EP2808611A1 - Injector for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber - Google Patents

Injector for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber Download PDF

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EP2808611A1
EP2808611A1 EP20130170048 EP13170048A EP2808611A1 EP 2808611 A1 EP2808611 A1 EP 2808611A1 EP 20130170048 EP20130170048 EP 20130170048 EP 13170048 A EP13170048 A EP 13170048A EP 2808611 A1 EP2808611 A1 EP 2808611A1
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EP
European Patent Office
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injector
combustion chamber
fuel
longitudinal axis
air mixture
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EP20130170048
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EP2808611B1 (en
Inventor
Christian Beck
Olga Deiss
Werner Krebs
Bernhard Wegner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion

Definitions

  • the present invention relates to an injector for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber, a combustion chamber and a gas turbine.
  • Modern gas turbines should meet the requirements in terms of pollutant emissions and environmental friendliness in a wide operating range. The fulfillment of these requirements depends essentially on the combustion system used in the gas turbine.
  • NOx nitrogen oxides
  • To reduce emissions of nitrogen oxides (NOx) lean premix is used.
  • high turbine inlet temperatures are sought to achieve a high efficiency, which are associated with high flame temperatures.
  • the aforementioned premixed flames are susceptible to thermoacoustic instabilities due to the high thermal power density and the NOx emissions increase exponentially with increasing flame temperature.
  • axial staging consists of a conventional burner that fires a primary combustion zone. This primary zone can in turn be internally graded like conventional burners and covers the load range up to today's firing temperatures. Downstream of the primary zone is followed by a secondary combustion zone. In this additional fuel is injected through an axially offset from the primary zone stage. This is then burned in a diffusion-like regime.
  • the fuel may be diluted with inert components (steam, nitrogen, carbon dioxide) to greatly lower the stoichiometric combustion temperature, thereby suppressing NOx formation.
  • inert components steam, nitrogen, carbon dioxide
  • the US 2011/0067402 A1 discloses a gas turbine with a combustion chamber having a dual stage combustion concept.
  • the combustor includes a combustor head end having a burner assembly, a combustor exit and a combustor wall, the combustor wall extending from the combustor head end to the combustor exit, and a primary zone and a secondary zone.
  • the secondary zone is arranged in the main flow direction of the hot gas downstream of the primary zone.
  • injectors opening into the secondary zone are arranged, which form a second axial stage of the combustion system.
  • the invention has for its object to provide an injector for introducing a fuel-air mixture in a combustion chamber, a combustion chamber and a gas turbine with at least one such combustion chamber, with the / a reduction in emissions of nitrogen oxides (NOx) and low CO emissions can be achieved.
  • NOx nitrogen oxides
  • the first object is achieved by an injector according to claim 1
  • the second object is achieved by a combustion chamber according to claim 8.
  • the third object is achieved by a gas turbine according to claim 15.
  • the injector according to the invention for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber comprises a longitudinal axis and a number of curved, ie not straight, in particular arcuate, flow channels.
  • arcuate is "curved in the form of at least one arc", for example, also S-shaped curved, understood.
  • Each flow channel comprises a fuel inlet opening, a number of air inlet openings and a fuel-air mixture outlet opening.
  • the fuel inlet opening is connected to a fuel distributor.
  • the fuel inlet opening may also have a central axis which runs perpendicular or parallel to the longitudinal axis of the injector.
  • the fuel-air mixture outlet port has a central axis that is perpendicular to the longitudinal axis of the injector.
  • the air inlet openings each have a central axis which runs parallel to the longitudinal axis of the injector.
  • a fuel-air mixture generated in the flow channels can be introduced into a combustion chamber, for example into a secondary stage of a combustion chamber. Due to the curved, for example, also S-shaped curved shape of the flow channels a large mixing length is achieved on a small available space.
  • the injector can be arranged on the combustion chamber such that its longitudinal axis extends substantially parallel to a longitudinal axis of the combustion chamber.
  • the longitudinal axis of the injector may coincide with a longitudinal axis of the combustion chamber.
  • the air inlet openings of a flow channel are arranged in at least one row. In this way, a continuous mixing of the fuel introduced into the flow channel through the fuel inlet opening with the air introduced into the flow channel through the air inlet openings is achieved.
  • the air inlet openings may have a circular cross-section. In particular, they can be designed as bores. A number of air inlet openings may preferably run in a spiral, for example spirally with respect to an axis parallel to the longitudinal axis of the injector. Each flow channel can in particular one at least have at least one row of the air inlet openings parallel to the center line of the flow channel.
  • the fuel distributor can be designed annular.
  • the fuel distributor may be arranged radially outside of the curved, in particular arcuate, flow channels, in particular with respect to the longitudinal axis of the injector.
  • the fuel distributor can be arranged in the axial direction next to the arcuate flow channels.
  • the curved, for example, arcuate, flow channels may have a curvature angle greater than 0 ° and less than 180 °, for example between 10 ° and 90 °, advantageously between 30 ° and 60 °.
  • at least one of the curved, in particular arcuate, flow channels can have a curvature axis that runs parallel to the longitudinal axis of the injector.
  • all the axes of curvature of the flow channels are parallel to the longitudinal axis of the injector.
  • the injector may comprise two disks arranged substantially parallel to each other.
  • the discs may comprise the side walls of the flow channels and the air inlet openings or in particular form the side walls of the flow channels.
  • an annular fuel distributor can be firmly connected via the two disks arranged in parallel with a combustion chamber, for example with the liner of a combustion chamber or the combustion chamber wall.
  • the air inlet openings may be spirally arranged in the disks in the form of air holes in several rows. Several side walls between the two discs can separate the individual flow channels or mixing channels.
  • the fuel can be injected via several fuel inlet openings, for example in the form of bores, on the inside of the fuel distributor with respect to the longitudinal axis of the injector in the mixing channels.
  • the air may be added perpendicular to and mixed with the fuel flow vertically through the spirally disposed air holes.
  • the fuel-air mixture then passes into the combustion chamber of a combustion chamber through a plurality of openings, such as holes, and ignites there.
  • the combustion chamber according to the invention comprises at least one previously described injector.
  • the combustor may include a longitudinal axis, a combustor head end, a combustor exit, and a combustor wall extending from the combustor head end to the combustor exit. It may further include a primary zone and a secondary zone disposed in the main flow direction of the hot gas downstream of the primary zone.
  • the at least one injector may be arranged in the region of the secondary zone on the combustion chamber wall such that the fuel-air mixture outlet openings open into the secondary zone. In this case, the injector can serve for introducing a fuel-air mixture into the secondary zone.
  • the fuel-air mixture outlet ports may be spaced from each other along a circumferential line on the combustion chamber wall.
  • the combustion chamber may include a liner region that includes the at least one injector.
  • the liner region can connect to the primary zone in the main flow direction.
  • a transition area may connect to the combustor exit.
  • the at least one injector may be arranged at the liner area or be configured in one piece with the liner area.
  • the liner region may comprise a longitudinal axis which coincides with the longitudinal axis of the injector.
  • the longitudinal axis of the Injector can also run parallel to the longitudinal axis of the liner area.
  • the liner region can only form a region of the combustion chamber or be designed as a separate component. It can be arranged between the primary zone and the combustion chamber outlet, for example in the region of the secondary zone.
  • At least one injector according to the invention is arranged on the combustion chamber wall in the region of the secondary zone.
  • a so-called “air-assisted axial stage” is realized.
  • the combustion chamber may be a tube combustion chamber or an annular combustion chamber. At least one burner may be arranged at the end of the combustion chamber.
  • the primary zone is determined by the area in which the fuel supplied via the burner is primarily burned within the combustion chamber.
  • the secondary zone is characterized by the fact that in it the hot gas generated in the primary zone is further burned out as completely as possible.
  • the secondary zone can in principle be arranged at any desired position between the primary zone and the combustion chamber exit.
  • the airborne axial stage itself has several advantages. By premixing fuel and air outside the combustion chamber as with conventional burner technology, the resulting peak temperatures and thus NOx emissions can be reduced. Lower residence times in the secondary zone and turbine entry continue to result in lower overall NOx emissions. In addition, no additional media are needed, but an operation takes place only with the originating from the compressor outlet air, which with fuel in the axial stage to a mixture is processed. Therefore, the resulting system is robust and stable available.
  • the fuel supply to the axial stage is completely shut off and then behaves like an air bypass. This allows the primary zone to operate at very low loads with a high local flame temperature, which ensures good burnout and low CO emissions.
  • the airborne axial stage therefore equally serves to expand the operating range of the combustion system to lower and higher loads.
  • the present invention also has the following special advantages: Due to the curved, in particular spiral-shaped arrangement, a long mixing length can be achieved in the flow channels of the injector despite its compact design. This achieves a high premix quality on a small available space.
  • the swirl generation provides for the generation of additional gradients and shear layers and thus for a better mixing with the main flow.
  • a smoother turbine entry profile reduces emissions.
  • a simple and inexpensive construction of the guide vanes of the first turbine stage (TLe 1) is made possible.
  • the present invention opens up great potential for saving cooling air and possibly saving potential by dispensing with the vanes of the first turbine stage (TLe 1).
  • the gas turbine according to the invention comprises a combustion chamber described above. It has the same characteristics and advantages as the combustion chamber described above.
  • FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 104 a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings.
  • the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115 is followed by a row 125 formed of rotor blades 120.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • iron, nickel or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner casing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane root.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • the FIG. 2 schematically shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustor 110 shown is configured as a so-called annular combustor in which a plurality of burners 107 circumferentially disposed about a longitudinal axis of the combustor 102 open into a common combustor chamber 154 which generates flames.
  • the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure which is positioned around the longitudinal axis 102.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C.
  • the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.
  • FIG. 3 schematically shows a part of a combustion chamber in a partially perspective and partially sectioned view.
  • the combustion chamber comprises a combustion chamber wall 1 and a combustion chamber outlet 6.
  • the main flow direction of the hot gas in the combustion chamber during operation of the combustion chamber is indicated by an arrow 3.
  • the combustion chamber further comprises a primary zone 4, in which the fuel introduced from the burner into the combustion chamber is burned.
  • a secondary zone 5 adjoins the primary zone in the direction of flow 3.
  • the hot gas from the primary zone 4 is further burned off. This is done by additionally introducing a fuel-air mixture 14 in the secondary zone 5 by means of injectors. 8
  • the injectors 8 comprise an air supply 13 and an outlet 9 opening into the combustion chamber. Furthermore, a fuel nozzle 10 is arranged in the interior of each injector 8. The fuel nozzle 10 is connected to a fuel distributor 11, preferably an annular fuel distributor 11. With the help of the fuel nozzle 10, fuel is injected into the interior of the injector 8 and in this way generates a fuel-air mixture in the interior of the injector 8. The fuel-air mixture thus produced is then injected through the injector outlet or the injection opening 9 into the combustion chamber in the region of the secondary zone 5.
  • a liner region 7 and a transition region 25 which in the FIG. 3 are each designed as separate components.
  • a sealing ring 12 is arranged between the primary zone 4 and the liner area 7 between the primary zone 4 and the liner area 7 .
  • at least one sealing ring 12 is also arranged between the liner region 7 and the transitional component 25.
  • the injectors 8 are connected to the liner area 7.
  • the injector or injection ports 9 open in the region of the liner region 7 in the secondary zone 5 of the combustion chamber.
  • FIG. 4 shows a section of the already in the FIG. 3 partially shown combustion chamber in perspective and sectional view.
  • a fuel supply 15 is shown, which supplies the fuel distributor 11 with fuel.
  • FIG. 5 schematically shows the liner region with an injector 28 according to the invention, which is referred to below as Spiralinjektor, in a perspective view.
  • the liner region 7 comprises an outer surface 32 on which the spiral injector 28 is arranged.
  • the spiral injector 28 comprises outlet openings 9, through which the fuel-air mixture generated within the spiral injector 28 is introduced into the interior of the combustion chamber.
  • the Outlet openings 9 a rectangular, for example square, shape. Alternatively, they may also have a circular cross-section.
  • the spiral injector 28 includes an annular fuel manifold 41 disposed about the outer surface 32 of the liner region 7.
  • the annular fuel distributor 41 forms in the embodiment variant shown here at the same time with respect to the longitudinal axis or central axis 44 of the liner region 7 radially outwardly disposed portion of the Spiralinjektors 28.
  • the central axis or longitudinal axis 44 of the liner region 7 corresponds to the central axis or longitudinal axis of the injector 28 according to the invention.
  • the annular fuel distributor 41 comprises at least one fuel supply 45.
  • two fuel supply means 45 are arranged opposite each other with respect to the longitudinal axis 44 of the injector.
  • the spiral injector 28 further comprises flow channels or injector channels 48 arranged between the fuel distributor 41 and the outer surface 32 (see FIGS. 6 and 7 ).
  • the injector channels 48 are arranged in a disk-shaped region which connects the outer surface 32 of the liner region 7 to the annular fuel distributor 41.
  • the outer surface 50 of the spiral injector 28, which is located between the annular fuel distributor 41 and the liner region 7, comprises a number of air holes 42.
  • the air holes 42 are preferably provided on both sides of the spiral injector, that is, on the upstream and downstream surfaces 50 with respect to the main flow direction 3.
  • the air holes 42 are arranged side by side in individual rows.
  • Each row of air holes is assigned to an injector channel 48.
  • the respective injector channel 48 and corresponding to the respective air hole row has a curved, preferably spiral shape leading to the central axis 44 towards.
  • the air inlet openings or air bores 42 each have a central axis 54, which runs parallel to the longitudinal axis 44 of the injector.
  • FIGS. 6 and 7 In each case, sections through partial regions of a spiral injector 28 according to the invention are shown in a partially perspective view. It runs in the FIG. 6 shown section perpendicular to the longitudinal axis 44 of the injector and in the FIG. 7 shown section parallel to the longitudinal axis 44th
  • the fuel conducted through the annular fuel distributor 41 to the injector channels 48 is introduced into the injector channels 48 in the flow direction 46. Air is supplied to the injector channels 48 via the air bores 42 at the same time. As a result, a fuel-air mixture is generated in the interior of the injector channels 48, which is then introduced through the outlet openings 9 into the combustion chamber.
  • the individual injector channels 48 are delimited from each other by side walls 49.
  • the spiral injector 28 is perpendicular to the liner region 7, that is perpendicular to the central axis 44 of the liner region 7, installed, wherein the longitudinal axis 44 of the injector, which can also be referred to the central axis 44 of the injector, in the illustrated embodiment with the central axis of the injector Liners coincides.
  • the annular fuel distributor 41 is fixedly connected to the liner area 7, for example, via two disks arranged in parallel. In these discs, the air holes 42 are arranged spirally or arcuately in a plurality of rows. A plurality of side walls 49 between the two discs separate different mixing channels or injector channels 48 from each other.
  • the fuel is through several openings, such as holes 43, on the inside of the fuel distributor 41 in the mixing channels 48th injected.
  • the air is added and mixed vertically through the spirally arranged air holes 42 to the fuel flow 46.
  • the fuel-air mixture then passes into the combustion chamber through a plurality of openings 9, for example holes, in the liner area 7 and ignites there.
  • the fuel inlet openings 43 each have a central axis 55, which extends perpendicularly, in particular tangentially, to the central axis 44 of the injector.
  • FIG. 8 shows a further embodiment variant in which the fuel distributor 41 is arranged with respect to the longitudinal axis 44 of the injector 8 in the axial direction adjacent to the arcuate flow channels 48.
  • the direction of flow of the fuel is identified by the reference numeral 51.
  • the direction of flow of the air is indicated by the reference numeral 52.
  • FIG. 9 schematically shows a section through a portion of an injector according to the invention perpendicular to the central axis.
  • the injector 48 are configured S-shaped.
  • the air inlet openings 42 are arranged in an S shape.

