DE69718226T2

DE69718226T2 - Düse zur Diffusions- und Vormischverbrennung in einer Turbine

Info

Publication number: DE69718226T2
Application number: DE69718226T
Authority: DE
Inventors: Davis, Jr.; David Orus Fitts; Warren J. Mick; Michael Bruce Sciochetti
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: EP0800038A2; JPH1019258A; EP0800038A3; DE69718226D1; EP0800038B1; JP3977478B2; US5685139A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen-Verbrennungssysteme und insbesondere auf ein neuartiges Brennstoffdüsendesign, das die Brennerbeschädigung im Falle einer Rückzündung der Verbrennungsflamme minimieren soll.
Ein Gasturbinenbrenner ist im wesentlichen eine Vorrichtung, die zum Mischen von großen Mengen von Brennstoff und Luft und zum Verbrennen des entstehenden Gemisches verwendet wird. Üblicherweise verdichtet der Verdichter der Gasturbine Einlassluft, die dann in ihrer Richtung gedreht oder rückwärts strömt zu dem Brenner, wo sie dazu verwendet wird, den Brenner zu kühlen und auch Luft für den Verbrennungsprozess zu liefern. Die Rechtsnachfolgerin dieser Erfindung verwendet viele Brennkammereinrichtungen in ihren Hochleistungs-Gasturbinen, um einen sicheren und effizienten Turbinenbetrieb zu erreichen. Jede Brennkammereinrichtung enthält einen zylindrischen Brenner, ein Brennstoff-Einspritzsystem und ein Übergangsstück, das die Strömung des heißen Gases aus dem Brenner zum Einlass des Turbinenabschnittes leitet. Gasturbinen, für die das vorliegende Brennstoffdüsendesign verwendet werden soll, können 6, 10, 14 oder 18 Brenner enthalten, die in einer kreisförmigen Anordnung um die Turbinenrotorachse herum angeordnet sind.
In einem Bemühen, die Menge an NOX in dem Abgas von der Gasturbine zu verringern, sind Doppelstufen-, Doppelmodus- Brenner entwickelt worden, die zwei Brennkammern in jedem Brenner enthalten, so dass unter Bedingungen einer normalen Betriebslast die stromaufwärtige oder primäre Brennkammer als eine Vormischkammer dient, wobei die tatsächliche Verbrennung in einer stromabwärtigen oder sekundären Brennkammer auftritt. Unter normalen Betriebsbedingungen gibt es keine Flamme in der primären Kammer (was eine Verminderung in der Bildung von NOX zur Folge hat), und eine sekundäre oder mittlere Düse bildet die Flammenquelle für eine Verbrennung in der sekundären Kammer. Diese spezielle Konfiguration enthält eine Ringanordnung von primären Düsen in jedem Brenner, wobei jede der Düsen in die primäre Brennkammer mündet, und eine zentrale sekundäre Düse, die in die sekundäre Brennkammer mündet. Diese Düsen sind Diffusionsdüsen, bei denen jede Düse ein axialer Brennstoffversorgungstyp ist, die an ihrem Auslassende von einem Luftverwirbler umgeben ist, wie es in dem US-Patent 4,292,801 der gleichen Patentinhaberin beschrieben ist.
Das US-Patent 4,982,570 der gleichen Patentinhaberin beschreibt einen Doppelstufen-, Doppelmodus-Brenner, der eine kombinierte Diffusions/Vormisch-Düse als die zentral angeordnete sekundäre Düse verwendet. Im Betrieb wird eine relativ kleine Brennstoffmenge verwendet, um eine Diffusions-Pilotflamme zu unterhalten, wogegen ein Vormischabschnitt von der Düse zusätzlichen Brennstoff liefert zum Zünden der Hauptbrennstoffversorgung aus den primären Düsen, die in die primäre Brennkammer gerichtet sind.
US-Patent 5,259,184 beschreibt einen Einstufen-, Doppelmodus-Brenner, der für einen Betrieb mit sowohl gasförmigem als auch flüssigem Brennstoff eingerichtet ist. Bei Gas arbeitet der Brenner in einem Diffusionsmodus bei kleinen Lasten (weniger als 50% Last) und einem Vormischmodus bei hohen Lasten (größer als 50% Last). Zwar ist der Brenner in der Lage, in dem Diffusionsmodus über dem großen Bereich zu arbeiten, es ist aber die Injektion eines Verdünnungsmittels zur Verringerung von NOX erforderlich. Ein Ölbetrieb bei diesem Brenner erfolgt in dem Diffusionsmodus über dem gesamten Lastbereich, wobei eine Verdünnungsmittel-Injektion zur NOx Verringerung verwendet wird.
