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WO2013029981A1 - Brennkammer für eine gasturbinenanlage - Google Patents

Brennkammer für eine gasturbinenanlage Download PDF

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WO2013029981A1
WO2013029981A1 PCT/EP2012/065849 EP2012065849W WO2013029981A1 WO 2013029981 A1 WO2013029981 A1 WO 2013029981A1 EP 2012065849 W EP2012065849 W EP 2012065849W WO 2013029981 A1 WO2013029981 A1 WO 2013029981A1
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WO
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combustion chamber
resonator
wall
combustion
air
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PCT/EP2012/065849
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Prade
Jaap Van Kampen
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Priority to US14/241,149 priority patent/US20140345283A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03042—Film cooled combustion chamber walls or domes

Definitions

  • Combustion chamber for a gas turbine system The invention relates to a combustor for a gas turbine plant according to the preamble of claim 1 and an ent ⁇ speaking formed gas turbine plant according to claim. 7
  • Gas turbine plants essentially consist of a compressor, a combustion chamber with burner and an expansion turbine. Intake air is compressed in the compressor before it is mixed with fuel in the combustion chamber, which is arranged downstream of the burner and arranged in the compressor plenum, and this mixture is burned.
  • the expansion turbine connected downstream of the combustion chamber then extracts thermal energy from the combustion exhaust gases produced in the burner and converts them into mechanical energy.
  • a with for drinks ⁇ cycle turbine couplable generator may convert this mechanical power to generate electricity in electrical energy.
  • thermoacoustically induced oscillations leading to an increased risk that thermoacoustically induced oscillations begin.
  • thermoacoustic oscillations in the combustion chamber pose a problem in the design and especially in the operation of gas turbine plants.
  • Helmholtz resonators consisting of at least one resonator tube and one resonator volume are used today for damping purposes.
  • Helmholtz resonators attenuate the amplitude of oscillations with the Helmholtz frequency as a function of the cross-sectional area and length of the resonator tube and of the resonator volume in certain frequency ranges.
  • Helmholtz resonators as damping devices for limiting thermoacoustic oscillations in combustion chambers are known, for example, from EP 1 605 209 A1 or US Pat
  • FIG 1 shows, for example, from US 2007/0125089 AI ⁇ be known array of Helmholtz resonators 20 on a ring of the combustion chamber 10 transverse to the flow direction.
  • the combustion chamber wall 10 is tubular and separates the combustion chamber 1 from the surrounding compressor plenum 2.
  • the openings 22 in the combustion chamber wall 10 between the resonator volume 21 and the combustion chamber 1 form the resonator tubes of the Helmholtz resonators.
  • Each Helmholtz resonator can - as shown in FIG 1 - have a plurality of resonator tubes or even a single Resonatorröhe.
  • ⁇ comes with it at any entry of the hot combustion gases from the combustion chamber 1 into the Helmholtz resonators 20, additional openings for the supply of barrier air are provided.
  • these are arranged to ⁇ -openings 23 on the resonator tubes 22 opposite wall of the resonator 21st
  • These openings 23 make it possible for compressed air S to flow from the compressor plenum 2 surrounding the combustion chamber into the resonator volume 21 and from there via the resonator tubes 22 into the combustion chamber 1, thereby blocking the penetration of hot combustion gases into the resonator tubes 22.
  • Helmholtz resonators with Sperr KunststoffZu exiten over the solid have the disadvantage that this, the Helmholtz resonator flowing through blocking air can reduce its damping properties so that it can lead to instability in the operation of the burner.
  • the Helmholtz resonator flowing through blocking air can reduce its damping properties so that it can lead to instability in the operation of the burner.
  • a certain sealing air velocity in the resonator tubes is not ⁇ agile to effect a secure barrier to the entering from the combustion chamber into the resonator combustion gases.
  • this type of sealing air supply requires an introduction of a large proportion of air from the Verêtrplenum, which then but not the actual
  • the object of the invention is to provide a combustion chamber embostel ⁇ len, which overcomes the disadvantages described above.