Abstract

Es wird ein Injektor (8) zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer beschrieben. Der Injektor (8) umfasst eine Längsachse (44) und eine Anzahl gekrümmter, insbesondere bogenförmiger Strömungskanäle (48). Dabei umfasst jeder Strömungskanal (48) eine Brennstoffeinlassöffnung (43), eine Anzahl Lufteinlassöffnungen (42) und eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung (9), wobei die Brennstoffeinlassöffnung (43) mit einem Brennstoffverteiler (41) verbunden ist und eine Mittelachse (55) aufweist, die senkrecht oder parallel zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft. Die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung (9) weist eine Mittelachse auf, die senkrecht zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft. Die Lufteinlassöffnungen (42) weisen jeweils eine Mittelachse (54) auf, die parallel zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft.An injector (8) for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber is described. The injector (8) comprises a longitudinal axis (44) and a number of curved, in particular arcuate, flow channels (48). In this case, each flow channel (48) comprises a fuel inlet opening (43), a number of air inlet openings (42) and a fuel-air mixture outlet opening (9), wherein the fuel inlet opening (43) is connected to a fuel distributor (41) and has a central axis ( 55) which is perpendicular or parallel to the longitudinal axis (44) of the injector (8). The fuel-air mixture outlet port (9) has a central axis which is perpendicular to the longitudinal axis (44) of the injector (8). The air inlet openings (42) each have a central axis (54) which runs parallel to the longitudinal axis (44) of the injector (8).

