WO2009007283A2 - Gasturbinenbrenner - Google Patents

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WO2009007283A2
WO2009007283A2 PCT/EP2008/058491 EP2008058491W WO2009007283A2 WO 2009007283 A2 WO2009007283 A2 WO 2009007283A2 EP 2008058491 W EP2008058491 W EP 2008058491W WO 2009007283 A2 WO2009007283 A2 WO 2009007283A2
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turbine burner
radially
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Michael Huth
Robert Angel
Drew Ehlert
James Marshall
Yevgeniy Shteyman
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
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    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14701—Swirling means inside the mixing tube or chamber to improve premixing

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine burner with a
  • a plurality of main spin generators each having an opening formed by a main swirler rim.
  • the air compressed in the compressor combustion air is typically led to the more radially outlying Gasturbinenbren- partners that the compressed air guided against a Stro ⁇ flow direction in the main swirl generators outwardly along the gas turbine burner or the burner Manteln along becomes.
  • the flow of the compressed combustion air has to undergo a reversal of direction and in this case a deflecting edge of the burner jacket and / or the main swirl generator facing away from the combustion pipe flows around.
  • the Stromungsleitflache the Emstromleitschs connects to the Einströmo réelleen forming Schowallerzeugerrander the main swirler on, for this a direct abutment with the Hauptwaller Wegerrander is not required, but rather a small mounting gap for successive installation of the main swirler and the Emstromleitstoffs can remain in the gas turbine combustor.
  • a turbulence of the combustion air between the main swirl generators can be counteracted.
  • the radial expansion of the flow guide surface may obstruct an area radially outward of the main spin generators to reduce or eliminate vortexes.
  • the radial direction is related to a center around which the main spin generators are arranged radially.
  • the Stromungsleitflache m convex direction is curved in the direction of the flowing combustion air, so that in the bow juckbowend the inflow opening hm current combustion air is guided along the curved Stromungsleitflache.
  • the Stromungsleitflache connects parallel to the course of Hauptdrallerzeugerrohren the main swirler to the main swirl generator tubes.
  • the connection can be an abrupt change of direction in the Lucasschreibung at the edge between the Stromungsleitflache and the main swirl tube avoided.
  • the connection does not have to be on the outermost main swirler rim, but may also be radially inside the main swirler rim.
  • the main swirl generator are centrally symmetrical, in particular arranged around a pilot burner, and the Stromungsleitflache runs radially outside of the main swirl ⁇ generator. Em flowing from radially outward into the main swirl generator of the gas turbine combustor combustion air flow can be guided in the critical region radially outside the main swirler low vortex.
  • the central symmetry may be a circular symmetry, the main spin generators being arranged in a circular shape. Conceivable, for example, also centrally symmetric polygonal or rosette geometries.
  • the Stromungsleitflache at a radially outer region on a central symmetry deviates in a radially further inner region of the central symmetry and is adapted to the shape of Hauptdrallermaschineerrander.
  • the Stromungsleitflache is expediently ring-shaped, in particular nikrmgformig continuously guided around the main swirl generator, whereby a uniform inflow can be reached from all sides in the gas turbine burner.
  • the flow guide surface is advantageously arranged like a bead in the direction of flow in front of the main spin generators.
  • the bead can be in the form of a U-bend with - with respect to the direction of flow in the Main swirlers - shaped downstream legs.
  • the Stromungsleitflache proceeds from a radially outwardly facing portion to a radially inwardly facing, portion lying on the A ⁇ stromo réelle.
  • the flow can be guided by the Stromungsleitflache so during a total reversal of direction.
  • the outwardly facing section forms a centrally symmetrical surface, in particular a ring surface, and the section facing inward has a surface adapted to an annular shape of the main spin generator, then a circulation around the main swirl generator can be achieved.
  • the gleicholitaryige curvature is given here by a circular section line between the Stromungsleitflache and aligned in Radial ⁇ chtung level, wherein the Radial ⁇ chtung refers to the center around which the main spin generators are arranged.
  • the uniform curvature need not be present in every plane m radial direction.
  • the Emstromleitsch connects a about the main twister ⁇ generator extending burner jacket with the main swirl generators.
  • the connection advantageously consists directly at the main swirler edge or in the immediate vicinity or at the inflow opening.
  • a ungeorganizedte Ruckstromung between the burner casing and the main swirl generators can be avoided if the Emstromleitsch like closes a gap between a running around the main swirler burner jacket and the Hauptdrallerzeu ⁇ .
  • a small mounting gap between see the burner jacket and the main swirl generators remain, for example, up to a gap width of 2 mm.
  • the Stromungsleitflache is guided between the main swirl generator.
  • a gap between the main twist generators or the main twist generator edges can also be at least partially closed.
  • the curvature of the flow guide surface is expediently uniform from the radially outward-facing section to the radially inward-facing section.
  • the Stromungsleitflache is guided to the radial depth of the main swirler axes of the main swirler between the main swirl generator. It can thus be a
  • a simple assemblability of the Emstromleitstoffs and the main swirl generators can be achieved if the Emstrom- conducting means in its radially inner portion radially outwardly past the main swirler edges. Expediently, it is aligned in the immediate vicinity of the main swirler edges in the axial direction, so that the main swirler or the Emstromleitstoff can be easily inserted for mounting in the axial direction.
  • the gas turbine burner has an outer and an inner, in each case surrounding the main swirl generator burner jacket, which is followed by the Emstromleitsch each in the jacket direction.
