Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magervormischbrenner eines Fluggasturbinentriebwerks mit einem zentrisch angeordneten Stützbrenner und einem diesen ringartig umgebenden Hauptbrenner.

Es ist bekannt, bei Magervormischbrennern zwei Brennstoffzerstäuber zu verwenden, nämlich einen Stützbrenner und einen Hauptbrenner. Der Stützbrenner ist zentrisch in dem Hauptbrenner angeordnet. Der Stützbrenner ist dabei üblicherweise als Druckdrallzerstäuber ausgebildet. Der Magervormischbrenner umfasst dabei zwei Brennstoffleitungen, um den Stützbrenner und den Hauptbrenner zu versorgen. Im Betrieb wird der Stützbrenner zum Zünden des Fluggasturbinentriebwerks und bei niedrigen Lastbedingungen verwendet, während der Hauptbrenner bei Teillast in Betrieb genommen wird und bis zur Maximallast im Einsatz ist. Der Stützbrenner ist dabei für den Zündvorgang sowie für eine stabile Verbrennung während der Startphase des Triebwerks ausgebildet. Das erfordert eine relativ kleine Durchflusszahl im Fall des Druckdrallzerstäubers. Dies steht im Widerspruch zu der Notwendigkeit, den Stützbrenner für einen größeren Betriebsbereich bis zum Übergang zu großen Brennstoff-Massenströmen zu verwenden. Aus der EP 2 051 010 A1 ist ein Magervormischbrenner bekannt, welcher einen konischen Filmleger mit einer glatten Oberfläche aufweist. Der Filmleger wird durch eine Brennstoffzuführvorrichtung versorgt, welche durch Verdrallen des Brennstoffs einen kontinuierlichen Film ausbildet. Dabei wird der Brennstoff auch an der Außenseite des Filmlegers aufgebracht. Die zugehörige Luftströmung an der Brennstoffseite weist den gleichen Drall auf wie der Brennstoff. Die Querschnitte der ringförmigen Luftkanäle nehmen ab, um eine Beschleunigung des Brennstoffs sicherzustellen. Ein weiterer Magervormischbrenner ist aus der EP 1 801 504 A2 vorbekannt. Dieser Magervormischbrenner ist intern abgestuft. Der Hauptbrenner ist ein Luftströmungsfilmleger, dessen Oberfläche eine Vielzahl von in Strömungsrichtung angeordneten Kanälen aufweist, um eine Vielzahl von schmalen Brennstoffströmen zu erzeugen, um eine Homogenität in Umfangsrichtung sicherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magervormischbrenner der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und sicherer Betriebsweise über einen großen Leistungsbereich des Fluggasturbinentriebwerks eine optimale Verbrennung gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Stützbrenner einen zentrischen Primärbrennstoffkanal und einen diesen umgebenden ringförmigen Sekundärbrennstoffkanal aufweist, welche unabhängig voneinander mit Brennstoff versorgbar sind. Im Gegensatz zu den sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteilen und bei Überwindung derselben ist erfindungsgemäß somit ein Magervormischbrenner geschaffen worden, welcher eine stabile Verbrennung des Brennstoffs über einen weiten Leistungsbereich des Fluggasturbinentriebwerks sicherstellt. Um eine gute Zündung der Brennkammer sicherzustellen, muss der Stützbrenner in der Lage sein, den Brennstoff bei niedrigen Brennstoffmassenströmen (Strömungsraten) optimal zu zerstäuben. Dies erfordert eine separate Brennstoffversorgung des Stützbrenners mit geringen Brennstoffmengen. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch den zentrischen Primärbrennstoffkanal, welcher mit einem Brennstoffversorgungssystem (Brennstoffpumpe, Verteilungskanäle und Ähnliches) verbunden ist. Im Gegensatz hierzu ist es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen erforderlich, den Hauptbrenner bereits bei sehr niedrigen Leistungen des Gasturbinentriebwerks zu zünden, woraus sich im Stand der Technik eine ungenügende Brennstoffversorgung ergeben kann, welche zu ungünstigen Emissionswerten des Hauptbrenners führen kann. Dieser Nachteil ist erfindungsgemäß dadurch überwunden worden, dass unterschiedliche Brennstoffversorgungssysteme zum Einsatz gelangen, nämlich über den Primärbrennstoffkanal und den Sekundärbrennstoffkanal.