Um Gasturbinen bei sehr niedrigen NOx Emissionswerten ohne Injektion eines Verdünnungsmittels zu betreiben, während gasförmiger Brennstoff verbrannt wird, wird ein brennbares Gemisch von Brennstoff und Luft in eine Zone des Brenners entfernt von der Zone hervorgerufen, wo die Verbrennung erfolgt. Üblicherweise ist die Vormischzone nicht dafür ausgelegt, die hohen Temperaturen auszuhalten, die in der Verbrennungszone auftreten. Leider ist es für den Brenner möglich, dass der Brenner unbeabsichtigt so betrieben wird, dass eine "Rückzündung" der Flamme von der Verbrennungszone in die Vormischzone hinein bewirkt wird, was eine ernsthafte Beschädigung an Brennerkomponenten aufgrund der Verbrennung und auch eine Beschädigung an der heißen Gasströmungsbahn der Turbine zur Folge haben kann, wenn verbrannte Brennerteile freigesetzt werden und durch den Turbinenabschnitt hindurchtreten.
Es gibt begrenzte Wege, um das Auftreten einer Beschädigung durch Rückzündung zu verhindern, z. B. die Konstruktion eines rückzündungssicheren Brenners oder die Konstruktion eines eine Rückzündung tolerierenden Brenners. Der frühere trockene NOx-arme Brenner der Patentinhaberin (wie er in US-Patent 4,292,801 beschrieben ist) fällt in die eine Rückzündung tolerierende Kategorie von Brennern. Im Falle einer Rückzündung in den Vormischbereich liefern Flammendetektoren, die die Vormischzone überwachen, eine Flammenanzeige, und die steuerbare Logik signalisiert der Zündeinrichtung zu zünden, damit der Brenner von vorgemischter Last in den Mager-Mager-Modus übergeht. Es tritt zwar keine Beschädigung an dem Brenner auf, aber die NOX Emissionswerte aus dem Brenner überschreiten garantierte Werte. Dieser Typ von Rückzündungsabtastung ist jedoch mit dem späteren trockenen NOx-armen Brenner (wie er in dem US- Patent 5,274,991 beschrieben ist) mit seinen fünf nichtverbundenen Vormischzonen pro Brennkammer nicht praktikabel.
Es ist die Hauptaufgabe dieser Erfindung, eine "Sicherungs-"Anordnung in jeder Brenner-Brennstoffdüse in einem Einstufen-, Doppelmodus-Brenner zu schaffen, so dass im Falle einer Rückzündung in irgendeine oder mehrere der vielen Vormischzonen (70 oder 90 in gegenwärtigen Gasturbinenmodellen) die Beschädigung an dem Brenner auf ein Minimum gebracht ist, so dass keine signifikante Beschädigung an den Turbinenabschnitt selbst erlitten wird. Die andere Hauptaufgabe, auch im Falle einer Rückzündung, besteht darin, die Gasturbine ohne das Erfordernis für eine Maschinenauslösung abzuschalten. Eine letzte Aufgabe besteht darin, einen Rückzündungsschutz ohne eine größere Neugestaltung von bestehender Brenner-Hardware zu schaffen.
Zu diesen Zwecken beinhaltet die vorliegende Erfindung die Anordnung einer Anzahl von opferbaren "Stopfen" oder "Sicherungen" in der Seitenwand von jeder Diffusions/Vormisch- Brennstoffdüse, die signifikant schneller als jeder andere Abschnitt von der Vormischzone des Brenners entweder schmilzt oder durchbrennt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Stopfen oder Sicherungen aus einer Legierung mit einer niedrigen Schmelztemperatur hergestellt werden; der Stopfenbereich mit einer verdünnten Wanddicke gefertigt wird, die sich schnell erwärmt; oder die Stopfen unter Verwendung einer Kombination von beiden Merkmalen konstruiert wird, d. h. ein niedriger Schmelzpunkt und dünnes Material. Wenn die Stopfen oder Sicherungen schmelzen oder wegbrennen, tritt das Brennstoffgas durch die neugebildete Öffnung oder die Öffnungen aus, wodurch der Brennstoffgasdruck innerhalb der Brennstoffdüse abgesenkt wird. Zur gleichen Zeit strömt ein wesentlicher Teil von dem Vormisch- Brennstoff nicht mehr durch die Vormischdüsenöffnungen, und das Ergebnis ist eine Vormischzone, die zu mager ist, um eine Verbrennung zu unterstützen, und die Rückzündungsflamme wird gelöscht. Der Turbinenbrenner arbeitet dann nur in einem Diffusionsmodus, bei einem kleineren Wirkungsgrad, bis Reparaturen durchgeführt werden können.