Description

Gegenstand der ErfindungSubject of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer, eine Brennkammer und eine Gasturbine.The present invention relates to an injector for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber, a combustion chamber and a gas turbine.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Moderne Gasturbinen sollen in einem weiten Betriebsbereich den Anforderungen bezüglich Schadstoffemissionen und Umweltfreundlichkeit genügen. Die Erfüllung dieser Anforderungen hängt wesentlich von dem in der Gasturbine eingesetzten Verbrennungssystem ab. Zur Reduktion der Emissionen von Stickoxiden (NOx) wird magere Vormischung verwendet. Dabei werden zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades hohe Turbineneintrittstemperaturen angestrebt, die mit hohen Flammentemperaturen einhergehen. Hier sind die erwähnten Vormischflammen aufgrund der hohen thermischen Leistungsdichte anfällig für thermoakustische Instabilitäten und die NOx-Emissionen nehmen mit steigender Flammentemperatur exponentiell zu.Modern gas turbines should meet the requirements in terms of pollutant emissions and environmental friendliness in a wide operating range. The fulfillment of these requirements depends essentially on the combustion system used in the gas turbine. To reduce emissions of nitrogen oxides (NOx) lean premix is used. In this case, high turbine inlet temperatures are sought to achieve a high efficiency, which are associated with high flame temperatures. Here, the aforementioned premixed flames are susceptible to thermoacoustic instabilities due to the high thermal power density and the NOx emissions increase exponentially with increasing flame temperature.

Auf der anderen Seite ist ein Betrieb der Gasturbine bei möglichst niedrigen Lasten und Flammentemperaturen notwendig, um den Anforderungen der Kraftwerksbetreiber gerecht zu werden. Hier wird der Betriebsbereich nach unten hin durch die bei unvollständigem Ausbrand entstehenden Kohlenmonoxidemissionen (CO) begrenzt. Daher ist es wünschenswert, den Betriebsbereich des Verbrennungssystems in beide Richtungen zu erweitern.On the other hand, operation of the gas turbine at the lowest possible loads and flame temperatures is necessary to meet the requirements of power plant operators. Here, the operating range is limited at the bottom by the resulting incomplete burnout carbon monoxide (CO) emissions. Therefore, it is desirable to expand the operating range of the combustion system in both directions.

Zur Erweiterung des Betriebsbereiches bei bestehenden Verbrennungssystemen wurde beispielsweise durch brennerinterne Brennstoffstufung, effiziente Vormischeinrichtungen, Reduktion von Kühlluft und gestufte Verbrennungskonzepte eine Optimierung des Systems für die heutigen Anforderungen vorgenommen. Die "axial staging" genannte gestufte Verbrennungstechnologie besteht aus einem konventionellen Brenner, der eine primäre Verbrennungszone befeuert. Diese Primärzone kann wiederum wie konventionelle Brenner intern gestuft sein und deckt den Lastbereich bis zu heutigen Feuerungstemperaturen ab. Stromab der Primärzone schließt sich eine sekundäre Verbrennungszone an. In diese wird durch eine axial gegenüber der Primärzone versetzte Stufe zusätzlicher Brennstoff eingedüst. Dieser wird dann in einem diffusionsartigen Regime verbrannt. Der Brennstoff kann mit Inertkomponenten (Dampf, Stickstoff, Kohlendioxid) verdünnt werden, um die stöchiometrische Verbrennungstemperatur stark abzusenken und damit die NOx-Bildung unterdrückt. Gleichzeitig wird durch die Verteilung der Wärmefreisetzung über den gesamten zur Verfügung stehenden Brennraum die Neigung des Verbrennungssystems zu thermoakustischen Instabilitäten verringert.To expand the operating range of existing combustion systems was, for example, by burner internal Fuel staging, efficient premixing, reduction of cooling air and staged combustion concepts made an optimization of the system for today's requirements. The staged combustion technology called "axial staging" consists of a conventional burner that fires a primary combustion zone. This primary zone can in turn be internally graded like conventional burners and covers the load range up to today's firing temperatures. Downstream of the primary zone is followed by a secondary combustion zone. In this additional fuel is injected through an axially offset from the primary zone stage. This is then burned in a diffusion-like regime. The fuel may be diluted with inert components (steam, nitrogen, carbon dioxide) to greatly lower the stoichiometric combustion temperature, thereby suppressing NOx formation. At the same time, the distribution of the heat release over the entire available combustion chamber reduces the inclination of the combustion system to thermoacoustic instabilities.

Die für einen sicheren Betrieb innerhalb der gewährleisteten Emissionsgrenzen benötigten Verdünnungsmedien müssen aus separaten Prozessen zur Verfügung gestellt werden, was zu etlichen Nachteilen führt. Erstens steigt die Komplexität des Gesamtkraftwerks im Sinne höherer Investitionskosten. Zweitens benötigen diese separaten Prozesse ihrerseits Energie, so dass der Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigt wird. Drittens sinkt die Verfügbarkeit des Kraftwerkes, da diese Prozesse eine gewisse Ausfallswahrscheinlichkeit besitzen, welche zu der des konventionellen Kraftwerkes hinzugerechnet werden muss. Aus diesem Grund ist es auch bekannt, den Brennstoff in der zweiten axialen Stufe ohne Inertkomponenten in Form eines Luft/Brennstoff Gemisches in die Sekundärzone einzubringen ("fuel only").The dilution media required for safe operation within the guaranteed emission limits must be made available from separate processes, which leads to several disadvantages. First, the complexity of the entire power plant increases in terms of higher investment costs. Second, these separate processes in turn require energy so that overall efficiency is compromised. Thirdly, the availability of the power plant decreases because these processes have a certain probability of failure, which must be added to that of the conventional power plant. For this reason, it is also known to introduce the fuel in the second axial stage without inert components in the form of an air / fuel mixture in the secondary zone ("fuel only").

Diesbezüglicher und weiterer Stand der Technik ist in den Dokumenten DE 10 2006 053 679 A1 , US 6,418,725 B1 , die jeweils Rohrbrennkammern betreffen, und in den Dokumenten DE 42 32 383 A1 , US 2009/0084082 A1 , US 6,192,688 B1 , US 6,047,550 und US 6,868,676 B1 , die Ringbrennkammern betreffenden, beschrieben.This and other prior art is in the documents DE 10 2006 053 679 A1 . US Pat. No. 6,418,725 B1 , which respectively concern tube combustion chambers, and in the documents DE 42 32 383 A1 . US 2009/0084082 A1 . US 6,192,688 B1 . US 6,047,550 and US 6,868,676 B1 describing annular combustion chambers.

Die US 2011/0067402 A1 offenbart eine Gasturbine mit einer Brennkammer, welche ein Verbrennungskonzept mit zwei Stufen aufweist. Die Brennkammer umfasst ein Brennkammerkopfende mit einer Brenneranordnung, einen Brennkammerausgang und eine Brennkammerwand, wobei die Brennkammerwand sich vom Brennkammerkopfende zum Brennkammerausgang erstreckt, sowie eine Primärzone und eine Sekundärzone. Die Sekundärzone ist in Hauptströmungsrichtung des Heißgases stromabwärts der Primärzone anordnet. Entlang des Umfangs der Brennkammer sind in die Sekundärzone mündende Injektoren angeordnet, welche eine zweite axiale Stufe des Verbrennungssystems ausbilden.The US 2011/0067402 A1 discloses a gas turbine with a combustion chamber having a dual stage combustion concept. The combustor includes a combustor head end having a burner assembly, a combustor exit and a combustor wall, the combustor wall extending from the combustor head end to the combustor exit, and a primary zone and a secondary zone. The secondary zone is arranged in the main flow direction of the hot gas downstream of the primary zone. Along the periphery of the combustion chamber injectors opening into the secondary zone are arranged, which form a second axial stage of the combustion system.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer, eine Brennkammer sowie eine Gasturbine mit mindestens einer derartigen Brennkammer zur Verfügung zu stellen, mit dem/der eine Reduzierung der Emissionen von Stickoxiden (NOx) und niedrige CO-Emissionen erreicht werden kann.The invention has for its object to provide an injector for introducing a fuel-air mixture in a combustion chamber, a combustion chamber and a gas turbine with at least one such combustion chamber, with the / a reduction in emissions of nitrogen oxides (NOx) and low CO emissions can be achieved.