Erfindungsgemäß wird ein weiterer Nachteil des Standes der Technik dadurch vermieden, dass eine gute Zündung des Stützbrenners erfolgen kann, während sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen Nachteile bei der Zündung ergeben können, da der Stützbrenner für einen weiten Betriebsbereich ausgelegt sein muss. Bei den bekannten Konstruktionen muss der Brennstoffdruck in dem Brennstoffsystem begrenzt werden, um den Stützbrenner in der Startphase des Fluggasturbinentriebwerks betreiben zu können. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Stützbrenner mit größeren Brennstoffmassenströmungen resultiert in einer schlechten Zerstäubung bei der Zündbedingung und bei niedrigen Lastzuständen. Deshalb sind bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen Kompromisse erforderlich, die einen optimalen Betrieb teilweise ausschließen. Diese Situation wird durch die erfindungsgemäße Lösung überwunden.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, den Brennstoff nicht nur in geeigneter Weise zu zerstäuben, sondern auch optimal in die Brennkammer einzuleiten. Hierdurch ergeben sich, im Vergleich zum Stand der Technik, erfindungsgemäß erheblich verbesserte Emissionswerte. Erfindungsgemäß sind somit insgesamt drei Brennstoffkreisläufe vorgesehen, nämlich zwei Brennstoffkreisläufe für den Stützbrenner (Primärbrennstoffkanal und Sekundärbrennstoffkanal) und ein Brennstoffkreislauf für den Hauptbrenner. Das Primärbrennstoffsystem wird für die Zündung und niedrige Lastbedingungen des Fluggasturbinentriebwerks verwendet, während das Sekundärbrennstoffsystem bei höheren Lastzuständen zum Einsatz kommt. Die Aktivierung der beiden Brennstoffsysteme kann erfindungsgemäß entweder aktiv z.B. durch elektrische Ansteuerung oder passiv z.B. durch Brennstoffdruckabhängige Ventile erfolgen. Erfindungsgemäß ergibt sich durch die duale Ausgestaltung des Stützbrenners eine verbesserte Zerstäubung und daraus ein verbesserter Wirkungsgrad gesamten Betriebsbereich. Die verbesserte Kontrolle der Verbrennungsstöchiometrie in der Stützbrennerzone führt zu einer weiteren Absenkung der Abgasemissionen.

Während die Primärbrennstoffversorgung zu einer guten Zerstäubung bei niedrigen Strömungsraten des Brennstoffs und einer guten Zündung beiträgt, wird die Sekundärbrennstoffversorgung bei höheren Betriebsbedingungen (größere Leistung des Fluggasturbinentriebwerks) zugeschaltet. Das Sekundärbrennstoffsystem weist eine höhere Strömungsrate auf. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Stützbrenner auch bei höheren Betriebsbedingungen des Fluggasturbinentriebwerks zu betreiben, ohne dass der Brennstoffdruck in dem Brennstoffsystem die vorgegebenen Grenzen überschreitet. Der größere Massenstrom in dem Sekundärbrennstoffsystem reduziert nicht die Qualität der Zerstäubung des Brennstoffs, da der Brennstoffmassenstrom bereits relativ hoch ist, wenn das Sekundärbrennstoffsystem zugeschaltet wird. Dabei sind die Lufttemperatur und der Luftdruck ebenfalls groß genug, um eine gute Sekundärzerstäubung sicherzustellen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Magervormischbrenners,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verbrennungszonen in der

Brennkammer mit dem in Fig. 2 gezeigten Magervormischbrenner,

Fig. 4 eine Detaildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Magervormischbrenners, Fig. 5 eine modifizierte Ausgestaltung des in Fig. 4 gezeigten

Ausführungsbeispiels, ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magervormischbrenners, ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magervormischbrenners, ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Magervormischbrenners,

Fig. 9 Detailansicht gemäß Fig. 8,

Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie A-A von Fig. 9 und

Fig. 1 1 , 12 Darstellungen von möglichen Betriebsabläufen des Stützbrenners und des

Hauptbrenners.

Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß Fig. 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 1 1 , einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind. Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind.

Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1 . Das Bezugszeichen 28 zeigt einen Auslasskonus.

Die Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Magervormischbrenners. Dieser umfasst einen zentrischen Stützbrenner 29 sowie einen diesen umgebenden ringförmigen Hauptbrenner 30. Zentrisch um den Stützbrenner 29 erstreckt sich ein ringförmiger Luftkanal 33, welcher radial nach außen durch einen Flammenstabilisator 34 begrenzt wird. Radial außerhalb ist ein ringförmiger Luftkanal 35 vorgesehen. In den Luftkanälen 33 und 35 sind jeweils Drallerzeuger 36 bzw. 37 angeordnet.

