Gasturbine mit toroidaler Brennkammer

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkammer.

Stand der Technik

[0002] Brennkammern von modernen Gasturbogruppen werden vorzugsweise als Ringbrennkammern ausgelegt. In Strömungsrichtung werden sie axial zwischen Verdichter und Turbine angeordnet, wobei darauf geachtet wird, dass die dort gebildeten Heissgase zwischen den beiden Strömungsmaschinen, im Normalfall zwischen Verdichter und Turbine, strömungs- und verbrennungstechnisch optimal geführt werden. Dies führt regelmässig dazu, dass solche Ringbrennkammern eine verhältnismässig lange axiale Erstreckung aufweisen, sollen insbesondere die verbrennungstechnischen Vorgaben resp. Minimalanforderungen erfüllt werden. Die verbrennungstechnischen Aspekte üben einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die absolute axiale Länge solcher Brennkammern aus. Regelmässig ist die Länge einer Hauptringbrennkammer ausschlaggebend für die Konzeption der ganzen Gasturbogruppe, so beispielsweise, ob dann für die Rotorabstützung mehr als zwei Lager vorgesehen werden müssen, oder ob die Gasturbogruppe zweiwellig ausgelegt werden muss. Eine Akzentuierung dieser Ausgangslage ergibt sich dann, wenn die Gastubogruppe mit einer sequentiellen Befeuerung betrieben wird; dann sind die axialen Längen der beiden ringförmig konzipierten Brennkammern ausschlaggebend für die Machbarkeit und weitgehend auch für die marktfähige Akzeptanz solcher Maschine.
Die aus dem Stand der Technik bekanntgewordenen Gasturbogruppen mit Ringbrennkammern weisen aus obengenannten Ueberlegungen durchwegs eine respektable Länge auf, wodurch der weitere Schritt zu einem qualitativen Sprung betreffend Kompaktheit dieser Anlagen verbaut bleibt.

[0003] Zudem ist hinzuweisen, dass langgestreckte Brennkammern dazu neigen, Pulsationen innerhalb der Brennraumstrecke zu initiieren, wobei diese Pulsationen dann negativ den Betrieb der Brenner beeinflussen, insbesondere wenn diese Vormischbrenner mit einer integrierten Vormischstrecke arbeiten und als Flammenhalter eine Rückströmzone aufweisen.

[0004] Zwar ist bereits in US 3269119 eine Brennkammer einer Gasturbogruppe beschrieben, die ein geringes Bauvolumen beansprucht, aber dennoch in der Lage sein soll, grosse Massenströme von Heissgasen zu leiten. Diese Brennkammer besitzt einen ringförmigen toroidalen Innenraum, der in der Anströmebene der nachgeschalteten Turbine einen in Umfangsrichtung abzweigenden Heissgaskanal aufweist, die Zuführung des Brennstoffs erfolgt über einen ringförmigen Kanal zu aussen an der Brennkammer angebrachten Perforationsöffnungen, an denen der Brennstoff von der Verbrennungsluft erfasst und in die Brennkammer mitgerissen wird. Die Zündung erfolgt innerhalb der Brennkammer, in der sich gleichzeitig eine Rotationsströmung ausbildet.
Jedoch ergeben sich bei einer derartigen Konfiguation im wesentlichen zwei nachteilige Effekte. Zum einen kann aufgrund der Strömungsverhältnisse nicht gewährleistet werden, dass sämtlicher zugeführter Brennstoff auch verbrannt wird, da das sich einstellende Verbrennungsluft-Brennstoffverhältnis innerhalb der Brennkammer nicht konstant ist. Eine Minimierung der Schadstoffemissionen unter niedrige Grenzwerte, für moderne Gasturbinenanlagen unabdingbar, kann somit nicht erreicht werden. Zum anderen kommt es durch eine ungleichmässig verlaufende Verbrennung zu Pulsationen innerhalb der Brennkammer mit den bekannten nachteiligen Auswirkungen einer erhöhten mechanischen Beanspruchung der Bauteile, erhöhten Schallemissionen und Flammeninstabilitäten bis hin zum Verlöschen.

Darstellung der Erfindung

[0005] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer sowie ein Verfahren zu deren Betrieb bereitzustellen, welche mindestens die oben aufgelisteten Nachteile zu beheben vermögen.