Die erste Aufgabe wird durch einen Injektor nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe wird durch eine Brennkammer nach Anspruch 8 gelöst. Die dritte Aufgabe wird durch eine Gasturbine nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The first object is achieved by an injector according to claim 1, the second object is achieved by a combustion chamber according to claim 8. The third object is achieved by a gas turbine according to claim 15. The dependent claims contain further advantageous embodiments of the invention.

Der erfindungsgemäße Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer umfasst eine Längsachse und eine Anzahl gekrümmter, also nicht gerader, insbesondere bogenförmiger, Strömungskanäle. Unter dem Begriff "bogenförmig" wird dabei "in der Form mindestens eines Bogens gekrümmt", beispielsweise auch S-förmig gekrümmt, verstanden. Jeder Strömungskanal umfasst eine Brennstoffeinlassöffnung, eine Anzahl Lufteinlassöffnungen und eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung. Dabei ist die Brennstoffeinlassöffnung mit einem Brennstoffverteiler verbunden. Die Brennstoffeinlassöffnung kann zudem eine Mittelachse aufweisen, die senkrecht oder parallel zur Längsachse des Injektors verläuft. Die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung weist eine Mittelachse auf, die senkrecht zur Längsachse des Injektors verläuft. Die Lufteinlassöffnungen weisen jeweils eine Mittelachse auf, die parallel zur Längsachse des Injektors verläuft.The injector according to the invention for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber comprises a longitudinal axis and a number of curved, ie not straight, in particular arcuate, flow channels. The term "arcuate" is "curved in the form of at least one arc", for example, also S-shaped curved, understood. Each flow channel comprises a fuel inlet opening, a number of air inlet openings and a fuel-air mixture outlet opening. In this case, the fuel inlet opening is connected to a fuel distributor. The fuel inlet opening may also have a central axis which runs perpendicular or parallel to the longitudinal axis of the injector. The fuel-air mixture outlet port has a central axis that is perpendicular to the longitudinal axis of the injector. The air inlet openings each have a central axis which runs parallel to the longitudinal axis of the injector.

Durch die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnungen kann ein in den Strömungskanälen erzeugtes Brennstoff-Luft-Gemisch in eine Brennkammer, beispielsweise in eine Sekundärstufe einer Brennkammer, eingebracht werden. Durch die gebogene, beispielsweise auch S-förmig gebogene, Form der Strömungskanäle wird eine große Mischlänge auf kleinem zur Verfügung stehendem Raum erreicht.Through the fuel-air mixture outlet openings, a fuel-air mixture generated in the flow channels can be introduced into a combustion chamber, for example into a secondary stage of a combustion chamber. Due to the curved, for example, also S-shaped curved shape of the flow channels a large mixing length is achieved on a small available space.

Vorteilhafterweise kann der Injektor derart an der Brennkammer anordenbar sein, dass seine Längsachse im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Brennkammer verläuft. Insbesondere kann die Längsachse des Injektors mit einer Längsachse der Brennkammer zusammenfallen.Advantageously, the injector can be arranged on the combustion chamber such that its longitudinal axis extends substantially parallel to a longitudinal axis of the combustion chamber. In particular, the longitudinal axis of the injector may coincide with a longitudinal axis of the combustion chamber.

Vorteilhafterweise sind die Lufteinlassöffnungen eines Strömungskanals in mindestens einer Reihe angeordnet. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Mischung des durch die Brennstoffeinlassöffnung in den Strömungskanal eingebrachten Brennstoffes mit der durch die Lufteinlassöffnungen in den Strömungskanal eingebrachten Luft erzielt.Advantageously, the air inlet openings of a flow channel are arranged in at least one row. In this way, a continuous mixing of the fuel introduced into the flow channel through the fuel inlet opening with the air introduced into the flow channel through the air inlet openings is achieved.

Die Lufteinlassöffnungen können einen kreisförmigen Querschnitt haben. Sie können insbesondere als Bohrungen ausgestaltet sein. Eine Reihe Lufteinlassöffnungen kann vorzugsweise spiralförmig verlaufen, beispielsweise spiralförmig in Bezug auf eine zur Längsachse des Injektors parallel verlaufende Achse. Jeder Strömungskanal kann insbesondere eine zumindest teilweise gekrümmte oder bogenförmig verlaufende Mittellinie aufweisen und die mindestens eine Reihe der Lufteinlassöffnungen kann parallel zu der Mittellinie des Strömungskanals verlaufen.The air inlet openings may have a circular cross-section. In particular, they can be designed as bores. A number of air inlet openings may preferably run in a spiral, for example spirally with respect to an axis parallel to the longitudinal axis of the injector. Each flow channel can in particular one at least have at least one row of the air inlet openings parallel to the center line of the flow channel.

Weiterhin kann der Brennstoffverteiler ringförmig ausgestaltet sein. Der Brennstoffverteiler kann insbesondere bezüglich der Längsachse des Injektors radial außerhalb der gekrümmten, insbesondere bogenförmigen, Strömungskanäle angeordnet sein. Alternativ dazu, kann der Brennstoffverteiler in axialer Richtung neben den bogenförmigen Strömungskanälen angeordnet sein.Furthermore, the fuel distributor can be designed annular. The fuel distributor may be arranged radially outside of the curved, in particular arcuate, flow channels, in particular with respect to the longitudinal axis of the injector. Alternatively, the fuel distributor can be arranged in the axial direction next to the arcuate flow channels.

Die gekrümmten, beispielsweise bogenförmigen, Strömungskanäle können einen Krümmungswinkel größer als 0° und kleiner als 180°, beispielsweise zwischen 10° und 90°, vorteilhafterweise zwischen 30° und 60°, aufweisen. Zudem kann mindestens einer der gekrümmten, insbesondere bogenförmigen, Strömungskanäle eine Krümmungsachse aufweisen, die parallel zur Längsachse des Injektors verläuft. Vorzugsweise verlaufen alle Krümmungsachsen der Strömungskanäle parallel zur Längsachse des Injektors.The curved, for example, arcuate, flow channels may have a curvature angle greater than 0 ° and less than 180 °, for example between 10 ° and 90 °, advantageously between 30 ° and 60 °. In addition, at least one of the curved, in particular arcuate, flow channels can have a curvature axis that runs parallel to the longitudinal axis of the injector. Preferably, all the axes of curvature of the flow channels are parallel to the longitudinal axis of the injector.

Der Injektor kann zum Beispiel zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Scheiben umfassen. Dabei können die Scheiben die Seitenwände der Strömungskanäle und die Lufteinlassöffnungen umfassen oder insbesondere die Seitenwände der Strömungskanäle bilden. Zudem kann ein ringförmiger Brennstoffverteiler über die zwei parallel angeordneten Scheiben mit einer Brennkammer, beispielsweise mit dem Liner einer Brennkammer bzw. der Brennraumwand, fest verbunden sein. Die Lufteinlassöffnungen können in den Scheiben in Form von Luftbohrungen spiralförmig in mehreren Reihen angeordnet sein. Mehrere Seitenwände zwischen den beiden Scheiben können die einzelnen Strömungskanäle oder Mischkanäle voneinander trennen.For example, the injector may comprise two disks arranged substantially parallel to each other. In this case, the discs may comprise the side walls of the flow channels and the air inlet openings or in particular form the side walls of the flow channels. In addition, an annular fuel distributor can be firmly connected via the two disks arranged in parallel with a combustion chamber, for example with the liner of a combustion chamber or the combustion chamber wall. The air inlet openings may be spirally arranged in the disks in the form of air holes in several rows. Several side walls between the two discs can separate the individual flow channels or mixing channels.

Der Brennstoff kann über mehrere Brennstoffeinlassöffnungen, beispielsweise in Form von Bohrungen, auf der Innenseite des Brennstoffverteilers in Bezug auf die Längsachse des Injektors in die Mischkanäle eingedüst werden. Die Luft kann senkrecht durch die spiralförmig angeordneten Luftbohrungen zu der Brennstoffströmung hinzugegeben und mit dieser vermischt werden. Das Brennstoff-Luft-Gemisch gelangt dann in den Brennraum einer Brennkammer durch mehrere Öffnungen, beispielsweise Bohrungen, und entzündet sich dort.The fuel can be injected via several fuel inlet openings, for example in the form of bores, on the inside of the fuel distributor with respect to the longitudinal axis of the injector in the mixing channels. The air may be added perpendicular to and mixed with the fuel flow vertically through the spirally disposed air holes. The fuel-air mixture then passes into the combustion chamber of a combustion chamber through a plurality of openings, such as holes, and ignites there.