Konzentrisch zu der beschriebenen Anordnung ist, wie erwähnt, der Hauptbrenner 30 angeordnet. Dieser wird von einem ringförmigen Luftkanal 38 mit einem Drallerzeuger 39 umgeben. Das Bezugszeichen 40 zeigt eine äußere Fläche des Flammenstabilisators 34. Der Hauptbrenner 30 umfasst einen Filmleger 41 mit einem Ringkanal 42 zur Einbringung von Brennstoff. Der Luftkanal 38 wird durch einen abgeschrägten Ring 43 begrenzt.

Die Luft für den Sekundärbrennstoff des Stützbrenners wird durch den ringförmigen Luftkanal 33 durchgeleitet, während die Luft für den Hauptbrenner durch den ringförmigen Luftkanal 35 geführt wird.

Das Brennstoffsystem für den Hauptbrenner ist als Strömungsfilmleger ausgebildet. Der Brennstoff wird durch die Luft zerstäubt, welche durch die zwei ringförmigen Luftkanäle 35 und 38 zugeführt wird. Durch die vorgesehenen Drallerzeuger 37 und 39 kann die zugeführte Luft (Luftkanäle 35 und 38) entweder in gleicher Richtung rotieren oder in entgegengesetzter Richtung. Der Brennstoff tritt durch den Ringkanal 42 aus, die Gesamtströmung folgt dann dem äußeren Filmleger 41 .

Die Fig. 2 zeigt einen ringförmigen Flammenstabilisator 34 für die Stützzone, welcher einen V-förmigen Querschnittsbereich aufweist. Die äußere Fläche 40 des Flammenstabilisators 34 unterstützt eine Strömung längs der Brennstoffseite des Hauptbrenner-Brennstoff-Zerstäubers. Die Ausgestaltung sowie der Winkel der äußeren Fläche 40 sind so gewählt, dass sich eine konstante Reduktion des Strömungsbereichs längs des Luftkanals 35 ergibt. Die radial äußerste Komponente wird durch den Ring 43 mit der Abschrägung gebildet. Der Ring 43 lagert die gesamte Anordnung und bildet den Übergang zur Brennkammer 15. Die innere Kontur des abgeschrägten Rings 43 ist so ausgebildet, dass sie eine gute Luftströmung an der Außenseite des Filmlegers gewährleistet. Hierdurch werden die Zündeigenschaften des Brenners verbessert.

Die Fig. 3 zeigt die unterschiedlichen Strömungsfelder, welche sich bei der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion ergeben. Dabei tritt in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen eine Verbrennung in den nachfolgend beschriebenen Zonen auf: Eine Stützströmung 44 bildet einen Strahl aus, welcher sich radial nach außen verzweigt. Eine Hauptströmung 46 führt zur Ausbildung einer zentrischen Rezirkulationsströmung 47, in welche die Stützströmung eingeschlossen ist. Die Rezirkulationsströmung 47 führt zu einer Rückströmung gegen die Strömungsrichtung zu einem Stagnationspunkt 45, an welchem die Stützströmung 44 abbricht. Hierdurch bildet sich eine Stagnationszone am Stagnationspunkt 45.