  • the combustion air can be guided along a large radius of curvature of Stromungsleitflache, so that a large negative pressure along this Umstromung can be counteracted.
  • the cladding direction here is the direction of the cladding at the location of the cladding
  • Emstromleitsch In order to stop short of the gas turbine burner simply can pass went through the Emstromleitsch in a simple manufacture and assembly of Emstromleitschs that Emstromleitsch is constructed in several parts in the Stromungsleitflache admimilai ⁇ gate in Tangential ⁇ chtung.
  • the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments, which are illustrated in the drawings. Show it:
  • FIG. 1 shows a sectional view through a gas turbine burner with eight arranged around a central pilot cone
  • FIG. 2 shows a section of a slightly modified gas turbine burner with a slightly modified emstrom-conducting agent
  • FIG. 3 shows another bead-shaped embrasive means in a perspective detail view
  • FIG. 4 shows the Emstromleitsch of Figure 3 in an overall perspective view of the gas turbine combustor
  • 5 shows the Emstromleitsch in a longitudinal section
  • Figure 6 is a plan view of a section of Stromungsleit- flat of Emstromleitstoffs.
  • the gas turbine burner 2 comprises a pilot burner with a pilot cone 8 to the annular eight
  • Main swirl generator 10 are arranged.
  • Each of the main swirler 10 has a main swirler tube 12 within which a Vormischschaufel 14 with a number of radially outward directed ⁇ SEN Flugein of is.
  • a fuel leading Vormischgaskanal 16 which is connected to unillustrated Vormischbohrungen through which the fuel is pressed into the interior of the Hauptdraller ⁇ generating tube 12.
  • the fuel is fed by feeds 18 to each main swirler 10 and mixed within the main swirler tube 12 with compressed combustion air.
  • a Stromungsverlauf of the gas turbine combustor 2 flowing around the combustion air is shown by solid arrows 20.
  • the combustion air initially flows around the gas turbine burner 2 counter to a flow direction 22, which is related to the premix flow within the main swirl generator 10. It flows along a burner jacket 24, the surrounds all of the main spin generators 10 of the gas turbine combustor 2 to then flow in an arc around an edge 26 of the burner jacket 24 towards an inlet 28 of each main swirler 10.
  • the inflow opening 28 is surrounded by the main swirler edge 30 of the corresponding main swirler 10 facing away from the combustion tube 4.
  • the gas turbine combustor 2 is provided in a simple embodiment of the invention with a Emstromleitsch 36 which extends annularly around the main spin ⁇ generator 10 within the burner jacket 24 and to the Hauptwaller Wegerrander 30 of the main swirler 10 is substantially parallel. closes.
  • Emstromleitsch 36 which extends annularly around the main spin ⁇ generator 10 within the burner jacket 24 and to the Hauptwaller Wegerrander 30 of the main swirler 10 is substantially parallel. closes.
  • the external recoil flow 32 can be at least largely eliminated, as a result of which the internal recoil flow 34 is also considerably reduced and thus the flow through the main swirler 10 is made comparable.
  • Em Einstromleitsch 38 has a convex curved flow guidance surface 40 which connects in the region of the Einstromo réelle 28 substantially parallel to the main swirler tube 12. Radially outward, the flow guide 40 widens and adjoins the burner jacket 24 so as to connect the main swirl generators 10 to the burner jacket 24.
  • the Einstromleitflache 40 is also curved so that it is radially aligned in the region of the burner jacket 24 and at the Einstromo réelle 28 is substantially axially aligned.
  • the Einstromleitsch 38 closes a convex curved flow guidance surface 40 which connects in the region of the Einstromo réelle 28 substantially parallel to the main swirler tube 12. Radially outward, the flow guide 40 widens and adjoins the burner jacket 24 so as to connect the main swirl generators 10 to the burner jacket 24.
  • the Einstromleitflache 40 is also curved so that it is radially aligned in the region of the burner jacket 24 and at the Einstromo réelle 28 is substantially axially aligned
  • a small gap may remain between the inflow means 28 and the main swirler tube 12.
  • FIGS. 3 to 6 show a further gas turbine burner 44 with a very efficient inflow conducting means 46.
  • 4 shows a perspective top view of the gas turbine burner 44 and the Einstromleitsch 46
  • Figures 3 and 5 show the Einstromleitstoff in a running in the axial direction of the gas turbine burner 44 section
  • FIG 6 shows a section of Ausstromleitstoffs 46 in a plan view m axial or Direction of flow 22.
  • the Einstromleitstoffitz 46 has a bead-like, in the inflow direction 22 upstream of the main swirlers 10 arranged flow guide surface 48, the Heilwallerzeugerrander 30 of
  • Main spin generator 10 with an outer burner shell 50, which also surrounds the main swirler 10 connects.
  • the radially outer burner jacket 50 serves to drive the combustion air a little way outside the inner burner jacket 24, in order to create a not too narrow curvature of the flow deflection.
  • the connection of the Stromungsleitflache 48 to the outer, axially extending burner shell 50 is in the shell direction or in the axial direction, so that a Stromungsschreibung of the outer burner shell 50 substantially seamlessly on the Stromungsleitflache 48 passes.
  • the embrasive means 46 is guided annularly around all the main spin generators 10 and engages radially inwards between the main spin generators 10 or their main swirler edges 30 in order both to open a gap 58 between the outer burner shell 50 and the main burner shell 50.
