[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einem Brenner einer Gasturbine zugeordneter
Bauteile mit einem einer Brennkammer vorgelagerten Brenneraustritt, wobei die Bauteile
über eine Kühlluftführung von einer kühlluftführungsseitigen Eingangsseite her mit
Kühlluft beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft weiter einen Brenner einer Gasturbine
mit dem Brenner zugeordneten zu kühlenden Bauteilen und einem einer Brennkammer vorgelagerten
Brenneraustritt des Brenners, und einer die Bauteile von einer kühlluftseitigen Eingangsseite
her mit Kühlluft beaufschlagenden Kühlluftführung.
[0002] Eine Gasturbine ist eine Kraftmaschine, welche eine Wärmeenergie eines heißen Gases
in mechanische Energie umwandelt und sie wird beispielsweise als Antriebsaggregat,
vorzugsweise zur Erzeugung von elektrischem Strom, eingesetzt. Die Gasturbine weist
dabei verschiedene Bauteile auf. In einem Verdichter wird angesaugte Luft komprimiert.
Die komprimierte Luft strömt einem hinter dem Verdichter angeordneten Brenner zu.
Dort wird sie mit eingedüstem Brennstoff gemischt und in der sich anschließenden Brennkammer
verbrannt. Als Brennstoff kann Erdgas oder Heizöl dienen. Die Brennkammer weist einen
Brennraum auf, in dem die Verbrennung stattfindet. Dem Brennraum vorgelagert sind
eine Anzahl von Brennern, wobei bei jedem Brenner jeweils ein Brenneraustritt in Form
eines Strömungskanals direkt angeordnet ist, wo die Brennstoffeindüsung und Luftzuführung
unmittelbar stattfindet. Die komprimierte Luft wird durch Verbrennung des Brennstoffs
zu Heißgas umgewandelt mit einer Temperatur, die bei modernen Maschinen oberhalb von
1400 °C liegt. Das in der Brennkammer entstandene Heißgas strömt von der Brennkammer
in die Turbine und wird dort unter Antrieb der mit einer Beschaufelung versehenen
Turbine entspannt. Die axial austretenden Abgase gelangen aus der Turbine über einen
Abgaskanal in einen Abhitzekessel oder direkt in einen Kamin. Zum Antrieb von Maschinen
und zur Erzeugung von elektrischem Strom in Generatoren, steht dann die Differenz
aus der von der Turbine abgegebenen Leistung abzüglich der dem Verdichter zugeführten
Leistung zur Verfügung.
[0003] Die Anzahl von Brennern kann dabei auf vorteilhafte Weise um die Brennkammer herum
angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Anordnung um eine konzentrisch
um die Brennkammer herum angeordnete ringförmige Brenneranordnung.
[0004] Eine Gasturbine ist zweckmäßigerweise derart ausgestaltet, dass sie eine möglichst
hohe Leistung abgibt bzw. einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist, wobei der Wirkungsgrad
das Verhältnis aus abgegebener und zugeführter Leistung ist. Darüber hinaus ist von
Bedeutung, dass eine bei der Verbrennung entstehende NO
x-Emission und die Emission anderer schädlicher Verbrennungsgase möglichst gering gehalten
werden sollte.
[0005] Dabei ist zu beachten, dass die aufgeheizten Bauteile der Gasturbine, insbesondere
solche Bauteile der Gasturbine, die Heißgaskontakt haben, vor allem also die Bauteile
einer Brennkammer, mit Kühlluft gekühlt werden. Bisher ist es üblich, die Kühlluft
dem Verdichter zu entnehmen und das zu kühlende Bauteil über eine Kühlluftführung
von einer Eingangsseite her mit der Kühlluft zu beaufschlagen, d. h. die Kühlluft
dem Bauteil zuzuführen und dieses dann mit Kühlluft anzuströmen.