[0006] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Brennkammer unter Aufrechterhaltung einer hochstehenden Verbrennung hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Minimierung der Schadstoff-Emissionen eine äusserst kompakte axiale Länge aufweist, dergestalt, dass eben diese Brennkammer im Verbund mit den Strömungsmaschinen einer Gasturbogruppe keinen gewichtigen Einfluss mehr auf die Rotorlänge ausübt.

[0007] Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass diese Brennkammer von grundsätzlich einfachstem Aufbau ist. Ihre verbrennungs- und strömungstechnische Konzeption lässt einen optimalen strömungsmässigen Betrieb bei der Beaufschlagung der nachgeschalteten Turbine zu.

[0008] Diese Brennkammer ist geometrisch gesehen im wesentlichen von toroidaler Konfiguration, wobei gewisse Abweichungen von einer idealen Torusform zulässig sind. Eine solche Brennkammer lässt sich problemlos zwischen zwei beliebigen Strömungsmaschinen anordnen. Des weiteren ist die erfindungsgemässe Brennkammer geradezu prädestiniert, als Retrofit-Einheit beispielsweise an Stelle einer Silobrennkammer bei bestehenden Gasturbinen eingebaut zu werden.

[0009] Darüber hinaus entfaltet diese Brennkammer, insbesondere bei Vormischverbrennungen, im Hinblick auf eine Maximierung des Wirkungsgrades und Minimierung der Schadstoff-Emissionen, ihre volle Stärke.

[0010] Dadurch, dass der Verbrennungsprozess innerhalb dieser Brennkammer ganzheitlich in einem toroidalen kompakten Raum abläuft, lassen sich gleichzeitig mehrere strömungstechnische Vorteile erzielen, welche bis anhin nur durch die Implementierung kostspieliger und komplizierter Massnahmen erzielt werden konnten. Diese Vorteile lassen sich wie folgt auflisten, wobei die nachfolgenden Darlegungen nicht beanspruchen, abschliessend zu sein:

• Die Behebung von Pulsationen, welche insbesondere bei Vormischverbrennung die Flammenfront und die mit dieser in Interdependenz stehende Rückströmzone negativ attackieren.
• Die Verteilung und Eindüsung des oder der Brennstoffe ist von einfachster Ausgestaltung. Die Brenner reagieren weitestgehend insensitiv auf Ungleichmässigkeiten in der Brennstoffeindüsung, sei es durch Druckunterschiede, sei es durch Verzögerungen der Ansprechbarkeit bei Lastwechseln hervorgerufen.
• Eine Leckage beim Einbringen der Verbrennungsluft oder eine ungleichförmige Eindüsung des Brennstoffes entfalten keine oder nur eine geringe Beeinflussung der sogenannten "Pattern"-Faktoren am Turbineneintritt. Somit wird innerhalb des ringförmigen toroidalen Innenraumes eine robuste und durch äussere Faktoren oder Interferenzen nicht alterierte Heissgasströmung von der Form einer Drallströmung gebildet.
• Strömungstechnisch wird innerhalb dieses ringförmigen toroidalen Innenraumes eine kongeniale drallförmige Heissgasströmung für die Beaufschlagung der nachgeschalteten Turbine gebildet, indem die Heissgase ohne weitere Strömungsumlenkungen direkt zur Turbine strömen. Das sich bildende Fliehkraftfeld dieses Wirbels führt dann ursächlich zu einer starken Vergleichmässigung der Gastemperaturverteilung in Umfangsrichtung, dergestalt, dass die Beschaufelung der Turbine über den ganzen Umfang dann mit Heissgasen beaufschlagt wird, welche ein gleichmässiges Druckund Temperaturprofil aufweisen.
  Die Torusform der Brennkammer kombiniert mit dem Fliehkraftfeld reduziert den konvektiven Wärmeübergang wegen des Gaszentrifugeneffektes und der Strömung an konkaver Wand auf ein Minimum. Zudem wird bei vorgegebenem Brennkammer-Volumen die kleinstmögliche Oberfläche erreicht.
• Die Interdependenz zwischen den einzelnen auf den Umfang des ringförmigen toroidalen Innenraumes verteilten Brennern ist gross. Zugleich verhält sich der Betriebsverlauf bei einer Ausserbetriebssetzung einzelner Brenner nicht ruckartig hinsichtlich der geförderten Heissgase zur Turbine. Demnach lässt sich eine solche Brennkammer, ohne auf die Vorteile der sich im ringförmigen toroidalen Innenraum bildenden Heissgaströmung zu verzichten, problemlos von einem Teillastbetrieb aus auf Vollast auffahren, oder umgekehrt nach unten regeln. Die Querzündung wird somit entscheidend verbessert. Eine Zündung über kalte Brenner hinweg ist möglich. Sonach ist die Brennerstufung in Umfangsrichtung auch bei einreihiger Brenneranordnung möglich. Das einfache Betriebskonzept führt auch bei Teillast zu niedrigen Schadstoff-Emissionen (NOx, CO, UHC).
• Wird die Brennkammer mit Vormischbrennern betrieben, beispielsweise nach einem der Vorschläge gemäss EP-B1-0 321 809 (EV) oder EP-A2-0 704 657 (AEV), so lässt sich die Drallströmung aus den einzelnen Brennern, durch entsprechende Disposition derselben in Umfangsrichtung des ringförmigen toroidalen Innenraumes, leicht in eine einheitliche Vortex-Strömung innerhalb desselben überführen, wobei sich im Zentrum dieses Innenraumes ein stabiler Kern bildet, der die Funktion eines körperlosen Flammenhalters erfüllt. Die Stabilität dieses Vortex-Kerns hängt ursächlich damit zusammen, dass dieser im Bereich seiner Ringachse eine uniforme Dichtheit aufweist.
• Eine solche ringförmige toroidale Brennkammer ist auch geeignet, in einer sequentiell befeuerten Gasturbogruppe eingesetzt zu werden, vorzugsweise als Hochdruck-Brennkammer, aber nicht nur. So ist deren Einsatz als selbstzündende Brennkammer innerhalb einer sequentiellen Verbrennung ohne weiteres möglich, indem an Stelle der hier vorgeschlagenen Vormischbrenner ein System von Wirbelgeneratoren vorgesehen wird, welche in analoger Weise zu einer brennerbetriebenen Brennkammer einen Vortex-Kern zur Stabilisierung der Flammenfront gegen einen Flammenrückschlag bilden.