  • Blocking air flows over the resonator can be dispensed with the known from the prior art injection of sealing air through the Helmholtz resonator. Its damping Properties are thus no longer influenced by the air flowing through the sealing air, whereby a reliable damping thermoacoustic vibrations is achieved, which ultimately ⁇ Lich increases the life of the burner chamber and thus the entire gas turbine plant. In addition, less air is required from the Verêtrplenum in the invention designed according to the blocking air supply compared to the known embodiments, so that overall the NOx and CO emissions of the gas turbine plant will turn out lower.
  • FIG. 2 shows schematically a first embodiment according to the invention of a damping device
  • FIG. 3 shows schematically a second embodiment according to the invention of a damping device
  • FIG. 5 shows schematically a fourth embodiment of a damping device according to the invention.
  • the sealing air S is not performed by the damping device 20 according to the invention, but supply openings 23 'and / or 23''provided and aligned in the Brennschdung 10 that through the feed openings 23', 23 ''flowing sealing air S the resonator tube mouth M in the region of the combustion chamber inner wall almost like a film cooling flows over.
  • FIG. 2 shows a first embodiment in which the resonator tube openings M in the combustion chamber wall 10 are recessed away from the combustion chamber interior in a defined area 10 "in relation to the combustion chamber inner wall 10 ', and the feed opening 23' is aligned such that the blocking air S is almost parallel to the combustion air Flow direction of the combustion gases G is injected into the space between the surface 10 '' and the combustion chamber inner wall 10 'so that they completely overflows the recessed Resona ⁇ torröhrenmünditch M of the resonator tubes 22.
  • a barrier air film is formed which very effectively makes the penetration of hot air even with a small mass flow of blocking air
  • the axial effective range is limited by film cooling holes may as shown in FIG 3 indicates a second, the first Zuzhouöff ⁇ voltage 23 'opposite feed opening 23''be provided, which is oriented so that the sealing air S virtually In parallel to and opposite to the Flow direction of the combustion gases G is injected, so that even resonators with a larger extent in the flow direction can still be effectively blocked.
  • the combustion chamber wall 10 at the recessed surface 10 '' at the level of the internal comb ⁇ channel wall 10 'an overlap L with the recessed faces 10''on may also the extent of the resonators ⁇ factors are increased, without an additional gegenü ⁇ berridgede row barrier air holes is required.
  • the supply port is 23 'or other supply ports such as the feed shown in FIG 3 23''in the combustion chamber wall 10 are arranged as in FIG 5 that its axis A is inclined toward the Resonatorröh ⁇ renmündung M.
  • an additional impingement cooling of the resonator wall is achieved in addition to the blocking, which may be useful in particular in areas of the combustion chamber with a particularly high heat input into the combustion chamber wall.
  • FIG 2 to FIG 5 show various advantageous from ⁇ embossing, loosen the inventions to the invention idea and in combination, namely without the passage of sealing air through the damper an efficient and safe barrier against the ingress of hot gases from the combustion chamber individually or in to ensure the damping devices.
  • embodiments encompassed by the invention also include embodiments in which, unlike the embodiments shown, the purging air feeds are located so close to the resonator tube openings that they form a direct component of each of the resonator tube openings and are thus virtually integrated into each resonator tube mouth.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer (1) für eine Gasturbinenanlage, mit einer Brennkammerwandung (10), welche von Verbrennungsgasen in Richtung einer nachgeschalteten Entspannungsturbine durchströmt wird, wobei die Brennkammerwandung (10) eine Dämpfungseinrichtung (20) zum Dämpfen von, durch die Verbrennungsgase bewirkten, thermoakustischen Schwingungen aufweist, und wobei die Dämpfungseinrichtung (20) zumindest einen Helmholtz-Resonator umfasst, der so ausgebildet ist, dass sein Resonatorvolumen (21) auf der einer Brennkammerinnenwand (10') abgewandten Seite der Brennkammerwandung (10) zum Liegen kommt und zumindest eine mit dem Resonatorvolumen (21) zusammenwirkende Resonatorröhre (22) aufweist, die mit ihrer dem Resonatorvolumen (21) gegenüberliegenden Resonatorröhrenmündung (M) in der Brennkammerinnenwand (10') in die Brennkammer (1) mündet, und wobei zumindest eine Zuführ-Öffnung (23, 23', 23'') vorgesehen ist, mit der Sperrluft zum Sperren der Resonatorröhrenmündung (M) aus einem die Brennkammer umgebenden Verdichterplenum (2) eines vorschaltbaren Verdichters in die Brennkammer (1) eingebracht wird, und wobei die zumindest eine erste Zuführöffnung (23', 23'') in einem Bereich der Brennkammerwandung (10) nahe der Resonatorröhrenmündung (M) der zumindest einen Resonatorröhre (22) vorgesehen ist und so ausgerichtet ist, dass die durch die Zuführöffnung (23', 23'') strömende Sperrluft (S) die Resonatormündung (M) überströmt.