[0006] Bisher ist es üblich, dabei das Prinzip einer so genannten offenen Kühlung anzuwenden
und die Kühlluft nach Beaufschlagung des zu kühlenden Bauteils wieder vom Bauteil
wegzuführen und entweder in die Umgebung abzugeben oder stromabwärts zu einem späteren
Zeitpunkt der Brennkammer zuzuführen. Wird die Kühlluft der Brennkammer zugeführt,
so hat dies oft zur Folge, dass eine nur unvollständige Verbrennung im Brennraum der
Brennkammer stattfindet, da dort die vom Heißgas getragenen Verbrennungsgase bereits
eine submaximale Temperatur haben. Dies wiederum führt zu einer erhöhten CO-Emission
und einer erhöhten Emission unverbrannter Kohlenwasserstoffe durch die unvollständige
Verbrennung. Darüber hinaus ist vor allem die Entstehung einer NO
x-Emission zu begrenzen.
[0007] Die
US 6530 223 B1 offenbart eine Brennstoff-Luft Mischvorrichtung für einen Radialdom einer Gasturbine.
Der Brennstoff-Luft Mischer, der zur Verwendung in einem Dom eines Gasturbinen-Triebwerkbrenners
eingerichtet ist, ist im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse durch den Brenner
orientiert. Dieser bildet durch eine Anzahl von Auskleidungselementen einen Raum.
Luft wird von außen durch diesen Raum mit Hilfe von Auskleidungsöffnungen in den Brennraum
zugeführt. Die zuführenden Luftkanäle sind im Wesentlichen in Linie mit denen der
Auskleidungsöffnungen, so dass die zuströmende Luft im Wesentlichen unmittelbar in
den Brennerraum gelangt.
[0008] Die
WO 99/46540 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkammer mit einem
Brenner-Hitzeschild. In dem Brenner-Hitzeschild wird Brennstoff und Verbrennungsluft
an einem Ende (brennerseitig) zugeführt. Anschließend wird dieses Gemisch am anderen
Ende (turbinenseitig) durch Auslassöffnungen in die Ringbrennkammer entlassen. Weiterhin
strömt das Gemisch anschließend in die Brennkammer, wo es eine zweitstufige Verbrennung
auslöst. Es ist aber auch eine Verbrennung im Hitzeschild möglich.
[0009] Wünschenswert wäre ein Konzept zur Kühlung eines Bauteils einer Gasturbine, das bei
einem vergleichbar guten Wirkungsgrad zur Senkung der Schadstoffemission beiträgt.
[0010] An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist ein Verfahren zur Kühlung
eines Bauteils einer Gasturbine anzugeben und eine Vorrichtung mit einem zu kühlenden
Bauteil anzugeben, bei dem das Kühlkonzept derart ausgestaltet ist, dass der Wirkungsgrad
der Gasturbine nicht reduziert und die Schadstoffemission der Gasturbine gesenkt wird.
[0011] Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein eingangs genanntes
Verfahren zur Kühlung heißgaskontaktierter Bauteile einer Gasturbine gemäß Anspruch
1.
[0012] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das bisher im Rahmen des offenen
Kühlluftkonzepts verfolgte Lösungsprinzip unvorteilhaft hinsichtlich der Schadstoffemission
der Gasturbine ist. Davon ausgehend hat die Erfindung nunmehr erkannt, dass es sich
als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Schadstoffemission erweist, die Kühlluft
im Rahmen eines geschlossenen Kühlluftkonzepts möglichst dem Brenner, d. h. insbesondere
der Brennerströmung zuzuleiten. Dem folgend wird die Kühlluft bereits dem Brenneraustritt
zugeführt und nicht erst dem Brennraum der Brennkammer. Auf diese Weise wird es nunmehr
ermöglicht, dass die Kühlluft vollständig an der Vermischung mit Brennstoff im Brenner
und an der Verbrennung in der dem Brenner nachgeschalteten Brennkammer teilnehmen
kann. Durch die gemäß dem vorliegenden Konzept verbesserte Zumischung der Kühlluft
erniedrigt sich insgesamt das Brennstoff-Luft-Verhältnis. Diese Maßnahme reduziert
von vornherein die Verbrennungstemperatur auf ein vorteilhaftes Niveau und als Folge
davon die Entstehung von NO
x. Das geschlossene Kühlluftkonzept trägt somit zu einer wesentlichen Verringerung
der NO
x-Emission bei. Eine Emission von CO und sonstigen unverbrannten Kohlenwasserstoffen
wird dennoch gering gehalten.
