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Gasturbinenbrenner mit Luftpassagen mit stark unterschiedlicher akustischer Steifigkeit

IP.com Disclosure Number: IPCOM000012767D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 6 (2003-06-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Jun-25
Document File: 1 page(s) / 49K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Schwingungen beim Betrieb von Turbinen stellen ein schweres Problem dar, welches u.a. bei der Konstruktion von Brennkammern und Brennkammerteilen Beruecksichtigung finden muss. Bei Brennkammern mit geschlossen gekuehlten Waenden, d.h. ohne oder mit nur geringen Leckageverlusten ueber die Brennkammerwand, ergeben sich einige besondere konstruktive Ansaetze, um thermoakustischen Schwingungen entgegenzuwirken. Geschlossen gekuehlte Brennkammern sind durch einen zweistufigen Druckabbau gekennzeichnet, wobei ein Teil des Druckabbaus ueber die Wandkuehlungskanaele (mit pWandkuehlungskanal bezeichnet) und der andere ueber die Brennerluftpassagen (mit pBrennerpassage bezeichnet) des Brenners erfolgt. Insgesamt ergibt sich also ein Druckverlust von pgesamt = pWandkuehlungskanal + pBrennerpassage . Zum Einsatz kommen kann ein Hybridbrenner mit einer Pilotluftpassage (z.B. 10% des Luftmassenstroms) und einer Vormischluftpassage (z.B. 90% des Luftmassenstroms), bei dem beide Passagen bisher mit derselben Druckdifferenz (pBrennerpassage) arbeiten. Vorgeschlagen wird nun der Anschluss der Luftpassagen an unterschiedlich hohe Druckniveaus. Bei dem genannten Beispiel der Brennkammer mit zwei Druckstufen kann dies realisiert werden durch den Anschluss einer der beiden Passagen, vorzugsweise der Pilotluftpassage, an ein weiter stromaufwaerts liegendes Druckniveau (pgesamt). Moeglich ist auch, den Luftmengenanteil der Pilotluftpassage zu erhoehen, im genannten Beispiel auf mehr als 10%. Durch diese Massnahmen wird die Steifigkeit (Impedanz) dieser Luftpassage stark veraendert, da sie an ein anderes, beispielsweise groesseres Luftplenum angeschlossen wird. Des weiteren kann die Laenge des Pilotbrennerluftkanals erhoeht werden, was eine groessere Variation der Lage der Brennstoffeinduesung und insbesondere eine Rueckverlagerung der Brennstoffeinduesung erlaubt und damit eine Erhoehung der zugehoerigen Totzeit. Die genannten Massnahmen bieten eine starke Eingriffsmoeglichkeit auf das akustische Verhalten, was die Loesung von Schwingungsproblemen erleichtert.

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S

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Gasturbinenbrenner mit Luftpassagen mit stark unterschiedlicher akustischer Steifigkeit

Idea: Dr. Michael Huth, DE-Muelheim

Schwingungen beim Betrieb von Turbinen stellen ein schweres Problem dar, welches u.a. bei der Konstruktion von Brennkammern und Brennkammerteilen Beruecksichtigung finden muss. Bei Brennkammern mit geschlossen gekuehlten Waenden, d.h. ohne oder mit nur geringen Leckageverlusten ueber die Brennkammerwand, ergeben sich einige besondere konstruktive Ansaetze, um thermoakustischen Schwingungen entgegenzuwirken. Geschlossen gekuehlte Brennkammern sind durch einen zweistufigen Druckabbau gekennzeichnet, wobei ein Teil des Druckabbaus ueber die Wandkuehlungskanaele (mit [g68]pWandkuehlungskanal bezeichnet) und der andere ueber die Brennerluftpassagen (mit [g68]pBrennerpassage bezeichnet) des Brenners erfolgt. Insgesamt ergibt sich also ein Druckverlust von [g68]pgesamt = [g68]pWandkuehlungskanal + [g68]pBrennerpassage . Zum Einsatz kommen kann ein Hybridbrenner mit einer Pilotluftpassage (z.B. 10% des Luftmassenstroms) und einer Vormischluftpassage (z.B. 90% des Luftmassenstroms), bei dem beide Passagen bisher mit derselben Druckdifferenz ([g68]pBrennerpassage) arbeiten.

Vorgeschlagen wird nun der Anschluss der Luftpassagen an unterschiedlich hohe Druckniveaus. Bei dem genannten Beispiel der Brennkammer mit zwei Druckstufen kann dies realisiert werden durch den Anschluss einer der beiden Passagen, vo...