Die erfindungsgemäße Brennkammer umfasst mindestens einen zuvor beschriebenen Injektor. Die Brennkammer kann eine Längsachse, ein Brennkammerkopfende, einen Brennkammerausgang und eine Brennkammerwand, die sich vom Brennkammerkopfende zum Brennkammerausgang erstreckt, umfassen. Sie kann zudem eine Primärzone und eine Sekundärzone, die in Hauptströmungsrichtung des Heißgases stromabwärts der Primärzone angeordnet ist, umfassen. Der mindestens eine Injektor kann im Bereich der Sekundärzone derart an der Brennkammerwand angeordnet sein, dass die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnungen in die Sekundärzone münden. Dabei kann der Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in die Sekundärzone dienen.The combustion chamber according to the invention comprises at least one previously described injector. The combustor may include a longitudinal axis, a combustor head end, a combustor exit, and a combustor wall extending from the combustor head end to the combustor exit. It may further include a primary zone and a secondary zone disposed in the main flow direction of the hot gas downstream of the primary zone. The at least one injector may be arranged in the region of the secondary zone on the combustion chamber wall such that the fuel-air mixture outlet openings open into the secondary zone. In this case, the injector can serve for introducing a fuel-air mixture into the secondary zone.

Die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnungen können voneinander beabstandet entlang einer Umfangslinie an der Brennkammerwand angeordnet sein.The fuel-air mixture outlet ports may be spaced from each other along a circumferential line on the combustion chamber wall.

Weiterhin kann die Brennkammer einen Liner-Bereich umfassen, der den mindestens einen Injektor umfasst. Der Liner-Bereich kann sich in Hauptströmungsrichtung an die Primärzone anschließen. An den Liner-Bereich kann sich ein Übergangsbereich zum Brennkammerausgang anschließen. Der mindestens eine Injektor kann an dem Liner-Bereich angeordnet sein oder einstückig mit dem Liner-Bereich ausgestaltet sein. Zudem kann der Liner-Bereich eine Längsachse umfassen, die mit der Längsachse des Injektors zusammenfällt. Die Längsachse des Injektors kann auch parallel zur Längsachse des Liner-Bereichs verlaufen.Furthermore, the combustion chamber may include a liner region that includes the at least one injector. The liner region can connect to the primary zone in the main flow direction. At the liner area, a transition area may connect to the combustor exit. The at least one injector may be arranged at the liner area or be configured in one piece with the liner area. In addition, the liner region may comprise a longitudinal axis which coincides with the longitudinal axis of the injector. The longitudinal axis of the Injector can also run parallel to the longitudinal axis of the liner area.

Der Liner-Bereich kann lediglich einen Bereich der Brennkammer bilden oder als separates Bauteil ausgestaltet sein. Er kann zwischen der Primärzone und dem Brennkammerausgang angeordnet sein, beispielsweise im Bereich der Sekundärzone.The liner region can only form a region of the combustion chamber or be designed as a separate component. It can be arranged between the primary zone and the combustion chamber outlet, for example in the region of the secondary zone.

Vorzugsweise ist mindestens ein erfindungsgemäßer Injektor an der Brennkammerwand im Bereich der Sekundärzone angeordnet. Durch die kombinierte Eindüsung von Luft und Brennstoff in die Sekundärzone wird eine sogenannte "luftgestützte Axialstufe" realisiert.Preferably, at least one injector according to the invention is arranged on the combustion chamber wall in the region of the secondary zone. Through the combined injection of air and fuel into the secondary zone, a so-called "air-assisted axial stage" is realized.

Bei der Brennkammer kann es sich um eine Rohrbrennkammer oder eine Ringbrennkammer handeln. An dem Brennkammerkopfende kann mindestens ein Brenner angeordnet sein.The combustion chamber may be a tube combustion chamber or an annular combustion chamber. At least one burner may be arranged at the end of the combustion chamber.

Grundsätzlich wird die Primärzone durch den Bereich bestimmt, in welchem innerhalb der Brennkammer der über den Brenner zugeführte Brennstoff primär verbrannt wird. Die Sekundärzone zeichnet sich dadurch aus, dass in ihr das in der Primärzone erzeugte Heißgas weiter, möglichst vollständig, ausgebrannt wird. Dabei kann die Sekundärzone grundsätzlich an jeder beliebigen Position zwischen der Primärzone und dem Brennkammerausgang angeordnet sein.In principle, the primary zone is determined by the area in which the fuel supplied via the burner is primarily burned within the combustion chamber. The secondary zone is characterized by the fact that in it the hot gas generated in the primary zone is further burned out as completely as possible. In this case, the secondary zone can in principle be arranged at any desired position between the primary zone and the combustion chamber exit.

Die luftgestützte Axialstufe an sich hat bereits mehrere Vorteile. Durch ein Vormischen von Brennstoff und Luft außerhalb des Brennraums wie bei konventioneller Brennertechnologie können die entstehenden Spitzentemperaturen und damit die NOx-Emissionen verringert werden. Durch die niedrigeren Verweilzeiten in der Sekundärzone und bis zum Turbineneintritt ergeben sich weiterhin niedrigere Gesamt-NOx-Emissionen. Es werden zudem keine zusätzlichen Medien benötigt, sondern ein Betrieb erfolgt nur mit der vom Verdichteraustritt stammenden Luft, welche mit Brennstoff in der axialen Stufe zu einem Gemisch aufbereitet wird. Daher ist das entstehende System robust und stabil verfügbar.The airborne axial stage itself has several advantages. By premixing fuel and air outside the combustion chamber as with conventional burner technology, the resulting peak temperatures and thus NOx emissions can be reduced. Lower residence times in the secondary zone and turbine entry continue to result in lower overall NOx emissions. In addition, no additional media are needed, but an operation takes place only with the originating from the compressor outlet air, which with fuel in the axial stage to a mixture is processed. Therefore, the resulting system is robust and stable available.

Weiterhin kann durch eine geeignete Fahrweise die Beaufschlagung der Axialstufe mit Brennstoff erst bei relativ hohen Lasten erfolgen. Bei niedrigeren Lasten wird die Brennstoffzufuhr zur axialen Stufe komplett abgeschaltet und diese verhält sich dann wie ein Luftbypass. Dadurch kann die Primärzone selbst bei sehr tiefen Lasten mit einer hohen lokalen Flammentemperatur betrieben werden, welche für einen guten Ausbrand und entsprechend niedrige CO-Emissionen sorgt. Die luftgestützte Axialstufe dient daher gleichermaßen einer Erweiterung des Betriebsbereiches des Verbrennungssystems zu niedrigeren und höheren Lasten.Furthermore, can be done by a suitable driving the admission of the axial stage with fuel only at relatively high loads. At lower loads, the fuel supply to the axial stage is completely shut off and then behaves like an air bypass. This allows the primary zone to operate at very low loads with a high local flame temperature, which ensures good burnout and low CO emissions. The airborne axial stage therefore equally serves to expand the operating range of the combustion system to lower and higher loads.

Die vorliegende Erfindung hat darüber hinaus folgende spezielle Vorteile: Durch die gekrümmte, insbesondere spiralförmige Anordnung kann eine lange Mischlänge in den Strömungskanälen des Injektors trotz kompakter Bauweise erzielt werden. Dabei wird eine hohe Vormischgüte auf kleinem zur Verfügung stehendem Raum erreicht. Die Drallerzeugung sorgt für die Generierung zusätzlicher Gradienten und Scherschichten und somit für eine bessere Durchmischung mit der Hauptströmung. Durch ein gleichmäßigeres Turbineneintrittsprofil werden Emissionen gesenkt. Weiterhin wird eine einfache und kostengünstige Bauweise der Leitschaufeln der ersten Turbinenstufe (TLe 1) ermöglicht. Darüber hinaus eröffnet die vorliegende Erfindung großes Potenzial für eine Kühllufteinsparung und gegebenenfalls Sparpotenzial durch Verzicht auf die Leitschaufeln der ersten Turbinenstufe (TLe 1).The present invention also has the following special advantages: Due to the curved, in particular spiral-shaped arrangement, a long mixing length can be achieved in the flow channels of the injector despite its compact design. This achieves a high premix quality on a small available space. The swirl generation provides for the generation of additional gradients and shear layers and thus for a better mixing with the main flow. A smoother turbine entry profile reduces emissions. Furthermore, a simple and inexpensive construction of the guide vanes of the first turbine stage (TLe 1) is made possible. In addition, the present invention opens up great potential for saving cooling air and possibly saving potential by dispensing with the vanes of the first turbine stage (TLe 1).