[0013] Die hier vorgeschlagene Zuführung der Kühlluft zum Brenneraustritt im Rahmen des
geschlossenen Kühlkonzepts wird im Rahmen der Erfindung auf besonders effektive Weise
dadurch erreicht, dass bei Betrieb des Brenners von der Eingangsseite bzw. dem Brennereintritt
her zum Brenneraustritt bzw. der Brennkammer hin ein Druckgefälle in der Kühlluftführung
bzw. im Brennerströmungskanal aufrechterhalten wird. Die Kühlluft wird unter Ausnutzung
dieses Druckgefälles dem Brenneraustritt zugeführt. Auf diese Weise wird die Kühlluft
also in den Brennerströmungskanal injiziert und infolge dieser Injektorwirkung vorteilhaft
mit dem Brennstoff-Luftstrom vermischt. Dies erweist sich als besonders günstig in
seiner Wirkung hinsichtlich des Verbrennungsablaufs und damit hinsichtlich der Senkung
des Brennstoff-Luft-Verhältnisses und im Ergebnis der Schadstoffemission. Kühlluftverluste
werden dabei durch Dichtungen vermieden. Der volle Kühlluftmassenstrom nimmt an der
Verbrennung teil. Das Druckgefälle wird so aufrechterhalten und dem Druckgefälle abträgliche
Druckverluste durch Undichtigkeiten werden auf diese Weise vermieden, so dass die
Injektorwirkung möglichst effektiv ist.
[0014] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen
und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das Verfahren im Einzelnen zu
realisieren.
[0015] Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch den eingangs genannten Brenner
einer Gasturbine mit heißgaskontaktierten Bauteilen und einem einer Brennkammer vorgelagerten
Brenneraustritt eines Brenners gemäß Anspruch 2 gelöst.
[0016] Mit einem derart ausgestalteten Brenner lässt sich das oben genannte Verfahren gemäß
dem geschlossenen Kühlluftkonzept besonders vorteilhaft mit allen seinen Vorteilen
realisieren.
[0017] Vorteilhafte Weiterbildungen des Brenners sind den Unteransprüchen zu entnehmen und
geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, den Brenner im Einzelnen zu realisieren.
[0018] Das heißt, der Druck am zu kühlenden Bauteil liegt vorteilhaft zwischen dem eingangsseitigen
und dem brenneraustrittsseitigen Druck.
[0019] Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das hier vorgestellte
Konzept der geschlossenen Kühlung auf ein Bauteil angewendet, das den Wirkungen des
Heißgases besonders ausgesetzt ist, also auf ein zu kühlendes Bauteil der Brennkammer
angewendet. Das heißt, die Vorteile des geschlossenen Konzepts erweisen sich als besonders
vorteilhaft bei einem Bauteil aus der Gruppe bestehend aus Brennereinsatz, Nutring,
Drallerzeuger und Brenneraustrittswand. Der Brenner wird nämlich am Gehäuse der Gasturbine
gehalten und ist dort mit seinem Flansch befestigt. Der Drallerzeuger bildet zusammen
mit seinen Schaufeln und einer äußeren und inneren Wand den Brennerströmungskanal
am Brenneraustritt. Der Brennereinsatz ist über den Nutring in die Brennkammerwand
eingehängt. Die weitere Anordnung ist im Detail der Zeichnung zu entnehmen.
[0020] Die Kühlluft sammelt sich im durch Brennereinsatz, Nutring, Drallerzeuger und Brenneraustrittswand
gebildeten Raum und kühlt dabei vorteilhafter Weise diese Bauteile bevor die Kühlluft
dem Brennerströmungskanal am Brenneraustritt zugeführt wird.