Weiterhin bildet sich eine Flammenstabilisierungszone 48 als Folge der Umströmung des V-förmigen Flammenstabilisators 34. Die Stützströmung 44 bewegt sich radial nach außen. Durch den Gegendrall, welcher durch den inneren Hauptdrallerzeuger 36 ausgebildet wird, ergibt sich eine toroidale Rezirkulationszone, wie durch das Bezugszeichen 48 dargestellt. Die Hauptströmung 46 wird durch die Strömungen durch die Luftkanäle 33 und 35 gebildet.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die duale Ausgestaltung des Stützbrenners durch unterschiedliche Konstruktionen zu verwirklichen. Dabei ist es möglich, zwei konzentrische Druckdrallzerstäuber vorzusehen. Es ist auch möglich, einen Druckdrallzerstäuber für die Primärstützfunktion und einen Druckluftzerstäuber für die Sekundärstützfunktion vorzusehen. Alternativ hierzu können auch zwei konzentrische Druckdrallzerstäuber mit einem gemeinsamen Ausströmbereich vorgesehen sein. Eine weitere Variante besteht in einem primären Druckdrallzerstäuber und einem sekundären Einzelstrahlenzerstäuber. Diese unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten werden nachfolgend beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei konzentrischen Druckdrallzerstäubern. Der Stützbrenner 29 weist einen Primärbrennstoffkanal 31 , welcher zentrisch angeordnet ist, sowie einen ringförmigen Sekundärbrennstoffkanal 32 auf. In dem Primärbrennstoffkanal 31 sind eine Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Ausnehmungen als Brennstoffdrallerzeuger 49 vorgesehen. Der Primärbrennstoffkanal 31 verzweigt sich, wie in Fig. 4 dargestellt, und mündet als hohler Konusstrahl durch einen kreisförmigen Auslass 50. Die Zumessung oder der Punkt des größten Druckabfalls kann entweder an dem Drallerzeuger 49 oder an dem Auslass 50 vorgesehen sein. Die Anzahl an Brennstoffdrallerzeuger-Schlitzen oder Ausnehmungen kann zwischen drei und acht betragen, abhängig von der gewünschten Strömungsmenge. Der Sekundärbrennstoff wird durch eine Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Ausnehmungen 51 mit Drall beaufschlagt. Die Anzahl der Schlitze oder Ausnehmungen kann ebenfalls zwischen drei und acht betragen. Der Sekundärbrennstoff tritt durch einen ringförmigen Auslass 52 aus. Der Brennstoff wird zerstäubt und mit der mit Drall beaufschlagten Stützluftströmung gemischt, welche durch den axialen Drallerzeuger 36 strömt. Ein Teil der Stützflamme stabilisiert sich stromab des Flammenstabilisators 34. Der Auslass der Sekundärbrennstoffströmung kann wie in Fig. 5 dargestellt, ausgebildet werden, um eine gezielte Trennung der Brennstoffausbringung zwischen den Primär- und Sekundärbrennstoffströmungen zu ermöglichen. Hierdurch wird die Kontrolle der lokalen Stöchiometrie verbessert. Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Druckdrallzerstäuber als Primärstützfunktion und einem Druckluftzerstäuber als Sekundärstützfunktion. Der Brennstoff wird durch den zentrischen Primärbrennstoffkanal 31 sowie den ringförmigen Sekundärbrennstoffkanal 32 zugeführt. Der Primärbrennstoff wird durch eine Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Ausnehmungen (Brennstoffdrailerzeuger 49) mit Drall beaufschlagt. Die Anzahl der Schlitze oder Ausnehmungen kann zwischen drei und acht betragen, abhängig von dem gewünschten Brennstoffmassenstrom. Der Primärbrennstoff tritt als hohler Konusstrahl durch den Auslass 50 aus. Die Zumessung oder der Punkt des höchsten Druckverlustes kann entweder an dem Brennstoffdrailerzeuger 49 oder an dem Auslass 50 vorliegen.

Der Sekundärzerstäuber ist als Druckluftzerstäuber ausgebildet. Der Sekundärbrennstoff wird durch eine Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Ausnehmungen verdrallt (Brennstoffdrailerzeuger 51 ). Die Anzahl der Drallerzeugerschlitze oder Ausnehmungen kann zwischen drei und acht betragen, abhängig von dem gewünschten Massenstrom. Der Sekundärbrennstoff tritt durch einen ringförmigen Auslass 52 aus. Der Sekundärzerstäuber ist als Druckluftzerstäuber ausgebildet und so bemessen, dass eine radial innere Oberfläche 53 den Primärluftkanal 33 bildet. Die Primärluft kann ohne Drall oder unter Verwendung eines axialen Drallerzeugers zugeführt werden. Der Sekundärbrennstoff wird zerstäubt und mit den beiden ringförmigen Luftströmungen gemischt, nämlich die radial innere Luftströmung (Luftkanal 33) und die radial äußere Luftströmung (Luftkanal 54). Ein Teil der Stützflamme stabilisiert sich stromab des Flammenstabilisators 34. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei konzentrische Druckdrallzerstäuber mit einem gemeinsamen Auslass 50 vorgesehen. Der Brennstoff wird durch den zentralen Primärbrennstoffkanal 31 sowie durch den ringförmigen Sekundärbrennstoffkanal 32 zugeführt. Der Primärkraftstoff wird unter Verwendung einer Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Löchern in Drall versetzt (Brennstoffdrallerzeuger 49). Die Anzahl der Drall erzeugenden Schlitze oder Löcher kann zwischen drei und acht betragen, abhängig von der gewünschten Brennstoffmasse. Der Brennstoff tritt als hohler Konusstrahl durch den kreisförmigen Auslass 50 aus. Die Zumessung oder der Punkt des höchsten Druckabfalls liegt am Brennstoffdrallerzeuger 49 und nicht am Auslass 50. Die Strömungsfläche des Auslasses 50 ist so bemessen, dass sie der Zumess- oder Drosselpunkt ist, wenn der Primärbrennstoffstrom und der Sekundärbrennstoffstrom ausströmen.