Die erfindungsgemäße Gasturbine umfasst eine zuvor beschriebene Brennkammer. Sie hat dieselben Eigenschaften und Vorteile wie die zuvor beschriebene Brennkammer.The gas turbine according to the invention comprises a combustion chamber described above. It has the same characteristics and advantages as the combustion chamber described above.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Die Ausführungsbeispiele schränken den durch die Patentansprüche bestimmten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht ein. Alle beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander vorteilhaft.

Figur 1
zeigt beispielhaft eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt;
Figur 2
zeigt schematisch eine Ringbrennkammer einer Gasturbine;
Figur 3
zeigt schematisch einen Teil einer Rohrbrennkammer in einer teilweise perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht;
Figur 4
zeigt einen Ausschnitt der bereits in der Figur 3 teilweise gezeigten Brennkammer in perspektivischer und geschnittener Ansicht;
Figur 5
zeigt schematisch den Liner-Bereich mit einem erfindungsgemäßen Injektor in perspektivischer Ansicht;
Figur 6
zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Injektors in teilweise perspektivischer Ansicht senkrecht zur Längsachse des Injektors;
Figur 7
zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Injektors in teilweise perspektivischer Ansicht parallel zur Längsachse des Injektors;
Figur 8
zeigt schematisch einen Teilbereich einer alternativen Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Injektors;
Figur 9
zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Injektors senkrecht zur Längsachse des Injektors.
Further features, properties and advantages of the present invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. The embodiments do not limit the scope of the present invention as defined by the claims. All features described are advantageous both individually and in any combination with each other.
FIG. 1
shows by way of example a gas turbine in a longitudinal partial section;
FIG. 2
schematically shows an annular combustion chamber of a gas turbine;
FIG. 3
schematically shows a part of a tube combustion chamber in a partially perspective and partially sectioned view;
FIG. 4
shows a section of the already in the FIG. 3 partially shown combustion chamber in perspective and sectional view;
FIG. 5
schematically shows the liner area with an injector according to the invention in a perspective view;
FIG. 6
schematically shows a section through a portion of an injector according to the invention in a partially perspective view perpendicular to the longitudinal axis of the injector;
FIG. 7
schematically shows a section through a portion of an injector according to the invention in part perspective view parallel to the longitudinal axis of the injector;
FIG. 8
schematically shows a portion of an alternative embodiment of an injector according to the invention;
FIG. 9
schematically shows a section through a portion of an injector according to the invention perpendicular to the longitudinal axis of the injector.

Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.The FIG. 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section. The gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.

Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th

Die Brennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.The combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example. There, for example, four turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.

Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen, folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. When viewed in the flow direction of a working medium 113, the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115 is followed by a row 125 formed of rotor blades 120.

Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.The guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.

An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).

Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.During operation of the gas turbine 100, air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104. The compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel. The mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.

Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.The components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100. The guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.

Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.

Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufeln 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.As the material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110, for example, iron, nickel or cobalt-based superalloys are used.

Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.The vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner casing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane root. The vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Die Figur 2 zeigt schematisch eine Brennkammer 110 einer Gasturbine. Die gezeigte Brennkammer 110 ist als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um eine Längsachse der Brennkammer 102 herum angeordneten Brennern 107 in einen gemeinsamen Brennkammerraum 154 münden, die Flammen erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Längsachse 102 herum positioniert ist.The FIG. 2 schematically shows a combustion chamber 110 of a gas turbine. The combustor 110 shown is configured as a so-called annular combustor in which a plurality of burners 107 circumferentially disposed about a longitudinal axis of the combustor 102 open into a common combustor chamber 154 which generates flames. For this purpose, the combustion chamber 110 is configured in its entirety as an annular structure which is positioned around the longitudinal axis 102.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000°C bis 1600°C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, ist die Brennkammerwand 153 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite mit einer aus Hitzeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. In order to enable a comparatively long service life even with these, for the materials unfavorable operating parameters, the combustion chamber wall 153 is provided on its side facing the working medium M side with an inner lining formed from heat shield elements 155.

Die Figur 3 zeigt schematisch einen Teil einer Brennkammer in einer teilweise perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht. Die Brennkammer umfasst eine Brennkammerwand 1 und einen Brennkammerausgang 6. Die Hauptströmungsrichtung des Heißgases in der Brennkammer während des Betriebs der Brennkammer ist durch einen Pfeil 3 gekennzeichnet.The FIG. 3 schematically shows a part of a combustion chamber in a partially perspective and partially sectioned view. The combustion chamber comprises a combustion chamber wall 1 and a combustion chamber outlet 6. The main flow direction of the hot gas in the combustion chamber during operation of the combustion chamber is indicated by an arrow 3.

Die Brennkammer umfasst weiterhin eine Primärzone 4, in der der vom Brenner in die Brennkammer eingebrachte Brennstoff verbrannt wird. An die Primärzone schließt sich in Strömungsrichtung 3 eine Sekundärzone 5 an. In der Sekundärzone 5 wird das Heißgas aus der Primärzone 4 weiter abgebrannt. Dies erfolgt durch zusätzliches Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches 14 in die Sekundärzone 5 mit Hilfe von Injektoren 8.The combustion chamber further comprises a primary zone 4, in which the fuel introduced from the burner into the combustion chamber is burned. A secondary zone 5 adjoins the primary zone in the direction of flow 3. In the secondary zone 5, the hot gas from the primary zone 4 is further burned off. This is done by additionally introducing a fuel-air mixture 14 in the secondary zone 5 by means of injectors. 8

Die Injektoren 8 umfassen eine Luftzufuhr 13 und einen in die Brennkammer mündenden Ausgang 9. Weiterhin ist im Inneren jedes Injektors 8 eine Brennstoffdüse 10 angeordnet. Die Brennstoffdüse 10 ist mit einem Brennstoffverteiler 11, vorzugsweise einem ringförmigen, Brennstoffverteiler 11, verbunden. Mit Hilfe der Brennstoffdüse 10 wird Brennstoff in das Innere des Injektors 8 eingedüst und auf diese Weise im Inneren des Injektors 8 ein Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt. Das so erzeugte Brennstoff-Luft-Gemisch wird dann durch den Injektorausgang bzw. die Eindüsöffnung 9 in die Brennkammer im Bereich der Sekundärzone 5 eingedüst.The injectors 8 comprise an air supply 13 and an outlet 9 opening into the combustion chamber. Furthermore, a fuel nozzle 10 is arranged in the interior of each injector 8. The fuel nozzle 10 is connected to a fuel distributor 11, preferably an annular fuel distributor 11. With the help of the fuel nozzle 10, fuel is injected into the interior of the injector 8 and in this way generates a fuel-air mixture in the interior of the injector 8. The fuel-air mixture thus produced is then injected through the injector outlet or the injection opening 9 into the combustion chamber in the region of the secondary zone 5.

In der Figur 3 sind zwischen der Primärzone 4 und dem Brennkammerausgang 6 ein Liner-Bereich 7 und ein Übergangsbereich 25 angeordnet, die in der Figur 3 jeweils als separate Bauteile ausgestaltet sind. Zwischen der Primärzone 4 und dem Liner-Bereich 7 ist mindestens ein Dichtungsring 12 angeordnet. Weiterhin ist auch zwischen dem Liner-Bereich 7 und dem Übergangsbauelement 25 wenigstens ein Dichtungsring 12 angeordnet. Die Injektoren 8 sind mit dem Liner-Bereich 7 verbunden. Die Injektorausgänge bzw. Eindüsöffnungen 9 münden im Bereich des Liner-Bereichs 7 in die Sekundärzone 5 der Brennkammer.In the FIG. 3 are arranged between the primary zone 4 and the combustion chamber exit 6, a liner region 7 and a transition region 25 which in the FIG. 3 are each designed as separate components. Between the primary zone 4 and the liner area 7 at least one sealing ring 12 is arranged. Furthermore, at least one sealing ring 12 is also arranged between the liner region 7 and the transitional component 25. The injectors 8 are connected to the liner area 7. The injector or injection ports 9 open in the region of the liner region 7 in the secondary zone 5 of the combustion chamber.

Die Figur 4 zeigt einen Ausschnitt der bereits in der Figur 3 teilweise gezeigten Brennkammer in perspektivischer und geschnittener Ansicht. Zusätzlich zu den bereits in der Figur 3 gezeigten und in diesem Zusammenhang beschriebenen Bauelementen ist in der Figur 4 eine Brennstoffzufuhr 15 gezeigt, die den Brennstoffverteiler 11 mit Brennstoff versorgt.The FIG. 4 shows a section of the already in the FIG. 3 partially shown combustion chamber in perspective and sectional view. In addition to those already in the FIG. 3 shown and described in this context is in the FIG. 4 a fuel supply 15 is shown, which supplies the fuel distributor 11 with fuel.