[0021] Davon ausgehend wird das Druckgefälle vorzugsweise durch zweckmäßig angeordnete Dichtungen
möglichst effektiv aufrechterhalten. Vorteilhaft ist eine erste Dichtung zwischen
dem Nutring und dem Drallerzeuger angeordnet. Eine zweite Dichtung ist vorteilhaft
zwischen dem Brennereinsatz und der Brenneraustrittswand angeordnet. Besonders vorteilhaft
ist eine dritte Dichtung zwischen dem Brennereinsatz und dem Nutring angeordnet. Auf
diese Weise ist der obige Raum auf den bevorzugten zweiten Druck vorteilhaft stabilisiert,
und zwar zwischen einem ersten eingangsseitigen und einem dritten brenneraustrittsseitigen
Druck.
[0022] Die Erfindung führt auch auf eine Gasturbine mit einem oben erläuterten Brenner.
[0023] Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung im Vergleich zum Stand
der Technik, welcher ebenfalls dargestellt ist, beschrieben. Die Zeichnung soll das
Ausführungsbeispiel nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur
Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt.
Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird
auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
[0024] Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
- FIG 1A
- einen umfänglich an einer Brennkammer angebrachten üblichen Brenner mit einem offenen
Kühlkonzept ge- mäß dem Stand der Technik;
- FIG 1B
- eine umfänglich an einer Brennkammer angebrachte Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen
Brenners im Rahmen eines geschlossenen Kühlkonzepts.
[0025] FIG 1A ist eine Schnittdarstellung eines oberen Teils eines Brenners 1 gemäß dem
Stand der Technik bei dem das bisher übliche offene Kühlluftkonzept verdeutlicht ist.
Der untere Teil des Brenners 1 gemäß dem Stand der Technik ist in FIG 1A nicht dargestellt,
sondern ergibt sich in seinem Prinzip durch eine Spiegelung an der Symmetrielinie
2. Der Brenner 1 gemäß dem Stand der Technik weist einen Brennereinsatz 3 auf, der
mittels eines Nutrings 5 am Gehäuse der Gasturbine gehalten ist. Zum Ausgleich von
ungleichen Wärmedehnungen ist der Drallerzeuger 7 gegenüber dem Nutring 5 verschieblich
gelagert. Darüber hinaus ist bei dem dargestellten Brenner 1 gemäß dem Stand der Technik
die aus Verdichterendluft gebildete Verbrennungsluftzuführung 4 und Brennstoffeindüsung
6 schematisch dargestellt. Die Kühlluftströmung des bei dem Brenner 1 gemäß dem Stand
der Technik realisierten offenen Kühlluftkonzepts ist durch Pfeile dargestellt. Die
Kühlluftströmung wird durch entsprechend ausgelegte Kanäle im Brennereinsatz 3 und
im Nutring 5 gebildet. Auf diese Weise wird ein zu kühlendes heißgasumströmtes Bauteil,
wie der Brennereinsatz 3, und die überwiegend durch Wärmeleitung aufgeheizten Bauteile,
wie Nutring 5, Drallerzeuger 7 und Brenneraustrittswand 9 mit Kühlluft beaufschlagt.
Das heißt, den Bauteilen 3, 7 und 9 wird Kühlluft zugeführt, indem sie angeströmt
werden. Der Nutring 5 wird von Kühlluft durchströmt.
[0026] Die Kühlluft wird im Rahmen des üblichen offenen Kühlluftkonzepts nach Kühlen der
Bauteile 3, 5, 7, 9 wieder von den Bauteilen weggeführt und in die Umgebung abgegeben.
Die Kühlluft wird zu einem späteren Zeitpunkt der nicht dargestellten Brennkammer
zugeführt, nimmt aber an der Verbrennung praktisch nicht teil. Dieses offene Kühlkonzept
hat sich als nachteilig erwiesen. Die Zuführung der Kühlluft direkt in die Brennkammer
führt zu einer Erhöhung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses in der Flamme, dies hat
höhere Verbrennungstemperaturen und damit erhöhte NO
x-Emissionen zur Folge.