[0011] Die geometrisch einfache Ausgestaltung und kompakte Form dieser Brennkammer lässt darüber hinaus eine effiziente Kühlung ihrer Liner mit einer minimierten Menge des jeweils zum Einsatz gelangenden Kühlmediums zu. Dies ist ein sehr wichtiger Aspekt, insbesondere in jenen Fällen, bei welchen zur Kühlung der Brennkammer eine Menge Luft aus dem Verdichter eingesetzt wird.

[0012] Ferner ist diese Brennkammer auch geeignet, ohne Qualitätseinbusse sowohl mit flüssigen als auch mit gasförmigen Brennstoffen betrieben zu werden. Insbesondere beim Betrieb mit einem flüssigen Brennstoff lässt sich, wie weiter unten noch näher spezifiziert wird, eine hervorragende Minimierung der Schadstoff-Emissionen erzielen.

[0013] Die exzellente Flammenstabilisierung aus obengenannten strömungstechnischen Zusammenhängen bewirkt eine Minimierung der Schadstoff-Emissionen, insbesondere was die NOx-Emissionen betrifft. Bei diesen sind Emissionen von kleiner 5 vppm (15% O₂) erzielbar. Aber auch die übrigen Schadstoff-Emissionen, wie CO und UHC, lassen sich mit der erfindungsgemässen Brennkammer reduzieren, denn der toroidale Raum, d.h. die Vortex-Führung der Heissgase, wirkt auch als eine intensive kompakte Ausbrandzone. Auf die ebenfalls niedrigen Schadstoff-Emissionen bei Teillast wurde bereits oben näher eingegangen.