  • a Ruckstromung of combustion air through these gaps 42, 58 to Einstromo réelle back 28 is thus ⁇ least largely avoided, with a small assembly gap 60 may remain between the main swirler 12 and the tube Emstromleitstoff 46th
  • the flow guide surface 48 is drawn radially inward between the main spin generators 10, except for the main swirler axes 56 of the main swirler 10, to allow combustion air to flow between the main swirl generators 10 to bind under ⁇ .
  • the embrasive means 46 with its radially inner portion 54 passes radially outward from the main swirler edges 30 and runs there in the axial direction, so that the main swirler 10 can be inserted in the axial direction for installation in the gas turbine burner 44.
  • the radially outer portion 52 is guided radially inside the outer burner jacket 52 and there likewise in the jacket direction or axial direction, so that the Emstromleitstoff 46 inserted into the burner jacket 50. can be pushed.
  • the Em-current carrying means 46 comprises an inner leg 62 and a äuße ⁇ ren legs 64, which are combined in parallel in the direction of flow 22 to the combustor inner casing 24 and are fixed to the burner jacket 24th
  • the gas turbine burner 44 For mounting the gas turbine burner 44 in a gas turbine, the gas turbine burner 44 comprises a holder 66 with holding elements 68, which are performed by the Stromungsleitflache 48 hm- and fixed to the burner mantles 24, 50.
  • the Emstromleit- means 46 it is divided into several segments 70, between each of which a holding member 68 hm trimgeschreibt.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Gasturbinenbrenner (2, 44) mit einer Mehrzahl von Hauptdrallerzeugern (10), die jeweils eine von einem Hauptdrallerzeugerrand (30) gebildete Einströmöffnung (28) aufweisen. Um eine gleichmäßige Strömung von Verbrennungsluft durch die Hauptdrallerzeuger (10) zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Gasturbinenbrenner (2, 44) ein Einströmleitmittel (36, 38, 46) mit einer Strömungsleitfläche (40, 48) aufweist, die von einer der Einströmöffnungen (28) zu einer benachbarten Einströmöffnung (28) verläuft, an die die Einströmöffnungen (28) bildenden Hauptdrallerzeugerränder (30) anschließt und von dort nach radial außen aufgeweitet ist.

Description

Beschreibung
Gasturbinenbrenner
Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenbrenner mit einer
Mehrzahl von Hauptdrallerzeugern, die jeweils eine von einem Hauptdrallerzeugerrand gebildete Emstromoffnung aufweisen.
In Gasturbinen wird üblicherweise Verbrennungsluft in einem Vielstufen-Kompressor verdichtet und dann zu einer Anzahl von Gasturbinenbrennern gefuhrt, die an einer beispielsweise ringförmig um die Turbinenachse geführten Brennrohr angeordnet sind. In dem Bestreben, die Verbrennung in einer Gasturbine möglichst NOx-arm auszufuhren, haben sich so genannte DLN-Systeme (dry low NOx) bewahrt. Bei solchen Systemen sind in jedem Gasturbinenbrenner eine Anzahl von Hauptdrallerzeugern, die auch als Hauptdrallerzeuger bezeichnet werden, um einen Pilotkegel angeordnet, in der Brennstoff - üblicherwei¬ se Erdgas - stark mit Luft verwirbelt wird zur Erzeugung ei- ner stabilen Pilotflamme. Durch die Hauptdrallerzeuger strömt die verdichtete Luft und wird in den Hauptdrallerzeugern mit dem Brennstoff vermischt, um stromabwärts außerhalb der Hauptdrallerzeuger in einem Brennrohr zu verbrennen. Das durch die Verbrennung erhitzte Gas wird anschließend einer Arbeitsturbine zur Leistung von Arbeit durch Entspannung zugeleitet .
Um einen Brennerteil einer Gasturbine kompakt zu halten, wird die im Verdichter verdichtete Verbrennungsluft üblicherweise so zu den weiter radial außerhalb liegenden Gasturbinenbren- nern gefuhrt, dass die verdichtete Luft entgegen einer Stro¬ mungsrichtung in den Hauptdrallerzeugern außen entlang der Gasturbinenbrenner bzw. deren Brennermanteln entlang gefuhrt wird. Um in die Einstromoffnungen der Hauptdrallerzeuger ein- strömen zu können, muss die Strömung der verdichteten Verbrennungsluft eine Richtungsumkehr durchlaufen und hierbei eine dem Brennrohr abgewandte Umlenkkante des Brennermantels und/oder der Hauptdrallerzeuger umströmen. Die Richtungsumkehr und das Umströmen einer Umlenkkante können dazu fuhren, dass zwischen den Hauptdrallerzeugern und dem Brennermantel eine Ruckstromung auftritt, die sich gegebenenfalls sogar bis in kleine Bereiche innerhalb der Haupt- drallerzeuger fortsetzt. Em Ablosen der Strömung an bzw. von der Umlenkkante kann zum gleichen Effekt fuhren. Hierdurch kommt es zu einer Ungleichverteilung der Strömung durch die Hauptdrallerzeuger, wobei der problematischste Bereich die - bezogen auf einen radial inneren Pilotkegel - radial äußeren Zonen der Hauptdrallerzeuger sind. Durch den ungleichmäßigen Luftmassenstrom und die daraus resultierenden niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten in diesen problematischen Zonen kommt es bei der Brennstoffemdusung in diesen Zonen zu sehr fetten Gemischen, für die ein hohes Flammruckschlagsπsiko besteht. Außerdem wird durch die Ruckstromzonen, welche auch immer mit einem transienten Verhalten einhergehen, die Neigung zu ther- moakustischen Brennkammerschwingungen erhöht.