Description

Beschreibung
Brennkammer für eine Gasturbinenanlage Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbinenanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine ent¬ sprechend ausgebildete Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 7.
Gasturbinenanlagen bestehen im Wesentlichen aus einem Ver- dichter, einer Brennkammer mit Brenner und einer Entspannungsturbine. Im Verdichter wird angesaugte Luft verdichtet, bevor sie im nachgeschalteten und im Verdichterplenum angeordneten Brenner in der Brennkammer mit Brennstoff gemischt und dieses Gemisch verbrannt wird. Die der Brennkammer nach- geschaltete Entspannungsturbine entzieht dann den im Brenner entstandenen Verbrennungsabgasen thermische Energie und wandelt diese in mechanische Energie um. Ein mit der Entspan¬ nungsturbine koppelbarer Generator kann diese mechanische Energie zur Stromerzeugung in elektrische Energie umwandeln.
Heute müssen Gasturbinenanlagen, wie andere stromerzeugende Anlagen auch, in allen Lastbereichen möglichst geringe Schadstoffemissionen bei maximalem Wirkungsgrad aufweisen. Haupteinflussgrößen sind dabei die in der Brennkammer des Brenners eingestellten Massenströme des Brennstoffs, der verdichteten Luft sowie der zugeführten Kühlluft zur Kühlung der Brennerbauteile. Die Begrenzung von Schadstoffemissionen, insbesondere von NOx und unverbranntem Brennstoff meist in Form von CO, kann dabei aber zu einer Minimierung von Kühl- bzw. Le- ckageluftmenge in der Brennkammer und damit zu akustisch dämpfend wirkenden Parasitärströmungen führen. Darüber hinaus ist unter der Randbedingung der Begrenzung der Emissionen in der Regel mit einer Steigerung des Wirkungsgrades auch eine Steigerung der volumetrischen Wärmefreisetzungsdichte in der Brennkammer verbunden. Beides zusammen, das heißt Reduzierung der akustischen Dämpfung und Steigerung der Wärmefreisetzungsdichte in der Brennkammer, führt zu einem erhöhten Risiko, dass thermoakustisch induzierte Schwingungen einsetzen. Derartige thermoakustische Schwingungen in der Brennkammer stellen aber ein Problem beim Entwurf und insbesondere im Betrieb von Gasturbinenanlagen dar. Zur Verringerung solcher thermoakustischen Schwingungen werden heute Helmholtz-Resonatoren, die aus zumindest einer Resonatorröhre und einem Resonatorvolumen bestehen, zur Dämpfung eingesetzt. Derartige Helmholtz-Resonatoren dämpfen in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche und Länge der Resona- torröhre und vom Resonatorvolumen in bestimmten Frequenzbereichen die Amplitude von Schwingungen mit der Helmholtzfre- quenz. Helmholtz-Resonatoren als Dämpfungseinrichtungen zur Begrenzung thermoakustischer Schwingungen in Brennkammern sind beispielsweise aus der EP 1 605 209 AI oder der US
2007/0125089 AI bekannt.