[0014] Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

[0015] Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen gekennzeichnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Es zeigen

Fig. 1

eine angeströmte toroidale Brennkammer in axialer Sicht und

Fig. 2

einen die Brennkammer bildenden Torus.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

[0017] Fig. 1 zeigt eine Brennkammer zum Betrieb einer Gasturbogruppe. Diese Brennkammer 1 weist eine ringförmige toroidale Form auf, die sich um den nur andeutungsweise dargestellten Rotor 4 erstreckt. Diese ringförmige toroidale Brennkammer 1 ist auch von einer äusserst kompakten radialen Gestaltung, dergestalt, dass sie sich problemlos innerhalb eines Gehäuses 2 unterbringen lässt, das für eine Ringbrennkammer ausgelegt ist. Gegenüber einer Ringbrennkammer weist diese toroidale Brennkammer 1 eine minimierte axiale Ausdehnung auf, so dass die letztgenannte an sich keine Beeinflussung auf die Rotorlänge dieser Gasturbogruppe ausübt, womit ein solcher Rotor dann sehr kurz ausfällt, was sich unter anderem auf die Lagerung desselben positiv auswirkt. Die verbrennungstechnischen Abläufe in axialer Strömungsrichtung innerhalb einer zum Stand der Technik gehörenden Ringbrennkammer laufen bei der hier beschriebenen toroidalen Brennkammer 1, innerhalb des toroidalen Innenraumes 8, mindestens in selber Qualität ab, wobei die Beaufschlagung der nachgeschalteten Turbine 3 dann optimal vonstatten geht, denn im toroidalen Innenraum 8 selbst bildet sich eine Heissgasströmung 9, welche ein gleichförmiges Temperatur- und Druckprofil aufweist. Der Betrieb der toroidalen Brennkammer 1 wird durch eine Anzahl Vormischbrenner 5 aufrechterhalten, welche in Umfangsrichtung der Brennkammer 1 regelmässig oder unregelmässig verteilt sind. Die Ausgestaltung dieser Vormischbrenner 5 richtet sich vorzugsweise nach den Vorschlägen gemäss EP-B1-0 321 809 oder EP-A2-0 704 657, Diese Vormischbrenner 5 werden von einem Plenum 6 aus mit Verbrennungsluft 7 gespiesen, welche aus einem nicht näher gezeigten Verdichter stammt. Die Verbrennungsluft 7 strömt tangential in die Vormischbrenner 5 und erzeugt dort eine Drallströmung, welche sich im toroidalen Innenraum 8 fortpflanzt und dort in eine Vortex-Strömung aus Heissgasen 9 mit einem stabilen Kern 10 übergeht. Diese Heissgasströmung 9 strömt dann fortlaufend in gleichmässiger Masse und Konsistenz sowie ohne Strömungsumlenkungen in einen Heissgaskanal 11 über, dessen Ende in Umfangsrichtung vorzugsweise mit Leitschaufeln 12 bestückt ist. Nachdem diese Heissgasströmung 9 über die genannten Leitschaufeln 12 auf die strömungstechnischen Belange der nachgeschalteten Turbine 3 optimal ausgerichtet ist, erfolgt dann die Beaufschlagung der zur Turbine gehörenden Laufschaufeln nach bekannter Technik. Die strömungstechnische Bildung der Vortex-Heissgasströmung 9 wird durch die Disposition der Vormischbrenner 5 in Umfangsrichtung beeinflusst, wobei bei der Konfiguration der hier vorgeschlagenen Brennkammer 1, hinsichtlich der Stellung der Vormischbrenner 5 in Umfangsrichtung der toroidalen Brennkammer 1, alle Optionen offen stehen. In Fig. 1 sind die Vormischbrenner 5, bezogen auf deren Einströmungsebene in den toroidalen Innenraum 