[0027] Demgegenüber zeigt FIG 1B den Schnitt eines unteren Teils einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Brenners 11. Der obere Teil der Ausführungsform des Brenners 11
entspricht im Prinzip dem an der Symmetrielinie 2 gespiegelten unteren Teil. Diese
Ausführungsform des Brenners 11 weist einen Brennereinsatz 13, einen Nutring 15 und
einen Drallerzeuger 17 auf. Darüber hinaus ist schematisch die Verbrennungsluftzuführung
14 und die Brennstoffeindüsung 16 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform des Brenners
11 ist mit der Kühlluftführung 18, die durch entsprechende Kanäle in und am Brennereinsatz
13, dem Nutring 15, dem Drallerzeuger 17 und der Brenneraustrittswand 19 gebildet
ist, ein geschlossenes Kühlluftkonzept realisiert. Die Kühlluftströmung ist dabei
durch entsprechende Pfeile angedeutet. Neben den zu kühlenden Bauteilen 13, 15, 17,
19 dieser Ausführungsform des Brenners 11 weist der Brenner 11 einen einer nicht dargestellten
Brennkammer einer Gasturbine vorgelagerten Brenneraustritt 40 des Brenners 11 auf.
Die zu kühlenden Bauteile, d. h. der Brennereinsatz 13, der Nutring 15, der Drallerzeuger
17 und eine Brenneraustrittswand 19, werden über die Kühlluftführung 18 von einer
Eingangsseite 23 her mit der Kühlluft beaufschlagt. Das heißt, die Kühlluft wird über
die Eingangsseite 23 dem Bauteil 13, 15, 17, und 19 zugeführt und das Bauteil 13,
15, 17, und 19 wird angeströmt. Durch die die Kühlluftführung 18 bildenden Kanäle
wird zudem der Brennereinsatz 13, der Nutring 15 und der Drallerzeuger 17 von der
Kühlluft durchströmt. Im Unterschied zum oben erläuterten Brenner 1 gemäß dem Stand
der Technik ist bei der hier dargestellten Ausführungsform des Brenners 11 ein geschlossenes
Kühlluftkonzept im Rahmen der Kühlluftführung 18 verwirklicht. Das heißt, bei Betrieb
des Brenners im Rahmen des geschlossenen Kühlluftkonzepts wird von der Eingangsseite
23 zum Brenneraustritt 21 des Brenners 11 hin ein durch die Drücke p
1, p
2 und p
3 gekennzeichnetes Druckgefälle in der Kühlluftführung 18 aufrechterhalten und die
durch Pfeile dargestellte Kühlluft wird unter Ausnutzung des Druckgefälles p
1 > p
2 > p
3 dem Brenneraustritt 21 zugeführt. Dabei ist der Brenneraustritt 21 des Brenners 11
der nicht dargestellten Brennkammer vorgelagert. Die Kühlluft wird also zu einem besonders
frühen Zeitpunkt der Verbrennungsluft zugegeben und kann zur Schadstoffemissionsverringerung
beitragen.
[0028] Die herrschenden Drücke p
1, p
2, p
3 sind in der FIG 1B eingetragen. Der erste Druck p
1 ist größer als der zweite Druck p
2 und der zweite Druck p
2 ist größer als der dritte Druck p
3. Der erste Druck p
1 ist auf der Eingangsseite 23 gebildet und entspricht dem Druck der dem Brenner zugeführten
Luft. Der zweite Druck p
2 ist ein Druck, der in einem Raum 25 gebildet ist, der vom Brennereinsatz 13, dem
Nutring 15, dem Drallerzeuger 17 und der Brenneraustrittswand 19 gebildet wird. Auf
diese Weise werden also vier Bauteile 13, 15, 17, 19 vorteilhaft gekühlt. Die Spanne
des Druckgefälles p
1 > p
2 > p
3 wird durch den Druck p
3 auf der Seite des Brenneraustritts 21 und den Druck p
1 auf der Eingangsseite 23 vorgegeben.
