In der DE 32 35 080 A1 ist eine Rücklaufeinspritzdüse be- schrieben, bei der zwei einander entgegengesetzte Flüssig- keitszuführungen tangential in einen kreiszylindrischen Drallraum münden. Mit dem Drallraum ist einerseits ein Ein- spritzkanal und entgegengesetzt dazu andererseits eine Rück- laufbohrung verbunden. Die Rücklaufeinspritzdüse ist insbe- sondere für die Zerstäubung von flüssigem Brennstoff in Gas- turbinenbrennkammern geeignet. Eine Zerstäubung wird dadurch erreicht, daß tangential in die Drallkammer Brennstoff ein- strömt und zu einem Hauptstrom vereinigt wird, wobei durch eine kreisförmige Führung in der Drallkammer dem Hauptstrom ein Drall erteilt wird, der im Einspritzkanal erhalten bleibt. Dadurch fächert der Brennstoffstrahl beim Austritt des Brennstoffs aus dem Einspritzkanal kegelförmig auf. Ande- rerseits wird Brennstoff über die Rücklaufbohrung zurückge- führt. Unter Beibehaltung eines konstanten Brennstoffzustroms zur Rücklaufeinspritzdüse wird die Menge von eingespritztem Brennstoff dadurch gesteuert, daß die Menge an zurückgeführ- tem Brennstoff eingestellt wird.

In dem Artikel"Aktive Dämpfung selbsterregter Brennkammer- schwingungen (AIC) bei Druckzerstäuberbrennern durch Modula- tion der flüssigen Brennstoffzufuhr"von J. Hermann, D. Vort- meyer und S. Gleis, VDI-Berichte Nr. 1090,1993, ist be- schrieben, wie eine Verbrennungsschwingung in der Brennkammer einer Gasturbine oder eines Kessels entsteht und wie sie ak- tiv gedämpft werden kann. Bei der Verbrennung in der Brenn- kammer kann es nämlich zu der erwähnten selbsterregten Ver-

brennungsschwingung kommen, die auch als Verbrennungs-Insta- bilität bezeichnet wird. Eine solche Verbrennungsschwingung entsteht durch die Wechselwirkung zwischen einer schwankenden Wärmefreisetzung bei der Verbrennung und der Akustik der Brennkammer. Eine Verbrennungsschwingung geht häufig einher mit einer hohen Lärmemission und einer mechanischen Belastung der Brennkammer, die bis zu einer Zerstörung von Bauteilen gehen kann.

Die DE-OS 20 33 118 zeigt einen Gasbrenner für einen gasge- feuerten Schmelzofen. Um eine hohen Flammentemperatur zu schaffen, weist der Gasbrenner eine im Bereich der Mündung konvergierende Düse in Form eines Spaltes auf. Dadurch wird eine hohe Wärmekonzentration gewährleistet.

Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Brennstoffdüse, durch welche eine Verbrennungsschwingung zumindest vermindert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Brenn- stoffdüse mit einem Mündungsbereich, in dem sich entlang ei- ner Düsenachse ein Mündungskanal erstreckt, welcher Mündungs- kanal an einem Mündungsrand nicht konvergierend endet, wobei der Mündungsrand nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse ist.

Brennstoff wird in der Brennstoffdüse durch den Mündungsbe- reich im Mündungskanal geführt. Der Mündungskanal ist im Mün- dungsbereich nicht-konvergierend ausgeführt, das heißt, er verengt sich nicht, so daß kein Druckverlust entsteht. Der Brennstoff tritt aus dem Mündungskanal am Mündungsrand in den Außenraum aus. Dabei erweitert sich der Strahl, d. h. man er- hält einen divergenten, aufgefächerten Brennstoffstrahl. Da- durch daß der Mündungsrand nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse ist, ist auch der divergente Brennstoffstrahl nicht rotationssymmetrisch. Man erhält somit einen verzerrten Brennstoffkegel, welcher zumindest in zwei Raumrichtungen