Gemäß ihren breiteren Aspekten bezieht sich deshalb die vorliegende Erfindung auf eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine enthaltend einen Düsenkörper mit einem Spitzenabschnitt, wobei der Düsenkörper eine innere Rohrleitung aufweist, die einen axial verlaufenden Luftkanal bildet, ein Zwischenrohr, das konzentrisch angeordnet und mit radialem Abstand von der inneren Rohrleitung angeordnet ist und einen Diffusions- bzw. Verteilungsbrennstoffkanal dazwischen bildet, und eine äussere Rohrleitung, die konzentrisch angeordnet und mit radialem Abstand von dem Zwischenrohr angeordnet ist und dazwischen einen Vormischbrennstoffkanal bildet, wobei die äussere Rohrleitung mehrere radial verlaufende Injektoren in Verbindung mit dem Vormischbrennstoffkanal aufweist, und wobei der Vormischbrennstoffkanal durch einen Wandabschnitt der äusseren Rohrleitung gekennzeichnet ist, der mit wenigstens einem Sicherungsbereich versehen ist, der im Falle einer Rückzündung durchbrennen kann, wodurch ein Teil des Vormischbrennstoffes im Bypass um die Injektoren herum strömt und den Düsenkörper an wenigstens einem Sicherungsbereich verlässt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sich die Erfindung auf eine Gasturbine mit mehreren Brennern, die jeweils mehrere Brennstoffdüsen, die um eine Längsachse des Brenners angeordnet sind, und eine Verbrennungszone aufweisen, wobei jede Brennstoffdüse einen Diffusions- bzw. Verteilungsgaskanal, der mit einem Verteilungsgaseinlasss verbunden ist, und einen Vormischgaskanal aufweist, der mit einem Vormischgaseinlass verbunden ist, wobei der Vormischgaskanal mit mehreren Vormischgasinjektoren in Verbindung steht, die radial weg von dem Vormischgaskanal verlaufen und in einem dezidierten Vormischrohr angeordnet sind, das geeignet ist, Vormischbrennstoff und Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Verbrennungszone zu mischen, die stromabwärts von dem Vormischrohr angeordnet ist, und wobei der Verteilungsgaskanal an einem vorderen Ausgangsende der Brennstoffdüse stromabwärts von den Vormischbrennstoffinjektoren, aber innerhalb des dezidierten Vormischrohres, endet und wobei die mehreren Vormischbrennstoffinjektoren stromaufwärts von dem vorderen Ende angeordnet sind, und wobei ferner der Verteilungsgaskanal teilweise durch einen vorderen Wandabschnitt des Brennstoffdüsenkörpers gebildet ist, wobei der vordere Wandabschnitt durch eine Umfangsanordnung von Bereichen mit kleinerer Wanddicke als übrige Bereiche des vorderen Wandabschnittes gekennzeichnet ist.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Teilquerschnitt von einem bekannten Gasturbinenbrenner ist;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von einer Düse zur Verwendung in dem Brenner gemäß Fig. 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 3 ein Querschnitt der in Fig. 2 gezeigten Düse ist;
Fig. 4 eine Vorderansicht von der in Fig. 2 gezeigten Düse ist, wobei aber Teile der Klarheit halber entfernt sind;
Fig. 5 ein Querschnitt von dem Spitzenabschnitt der in Fig. 2 gezeigten Düse ist;
Fig. 6 eine Vorderansicht von dem Spitzenabschnitt gemäß Fig. 5 ist;
Fig. 7 eine Seitenansicht von dem Spitzenabschnitt gemäß den Fig. 5 und 6 ist; und