[0029] Der Druck p
2 im Raum 25 wird vor allem dadurch aufrechterhalten und stabilisiert, dass der Raum
25 mit Dichtungen 30, 31 und 32 gegen ein Entweichen der Kühlluft abgedichtet ist.
Dabei ist eine erste Dichtung 32 zwischen dem Nutring 15 und dem Drallerzeuger 17
angeordnet. Eine zweite Dichtung 31 ist zwischen dem Brennereinsatz 13 und der Brenneraustrittswand
19 angeordnet. Eine dritte Dichtung 30 ist zwischen dem Brennereinsatz 13 und dem
Nutring 15 angeordnet. Die durch das Druckgefälle p
1 > p
2 > p
3 erzeugte Injektorwirkung auf die Kühlluft führt dazu, dass die Kühlluft durch das
Kühlluftsystem 18 durch einen Kühlluftaustritt 27 in den Brenneraustritt 21 injiziert
wird und sich auf diese Weise innig und direkt mit der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft
und dem Brennstoff aus der Brennstoffeindüsung 16 vermischt und somit besonders vorteilhaft
an der Verbrennung in der Brennkammer teilnehmen kann.
[0030] Eine möglichst vollständige Teilnahme der Kühlluft an der Verbrennung einer Gasturbine
hat u. a. den Vorteil, dass die NO
x-Emission bei der Verbrennung verringert wird.
[0031] Zusammenfassend wird bei einem Verfahren zur Kühlung eines Bauteils 13, 15, 17, 19
einer Gasturbine mit einem einer Brennkammer vorgelagerten Brenneraustritt 21 eines
Brenners 11 das Bauteil 13, 15, 17, 19 über eine Kühlluftführung 18 von einer Eingangsseite
23 her mit Kühlluft beaufschlagt. Gemäß dem hier vorgeschlagenen Konzept wird bei
Betrieb des Brenners 11 von der Eingangsseite 23 zum Brenneraustritt 21 hin ein Druckgefälle
p
1 > p
2 > p
3 in der Kühlluftführung 18 aufrechterhalten und die Kühlluft unter Ausnutzung des
Druckgefälles p
1 > p
2 > p
3 dem Brenneraustritt 21 zugeführt. Dementsprechend weist ein Brenner 11 ein zu kühlendes
Bauteil 13, 15, 17, 19, einen einer Brennkammer einer Gasturbine vorgelagerten Brenneraustritt
21 des Brenners 11 und eine das Bauteil 13, 15, 17, 19 von einer Eingangsseite 23
her mit Kühlluft beaufschlagende Kühlluftführung 18 auf. Dabei weist die Kühlluftführung
18 gemäß dem hier vorgeschlagenen Konzept ein Kühlluftaustritt 27 in den Brenneraustritt
21 auf und bei Betrieb des Brenners 11 besteht ein Druckgefälle p
1 > p
2 > p
3 in der Kühlluftführung 18 von der Eingangsseite 23 zum Brenneraustritt 21 hin.
1. Verfahren zur Kühlung heißgaskontaktierter Bauteile (13, 15, 17, 19) einer Gasturbine
mit einem einer Brennkammer vorgelagerten Brenneraustritt (21) eines Brenners (11),
wobei die dem Brenner (11) zugeordneten Bauteile (13, 15, 17, 19) einen Brennereinsatz
(13), einen Nutring (15), einen Drallerzeuger (17) und eine Brenneraustrittswand (19)umfassen
und über eine Kühlluftführung (18) von einer kühlluftführungsseitigen Eingangsseite
(23) her mit Kühlluft beaufschlagt werden und wobei bei Betrieb des Brenners (11)
- ein Druckgefälle (p1 > p2 > p3) in der Kühlluftführung (18) einen ersten Druck (p1)
auf der Eingangsseite (23) aufweist, einen zweiten Druck (p2) in einem durch Brennereinsatz
(13), Nutring (15), Drallerzeuger (17) und Brenneraustrittswand (19)erzeugten Raum
(25) aufweist, und einen dritten Druck (p3) im Brennerraum auf der Seite des Brenneraustritts
(21) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Druckgefälle (p1 > p2 > p3) aufrechterhalten und stabilisiert wird, indem die
Kühlluftführung (18) und die zu kühlenden, den Raum (25) erzeugenden, Bauteile (13,
15, 17, 19) gegen ein Entweichen der Kühlluft durch zusätzliche Dichtungselemente
(30, 31, 32) abgedichtet werden, wobei
- je ein Dichtungselement zwischen dem Nutring (15) und dem Drallerzeuger (17),zwischen
dem Brennereinsatz (13) und der Brenneraustrittswand (19), sowie zwischen dem Brennereinsatz
(13) und dem Nutring (15) angeordnet wird, so dass
- auf effektive Weise diese, den Raum (25) erzeugenden, Bauteile (13, 15, 17, 19)
gekühlt werden und die Kühlluft unter Ausnutzung dieses Druckgefälles (p1 >p2 > p3)
dem Brenneraustritt (21) möglichst vollständig zugeführt wird.
