der axialen Position des stromaufseitigen Endes der Luft-Einströmöffnung (10) positioniert ist.
  11. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Gaskanal (40) in einem sich koaxial zu der Injektorlängsachse (L) erstreckenden Zentralkörper (4) innerhalb des zweiten Gaskanals (5) angeordnet ist, wobei sich die Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') radial durch den zweiten Gaskanal (5) erstreckt/erstrecken und wobei insbesondere weitere Stützelemente (7) und/oder zweite Drallelemente (70) zur Halterung des Zentralkörpers (12) innerhalb des zweiten Gaskanals (5) sich radial erstreckend angeordnet sind.
  12. Injektoranordnung (100) nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Gaskraftstoff-Überleitung/en (15, 15') in dem zweiten Gaskanal (5) strömungsgünstig geformt und/oder verkleidet sind, wobei die Gaskraftstoff-Überleitung (15, 15`), ggf. jeweils, insbesondere als zweites Drallelement (70) wirkend ausgebildet sein kann.
  13. Injektoranordnung (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Flüssigkraftstoffeindüsung (6) radial außen um den zweiten Gaskanal (5) angeordnet ist und zum Einbringen des Flüssigkraftstoffes an dem stromabseitigen Ende des zweiten Gaskanals (5), in eine den zweiten Gaskanal (5) durchströmende und/oder aus diesem austretende Luftströmung, ausgebildet ist, insbesondere mittels zumindest einer an dem stromabseitigen Ende des zweiten Gaskanals (5) mündenden Flüssigkraftstoff-Austrittsöffnung (60).
  14. Injektoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass radial außen umlaufend um die Flüssigkraftstoffeindüsung (6) zumindest ein dritter Gaskanal (131), und vorzugsweise weiterhin ein vierter Gaskanal (132) angeordnet ist/sind, wobei der dritte Gaskanal (131) als radial äußerer Luftkanal (133) und ggf. der vierte Gaskanal (132) als radial äußerster Luftkanal (134) ausgebildet sind.
  15. Flugzeug mit zumindest einem Triebwerk umfassend eine Injektoranordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einer Kraftstoffperipherie umfassend
    zumindest jeweils eine Tankvorrichtung für gasförmigen Kraftstoff und für Flüssigkraftstoff und
    Leitungsmittel zur Leitung des gasförmigen Kraftstoffes und des Flüssigkraftstoffes von der jeweiligen Tankvorrichtung zu der Injektoranordnung (100), wobei in den Leitungsmitteln zumindest jeweils ein Kraftstoffventil (16, 16') zur Steuerung und/oder Regelung des gasförmigen Kraftstoffes und des Flüssigkraftstoffes angeordnet ist, wobei bei Schließen des Kraftstoffventils (16) für gasförmigen Kraftstoff, mit Unterbrechung des Flusses an gasförmigem Kraftstoff, die Injektoranordnung (100) eine erste Konfiguration einnimmt und bei Öffnen des Kraftstoffventils (16) für gasförmigen Kraftstoff die Injektoranordnung (100) eine zweite Konfiguration einnimmt.
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