Die Figur 5 zeigt schematisch den Liner-Bereich mit einem erfindungsgemäßen Injektor 28, der im Folgenden als Spiralinjektor bezeichnet wird, in perspektivischer Ansicht. Der Liner-Bereich 7 umfasst eine äußere Oberfläche 32, an der der Spiralinjektor 28 angeordnet ist.The FIG. 5 schematically shows the liner region with an injector 28 according to the invention, which is referred to below as Spiralinjektor, in a perspective view. The liner region 7 comprises an outer surface 32 on which the spiral injector 28 is arranged.

Der Spiralinjektor 28 umfasst Austrittsöffnungen 9, durch die das innerhalb des Spiralinjektors 28 erzeugte Brennstoff-Luft-Gemisch in das Innere der Brennkammer eingeleitet wird. In dem in der Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Austrittsöffnungen 9 eine rechteckige, beispielsweise quadratische, Form. Alternativ dazu, können sie auch einen kreisförmigen Querschnitt haben.The spiral injector 28 comprises outlet openings 9, through which the fuel-air mixture generated within the spiral injector 28 is introduced into the interior of the combustion chamber. In the in the FIG. 5 embodiment shown have the Outlet openings 9 a rectangular, for example square, shape. Alternatively, they may also have a circular cross-section.

Der Spiralinjektor 28 umfasst einen ringförmigen Brennstoffverteiler 41, der um die äußere Oberfläche 32 des Liner-Bereichs 7 herum angeordnet ist. Der ringförmige Brennstoffverteiler 41 bildet in der hier gezeigten Ausführungsvariante zugleich den in Bezug auf die Längsachse oder Mittelachse 44 des Liner-Bereichs 7 den radial außen angeordneten Bereich des Spiralinjektors 28. Die Mittelachse oder Längsachse 44 des Liner-Bereichs 7 entspricht dabei der Mittelachse oder Längsachse des erfindungsgemäßen Injektors 28.The spiral injector 28 includes an annular fuel manifold 41 disposed about the outer surface 32 of the liner region 7. The annular fuel distributor 41 forms in the embodiment variant shown here at the same time with respect to the longitudinal axis or central axis 44 of the liner region 7 radially outwardly disposed portion of the Spiralinjektors 28. The central axis or longitudinal axis 44 of the liner region 7 corresponds to the central axis or longitudinal axis of the injector 28 according to the invention.

Der ringförmige Brennstoffverteiler 41 umfasst mindestens eine Brennstoffzufuhr 45. In der Figur 5 sind zwei Brennstoffzufuhreinrichtungen 45 einander in Bezug auf die Längsachse 44 des Injektors gegenüberliegend angeordnet.The annular fuel distributor 41 comprises at least one fuel supply 45. In the FIG. 5 two fuel supply means 45 are arranged opposite each other with respect to the longitudinal axis 44 of the injector.

Der Spiralinjektor 28 umfasst weiterhin zwischen dem Brennstoffverteiler 41 und der äußeren Oberfläche 32 angeordnete Strömungskanäle oder Injektorkanäle 48 (siehe dazu Figuren 6 und 7). Die Injektorkanäle 48 sind dabei in einem scheibenförmigen Bereich, der die äußere Oberfläche 32 des Liner-Bereichs 7 mit dem ringförmigen Brennstoffverteiler 41 verbindet, angeordnet. Die äußere Oberfläche 50 des Spiralinjektors 28, die sich zwischen dem ringförmigen Brennstoffverteiler 41 und dem Liner-Bereich 7 befindet, umfasst eine Anzahl Luftbohrungen 42.The spiral injector 28 further comprises flow channels or injector channels 48 arranged between the fuel distributor 41 and the outer surface 32 (see FIGS. 6 and 7 ). In this case, the injector channels 48 are arranged in a disk-shaped region which connects the outer surface 32 of the liner region 7 to the annular fuel distributor 41. The outer surface 50 of the spiral injector 28, which is located between the annular fuel distributor 41 and the liner region 7, comprises a number of air holes 42.

Die Luftbohrungen 42 sind vorzugsweise auf beiden Seiten des Spiralinjektors, also an der stromaufwärts und der stromabwärts gelegenen Oberfläche 50 in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 3 vorgesehen. Die Luftbohrungen 42 sind in einzelnen Reihen nebeneinander angeordnet. Jede Luftbohrungsreihe ist einem Injektorkanal 48 zugeordnet. Der jeweilige Injektorkanal 48 und entsprechend die jeweilige Luftbohrungsreihe hat eine gebogene, vorzugsweise spiralförmig zur Mittelachse 44 hin führende Form.The air holes 42 are preferably provided on both sides of the spiral injector, that is, on the upstream and downstream surfaces 50 with respect to the main flow direction 3. The air holes 42 are arranged side by side in individual rows. Each row of air holes is assigned to an injector channel 48. The respective injector channel 48 and corresponding to the respective air hole row has a curved, preferably spiral shape leading to the central axis 44 towards.

Die Lufteinlassöffnungen oder Luftbohrungen 42 weisen jeweils eine Mittelachse 54 auf, die parallel zur Längsachse 44 des Injektors verläuft.The air inlet openings or air bores 42 each have a central axis 54, which runs parallel to the longitudinal axis 44 of the injector.

In den Figuren 6 und 7 sind jeweils Schnitte durch Teilbereiche eines erfindungsgemäßen Spiralinjektors 28 in teilweise perspektivischer Ansicht gezeigt. Dabei verläuft der in der Figur 6 gezeigte Schnitt senkrecht zur Längsachse 44 des Injektors und der in der Figur 7 gezeigte Schnitt parallel zur Längsachse 44.In the FIGS. 6 and 7 In each case, sections through partial regions of a spiral injector 28 according to the invention are shown in a partially perspective view. It runs in the FIG. 6 shown section perpendicular to the longitudinal axis 44 of the injector and in the FIG. 7 shown section parallel to the longitudinal axis 44th

Der durch den ringförmigen Brennstoffverteiler 41 zu den Injektorkanälen 48 geleitete Brennstoff wird in Strömungsrichtung 46 in die Injektorkanäle 48 eingeführt. Über die Luftbohrungen 42 wird den Injektorkanälen 48 gleichzeitig Luft zugeführt. Dadurch wird im Inneren der Injektorkanäle 48 ein Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, welches anschließend durch die Austrittsöffnungen 9 in die Brennkammer eingeleitet wird. Die einzelnen Injektorkanäle 48 sind durch Seitenwände 49 voneinander abgegrenzt.The fuel conducted through the annular fuel distributor 41 to the injector channels 48 is introduced into the injector channels 48 in the flow direction 46. Air is supplied to the injector channels 48 via the air bores 42 at the same time. As a result, a fuel-air mixture is generated in the interior of the injector channels 48, which is then introduced through the outlet openings 9 into the combustion chamber. The individual injector channels 48 are delimited from each other by side walls 49.

Der Spiralinjektor 28 ist senkrecht zum Liner-Bereich 7, also senkrecht zur Mittelachse 44 des Liner-Bereichs 7, installiert, wobei die Längsachse 44 des Injektors, die auch mit Mittelachse 44 des Injektors bezeichnet werden kann, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit der Mittelachse des Liners zusammenfällt. Der ringförmige Brennstoffverteiler 41 wird beispielsweise über zwei parallel angeordnete Scheiben mit dem Liner-Bereich 7 fest verbunden. In diesen Scheiben sind die Luftbohrungen 42 spiralförmig oder bogenförmig in mehreren Reihen angeordnet. Mehrere Seitenwände 49 zwischen den beiden Scheiben trennen unterschiedliche Mischkanäle bzw. Injektorkanäle 48 voneinander. Der Brennstoff wird über mehrere Öffnungen, beispielsweise Bohrungen 43, auf der Innenseite des Brennstoffverteilers 41 in die Mischkanäle 48 eingedüst. Die Luft wird senkrecht durch die spiralförmig angeordneten Luftbohrungen 42 zu der Brennstoffströmung 46 hinzugegeben und vermischt. Das Brennstoff-Luft-Gemisch gelangt anschließend in den Brennraum durch mehrere Öffnungen 9, beispielsweise Bohrungen, im Liner-Bereich 7 und entzündet sich dort.The spiral injector 28 is perpendicular to the liner region 7, that is perpendicular to the central axis 44 of the liner region 7, installed, wherein the longitudinal axis 44 of the injector, which can also be referred to the central axis 44 of the injector, in the illustrated embodiment with the central axis of the injector Liners coincides. The annular fuel distributor 41 is fixedly connected to the liner area 7, for example, via two disks arranged in parallel. In these discs, the air holes 42 are arranged spirally or arcuately in a plurality of rows. A plurality of side walls 49 between the two discs separate different mixing channels or injector channels 48 from each other. The fuel is through several openings, such as holes 43, on the inside of the fuel distributor 41 in the mixing channels 48th injected. The air is added and mixed vertically through the spirally arranged air holes 42 to the fuel flow 46. The fuel-air mixture then passes into the combustion chamber through a plurality of openings 9, for example holes, in the liner area 7 and ignites there.