8, tangential angelegt und, bezogen auf die Beaufschlagungsebene der Turbine 3, verlaufen sie unter einem spitzen Winkel. Die strömungstechnische Qualität der Vortex-Heissgasströmung 9 lässt sich entsprechend verändern, indem die Vormischbrenner 5 beispielsweise auf dem Umfang der toroidalen Brennkammer 1 rechtwinklig gegenüber der Beaufschlagungsebene der Turbine 3 angeordnet werden. Eine weitere Anordnung kann einen Winkel von über 90° gegenüber der genannten Beaufschlagungsebene aufweisen. Bei allen Anordnungen bleibt die tangentiale Einströmung der von den Vormischbrennern 5 induzierten Erzeugung der Heissgase 9 in den toroidalen Innenraum 8 vorzugsweise bestehen, damit die Stabilität des ringförmigen Kernes 10 dieser Heisgasströmung gewährleistet bleibt. Die Zuschaltung oder Abschaltung der einzelnen Vormischbrenner 5 geschieht hier fliessend, d.h. die einzelnen Vormischbrenner 5 stehen in einer betriebsmässigen Interdependenz zueinander, so dass bei Inbetriebsetzung oder Ausserbetriebsetzung die einzelnen Vormischbrenner, welche ohne Zündvorrichtung auskommen, mit einer maximierten Ansprechbarkeit reagieren. Durch den kompakten Brennraum dieser Brennkammer 1, der allein durch den toroidalen Innenraum 8 gebildet ist, wird auf die Entstehung von Pulsationen entgegengewirkt, da die Vortex-Heissgasströmung aufgrund ihrer strömungsmässigen Stabilität und Impulsstärke keine Rückkopplung von brennkammerspezifischen Frequenzen auf die Vormischbrenner 5 resp. auf die Flammenfront zulässt. Damit wird mit der geometrischen Konfiguration dieser toroidalen Brennkammer 1 der Entstehung von Pulsationen in markanter Weise entgegengewirkt. Die unbestritten äusserst kompakte Bauweise dieser toroidalen Brennkamrner 1 eignet sich darüber hinaus vorzüglich, eine effiziente Kühlung mit einer minimierten Menge an Kühlmedium zu bewerkstelligen. In Fig. 1 wird gezeigt, wie eine solche Kühlung vonstatten gehen kann. Die toroidale Brennkammer 1 ist von einer Schale 13 umschlossen. Durch einen von dieser Schale 13 gegenüber der Wand der Brennkammer 1 gebildeten Zwischenraum 14 strömt einen Kühlluftstrom 15 heran, der über einen ringförmigen Kanal 17 von der Verdichtereinheit abgezweigt wird. Nach erfolgter Kühlung der Aussenwand der toroidaler Brennkammer 1 strömt die Kühlluftstrommenge 16 grundsätzlich in das Plenum 6. Diese zur Kühlung eingesetzte Luftmenge 16 kann indessen beispielsweise in die Brennkammer 1 oder in die Vormischbrenner 5, jeweils an geeigneter Stelle, eingeleitet werden. Was die Drallströmungen aus den Brennern 5 betrifft, so ist darauf zu achten, dass deren Anzahl über alle Betriebsstufen der Brennkammer 1 unterkritisch bleibt. Daraus ergibt sich, dass grundsätzlich bei einer Basislast der Maschine die Gasdichtheit des Vortex-Kernes 10 weitgehend uniform ausfällt, was sich auf dessen Stabilität und auf die Verharrzeiten der Heissgase in diesem Bereich niederschlägt. Ein so gebildeter Vortex-Kern 10 entfaltet überraschenderweise eine unmittelbare Stabilisierung der Flammenfront im Sinne eines körperlosen Flammenhalters gegenüber den einzelnen peripher angeordneten Brennern, womit die Bestrebungen zu einer Flammenstabiliserung im Herrschaftsbereich dieser Brenner keine absolute Priorität mehr entfalten.