Fig. 8 ein Schnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 ist.
Bezug nehmend auf Fig. 1, enthält eine bekannte Gasturbinenkonstruktion 10 ein Verdichtergehäuse 12 (teilweise gezeigt), mehrere Brenner 14 (einer gezeigt) und einen Turbinenabschnitt, der hier durch eine einzelne Turbinenschaufel 16 dargestellt ist. Obwohl es hier nicht speziell gezeigt ist, ist die Turbinenbeschaufelung antriebsmäßig mit einem Verdichterrotor entlang einer gemeinsamen Achse verbunden. Der Verdichter verdichtet Einlassluft, die dann in einer Rückwärtsströmung (wie durch die Strömungspfeile gezeigt) zum Brenner 14 geleitet wird, wo sie dazu verwendet wird, den Brenner zu kühlen und dem Verbrennungsprozess Luft zuzuführen.
Wie oben ausgeführt wurde, enthält die Gasturbine eine Anzahl von Brennern 14, die in einer kreisförmigen Anordnung innerhalb der Gasturbine angeordnet sind. Ein doppelwandiger Übergangskanal 18 verbindet das Auslassende von jedem Brenner mit dem Einlassende von dem Turbinenabschnitt, um dem Turbinenabschnitt heiße gasförmige Verbrennungsprodukte zuzuführen.
Eine Zündung wird in den verschiedenen Brennern 14 durch eine Funkenzündeinrichtung 20 in Verbindung mit Querzündungsröhren 22 (eine gezeigt) erreicht, die die Brenner in der üblichen Art und Weise verbinden.
Jeder Brenner 14 enthält ein im wesentlichen zylindrisches Verbrennungsgehäuse 24, das an einem offenen Vorderende mit dem Turbinengehäuse 26 durch Bolzen 28 befestigt ist. Das hintere Ende von dem Verbrennungsgehäuse ist durch eine Endabdeckung oder Kappenvorrichtung 30 verschlossen, die übliche Versorgungsröhren, Verteiler und zugeordnete Ventile usw. enthalten kann zum Zuführen von Gas, flüssigem Brennstoff und Luft (und Wasser, wenn gewünscht) zum Brenner. Die Endabdeckungsvorrichtung 30 nimmt mehrere (beispielsweise fünf) Diffusions/Vormisch-Brennstoffdüseneinrichtungen 32 auf (aus Gründen der Zweckmäßigkeit und Klarheit ist nur eine gezeigt), die in einer kreisförmigen Anordnung um eine Längsachse des Brenners herum angeordnet sind.
Innerhalb des Brennergehäuses 24 ist, in einer im wesentlichen konzentrischen Relation dazu, eine im wesentlichen zylindrische Strömungshülse 34 angebracht, die an ihrem vorderen Ende mit der Außenwand 36 des doppelwandigen Übergangskanals 18 verbunden ist. Die Strömungshülse 34 ist an ihrem hinteren Ende durch einen radialen Flansch 35 mit dem Brennergehäuse 24 an einer Stumpfstoßverbindung 37 verbunden, wo vordere und hintere Abschnitte des Brennergehäuses 24 verbunden sind.
Innerhalb der Strömungshülse 34 ist konzentrisch eine Verbrennungsauskleidung 38 angeordnet, die an ihrem vorderen Ende mit der Innenwand 40 von dem Übergangskanal 18 verbunden ist. Das hintere Ende von der Verbrennungsauskleidung 38 ist durch eine Verbrennungsauskleidungs-Kappenvorrichtung 42 gehaltert, die ihrerseits in dem Brennergehäuse gehaltert ist, wie es in dem US-Patent 5,274,991 beschrieben ist. Es wird deutlich, dass die Außenwand 36 von dem Übergangskanal 18 und auch derjenige Abschnitt von der Strömungshülse 34, der sich von der Stelle, wo das Verbrennungsgehäuse 24 durch Bolzen mit dem Turbinengehäuse verbunden ist (durch Bolzen 28), nach vorne erstreckt, mit einer Anordnung von Löchern 44 über seinen entsprechenden Umfangsflächen versehen ist, damit Luft von dem Verdichter durch die Öffnungen 44 hindurch rückwärts in den Ringraum zwischen der Strömungshülse 34 und der Auskleidung 38 in Richtung auf das stromaufwärtige oder hintere Ende von dem Brenner strömen kann (wie es durch die in Fig. 1 gezeigten Strömungspfeile angegeben ist).