Die Brennstoffeinlassöffnungen 43 weisen jeweils eine Mittelachse 55 auf, die senkrecht, insbesondere tangential, zur Mittelachse 44 des Injektors verläuft.The fuel inlet openings 43 each have a central axis 55, which extends perpendicularly, in particular tangentially, to the central axis 44 of the injector.

Die Figur 8 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante, in welcher der Brennstoffverteiler 41 in Bezug auf die Längsachse 44 des Injektors 8 in axialer Richtung neben den bogenförmigen Strömungskanälen 48 angeordnet ist. Die Strömungsrichtung des Brennstoffes ist mit der Bezugsziffer 51 gekennzeichnet. Die Strömungsrichtung der Luft ist mit der Bezugsziffer 52 gekennzeichnet.The FIG. 8 shows a further embodiment variant in which the fuel distributor 41 is arranged with respect to the longitudinal axis 44 of the injector 8 in the axial direction adjacent to the arcuate flow channels 48. The direction of flow of the fuel is identified by the reference numeral 51. The direction of flow of the air is indicated by the reference numeral 52.

Die Figur 9 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Teilbereich eines erfindungsgemäßen Injektors senkrecht zur Mittelachse. In der in der Figur 9 gezeigten Ausführungsvariante sind abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten die Injektorkanäle 48 S-förmig ausgestaltet. Zudem sind die Lufteinlassöffnungen 42 S-förmig angeordnet.The FIG. 9 schematically shows a section through a portion of an injector according to the invention perpendicular to the central axis. In the in the FIG. 9 variant shown differently from the previously described embodiments, the injector 48 are configured S-shaped. In addition, the air inlet openings 42 are arranged in an S shape.

Claims (16)

1. Injektor (8) zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer,
dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (8) eine Längsachse (44) und eine Anzahl gekrümmter Strömungskanäle (48) umfasst, wobei jeder Strömungskanal (48) eine Brennstoffeinlassöffnung (43), eine Anzahl Lufteinlassöffnungen (42) und eine Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung (9) umfasst, wobei die Brennstoffeinlassöffnung (43) mit einem Brennstoffverteiler (41) verbunden ist und die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnung (9) eine Mittelachse aufweist, die senkrecht zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft, die Lufteinlassöffnungen (42) jeweils eine Mittelachse (54) aufweisen, die parallel zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft.
1. injector (8) for introducing a fuel-air mixture into a combustion chamber,
characterized in that the injector (8) comprises a longitudinal axis (44) and a number of curved flow channels (48), each flow channel (48) having a fuel inlet (43), a number of air inlet openings (42) and a fuel / air mixture (48). Exhaust port (9), wherein the fuel inlet port (43) is connected to a fuel distributor (41) and the fuel-air mixture outlet port (9) has a central axis which is perpendicular to the longitudinal axis (44) of the injector (8), the air inlet openings (42) each have a central axis (54) which runs parallel to the longitudinal axis (44) of the injector (8).
2. Injektor (8) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (8) derart an einer Brennkammer anordenbar ist, dass seine Längsachse (44) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (102) der Brennkammer verläuft oder mit dieser zusammenfällt.
2. Injector (8) according to claim 1,
characterized in that the injector (8) can be arranged on a combustion chamber in such a way that its longitudinal axis (44) runs essentially parallel to or coincides with a longitudinal axis (102) of the combustion chamber.
2. Injektor (8) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassöffnungen (42) eines Strömungskanals in mindestens einer Reihe angeordnet sind.
2. Injector (8) according to claim 1,
characterized in that the air inlet openings (42) of a flow channel are arranged in at least one row.
3. Injektor (8) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverteiler (41) ringförmig ausgestaltet ist.
3. Injector (8) according to claim 1 or claim 2,
characterized in that the fuel distributor (41) is designed annular.
4. Injektor (8) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffverteiler (41) bezüglich der Längsachse (44) des Injektors (8) radial außerhalb der gekrümmten Strömungskanäle (48) angeordnet ist oder in axialer Richtung neben den bogenförmigen Strömungskanälen (48) angeordnet ist.
4. injector (8) according to claim 3,
characterized in that the fuel distributor (41) with respect to the longitudinal axis (44) of the injector (8) radially outside of the curved flow channels (48) is arranged or arranged in the axial direction adjacent to the arcuate flow channels (48).
5. Injektor (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmten Strömungskanäle (48) einen Krümmungswinkel größer als 0° und kleiner als 180° aufweisen.
5. Injector (8) according to one of claims 1 to 4,
characterized in that the curved flow channels (48) have a curvature angle greater than 0 ° and less than 180 °.
6. Injektor (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der gekrümmten Strömungskanäle (48) eine Krümmungsachse aufweist, die parallel zur Längsachse (44) des Injektors (8) verläuft.
6. Injector (8) according to one of claims 1 to 5,
characterized in that at least one of the curved flow channels (48) has a curvature axis which runs parallel to the longitudinal axis (44) of the injector (8).
7. Injektor (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (8) zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Scheiben umfasst, wobei die Scheiben die Seitenwände (49) der Strömungskanäle (48) und die Lufteinlassöffnungen (42) umfassen.
7. Injector (8) according to one of claims 1 to 6,
characterized in that the injector (8) comprises two disks arranged substantially parallel to one another, the disks comprising the side walls (49) of the flow channels (48) and the air inlet openings (42).
8. Brennkammer, die mindestens einen Injektor (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst. 8. combustion chamber comprising at least one injector (8) according to one of claims 1 to 7. 9. Brennkammer nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer eine Längsachse (102), ein Brennkammerkopfende, einen Brennkammerausgang (6), eine Brennkammerwand (1), die sich vom Brennkammerkopfende zum Brennkammerausgang (6) erstreckt, eine Primärzone (4) und eine Sekundärzone (5), die in Hauptströmungsrichtung (3) des Heißgases stromabwärts der Primärzone (4) angeordnet ist, umfasst, und der mindestens eine Injektor (8) derart an der Brennkammerwand (1) angeordnet ist, dass die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnungen (9)in die Sekundärzone münden.
9. combustion chamber according to claim 8,
characterized in that the combustor has a longitudinal axis (102), a combustor head end, a combustor exit (6), a combustor wall (1) extending from the combustor head end to the combustor exit (6), a primary zone (4) and a secondary zone (5), which is arranged in the main flow direction (3) of the hot gas downstream of the primary zone (4), and the at least one injector (8) is arranged on the combustion chamber wall (1), that the fuel-air mixture outlet openings (9) in the secondary zone open.
10. Brennkammer nach Anspruch 8 oder Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Luft-Gemisch-Auslassöffnungen (9) entlang einer Umfangslinie an der Brennkammerwand (1) angeordnet sind.
10. combustion chamber according to claim 8 or claim 9,
characterized in that the fuel-air mixture outlet ports (9) are arranged along a circumferential line on the combustion chamber wall (1).
11. Brennkammer nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer einen Liner-Bereich (7) umfasst, der den mindestens einen Injektor (8) umfasst.
11. Combustion chamber according to one of claims 8 to 10,
characterized in that the combustion chamber comprises a liner region (7) which comprises the at least one injector (8).
12. Brennkammer nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Liner-Bereich (8) eine Längsachse (44) umfasst, die mit der Längsachse des Injektors (8) zusammenfällt.
12. combustion chamber according to claim 11,
characterized in that the liner region (8) comprises a longitudinal axis (44) which coincides with the longitudinal axis of the injector (8).
13. Brennkammer nach Anspruch 11 oder Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass der Liner-Bereich (7) als separates Bauteil ausgestaltet ist.
13. Combustion chamber according to claim 11 or claim 12,
characterized in that the liner region (7) is designed as a separate component.
14. Brennkammer nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennkammer als Ringbrennkammer (106) oder als Rohrbrennkammer ausgestaltet ist.
14. Combustion chamber according to one of claims 8 to 13,
characterized in that
the combustion chamber is designed as an annular combustion chamber (106) or as a tube combustion chamber.
15. Gasturbine (100), die eine Brennkammer nach einem der Ansprüche 8 bis 14 umfasst. 15. A gas turbine (100) comprising a combustion chamber according to any one of claims 8 to 14.
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