Zur Losung dieses Problems wurde versucht, in die Problemzo- nen innerhalb der Hauptdrallerzeuger verstärkt Verbrennungsluft zuzuführen, um die fetten Bereiche zu verdünnen. Analog hierzu wurde in die Problemzonen nur ein geringerer Anteil Brennstoff eingegeben, was zu einer schlechteren Mischung fuhrt und damit zu einer höheren NOx-Emission .
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gastur- binenbrenner anzugeben, der eine gleichmäßige Luftströmung in den Hauptdrallerzeugern aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gasturbinenbrenner der eingangs genannten Art gelost, der ein Emstromleitmittel mit einer Stromungsleitflache aufweist, die von einer der Einstromoffnungen zu einer benachbarten Emstromoffnung verlauft, an die die Emstromoffnungen bildenden Hauptdraller- zeugerrander anschließt und von dort nach radial außen aufge¬ weitet ist. Durch die an die Emstromoffnungen anschließende Stromungsleitflache kann die Richtungsumkehr der verdichteten Verbrennungsluft vor den Emstromoffnungen entlang der Stro- mungsleitflache gefuhrt werden, so dass dort eine Wirbelbil- dung verringert wird. Hierdurch können Unterdruckzonen, die eine Ruckstromung innerhalb der Hauptdrallerzeuger begünstigen, gering gehalten werden. Dies fuhrt zu einer gleichmaßi- geren Verteilung der Strömung m den Hauptdrallerzeuger, so dass eine Ruckstromung deutlich vermindert oder sogar vermie¬ den werden kann. Durch die gleichmäßigere Einströmung wird außerdem eine größere Flexibilität für das Muster der Vor- mischbohrungen erreicht, es wird weniger Spulluft benotigt, und ein Druckverlust in den Hauptdrallerzeugern und an der Stromungsumlenkung wird verringert.
Die Stromungsleitflache des Emstromleitmittels schließt an die die Einstromoffnungen bildenden Hauptdrallerzeugerrander der Hauptdrallerzeuger an, wobei hierfür ein direktes Anstoßen an die Hauptdrallerzeugerrander nicht erforderlich ist, sondern vielmehr ein kleiner Montagespalt zum sukzessiven Einbau der Hauptdrallerzeuger und des Emstromleitmittels in den Gasturbinenbrenner verbleiben kann. Durch den Verlauf des Emstromleitmittels von einer Einstromoffnung zur benachbarten Einstromoffnung, insbesondere durch einen kontinuierlichen Verlauf, kann einer Verwirbelung der Verbrennungsluft zwischen den Hauptdrallerzeugern entgegengewirkt werden. Durch die radiale Aufweitung der Stromungsleitflache kann ein Bereich radial außerhalb der Hauptdrallerzeuger zur Verringerung oder Vermeidung von Wirbeln versperrt werden. Die Radi- alπchtung ist hierbei auf ein Zentrum bezogen, um die die Hauptdrallerzeuger radial angeordnet sind.
Zweckmaßigerweise ist die Stromungsleitflache m Richtung zur umströmenden Verbrennungsluft konvex gekrümmt, so dass die im Bogen ruckfuhrend zur Einstromoffnung hm stromende Verbrennungsluft entlang der gekrümmten Stromungsleitflache gefuhrt wird.
Vorteilhafterweise schließt die Stromungsleitflache parallel zum Verlauf von Hauptdrallerzeugerrohren der Hauptdrallerzeuger an die Hauptdrallerzeugerrohre an. Durch die Parallelität des Anschlusses kann ein abrupter Richtungswechsel bei der Luftfuhrung am Rand zwischen der Stromungsleitflache und dem Hauptdrallerzeugerrohr vermieden werden. Der Anschluss muss hierbei nicht am äußersten Hauptdrallerzeugerrand sein, son- dern kann auch radial innerhalb des Hauptdrallerzeugerrands liegen.
Vorteilhafterweise sind die Hauptdrallerzeuger zentralsymmetrisch, insbesondere um einen Pilotbrenner, angeordnet und die Stromungsleitflache verlauft radial außerhalb der Hauptdrall¬ erzeuger. Em von radial außerhalb in die Hauptdrallerzeuger des Gasturbinenbrenners einströmender Verbrennungsluftstrom kann im kritischen Bereich radial außerhalb der Hauptdrallerzeuger wirbelarm gefuhrt werden. Die Zentralsymmetrie kann eine Kreissymmetrie sein, wobei die Hauptdrallerzeuger kreis- πngformig angeordnet sind. Denkbar sind beispielsweise auch zentralsymmetrische Polygon- oder Rosettengeometrien.
In einer weiteren vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung weist die Stromungsleitflache an einem radial äußeren Bereich eine Zentralsymmetrie auf und weicht in einem radial weiter innen liegenden Bereich von der Zentralsymmetrie ab und ist an die Form der Hauptdrallerzeugerrander angepasst. Durch diesen Symmetriewechsel von der Zentralsymmetrie zu der Sym- metπe der einzelnen Hauptdrallerzeuger oder Hauptdrallerzeugerrander kann um alle Hauptdrallerzeugerrander eine zumindest wirbelarme Strömung erreicht werden.