Die Kappeneinrichtung 42 der Verbrennungsauskleidung trägt mehrere Vormischröhren 46, eine für jede Brennstoffdüsenvorrichtung 32. Genauer gesagt, jede Vormischröhre 46 wird innerhalb der Verbrennungsauskleidungs-Kappeneinrichtung 42 an ihren vorderen und hinteren Enden durch vordere bzw. hintere Platten 47, 49 gehaltert, die jeweils mit Öffnungen versehen sind, die mit den am Ende offenen Vormischröhren 46 ausgerichtet sind. Die vordere Platte 47 (eine Prallplatte, die mit einer Anordnung von Kühllöchern versehen ist) kann von der thermischen Strahlung der Brennerflamme durch Abschirmplatten (nicht gezeigt) abgeschirmt sein, wie es ebenfalls in dem '991 Patent beschrieben ist.
Die hintere Platte 49 haltert eine Anzahl von sich nach hinten erstreckenden, schwimmenden Kragen 48, einen für jede Vormischröhre 46. Die Anordnung ist so, dass Luft, die in den Ringraum zwischen der Auskleidung 38 und der Strömungshülse 34 strömt, gezwungen wird, in dem hinteren Ende von dem Brenner (zwischen der Endkappeneinrichtung 30 und der Verbrennungsauskleidungs-Kappeneinrichtung 42) wieder ihre Richtung umzukehren und durch Verwirbler 50 und Vormischröhren 46 zu strömen, bevor sie in die Brenn- oder Verbrennungszone 51 innerhalb der Auskleidung 38, stromabwärts von den Vormischröhren 46, eintritt. Wie vorstehend ausgeführt wurde, sind die Konstruktionsdetails der Verbrennungsauskleidungs-Kappeneinrichtung 42, der Art und Weise, in der die Auskleidungskappeneinrichtung innerhalb des Verbrennungsgehäuses gehaltert ist, und die Art und Weise, in der die Vormischröhren 46 in der Auskleidungskappeneinrichtung gehaltert sind, genauer in dem '991 Patent beschrieben.
Es wird nun auf Fig. 2 eingegangen, in der eine Diffusions/Vormisch-Brennstoffdüseneinrichtung 54 gemäß dieser Erfindung gezeigt ist, die die in Fig. 1 gezeigte Düseneinrichtung 32 ersetzen soll. Die Düseneinrichtung 54 enthält einen Düsenkörper 56, der mit einem hinteren Versorgungsabschnitt 58 und einem vorderen Brennstoff/Luft-Abgabeabschnitt 60 verbunden ist. Die Düseneinrichtung enthält einen Kragen 62, der einen ringförmigen Kanal 64 zwischen dem Kragen 62 und dem Düsenkörper 56 bildet. Innerhalb dieses Ringkanals befindet sich ein Luftverwirbler 66 (ähnlich dem Verwirbler 50 in Fig. 1), stromaufwärts von einer Anzahl von radialen Brennstoffinjektoren 68, die jeweils mit einer Anzahl von Auslassöffnungen 70 versehen sind, um Vormischgas in den Kanal 64 in dem Vormischbereich (innerhalb des Vormischrohres 46) abzugeben.
Es wird nun auch auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, wonach der Innenraum des Düsenkörpers ein zentral angeordnetes (radial inneres) Zerstäubungsluftrohr 72 aufweist, das über einen inneren Kanal 73 der Verbrennungszone Luft zuführt. Ein radiales Zwischenrohr 74, das einen größeren Durchmesser als das Rohr 72 hat, ist konzentrisch zu dem Rohr 72 orientiert, um einen ringförmigen Verteilungs- bzw. Diffusionsgaskanal 76 zu bilden. Ein radial äußeres Rohr 78 umgibt das Rohr 74 und bildet dabei einen radial äußersten Kanal 80 zum Führen von Vormischbrennstoffgas zur Vormischzone, wie es nachfolgend beschrieben wird. Der Kanal 80 ist an der vorderen Spitze der Düse geschlossen und zwingt das Vormischgas, durch die Austrittsöffnungen 70 in den radialen Injektoren 68 und in die Vormischzone innerhalb des Vormischrohres 46 auszutreten.
Die Düsenspitze 82, die die vorliegende Erfindung enthält, ist am besten in den Fig. 5 bis 8 zu sehen. Die Spitze 82 ist in der Größe so bemessen, dass sie an dem Düsenkörper 56 angreift und daran bei 84 (siehe Fig. 2) angeschweißt ist. Die Spitze ist mit einer inneren, ringförmigen Schulter 86 versehen, die den vorderen Rand des Rohres 74 aufnimmt und an diesem vorderen Rand angeschweißt oder angelötet ist. Es ist auch hier, wo das vordere Ende von dem Vormischgaskanal 80 verschlossen ist (siehe Fig. 3).