Der Sekundärzerstäuber ist ein Druckdrallzerstäuber. Der Sekundärbrennstoff wird durch eine Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Löchern mit Drall versetzt (Brennstoffdrallerzeuger 55). Die Anzahl der Drallschlitze oder Löcher kann zwischen drei und acht sein, abhängig von der gewünschten Brennstoffmasse. Der Sekundärbrennstoff tritt auch durch den kreisförmigen Auslass 50 als hohler Konusstrahl aus. Beide Strahlen von Brennstoff werden zerstäubt und mit der Drallluftströmung vermischt, welche durch den axialen Drallerzeuger 36 zugeführt wird. Ein Teil der Stützflamme stabilisiert sich stromab des Flammenstabilisators 34.

Die Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem ein Primärdruckdrallzerstäuber und ein Sekundäreinzelstrahlenzerstäuber verwendet werden. Der Primärbrennstoff wird unter Verwendung einer Anordnung von ringförmigen Schlitzen oder Ausnehmungen mit Drall versetzt, deren Anzahl zwischen drei und acht, abhängig von dem gewünschten Massenstrom des Brennstoffs, ist. Der Primärbrennstoff bildet einen hohlen Konusspray durch den kreisförmigen Auslass 50. Die Zumessung oder der Punkt des höchsten Druckabfalls ist entweder an dem Brennstoffdrallerzeuger 49 oder dem Auslass 50. Der Sekundärbrennstoff wird als Einzelstrahlinjektion durch eine Anordnung von Ausnehmungen 56 zugeführt. Diese Ausnehmungen können entweder nur radial angeordnet, mit tangentialer Orientierung mit axialer Orientierung ausgebildet sein. Die Anzahl der Ausnehmungen kann zwischen drei und acht variieren. Der Primärbrennstoff ist radial außerhalb des Sekundärbrennstoffs angeordnet, um die einzelnen Strahlen-Ausnehmungen 56 zu kühlen. Beide Brennstoffströme werden zerstäubt und mit der verdrallten Primärluftströmung gemischt, welche durch den axialen Drallerzeuger 36 zugeführt wird. Dies ist im Detail im Fig. 9 dargestellt. Die Fig. 10 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie A-A von Fig. 9.

Bei den in Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 beschriebenen Ausgestaltungsvarianten ergibt sich eine verbesserte Interaktion zwischen der Stützbrennerluft und dem Primärbrennstoff. Da keine konzentrische Sekundärbrennstoffströmung vorliegt, kann die Luft den Primärbrennstoff an dem Brennstoffaustritt erreichen, was die sekundäre Zerstäubung und Gemischbildung verbessert.

Bei der in Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Ausgestaltung weist der Sekundärbereich des Stützbrenners die Vorteile eines Druckluftzerstäubers auf, insbesondere hinsichtlich der Rußbildung. Bei dem in den Fig. 8 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispiel führen die einzelnen, diskreten Strahlen zu einer guten Zerstäubungsqualität. Die radial auswärts gerichteten einzelnen Strahlen führen zu einer höheren Strahldurchdringung bei steigendem Brennstofffluss. Somit wird bei einer Steigerung der Last des Gasturbinentriebwerks die Brennstoffanordnung radial nach außen bewegt. Dies führt zu einer Verbesserung der Gemischbildung.

Die Fig. 1 1 und 12 zeigen mögliche Vorgehensweisen des Betriebs des erfindungsgemäßen zweistufigen Stützbrenners 29 und des Hauptbrenners 30. Dabei ist jeweils der Kraftstoffanteil über der Triebwerkslast dargestellt.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen mit einem einzigen einstufigen Stützbrenner kann dieser nur bis unterhalb einer mittleren Leistung des Gasturbinentriebwerks betrieben werden. Wenn dieser Bereich überschritten wird, ergeben sich hohe Emissionen, insbesondere eine hohe Rußentwicklung durch den Stützbrenner sowie eine ungünstige Verbrennungseffizienz. Wenn bei diesen niedrigen Lastbedingungen der Hauptbrenner eingeschaltet wird, führt dies zu einer schlechten Verbrennungseffizienz des Hauptbrenners. Wie beschrieben, wurde vorgeschlagen, dieses Problem durch eine gestufte Ausgestaltung des Hauptbrenners zu überwinden, was jedoch das Betriebsverhalten der Turbine erheblich beeinträchtigen kann.