Die Stromungsleitflache ist zweckmaßigerweise ringförmig, insbesondere kreisrmgformig kontinuierlich um die Hauptdrallerzeuger gefuhrt, wodurch eine gleichmäßige Einströmung von allen Seiten in den Gasturbinenbrenner erreichbar ist.
Zum Erzielen einer wirbelarmen Fuhrung der Verbrennungsluft im Bereich der Richtungsumkehr ist die Stromungsleitflache vorteilhafterweise wulstartig in Einstromrichtung vor den Hauptdrallerzeugern angeordnet. Der Wulst kann in Form eines U-Bogens mit - in Bezug auf die Stromungsrichtung in den Hauptdrallerzeugern - stromabwärts angeordneten Schenkeln geformt sern.
In erner vorterlhaften Weiterbrldung der Erfrndung verlauft die Stromungsleitflache von einem radial nach außen gewandten Abschnitt zu einem radial nach innen gewandten, an der Ein¬ stromoffnung liegenden Abschnitt. Die Strömung kann so wahrend einer gesamten Richtungsumkehr von der Stromungsleitflache gefuhrt werden.
Bildet der nach außen gewandte Abschnitt eine zentralsymmetrische Flache, insbesondere eine Ringflache, und weist der nach innen gewandte Abschnitt eine an eine Ringform des Hauptdrallerzeugers angepasste Flache auf, so kann eine rings um die Hauptdrallerzeuger wirbelarm geführte Umstromung erreicht werden.
Zweckmaßigerweise verlauft die Stromungsleitflache mit zumin¬ dest im Wesentlichen gleichmäßiger Krümmung vom nach außen gewandten Abschnitt zum nach innen gewandten Abschnitt. Hierdurch kann die in ihrer Richtung umkehrende Verbrennungsluft zumindest im Wesentlichen vollständig aus ihrer radial außer¬ halb der Hauptdrallerzeuger ruckstromenden Richtung bis zu ihrer radial innerhalb der Hauptdrallerzeuger vorstromenden Richtung gefuhrt werden. Die gleichmaßige Krümmung ist hierbei durch eine kreisförmige Schnittlinie zwischen der Stromungsleitflache und einer in Radialπchtung ausgerichteten Ebene gegeben, wobei sich die Radialπchtung auf das Zentrum bezieht, um die die Hauptdrallerzeuger angeordnet sind. Die gleichmäßige Krümmung muss nicht in jeder Ebene m Radialrichtung vorhanden sein. Es ist ausreichend, wenn sie in einer einzigen in Radialπchtung ausgerichteten Ebene realisiert ist, beispielsweise in einer Ebene, die durch das oben genannte Zentrum und zwischen den Hauptdrallerzeugern hin- durch verlauft. Zweckmaßigerweise ist die Krümmung in jeder zwischen den Hauptdrallerzeugern hindurch verlaufenden Ebenen gleichmäßig . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verbindet das Emstromleitmittel einen um die Hauptdraller¬ zeuger verlaufenden Brennermantel mit den Hauptdrallerzeugern. Durch eine Strömung der Verbrennungsluft radial außer- halb des Gasturbinenbrenners entlang dem Brennermantel ist die Strömung in diesem Bereich bereits wirbelarm. Durch die Verbindung des Brennermantels mit den Hauptdrallerzeugern durch das Emstromleitmittel, insbesondere durch die Stro- mungsleitflache, kann die Wirbelfreiheit zumindest im Wesent- liehen bis zu den Hauptdrallerzeugern aufrechterhalten werden. Die Verbindung besteht hierbei vorteilhafterweise direkt am Hauptdrallerzeugerrand bzw. in unmittelbarer Nahe oder an der Einstromoffnung.
Eine ungewunschte Ruckstromung zwischen dem Brennermantel und den Hauptdrallerzeugern kann vermieden werden, wenn das Emstromleitmittel einen Spalt zwischen einem um die Hauptdrallerzeuger verlaufenden Brennermantel und den Hauptdrallerzeu¬ gern verschließt. Hierbei kann ein kleiner Montagespalt zwi- sehen dem Brennermantel und den Hauptdrallerzeugern verbleiben, mit beispielsweise bis zu einer Spaltbreite von 2 mm.
Vorteilhafterweise ist die Stromungsleitflache zwischen die Hauptdrallerzeuger gefuhrt. Auf diese Weise kann auch ein Spalt zwischen den Hauptdrallerzeugern bzw. den Hauptdraller- zeugerrandern zumindest teilweise verschlossen werden.
Auch in den Bereichen zwischen den Hauptdrallerzeugern ist die Krümmung der Stromungsleitflache von dem radial nach au- ßen gewandten Abschnitt bis zum radial nach innen gewandten Abschnitt zweckmaßigerweise gleichmäßig.
Vorteilhafterweise ist die Stromungsleitflache bis zur radialen Tiefe der Hauptdrallerzeugerachsen der Hauptdrallerzeuger zwischen die Hauptdrallerzeuger gefuhrt. Es kann somit ein
Spalt zwischen den Hauptdrallerzeugern vollständig - ggf. bis auf den Montagespalt - verschlossen werden. Eine einfache Montierbarkeit des Emstromleitmittels und der Hauptdrallerzeugern kann erreicht werden, wenn das Emstrom- leitmittel in seinem radial inneren Abschnitt radial außerhalb an den Hauptdrallerzeugerrandern vorbeigefuhrt ist. Zweckmaßigerweise ist es in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Hauptdrallerzeugerrandern in Axialrichtung ausgerichtet, so dass die Hauptdrallerzeuger bzw. das Emstromleitmittel zur Montage einfach in Axialrichtung eingeschoben werden kann .
Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Gasturbinenbrenner einen äußeren und einen inneren, jeweils die Hauptdrallerzeuger umgebenden Brennermantel aufweist, an die das Emstromleitmittel jeweils in Mantelrichtung anschließt. Zusätzlich zu einer hohen Stabilität, die durch eine solche Ausfuhrung des Emstromleitmittels erreichbar ist, kann die Verbrennungsluft entlang eines großen Krümmungsradius der Stromungsleitflache gefuhrt werden, so dass einem großen Unterdruck entlang dieser Umstromung entgegengewirkt werden kann. Die Mantelπch- tung ist hierbei die Richtung der Mantel an der Stelle des
Anschlusses und insbesondere die Axialrichtung des Gasturbi- nenbrenners, so dass die Stromungsleitflache am Anschluss an zumindest dem äußeren Brennermantel, zweckmaßigerweise beiden Brennermanteln, in Axialrichtung ausgerichtet ist.
Weist das Emstromleitmittel zwei m Einstromrichtung weisende Schenkel auf, die stromabseitig der Emstromoffnung insbe¬ sondere parallel zusammengeführt sind, kann eine stabile Konstruktion und einfache Montierbarkeit des Emstromleitmittels erreicht werden.
Um eine Stutze des Gasturbinenbrenners einfach durch das Emstromleitmittel hindurchfuhren zu können, bei einer einfachen Herstellung und Montage des Emstromleitmittels, ist das Em- stromleitmittel im Bereich der Stromungsleitflache zweckmaßi¬ gerweise in Tangentialπchtung mehrteilig ausgeführt. Die Erfindung wird anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigen:
FIG 1 eine Schnittdarstellung durch einen Gasturbinenbrenner mit acht um einen zentralen Pilotkegel angeordneten
Hauptdrallerzeugern,
FIG 2 einen Ausschnitt eines leicht modifizierten Gasturbi- nenbrenners mit einem leicht modifizierten Emstrom- leitmittel, FIG 3 ein weiteres, wulstartig geformtes Emstromleitmittel in einer perspektivischen Detailansicht,
FIG 4 das Emstromleitmittel aus FIG 3 in einer Gesamtdarstellung perspektivisch auf den Gasturbinenbrenner, FIG 5 das Emstromleitmittel in einem Längsschnitt und FIG 6 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der Stromungsleit- flache des Emstromleitmittels .
FIG 1 zeigt einen Gasturbinenbrenner 2 in einem Längsschnitt mit einem Brennrohr 4. Der Gasturbinenbrenner 2 umfasst einen Pilotbrenner mit einem Pilotkegel 8, um den ringförmig acht
Hauptdrallerzeuger 10 angeordnet sind. Jede der Hauptdrallerzeuger 10 hat ein Hauptdrallerzeugerrohr 12, innerhalb dessen eine Vormischschaufel 14 mit einer Anzahl von radial nach au¬ ßen gerichteten Flugein angeordnet ist. In jedem der Flügel verlauft ein Brennstoff führender Vormischgaskanal 16, der mit nicht dargestellten Vormischbohrungen verbunden ist, durch die der Brennstoff in den Innenraum des Hauptdraller¬ zeugerrohrs 12 gepresst wird. Der Brennstoff wird durch Zufuhrungen 18 zu jedem Hauptdrallerzeuger 10 gefuhrt und in- nerhalb des Hauptdrallerzeugerrohrs 12 mit verdichteter Verbrennungsluft vermischt.
Ein Stromungsverlauf der den Gasturbinenbrenner 2 umströmenden Verbrennungsluft ist anhand von durchgezogenen Pfeilen 20 dargestellt. Die Verbrennungsluft umströmt den Gasturbmen- brenner 2 zunächst entgegen einer Stromungsrichtung 22, die auf die Vormischstromung innerhalb der Hauptdrallerzeuger 10 bezogen ist. Sie strömt entlang eines Brennermantels 24, der alle Hauptdrallerzeuger 10 des Gasturbinenbrenners 2 umgibt, um dann in einem Bogen um eine Kante 26 des Brennermantels 24 in Richtung auf eine Einstromoffnung 28 eines jeden Hauptdrallerzeugers 10 zuzuströmen. Die Einstromoffnung 28 ist um- geben von dem dem Brennrohr 4 abgewandten Hauptdrallerzeugerrand 30 des entsprechenden Hauptdrallerzeugers 10.
Durch die Umlenkung der Strömung der Verbrennungsluft entsteht im Bereich des Abschnitts des Hauptdrallerzeugerrands 30, der in Bezug auf den Pilotkegel 8 radial außen liegt, ei¬ ne Unterdruckzone, durch die ein Sog und damit eine Ruckstro- mung 32 zwischen dem Hauptdrallerzeuger 10 und dem Brennermantel 24 erzeugt wird, die anhand eines gestrichelten Pfeils dargestellt ist. Diese Ruckstromung 32 setzt sich gegebenen- falls fort bis in eine weitere Ruckstromung 34 innerhalb des Hauptdrallerzeugers 10, die dort für eine geringe Luftzufuhr sorgt und somit einem fetten Brennstoffgemisch fuhrt.