[0018] Fig. 2 zeigt die toroidale Brennkammer 1 von aussen, gemäss Ansicht II. aus Fig. 1, wobei diese Darstellung lösgelöst von der übrigen Infrastruktur der Gasturbine ist. Aus dieser Figur geht in prägnanter Weise die geometrische Ausbildung der Brennkammer sowie die Aufteilung und Stellung der Vormischbrenner 5 hervor. Die Vormischbrenner 5 sind zum einen tangential auf dem Umfang der toroidalen Brennkammer 1 angeordnet; darüber hinaus weisen sie, unter einem Winkel, in Strömungsrichtung hin. Auf die strömungsdynamischen Aspekte aus dieser Konstellation ist unter Fig. 1 bereits näher eingegangen.

[0019] Die dargestellte toroidale Brennkammer 1 erfüllt insbesondere Vorteile, die hier anhand einer Stichwortliste nochmals zusammengefasst werden sollen, wobei sich daraus weitgehend die weiter oben spezifizierten Vorteile ergeben.

1. Das Fliehkraftfeld des Wirbels führt zu einer starken Vergleichmässigung der Gastemperaturverteilung in Umfangsrichtung.
Die Brennerstufung in Umfangsrichtung ist auch bei einreihiger Brenneranordnung möglich, dies im Gegensatz zu Brennkammern ohne Drall.
Ein einfaches Betriebskonzept mit niedrigen Schadstoff-Emissionen (NOx, CO, UHC) ist auch bei Teillast gewährleistet.

2. Die Torusform der Brennkammer kombiniert mit dem Fliehkraftfeld des Wirbels reduziert den konvektiven Wärmeübergang auf ein Minimum (Gaszentrifugeneffekt, Strömung an konkaver Wand). Zudem wird bei vorgegebenem Brennkammer-Volumen die kleinstmögliche Oberfläche erreicht.

3. Die Querzündung innerhalb des Verbundes der Brenner wird entscheidend verbessert. Zündung über kalte Brenner hinweg ist möglich.

4. Eine kompakte Baulänge der Brennkammer ist gegeben.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Brennkammer

2

Gehäuse

3

Turbine

4

Rotor

5

Brenner, Vormischbrenner

6

Plenum

7

Verbrennungsluft

8

Innenraum

9

Heissgase, Heissgasströmung, Vortex-Heissgasströmung, Drallströmung

10

Kern von Pos. 9, Vortex-Kem

11

Heissgaskanal

12

Leitschaufeln

13

Schale

14

Zwischenraum

15

Kühlmedium, Kühlluftstrom

16

Kühlluftstrommenge

17

Ringförmiger Kanal

Ansprüche

1. Brennkammer (1) einer Gasturbogruppe, die mindestens einen ringförmigen toroidalen Innenraum (8) aufweist, der im Wesentlichen einen in der Anströmungsebene einer zur Gasturbogruppe gehörigen, nachgeschalteten Turbine (3) in Umfangsrichtung abzweigenden Heissgaskanal (11) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Umfang der Brennkammer (1) eine Anzahl mit dem Innenraum (8) in Wirkverbindung stehender Vormischbrenner (5) angeordnet ist.

2. Brennkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Heissgaskanal (11) eine strömungsmässige richtungsgleiche Fortsetzung der sich in dem ringförmigen toroidalen Innenraum der Brennkammer (1) bildenden Drallströmung (9) bildet.

3. Brennkammer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Heissgaskanal (11) endseitig mit zu Laufschaufeln der nachgeschalteten Turbine (3) in Wirkverbindung stehenden Leitschaufeln (12) bestückt ist.

4. Brennkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (5) gegenüber der neutralen Ringachse des ringförmigen, toroidalen Innenraums (8) tangential angeordnet sind.

5. Brennkammer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (5) gegenüber der senkrechten Achse des ringförmigen toroidalen Innenraums (8) unter einem Winkel angeordnet sind.

6. Brennkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige, toroidale Innenraum (8) von einer Schale (13) ummantelt ist und dass im von der Schale (13) gegenüber der äusseren Form des ringförmigen, toroidalen Innenraums (8) gebildeten Zwischenraum (14) ein Kühlmedium (15) strömt.

7. Brennkammer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (5) in Wirkverbindung mit einem Plenum (6) stehen und dass eine zu diesem Plenum gehörige Verbrennungsluft (7) die Brenner (5) speist.

8. Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer (1) gemäss Anspruch 1, in deren ringförmigem, toroidalem Innenraum (8) sich eine um dessen Ringachse zusammenhängende, aus Heissgasen bestehende Drallströmung (9) mit einem Vortex-Kern (10) bildet, und die Drehrichtung der Drallströmung (9) die Ausströmungsebene der Heissgase aus dem Innenraum (8) zu einer nachgeschalteten Turbine (3) induziert,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Vormischbrennern (5) in Wirkverbindung mit dem Innenraum (8) steht.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Drallströmung (9) von der Betriebsweise der Brenner (5) und der Einströmungsebene der Verbrennungsluft in den Innenraum ausgelöst wird.

Claims

1. Combustion chamber (1) of a gas-turbine group, having at least one annular toroidal interior space (8) which essentially in the incident-flow plane of a downstream turbine (3) belonging to the gas-turbine group, has a hot-gas duct (11) which branches off in the peripheral direction characterized in that a number of premix burners (5), which are in operative connection with the interior space (8), are arranged on the periphery of the combustion chamber (1).

2. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the hot-gas duct (11) forms a fluidic, equidirectional continuation of the swirl flow (9) forming in the annular toroidal interior space of the combustion chamber (1).

3. Combustion chamber according to Claim 2, characterized in that the hot-gas duct (11) is fitted at the end with guide blades (12), which are in operative connection with the moving blades of the downstream turbine (3).

4. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the burners (5) are arranged tangentially relative to the neutral annular axis of the annular toroidal interior space (8).

5. Combustion chamber according to one of Claims 1 or 4 [sic], characterized in that the burners (5) are arranged at an angle relative to the perpendicular axis of the annular toroidal interior space (8).

6. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the annular toroidal interior space (8) is encased by a shell (13), and in that a cooling medium (15) flows in the intermediate space (14) formed by the shell (13) relative to the external shape of the annular toroidal interior space (8).

7. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the burners (5) are in operative connection with a plenum (6), and in that combustion air (7) belonging to this plenum feeds the burners (5).

8. Method of operating a combustion chamber (1) according to Claim 1, in the annular toroidal interior space (8) of which a swirl flow (9) forms which is continuous about the annular axis of the latter, consists of hot gases and has a vortex core (10), and the direction of rotation of the swirl flow (9) induces the plane of outflow of the hot gases from the interior space (8) to a downstream turbine (3), characterized in that a number of premix burners (5) are in operative connection with the interior space.

9. Method according to Claim 8, characterized in that the direction of rotation of the swirl flow (9) is initiated by the mode of operation of the burners (5) and the plane of inflow of the combustion air into the interior space.

Revendications

1. Chambre de combustion (1) d'un turbogroupe à gaz, qui présente au moins un espace intérieur toroïdal annulaire (8), qui présente essentiellement un canal de gaz chauds (11) raccordé en direction périphérique dans le plan d'admission d'une turbine (3) faisant partie du turbogroupe à gaz et installée à la suite, caractérisée en ce qu'un certain nombre de brûleurs à prémélange (5) se trouvant en communication active avec l'espace intérieur (8) sont disposés sur une périphérie de la chambre de combustion (1).

2. Chambre de combustion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le canal de gaz chauds (11) forme un prolongement de même sens en ce qui concerne l'écoulement, de l'écoulement tourbillonnaire (9) se formant dans l'espace intérieur toroïdal annulaire de la chambre de combustion (1).

3. Chambre de combustion suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le canal de gaz chauds (11) est garni à son extrémité d'aubes directrices (12) se trouvant en communication active avec des aubes mobiles de la turbine (3) installée à la suite.

4. Chambre de combustion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les brûleurs (5) sont disposés tangentiellement par rapport à l'axe annulaire neutre de l'espace intérieur toroïdal annulaire (8).

5. Chambre de combustion suivant au moins une des revendications 1 ou 4, caractérisée en ce que les brûleurs (5) sont disposés sous un certain angle par rapport à l'axe perpendiculaire de l'espace intérieur toroïdal annulaire (8).

6. Chambre de combustion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'espace intérieur toroïdal annulaire (8) est enveloppé par une coquille (13) et en ce qu'un fluide de refroidissement (15) circule dans l'espace intermédiaire (14) formé par la coquille (13) par rapport à la forme extérieure de l'espace intérieur toroïdal annulaire (8).

7. Chambre de combustion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les brûleurs (5) sont en communication active avec un plénum (6) et en ce qu'un air de combustion (7) venant de ce plénum alimente les brûleurs (5).

8. Procédé de conduite d'une chambre de combustion (1) suivant la revendication 1, dans l'espace intérieur toroïdal annulaire (8) de laquelle il se forme un écoulement tourbillonnaire (9), avec un noyau de vortex (10), composé de gaz chauds et continu autour de l'axe annulaire de celui-ci, et le sens de rotation de l'écoulement tourbillonnaire (9) induit le plan d'échappement des gaz chauds hors de l'espace intérieur (8) vers une turbine (3) installée à la suite, caractérisé en ce qu'un certain nombre de brûleurs à prémélange (5) sont en communication active avec l'espace intérieur (8).

9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le sens de rotation de l'écoulement tourbillonnaire (9) est déterminé par le mode de fonctionnement des brûleurs (5) et par le plan d'admission de l'air de combustion dans l'espace intérieur.

Zeichnung