2. Brenner (11)einer Gasturbine mit heißgaskontaktierten Bauteilen (13, 15, 17, 19) und
einem einer Brennkammer vorgelagerten Brenneraustritt (21), wobei die dem Brenner
(11) zugeordneten Bauteile (13,15,17,19) einen Brennereinsatz (13), einen Nutring
(15), einen Drallerzeuger (17) und eine Brenneraustrittswand (19) umfassen und über
eine Kühlluftführung (18) mit Kühlluft beaufschlagt werden, wobei die Kühlluftführung
(18) eine Eingangsseite (23) und einen Kühlluftaustritt (27) in den Brenneraustritt
(21) aufweist und wobei bei Betrieb des Brenners (11)
- ein Druckgefälle (p1 > p2 > p3) in der Kühlluftführung (18) einen ersten Druck (p1)
auf der Eingangsseite (23) aufweist, einen zweiten Druck (p2) in einem durch Brennereinsatz
(13), Nutring (15), Drallerzeuger (17) und Brenneraustrittswand (19)erzeugten Raum
(25) aufweist, und einen dritten Druck (p3) im Brennraum auf der Seite des Brenneraustritts
(21) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung des Druckgefälles (p1 > p2 > p3) die Kühlluftführung (18) und
die zu kühlenden, den Raum (25) erzeugenden, Bauteile (13, 15,17, 19) gegen ein Entweichen
der Kühlluft durch zusätzliche Dichtungselemente (30,31, 32) abgedichtet sind, wobei
- je ein Dichtungselement zwischen dem Nutring (15) und dem Drallerzeuger (17),zwischen
dem Brennereinsatz (13) und der Brenneraustrittswand (19), sowie zwischen dem Brennereinsatz
(13) und dem Nutring (15) angeordnet ist.
3. Gasturbine mit einem Brenner (11) nach Anspruch 2.
1. Method for cooling components (13, 15, 17, 19) of a gas turbine which are in contact
with hot gas, said gas turbine having a burner outlet (21), situated in front of a
combustion chamber, of a burner (11), wherein the components (13, 15, 17, 19) assigned
to the burner (11) comprise a burner insert (13), a grooved ring (15), a vortex generator
(17) and a burner outlet wall (19) and are acted upon by cooling air via a cooling-air
feed (18) from an inlet side (23) on the cooling-air-feed side, and wherein, during
operation of the burner (11)
- a pressure gradient (p1 > p2 > p3) in the cooling-air feed (18) has a first pressure
(p1) on the inlet side (23), a second pressure (p2) in a space (25) produced by burner
insert (13), grooved ring (15), vortex generator (17) and burner outlet wall (19),
and a third pressure (p3) in the combustion space on the side of the burner outlet
(21),
characterized in that
- the pressure gradient (p1 > p2 > p3) is maintained and stabilized by virtue of the
fact that the cooling-air feed (18) and the components (13, 15, 17, 19) to be cooled
which produce the space (25) are sealed against an escape of the cooling air by additional
sealing elements (30, 31, 32), wherein
- one sealing element each is arranged between the grooved ring (15) and the vortex
generator (17), between the burner insert (13) and the burner outlet wall (19) and
between the burner insert (13) and the grooved ring (15), such that
- these components (13, 15, 17, 19) producing the space (25) are cooled in an effective
manner and the cooling air is fed as completely as possible to the burner outlet (21)
while utilizing this pressure gradient (p1 > p2 > p3).