Um diesen Ruckstromungen 32, 34 entgegenzuwirken, ist der Gasturbinenbrenner 2 in einer einfachen Ausfuhrungsform der Erfindung mit einem Emstromleitmittel 36 versehen, das innerhalb des Brennermantels 24 ringförmig um alle Hauptdrall¬ erzeuger 10 verlauft und an die Hauptdrallerzeugerrander 30 der Hauptdrallerzeuger 10 im Wesentlichen parallel an- schließt. Hierdurch kann die äußere Ruckstromung 32 zumindest weitgehend eliminiert werden, wodurch auch die innere Ruckstromung 34 erheblich verringert und damit die Strömung durch die Hauptdrallerzeuger 10 vergleichmaßigt wird.
Eine effizientere Ausfuhrungsform der Erfindung ist m FIG 2 dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung der nachfolgenden Ausfuhrungsbeispiele beschrankt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausfuhrungsbeispiel aus FIG 1, auf das bezüglich gleich bleibender Merkmale und Funktionen verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grund¬ sätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Em Einstromleitmittel 38 weist eine konvex gekrümmte Stro- mungsleitflache 40 auf, die im Bereich der Einstromoffnung 28 im Wesentlichen parallel an das Hauptdrallerzeugerrohr 12 anschließt. Nach radial außen weitet sich die StromungsleitfIa- che 40 auf und schließt an den Brennermantel 24 an, um so die Hauptdrallerzeuger 10 mit dem Brennermantel 24 zu verbinden. Die Einstromleitflache 40 ist außerdem so gekrümmt, dass sie im Bereich des Brennermantels 24 radial ausgerichtet und an der Einstromoffnung 28 im Wesentlichen axial ausgerichtet ist. Außerdem verschließt das Einstromleitmittel 38 einen
Spalt 42 zwischen den Hauptdrallerzeugern 10 und dem Brennermantel 24 und ist hierfür - wie zu dem Ausfuhrungsbeispiel aus den FIGen 3 bis 6 ausführlich erläutert - zwischen die Hauptdrallerzeuger 10 bzw. deren Hauptdrallerzeugerrander 30 gefuhrt. Zur einfacheren Montierbarkeit kann jedoch ein kleiner Spalt zwischen dem Einstromleitmittel 28 und dem Hauptdrallerzeugerrohr 12 verbleiben.
In den FIGen 3 bis 6 ist ein weiterer Gasturbinenbrenner 44 mit einem sehr effizienten Einstromleitmittel 46 dargestellt. FIG 4 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf den Gasturbi- nenbrenner 44 und das Einstromleitmittel 46, die FIGen 3 und 5 zeigen das Einstromleitmittel in einem in Axialrichtung des Gasturbinenbrenners 44 ausgeführten Schnitt, und FIG 6 zeigt einen Ausschnitt des Ausstromleitmittels 46 in einer Draufsicht m Axialrichtung bzw. Stromungsrichtung 22.
Das Einstromleitmittel 46 hat eine wulstartige, in Einstromrichtung 22 vor den Hauptdrallerzeugern 10 angeordnete Stro- mungsleitflache 48, die die Hauptdrallerzeugerrander 30 der
Hauptdrallerzeuger 10 mit einem äußeren Brennermantel 50, der ebenfalls die Hauptdrallerzeuger 10 umgibt, verbindet. Der radial äußere Brennermantel 50 dient dazu, die Verbrennungsluft ein Stuck weit außerhalb des inneren Brennermantels 24 zu fuhren, um eine nicht zu enge Krümmung der Stromungsumlen- kung zu schaffen. Der Anschluss der Stromungsleitflache 48 an den äußeren, in Axialrichtung verlaufenden Brennermantel 50 ist in Mantelrichtung bzw. in Axialrichtung, so dass eine Stromungsfuhrung von dem äußeren Brennermantel 50 im Wesentlichen ubergangslos auf die Stromungsleitflache 48 übergeht. Im weiteren Stromungsverlauf wird die Verdichterluft von einem radial nach außen gewandten Abschnitt 52 zu einem radial nach innen gewandten Abschnitt 54, der an der Einstromoffnung 28 endet, durch die in diesem Stromungsverlauf mit im Wesent¬ lichen gleichmaßiger Krümmung ausgeführte Stromungsleitflache 48 bis zur Einstromoffnung 28 wirbelfrei gefuhrt.
Das Emstromleitmittel 46 ist hierbei, wie in FIG 4 gezeigt ist, ringförmig um alle Hauptdrallerzeuger 10 gefuhrt und greift zwischen die Hauptdrallerzeuger 10 bzw. deren Haupt- drallerzeugerrandern 30 radial nach innen, um sowohl einen Spalt 58 zwischen dem äußeren Brennermantel 50 und dem Haupt- drallerzeugerrohr 12 als auch den Spalt 42 zwischen dem inneren Brennermantel 24 und dem Hauptdrallerzeugerrohr 12 zu verschließen. Eine Ruckstromung von Verbrennungsluft durch diese Spalte 42, 58 zur Einstromoffnung hin 28 wird somit zu¬ mindest weitgehend vermieden, wobei ein kleiner Montagespalt 60 zwischen dem Hauptdrallerzeugerrohr 12 und dem Emstromleitmittel 46 verbleiben darf.