eine unterschiedliche Ausdehnung senkrecht zur Strahlrichtung aufweist. Entsprechend verzerrt sich das räumliche Gebiet, in welchem die Verbrennung stattfindet. Durch diese Verzerrung des Verbrennungsgebietes wird Einfluß auf das Entstehen einer Verbrennungsschwingung genommen. Das Gebiet der Verbrennung wird so verlagert und auseinandergezogen, daß das akustische System aus Brenner und Brennerumgebung verstimmt wird. Die Brennstoffdüse und damit der austretende Brennstoffkegel wer- den so orientiert, daß sich eine Verringerung der Verbren- nungsschwingungen bis hin zu einer vollständigen Unterdrük- kung der Verbrennungsschwingungen ergibt.

Vorzugsweise ist der Mündungsrand unsymmetrisch um die Dü- senachse. Dies bedeutet, daß der Mündungsrand eine vollstän- dige Umdrehung um die Düsenachse erfahren muß, um mit seiner ursprünglichen Position wieder in Deckung zu kommen.

Bevorzugtermaßen weist der Mündungsrand eine zweizählige Sym- metrie auf. Weiter bevorzugt ist dabei der Mündungsrand eine Ellipse oder ein Rechteck, insbesondere mit abgerundeten Ek- ken. Die. zweizählige Symmetrie bedeutet, daß der Mündungsrand eine halbe Drehung, d. h. 180°, erfahren muß, um mit seiner ursprünglichen Position in Deckung zu kommen.

Bevorzugt entspricht der Mündungsrand einer Kontur, die durch ein Rechteck und einen Kreis gebildet ist, wobei der Kreis mit seinem Mittelpunkt auf dem Schwerpunkt des Rechtecks liegt und über die Schmalseite des Rechtecks hinausragt, und wobei die Kontur den äußeren Rand des Rechtecks und des Krei- ses umschließt.

Bevorzugtermaßen entspricht der Mündungsrand einer Kontur, die durch zwei zueinander senkrecht stehende, einen gemeinsa- men Schwerpunkt aufweisende Rechtecke gebildet ist, wobei die Kontur den äußeren Rand beider Rechtecke umschließt.

Bevorzugtermaßen weist der Mündungskanal eine Kanalwand auf, wobei jeder Punkt der Kanalwand einen Achsenabstand zur Dü- senachse und eine axiale Position entlang der Düsenachse auf- weist, und wobei der Achsenabstand für mindestens zwei Punkte auf der Kanalwand, welche die gleiche axiale Position aufwei- sen, unterschiedlich ist. Weiter bevorzugt ändert sich der Achsenabstand für Punkte auf der Kanalwand gleicher axialer Position entlang einer Umfangsrichtung um die Düsenachse ste- tig. Der Mündungskanal ist also nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse. Damit wird der Brennstoff bereits ein Stück weit im Mündungsbereich in einem nicht rotationssymmetrischen Strom geführt. Dem Brennstoffstrom wird also eine nicht rota- tionssymmetrische Form aufgeprägt, welche beim Austritt des Brennstofffs aus der Brennstoffdüse besonders effizient dazu führt, daß sich ein nicht rotationssymmetrischer, verzerrter Brennstoffkegel ausbildet.

Bevorzugtermaßen erweitert sich der Mündungskanal zum Mün- dungsrand hin.

Vorzugsweise weist der Mündungsrand eine Einkerbung auf.

Durch eine solche Einkerbung wird Brennstoff beim Austritt aus der Brennstoffdüse stärker in Richtung der Einkerbung ab- gelenkt, als in die übrigen Richtungen des Mündungsrandes.

Durch eine solche Einkerbung wird also wiederum erreicht, daß Brennstoff nicht in alle Raumrichtungen gleich stark abge- lenkt wird. Es bildet sich ebenfalls ein verzerrter Brenn- stoffkegel aus.