FIG 1 zeigt zum Beispiel die aus der US 2007/0125089 AI be¬ kannte Anordnung von Helmholtz-Resonatoren 20 auf einem Ring der Brennkammerwandung 10 quer zur Strömungsrichtung. Die Brennkammerwandung 10 ist dabei rohrförmig ausgebildet und trennt die Brennkammer 1 vom umgebenden Verdichterplenum 2. Die Durchbrüche 22 in der Brennkammerwandung 10 zwischen Resonatorvolumen 21 und Brennkammer 1 bilden die Resonatorröhren der Helmholtz-Resonatoren . Jeder Helmholtz-Resonator kann dabei - wie in FIG 1 dargestellt - mehrere Resonatorröhren oder aber auch nur eine einzige Resonatorröhe aufweisen. Da¬ mit es zu keinem Eintrag der heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer 1 in die Helmholtz-Resonatoren 20 kommt, sind zusätzliche Öffnungen zur Zuführung von Sperrluft vorgesehen. In dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Zu¬ führöffnungen 23 auf der den Resonatorröhren 22 gegenüberliegenden Wandung des Resonatorvolumens 21 angeordnet. Diese Öffnungen 23 ermöglichen, dass komprimierte Luft S aus dem die Brennkammer umgebenden Verdichterplenum 2 in das Resona- torvolumen 21 und von dort über die Resonatorröhren 22 in die Brennkammer 1 einströmen kann und so das Eindringen von heißen Verbrennungsgasen in die Resonatorröhren 22 sperrt. Helmholtz-Resonatoren mit SperrluftZuführungen über den Volumenkörper haben aber den Nachteil, dass diese, den Helmholtz- Resonator durchströmende Sperrluft dessen Dämpfungseigenschaften so vermindern kann, dass es im Betrieb des Brenners zu Instabilitäten kommen kann. Insbesondere wurde bei solchen Systemen bereits eine deutliche Reduktion der Dämpfungseigenschaften mit zunehmender Geschwindigkeit der die Resonatorröhren durchströmenden Sperrluft festgestellt. Eine bestimmte Sperrluftgeschwindigkeit in den Resonatorröhren ist aber not¬ wendig, um eine sichere Sperrwirkung gegenüber den aus der Brennkammer in den Resonator eintretenden Verbrennungsgasen zu bewirken. Zudem erfordert diese Art der Sperrluftzufuhr eine Einleitung eines großen Anteils an Luft aus dem Verdichterplenum, welche dann aber nicht mehr der eigentlichen
Verbrennung zur Reduzierung der Flammentemperatur zur Verfügung steht. Dies wiederum kann bei Gasturbinenanlagen, die zur maximalen NOx Reduktion an ihren Leistungsgrenzen betrieben werden, einen Anstieg an schädlichen NOx-Schadstoffen bewirken, was es aber gerade zu vermeiden gilt. Zudem kann die kühlere Sperrluft aus den Resonatoren dazu führen, dass es zu lokalen Instabilitäten in der Verbrennung kommt, was wiederum zu einer erhöhten CO-Schadstoffemission führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer bereitzustel¬ len, die die zuvor beschriebenen Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird mit der Brennkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass eine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus¬ gebildete Brennkammer mit zumindest einem Helmholtz-Resonator zumindest eine Zuführöffnung aufweist, die in einem Bereich der Brennkammerwandung nahe der Resonatorröhrenmündung der zumindest einen Resonatorröhre vorgesehen ist und so ausge¬ richtet ist, dass die durch die Zuführöffnung strömende
Sperrluft die Resonatormündung überströmt, kann auf die aus dem Stand der Technik bekannte Eindüsung von Sperrluft durch den Helmholtz-Resonator verzichtet werden. Dessen Dämpfungs- eigenschaften werden somit nicht mehr durch die durchströmende Sperrluft beeinflusst, wodurch eine sichere Dämpfung ther- moakustischer Schwingungen erreicht wird, was damit letztend¬ lich die Lebensdauer der Brennerkammer und damit der gesamten Gasturbinenanlage erhöht. Zudem wird bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Sperrluftzufuhr im Vergleich zu den bekannten Ausführungen weniger Luft aus dem Verdichterplenum benötigt, so dass insgesamt auch der NOx- und CO-Schadstoffausstoß der Gasturbinenanlage geringer ausfallen wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind den Unteransprü¬ chen zu entnehmen. Wesentlich bei allen Brennkammerausführungen ist, dass mit Hilfe geeignet ausgebildeter Zuführöffnungen brennkammerseitig vor den Resonatorröhrenmündungen ein Sperrfilm aufgebaut wird und so Sperrluft effektiver als si¬ chere Sperre gegen ein Einströmen von heißen Verbrennungsgasen aus der Brennkammer in die Helmholtz-Resonatoren eingesetzt werden kann und gleichzeitig die Dämpfungseigenschaften der Helmholtz-Resonatoren durch die Sperrluft nicht beeinflusst werden. Mit solchen Brennkammern ausgestattete Gasturbinenanlagen können somit in allen Lastbereichen möglichst geringe Schadstoffemissionen bei maximalem Wirkungsgrad aufweisen .
Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:
FIG 1 schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte
Dämpfungseinrichtung,
FIG 2 schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung,
FIG 3 schematisch eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung,
FIG 4 schematisch eine dritte erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung,
FIG 5 schematisch eine vierte erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung. Abweichend von der in FIG 1 dargestellten bekannten Ausführungsform wird erfindungsgemäß die Sperrluft S nicht durch die Dämpfungseinrichtung 20 geführt, sondern Zuführöffnungen 23' und/oder 23'' so in der Brennkammerwandung 10 vorgesehen und ausgerichtet, dass die durch die Zuführöffnungen 23', 23'' strömende Sperrluft S die Resonatorröhrenmündung M im Bereich der Brennkammerinnenwand quasi ähnlich wie eine Filmkühlung überströmt . FIG 2 zeigt eine erste Ausführungsform, bei der in der Brennkammerwandung 10 die Resonatorröhrenmündungen M gegenüber der Brennkammerinnenwand 10' in einer definierten Fläche 10'' weg vom Brennkammerinnenraum zurückversetzt ist, und die Zuführöffnung 23' so ausgerichtet ist, dass die Sperrluft S nahezu parallel zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase G in den Raum zwischen der Fläche 10'' und der Brennkammerinnenwand 10' so eingedüst wird, dass sie die zurückversetzten Resona¬ torröhrenmündungen M der Resonatorröhren 22 vollständig überströmt. In diesem Raum vor diesen Resonatorröhrenmündungen M (hier nur für zwei der sechs Respnatorröhren gezeigt) bildet sich so ein Sperrluftfilm, der sehr effektiv bereits mit einem geringen Sperrluftmassenstrom das Eindringen heißer
Verbrennungsgase in den Helmholtz-Resonator 20 verhindert. Erfolgt die Eindüsung der Sperrluft, wie in FIG 2 angedeutet, durch eine rohrförmige Öffnung 23' in der stromaufwärts lie¬ genden Seitenwand in Richtung stromabwärts der Verbrennungs¬ gase, wird die eingedüste Sperrluft vom Verbrennungsabgas¬ strom mitgerissen und es kommt so zu einem besonders effekti¬ ven Sperrfilm.
Da die axiale Wirkstrecke von Filmkühlbohrungen begrenzt ist, kann wie in FIG 3 andeutet eine zweite, der ersten Zuführöff¬ nung 23' gegenüberliegende Zuführöffnung 23' ' vorgesehen werden, die so ausgerichtet ist, dass die Sperrluft S nahezu pa- rallel zur und entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase G eingedüst wird, so dass auch Resonatoren mit einer in Strömungsrichtung größeren Erstreckung noch wirkungsvoll gesperrt werden können. Weist, wie in FIG 4 angedeutet, die Brennkammerwandung 10 an der zurückversetzten Fläche 10'' auf der Höhe der Brennkamme¬ rinnenwand 10' eine Überlappung L mit der zurückversetzten Flächen 10'' auf, kann ebenfalls die Erstreckung der Resona¬ toren vergrößert werden, ohne dass eine zusätzliche, gegenü¬ berliegende Reihe Sperrluftbohrungen erforderlich ist.
Von Vorteil ist es, wenn wie in FIG 5 die Zuführöffnung 23' oder auch andere Zuführöffnungen wie beispielsweise die in FIG 3 gezeigte Zuführöffnung 23' ' in der Brennkammerwand 10 so angeordnet ist, dass ihrer Achse A hin zur Resonatorröh¬ renmündung M geneigt ist. Dadurch wird neben der Sperrung eine zusätzliche Prallkühlung der Resonatorwand erreicht, was insbesondere in Bereichen der Brennkammer mit besonders hohem Wärmeeintrag in die Brennkammerwand sinnvoll sein kann.