Bei den beiden nachfolgend beschriebenen Vorgehensweisen wird durch die Unterteilung des Stützbrenners die Versorgung durch einen Primärbrennstoffkanal und einen Sekundärbrennstoffkanal ermöglicht, so dass der Stützbrenner bei größeren Lastzuständen (60% und höher) betrieben werden kann. Gute Zündungcharakteristiken und Startcharakteristiken der Gasturbine werden durch eine fette Brennstoffversorgung in der ersten Stufe des Stützbrenners sichergestellt (Brennstoffzuführung durch den Primärbrennstoffkanal). Eine magerere Verbrennung durch die zweite Stufe des Stützbrenners (Brennstoffversorgung durch den Sekundärbrennstoffkanal) führt zu einem verbesserten Emissionsverhalten bei höheren Lastzuständen der Gasturbine. Dadurch kann der Hauptbrenner erst bei Erreichen eines höheren Lastzustands zugeschaltet werden, wodurch seine Effizienz verbessert wird.

Die Fig. 1 1 zeigt eine erste Option, bei welcher zur Zündung und zum Start bis ungefähr 20% Last des Gastriebwerks die erste Stufe des Stützbrenners 29 (Versorgung durch den Primärbrennstoffkanal 31 ) verwendet wird. Dies führt zu einer fetten stabilen Flamme. In der nächsten Stufe werden beide Bereiche des Stützbrenners 29 verwendet (Brennstoffversorgung durch den Primärbrennstoffkanal 31 und den Sekundärbrennstoffkanal 32). Diese Stufe erstreckt sich zwischen ungefähr 20% und ungefähr 60% Last. Es ergibt sich eine fette Flamme aus der ersten Stufe des Stützbrenners (Primärbrennstoffkanal) sowie eine magere Flamme aus der zweiten Stufe des Stützbrenners (Sekundärbrennstoffkanal). Zwischen ungefähr 60% Last und 100% Last werden die erste Stufe des Stützbrenners 29 sowie der Hauptbrenner 30 in Betrieb genommen.

Die in Fig. 12 beschriebene Variante zeigt in dem dritten Bereich die zusätzliche Verwendung der zweiten Stufe des Stützbrenners (Sekundärbrennstoffkanal) zusammen mit dem Hauptbrenner.

Die Beschriftungen in den Fig. 1 1 und 12 sind wie folgt: Pilot 1 bezieht sich auf die erste Stufe des Stützbrenners 29 mit Brennstoffversorgung durch den Primärbrennstoffkanal 31 , Pilot 2 bezieht sich auf die zweite Stufe des Stützbrenners 29 mit Brennstoffversorgung durch den Sekundärbrennstoffkanal, die Hauptstufe bezieht sich auf den Hauptbrenner.

Bezuqszeichenliste:

1 Triebwerksachse

10 Gasturbinentriebwerk

1 1 Lufteinlass

12 im Gehäuse umlaufender Fan

13 Zwischendruckkompressor

14 Hochdruckkompressor

15 Brennkammern

16 Hochdruckturbine

17 Zwischendruckturbine

18 Niederdruckturbine

19 Abgasdüse

20 Leitschaufeln

21 Triebwerksgehäuse

22 Kompressorlaufschaufeln

23 Leitschaufeln

24 Turbinenschaufeln

26 Kompressortrommel oder -scheibe

27 Turbinenrotornabe

28 Auslasskonus

29 Stützbrenner

30 Hauptbrenner

31 Primärbrennstoffkanal

32 Sekundärbrennstoffkanal

33 Luftkanal

34 Flammenstabilisator

35 Ringförmiger Luftkanal

36 Drallerzeuger

37 Drallerzeuger

38 Luftkanal

39 Drallerzeuger

40 Äußere Fläche des Flammenstabilisators

41 Filmleger Ringkanal

Ring

Stützströmung

Stagnationspunkt

Hauptströmung

Rezirkulationsströmung Flammenstabilisierungszone Brennstoffdrallerzeuger Auslass

Brennstoffdrallerzeugung Auslass

Oberfläche

Luftkanal

Brennstoffdrallerzeuger Ausnehmung