Bevorzugt ist eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff, insbesondere Erdöl. Vorzugsweise wird die Brennstoffdüse in einem Brenner für eine Gasturbine, insbesondere für eine sta- tionäre Gasturbine, eingesetzt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft und teilweise schematisch näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 die Seitenansicht einer Brennstoffdüse, Figur 2 die Draufsicht auf die Brennstoffdüse der Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf eine weitere Brennstoffdüse, Figur 4 einen Längsschnitt durch den Mündungsbereich einer Brennstoffdüse, Figur 5 eine Draufsicht auf eine weitere Brennstoffdüse, Figur 6 eine Seitenansicht der Brennstoffdüse aus Figur 5 und Figur 7 eine Brenneranordnung in einer Ringbrennkammer.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren, die gleiche Bedeutung.

Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer Brennstoffdüse 1. Ein zylindrischer Düsenkörper 3 verjüngt sich in einem kegel- stumpfförmigen Abschnitt zu einem ebenfalls zylindrischen Mündungsbereich 5 mit einer Stirnfläche 5A. Entlang einer Dü- senachse 2 gerichtet verläuft in der Brennstoffdüse 1 ein Mündungskanal 7, der am Ende des Mündungsbereichs 5 mit einem Mündungsrand 9 mündet. Durch den Mündungsbereich 5 ist ein rechtwinkliger Schnitt gelegt, so daß eine Abschrägung 10 der Kanalwand 8 des Mündungskanals 7 sichtbar ist. Durch diese Abschrägung 10 ist der Mündungsrand 9 nicht rotations- symmetrisch um die Düsenachse 2. Dies wird in Figur 2 deut- lich.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Brennstoffdüse 1 aus Figur 1. Durch zwei einander gegenüberliegende Abschrägungen 10 der Kanalwand 8 erhält der Mündungsrand 9 eine zweizählige Symmetrie. Der Mündungsrand 9 entspricht somit einer Kontur, die durch den äußeren Rand-eines Rechteckes 11 und eines

Kreises 13 gebildet ist, wobei der Kreis 13 mit seinem Mit- telpunkt 15 auf dem Schwerpunkt 17 des Rechtecks 11 liegt und über die Schmalseite des Rechtecks 11 hinausragt.

Dadurch, daß der Mündungsrand 9 nicht rotationssymmetrisch um die Düsenachse 2 ist, bildet sich bei Austritt von Brennstoff aus der Brennstoffdüse 1 ein nicht rotationssymmetrischer, verzerrter Brennstoffkegel 33 aus (siehe auch Figur 4). Die- ser verzerrte Brennstoffkegel 33 führt dazu, daß das Gebiet der Verbrennung ebenfalls verzerrt ist. Durch geeignete Ori- entierung der Brennstoffdüse 1 kann eine akustische Wechsel- wirkung zwischen der Brennstoffdüse 1 und ihrer Umgebung so verstimmt werden, daß sich allenfalls geringe Verbrennungs- schwingungen ausbilden. Eine solche Unterdrückung von Ver- brennungsschwingungen ist besonders effektiv möglich, wenn mehrere Brennstoffdüsen 1 in einer Brennkammer angeordnet sind. Vorzugsweise werden solche Brennstoffdüsen 1 in Bren- nern für Gasturbinen eingesetzt. Die großvolumigen, energie- reichen Verbrennungen in Gasturbinen können Verbrennungs- schwingungen hervorrufen, welche nicht nur erhebliche Lärmbe- lastungen, sondern auch Materialschäden hervorrufen.

Die Brennstoffdüse 1 hat zudem einen günstigen Einfluß auf eine Stickoxidverringerung. Durch den verzerrten Brennstoff- kegel läßt sich eine bessere Feinverteilung von Brennstoff erreichen. Insbesondere ergibt sich eine geringe Tröpfchen- größe für den Brennstoff. Durch die bessere Verteilung und die geringe Tröpfchengröße des Brennstoffs ergibt sich eine Vergleichmäßigung der Flammentemperaturen der Verbrennung.