FIG 2 bis FIG 5 zeigen jeweils verschiedene vorteilhafte Aus¬ prägungen, die einzeln oder auch in Kombination den erfin- dungsgemäßen Gedanken lösen, nämlich ohne die Durchleitung von Sperrluft über die Dämpfungseinrichtung eine effiziente und sichere Sperre gegen das Eindringen von heißen Gasen aus der Brennkammer in die Dämpfungseinrichtungen zu gewährleisten. Von der Erfindung mit umfasst, sind zudem auch Ausfüh- rungsformen, bei denen die SperrluftZuführungen, abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen, so nahe an den Resonatorröhrenmündungen liegen, dass sie einen direkten Bestandteil jeder der Resonatorröhrenmündungen bilden und so quasi in jede Resonatorröhrenmündung integriert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkammer (1) für eine Gasturbinenanlage mit einer
Brennkammerwandung (10), welche von Verbrennungsgasen in Richtung einer nachgeschalteten Entspannungsturbine durchströmt wird, wobei die Brennkammerwandung (10) eine Dämp¬ fungseinrichtung (20) zum Dämpfen von, durch die Verbrennungsgase bewirkten, thermoakustischen Schwingungen aufweist, und wobei die Dämpfungseinrichtung (20) zumindest einen Helm- holtz-Resonator umfasst, der so ausgebildet ist, dass sein Resonatorvolumen (21) auf der einer Brennkammerinnenwand (10') abgewandten Seite der Brennkammerwandung (10) zum Liegen kommt und zumindest eine mit dem Resonatorvolumen (21) zusammenwirkende Resonatorröhre (22) aufweist, die mit ihrer dem Resonatorvolumen (21) gegenüberliegenden Resonatorröhrenmündung (M) in der Brennkammerinnenwand (10') in die Brenn¬ kammer (1) mündet, und wobei zumindest eine Zuführöffnung (23, 23', 23'') vorgesehen ist, mit der Sperrluft zum Sperren der Resonatorröhrenmündung (M) aus einem die Brennkammer um- gebenden Verdichterplenum (2) eines vorschaltbaren Verdichters in die Brennkammer (1) eingebracht wird und wobei die zumindest eine erste Zuführöffnung (23', 23'') in einem Be¬ reich der Brennkammerwandung (10) nahe der Resonatorröhrenmündung (M) der zumindest einen Resonatorröhre (22) vorgese- hen ist und so ausgerichtet ist, dass die durch die Zuführ¬ öffnung (23', 23'') strömende Sperrluft (S) die Resonatorröh¬ renmündung (M) überströmt,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
in der Brennkammerwandung die Resonatorröhrenmündung (M) ge- genüber der Brennkammerinnenwand (10') in eine Fläche (10'') weg von der Brennkammer zurückversetzt ist und die Zuführöff¬ nung (23' ) so ausgerichtet ist, dass die Sperrluft nahezu pa¬ rallel zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase (G) einge- düst wird und die zurückversetzte Resonatorröhrenmündung (M) überströmt.
2. Brennkammer nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Sperrluft (S) die zurückversetzten Resonatorröhrenmündungen (M) mehrerer Resonatorröhren (22) eines Helmholtz- Resonators (20) überströmt.
3. Brennkammer nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
eine zweite (23' ' ) , der ersten (23' ) Zuführöffnung gegenüberliegende Zuführöffnung vorgesehen ist, wobei die zweite Zu¬ führöffnung (23' ' ) so ausgerichtet ist, dass die Sperrluft (S) nahezu parallel zur und entgegen der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase (G) eingedüst wird und die zurückver¬ setzten Resonatorröhrenmündungen (M) überströmt.
4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Zuführöffnung (23', 23'') in der Brennkammerwand (10) so angeordnet ist, dass ihrer Achse (A) hin zur Resonatorröhrenmündung (M) geneigt ist.
5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Brennkammerinnenwandung (10') im Bereich der zurückversetzten Flächen (10'') Überlappungen (L) mit den zurückversetzten Flächen (10'') aufweist.
6. Gasturbinenanlage mit einem Verdichter zum Verdichten von angesaugter Luft, einer dem Verdichter nachgeschalteten
Brennkammer mit Brenner zum Beimischen von Brennstoff und zum Verbrennen des Brennstoff-Luft-Gemischs und einer dem Brenner nachgeschalteten Entspannungsturbine, die die Verbrennungsab¬ gase des verbrannten Brennstoff-Luft-Gemischs in mechanische Energie umsetzt, wobei die Brennkammer zur Vermeidung thermo- akustischer Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
PCT/EP2012/065849 2011-09-01 2012-08-14 Brennkammer für eine gasturbinenanlage Ceased WO2013029981A1 (de)

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