Die Spitze 82 ist auch mit einer Mittelöffnung versehen, die durch eine Bohrung 88 gebildet ist und die das vordere Ende von dem inneren Rohr 72 in einem Presspassungseingriff aufnimmt. Das Rohr 72 hat eine einen verminderten Durchmesser aufweisende Ausgangsöffnung an ihrem vorderen Ende, die die Verbrennungsöffnung 72' bildet. Mehrere Ausgangsöffnungen oder -kanäle 90 erstrecken sich durch die vordere Wand der Spitze und stehen mit dem Diffusionsgaskanal 76 in Verbindung. Die Öffnungen oder Kanäle 90 sind im Winkel angeordnet, wie es am besten in Fig. 8 zu sehen ist, um das Diffusorgas zu verwirbeln, wenn es den Düsenkörper in die Verbrennungszone der Brennkammer hinein verlässt.
Die Wanddicke der Spitze 82 entlang der longitudinal orientierten zylindrischen Wand 92, die den vorderen Teil von dem Vormisch-Brennstoffkanal 80 bildet, ist an einer Anzahl von geformten Bereichen 94 verdünnt, d. h. unterschnitten, die in Umfangsrichtung um die Wand herum in einem Muster angeordnet sind, das am besten in den Fig. 5, 7 und 8 zu sehen ist. Diese Stopfen- oder Sicherungsbereiche 94 sind durch dickere Stegabschnitte 96 getrennt.
Wenn die Spitze an dem Düsenkörper angeschweißt ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann gesehen werden, dass sich die Luft-, Diffusionsgas- und Vormischgaskanäle 73, 76 bzw. 80 in der Spitze fortsetzen, wobei Zerstäubungsluft an der Mittelöffnung 72' austritt, Diffusionsgas aus der kreisförmigen Anordnung von Öffnungen 90 austritt und Vormischgas gezwungen ist, die Öffnungen 70 der stromaufwärtigen radialen Injektoren 68 zu verlassen.
Gemäß Fig. 3 ist ein weiteres Merkmal der Erfindung die Bereitstellung von einem integralen Faltenbalgabschnitt 98 in dem Zwischenrohr 74, der ein unterschiedliches thermisches Wachstum zwischen den ansonsten starren festen Rohren 74 und 78 gestattet. Eine ähnliche Anordnung ist in dem inneren Rohr 72 nicht erforderlich, da letzteres nur eine Spielraumpassung bei 93 in der Düsenspitze 82 bildet, um für eine unterschiedliche Bewegung dazwischen zu sorgen.
Im Falle einer Verbrennungs-Rückzündung in die Vormischzone hinein werden ein oder mehrere (oder alle) Sicherungsbereiche 94 durchbrennen aufgrund der höheren Temperatur, die an den Sicherungsbereichen 94 erfahren wird, wodurch die Flamme an den radialen Brennstoffinjektoren 68 (siehe Fig. 1) anhaftet und das Vormischgas im wesentlichen an den radialen Injektoren 68 im Bypass vorbeiströmen kann und durch die ausgebrannten Stopfen oder Sicherungen direkt in die Verbrennungszone hindurch eintritt. Wenn ein wenig Vormischgas weiterhin aus den radialen Injektoren 68 herausströmt, so reicht es nicht aus, eine Flamme zu unterhalten, wodurch eine Beendigung der Rückzündung bewirkt wird.
Irgendwelches geschmolzene Metall, das aufgrund des Aufreißens von Sicherungsbereichen in den Brenner hinein freigesetzt wird, wird in der Brennkammer im wesentlichen verdampft und stellt keinerlei Gefahr für eine weitere Beschädigung an dem Brenner dar. Gleichzeitig schaltet der Brenner von einem Vormisch-Brennmodus in einen Diffusions-Brennmodus um, bis Reparaturen herbeigeführt werden können. Die Turbine arbeitet nun zwar mit einer kleineren Emissionseffizienz, sie wird aber trotzdem zufriedenstellend arbeiten mit einer minimalen Beschädigung an dem Brenner und keiner Beschädigung an der Turbine selbst.
Es wird deutlich, dass die Stopfen- oder Sicherungsbereiche 94 auch durch diskrete Stopfen ausgebildet sein können, die aus einer Niedertemperaturlegierung mit der gleichen oder kleineren Dicke hergestellt sein können als die umgebenden Abschnitte der Spitze und in Öffnungen, die in der Spitze 32 ausgebildet sind, eingeschweißt sind.