Dadurch werden nicht so hohe Maximaltemperaturen erreicht, die maßgeblich die Stickoxidproduktion bestimmen. Weiterhin ergibt sich eine bessere Durchmischung mit bedarfsweise gleichzeitig eingesprühtem Wasser. Wasser wird zur Senkung von Flammentemperaturen in der Verbrennung eingedüst, wodurch die Stickoxidbildung verringert wird. Bei einem nicht rotati- onssymmetrischen Brennstoffkegel 33 (siehe Fig. 4) ergibt sich eine bessere Durchdringung von Brennstoff und Wasser.

In Figur 3 ist eine Draufsicht auf eine Brennstoffdüse 1 ge- zeigt. Der Unterschied zur Brennstoffdüse 1 aus den Figuren 1 und 2 besteht darin, daß der Mündungsrand 9 eine Kontur dar- stellt, welche durch ein Rechteck 21 und ein dazu senkrecht stehendes Rechteck 23 gebildet ist. Die beiden Rechtecke 21, 23 weisen einen gemeinsamen Schwerpunkt 25,27 auf.

In Figur 4 ist ein Längsschnitt durch den Mündungsbereich 5 einer Brennstoffdüse 1 gezeigt. Der Brennstoffkanal 7 erwei- tert sich zum Mündungsrand 9 hin. Zwei gegenüberliegende Punkte Pl, P2 auf der Kanalwand 8 weisen gegenüber einer willkürlich gewählten Nullage eine axiale Position B entlang der Düsenachse 2 auf. Der Punkt P1 hat einen Abstand A1 zur Düsenachse 2. Der Punkt P2 hat einen Abstand A2 zur Dü- senachse 2. Der Abstand A1 ist größer als der Abstand A2.

Entlang einer Umfangsrichtung U um die Düsenachse 2, also für Punkte P auf der Kanalwand 8, welche alle die gleiche axiale Position B entlang der Düsenachse 2 aufweisen, ändert sich der jeweilige Abstand A zur Düsenachse 2 stetig. Einem Brenn- stoffstrom in dem Mündungskanal 7 wird eine nicht rotations- symmetrische Form aufgeprägt. Dies äußert sich bei Austritt des Brennstoffs aus dem Mündungskanal 7 in einem nicht rota- tionssymmetrischen, verzerrten Brennstoffkegel 33. Dies hat die oben erläuterten Vorteile hinsichtlich der Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen und die Verminderung von Stickoxidemissionen zur Folge.

Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Brennstoffdüse 1. Fi- gur 6 zeigt die Brennstoffdüse 1 der Figur 5 in einer Sei- tenansicht. In die Stirnfläche 5A des Mündungsbereichs 5 ist eine halbzylinderförmige Einkerbung 31 eingefräst oder ge- sägt, welche die Mündung des Mündungskanals 7 schneidet. Da- durch hat der Mündungsrand 9 ebenfalls eine Einkerbung 31. An dieser Einkerbung 31 wird Brennstoff besonders weit seitlich abgesprüht. Dadurch ergibt sich ein nicht rotationssymmetri- scher Brennstoffkegel 33 für den aus der Brennstoffdüse 1

austretenden Brennstoff. Damit ergeben sich wiederum die be- reits erwähnten Vorteile für die Verringerung von Verbren- nungsschwingungen und Stickoxidemission.

Figur 7 zeigt eine Brenneranordnung 40 aus einer Vielzahl von Brennern 42 in einer Ringbrennkammer 44 einer nicht näher dargestellten Gasturbine. Die Ringbrennkammer 44 ist rotati- onssymmetrisch um eine Brennkammerachse 46. Sie weist eine Innenwand 48 und eine Außenwand 50 auf, die einen Ringraum 51 umschließen. Die Innenseite der Außenwand 50 und die Außen- seite der Innenwand 48 sind mit einer feuerfesten Außkleidung 52 versehen.

Die Mündungsränder 9 der Brenner 42 sind nicht rotationssym- metrisch und unregelmäßig zueinander orientiert. Damit ergibt sich eine verringerte Neigung zur Ausbildung einer Verbren- nungsschwingung, da die von den einzelnen Brennern 42 ausge- henden Verbrennungsschwingungen sich unregelmäßig überlagern und dabei weitgehend auslöschen.