Wie in den FIGen 3, 4 und 6 sichtbar ist, ist die Stromungs- leitflache 48 nach radial innen zwischen die Hauptdrallerzeu- ger 10 gezogen, und zwar bis auf Hohe von Hauptdrallerzeugerachsen 56 der Hauptdrallerzeuger 10, um ein Strömen von Verbrennungsluft zwischen die Hauptdrallerzeuger 10 zu unter¬ binden .
Zur leichteren Montierbarkeit ist das Emstromleitmittel 46 mit seinem radial inneren Abschnitt 54 radial außerhalb an den Hauptdrallerzeugerrandern 30 vorbeigefuhrt und verlauft dort in Axialrichtung, so dass die Hauptdrallerzeuger 10 in Axialrichtung zur Montage in den Gasturbinenbrenner 44 einge- schoben werden können. Analog ist der radial äußere Abschnitt 52 radial innerhalb des äußeren Brennermantels 52 und dort ebenfalls in Mantelrichtung bzw. Axialrichtung gefuhrt, so dass das Emstromleitmittel 46 in den Brennermantel 50 einge- schoben werden kann. Im weiteren Verlauf umfasst das Em- stromleitmittel 46 einen inneren Schenkel 62 und einen äuße¬ ren Schenkel 64, die in Stromungsrichtung 22 am inneren Brennermantel 24 parallel zusammengeführt sind und am Brennerman- tel 24 befestigt sind.
Zur Befestigung des Gasturbinenbrenners 44 in einer Gasturbine umfasst der Gasturbinenbrenner 44 einen Halter 66 mit Halteelementen 68, die durch die Stromungsleitflache 48 hm- durchgeführt und mit den Brennermanteln 24, 50 befestigt sind. Zur einfachen Herstellung und Montage des Emstromleit- mittels 46 ist es in mehrere Segmente 70 aufgeteilt, zwischen denen jeweils ein Halteelement 68 hmdurchgefuhrt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Gasturbinenbrenner (2, 44) mit einer Mehrzahl von Hauptdrallerzeugern (10), die jeweils eine von einem Hauptdraller- zeugerrand (30) gebildete Einstromoffnung (28) aufweisen, gekennzeichnet durch ein Emstromleitmittel (36, 38, 46) mit einer Stromungsleitflache (40, 48), die von einer der Einstromoffnungen (28) zu einer benachbarten Einstromoffnung (28) verlauft, an die die Einstromoffnungen (28) bildenden Hauptdrallerzeugerrander (30) anschließt und von dort nach radial außen aufgeweitet ist.
2. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptdrallerzeuger (10) zentralsymmetrisch, insbesondere um einen Pilotbrenner (8), angeordnet sind und die Stromungsleitflache (40, 48) radial außerhalb der Hauptdrallerzeuger (10) verlauft.
3. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromungsleitflache (40, 48) an einem radial äußeren Bereich eine Zentralsymmetrie aufweist und in einem radial weiter innen liegenden Bereich von der Zentralsymmetrie abweicht und an die Form der Hauptdrall¬ erzeugerrander (30) angepasst ist.
4. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromungsleitfla¬ che (40, 48) ringförmig kontinuierlich um die Hauptdrallerzeuger (10) gefuhrt ist.
5. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromungsleitflache (48) wulstartig in Einstromrichtung (22) vor den Hauptdrallerzeugern (10) angeordnet ist.
6. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromungsleitflache (40, 48) von einem radial nach außen gewandten Abschnitt (52) zu einem radial nach innen gewandten, an der Einstrom- offnung (28) liegenden Abschnitt (54) verlauft.
7. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der nach außen gewandten Abschnitt (52) eine zentralsymmetrische Flache bildet und der nach innen gewandten Abschnitt (54) eine an eine Ringform der Hauptdrallerzeuger (10) angepasste Flache aufweist.
8. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromungsleitflache (40, 48) mit zumindest im Wesentlichen gleichmäßiger Krümmung vom nach außen gewandten Abschnitt (52) zum nach innen gewandten Abschnitt (54) verlauft.
9. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Emstromleitmit- tel (36, 38, 46) einen um die Hauptdrallerzeuger (10) verlau¬ fenden Brennermantel (24, 50) mit den Hauptdrallerzeugern (10) verbindet.
10. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Emstromleitmit- tel (36, 38, 46) einen Spalt (42, 58) zwischen einem um die Hauptdrallerzeuger (10) verlaufenden Brennermantel (24, 50) und den Hauptdrallerzeugern (10) verschließt.
11. Gasturbinenbrenner (2, 44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die StromungsleitfIa- che (40, 48) zwischen die Hauptdrallerzeuger (10) gefuhrt ist.
12. Gasturbinenbrenner (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Emstromleitmittel (46) in seinem radial inneren Abschnitt (54) radial außerhalb an den Hauptdrallerzeugerrandern (30) vorbei gefuhrt ist.
13. Gasturbinenbrenner (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen äußeren und einen inne¬ ren, jeweils die Hauptdrallerzeuger umgebenden Brennermantel (24, 50) an die das Emstromleitmittel (46) jeweils in Man- telπchtung anschließt.
14. Gasturbinenbrenner (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Emstromleitmittel (46) zwei m Stromungsrichtung (22) weisende Schenkel (62, 64) aufweist, die stromabseitig der Einstromoffnung (28) ins¬ besondere parallel zusammengeführt sind.
15. Gasturbinenbrenner (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Emstromleitmittel (46) im Bereich der Stromungsleitflache (48) in Tangential- πchtung mehrteilig ausgeführt ist.
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