Claims

1. Brennstoffdüse (54) für eine Gasturbine (10) enthaltend:

einen Düsenkörper (56) mit einem Spitzenabschnitt (82), wobei der Düsenkörper eine innere Rohrleitung (72) aufweist, die einen axial verlaufenden Luftkanal (73) bildet,

ein Zwischenrohr (74), das konzentrisch angeordnet und mit radialem Abstand von der inneren Rohrleitung angeordnet ist und einen Diffusions- bzw. Verteilungsbrennstoffkanal (76) dazwischen bildet, und

eine äussere Rohrleitung (78), die konzentrisch angeordnet und mit radialem Abstand von dem Zwischenrohr angeordnet ist und dazwischen einen Vormischbrennstoffkanal (80) bildet,

wobei die äussere Rohrleitung mehrere radial verlaufende Injektoren (68) in Verbindung mit dem Vormischbrennstoffkanal aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Vormischbrennstoffkanal ferner teilweise durch einen Wandabschnitt (92) der äusseren Rohrleitung gebildet ist, der mit wenigstens einem Sicherungsbereich (94) versehen ist, der im Falle einer Rückzündung durchbrennen kann, wodurch ein Teil des Vormischbrennstoffes im Bypass um die Injektoren herum strömt und den Düsenkörper an dem wenigstens einem Sicherungsbereich verlässt.

2. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei mehrere Sicherungsbereiche (94) einschließlich des wenigstens einen Bereiches in einer ringförmigen Matrix in der Wand des äusseren Rohres angeordnet sind.

3. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Sicherungsbereich (94) in dem Spitzenabschnitt (82) angeordnet ist.

4. Brennstoffdüse nach Anspruch 1, wobei der Vormischbrennstoffkanal (80) stromabwärts von den mehreren Injektoren normalerweise geschlossen ist.

5. Gasturbine mit mehreren Brennern (14), die jeweils mehrere Brennstoffdüsen (54), die um eine Längsachse des Brenners angeordnet sind, und eine Verbrennungszone aufweisen, wobei jede Brennstoffdüse einen Diffusions- bzw. Verteilungsgaskanal (76), der mit einem Verteilungsgaseinlasss verbunden ist, und einen Vormischgaskanal (80) aufweist, der mit einem Vormischgaseinlass verbunden ist, wobei der Vormischgaskanal mit mehreren Vormischgasinjektoren (68) in Verbindung steht, die radial weg von dem Vormischgaskanal verlaufen und in einem dezidierten Vormischrohr (78) angeordnet sind, das geeignet ist, Vormischbrennstoff und Verbrennungsluft vor dem Eintritt in die Verbrennungszone zu mischen, die stromabwärts von dem Vormischrohr angeordnet ist, und wobei der Verteilungsgaskanal (76) an einem vorderen Ausgangsende (82) der Brennstoffdüse stromabwärts von den Vormischbrennstoffinjektoren (68), aber innerhalb des dezidierten Vormischrohres, endet und wobei die mehreren Vormischbrennstoffinjektoren (68) stromaufwärts von dem vorderen Ende (82) angeordnet sind, und wobei ferner der Verteilungsgaskanal teilweise durch einen vorderen Wandabschnitt (92) des Brennstoffdüsenkörpers gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Wandabschnitt mit einer Umfangsanordnung von Bereichen mit kleinerer Wanddicke (94) als übrige Bereiche des vorderen Wandabschnittes versehen ist.

6. Gasturbine nach Anspruch 5, wobei der vordere Wandabschnitt mit mehreren ringförmig angeordneten Ausgangsöffnungen (90) versehen ist, die mit dem Verteilungsbrennstoffkanal in Verbindung sind.

7. Gasturbine nach Anspruch 5, wobei das Zwischenrohr einen Faltenbalgabschnitt (98) enthält, der unterschiedliche thermische Expansion relativ zu dem äusseren Rohr (78) aufnimmt.