2. Burner (11) of a gas turbine having components (13, 15, 17, 19) which are in contact
with hot gas and a burner outlet (21) situated in front of a combustion chamber, wherein
the components (13, 15, 17, 19) assigned to the burner (11) comprise a burner insert
(13), a grooved ring (15), a vortex generator (17) and a burner outlet wall (19) and
are acted upon by cooling air via a cooling-air feed (18), wherein the cooling-air
feed (18) has an inlet side (23) and a cooling-air outlet (27) leading into the burner
outlet (21), and wherein, during operation of the burner (11)
- a pressure gradient (p1 > p2 > p3) in the cooling-air feed (18) has a first pressure
(p1) on the inlet side (23), a second pressure (p2) in a space (25) produced by burner
insert (13), grooved ring (15), vortex generator (17) and burner outlet wall (19),
and a third pressure (p3) in the combustion space on the side of the burner outlet
(21),
characterized in that
- to maintain the pressure gradient (p1 > p2 > p3), the cooling-air feed (18) and
the components (13, 15, 17, 19) to be cooled which produce the space (25) are sealed
against an escape of the cooling air by additional sealing elements (30, 31, 32),
wherein
- one sealing element each is arranged between the grooved ring (15) and the vortex
generator (17), between the burner insert (13) and the burner outlet wall (19) and
between the burner insert (13) and the grooved ring (15).
3. Gas turbine having a burner (11) according to Claim 2.
1. Procédé de refroidissement d'éléments ( 13, 15, 17, 19 ) entrant en contact avec du
gaz chaud d'une turbine à gaz, comprenant une sortie ( 21 ) d'un brûleur ( 11 ), montée
en amont d'un brûleur ( 11 ) les éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs associés
au brûleur ( 11 ) comprenant un insert ( 13 ) de brûleur, un joint ( 15 ) à lèvre,
un générateur ( 17 ) de tourbillon et une paroi ( 19 ) de sortie du brûleur et étant
alimentés en air de refroidissement par un conduit ( 18 ) pour de l'air de refroidissement
à partir d'un côté ( 23 ) d'entrée du côté du conduit de l'air de refroidissement
et dans lequel lorsque le brûleur ( 11 ) fonctionne
- un gradient ( p1 > p2 > p3 ) de pression dans le conduit ( 18 ) pour de l'air de
refroidissement a une première pression ( p1 ) du côté ( 23 ) de l'entrée et une deuxième
pression ( p2 ) dans un espace ( 25 ) produit par l'insert ( 13 ) de brûleur, le joint
( 15 ) à lèvre, le générateur ( 17 ) de tourbillon et la paroi ( 19 ) de sortie du
brûleur et une troisième pression ( p3 ) dans l'espace du brûleur du côté de la sortie
( 21 ) du brûleur,
caractérisé en ce que
- on maintient et on stabilise le gradient ( p1 > p2 > p3 ) de pression en rendant
étanche par des éléments ( 30, 31, 32 ) d'étanchéité supplémentaires, vis-à-vis d'un
échappement de l'air de refroidissement, le conduit ( 18 ) pour de l'air de refroidissement
et les éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs à refroidir produisant l'espace (
25 ), dans lequel
- respectivement un élément d'étanchéité est disposé entre le joint ( 15 ) à lèvre
et le générateur ( 17 ) de tourbillon entre l'insert du brûleur et la paroi ( 19 )
de sortie du brûleur ainsi qu'entre l'insert ( 13 ) du brûleur et le joint ( 15 )
à lèvre, de sorte que
- d'une façon efficace, ces éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs produisant l'espace
( 15 ) sont refroidis et l'air de refroidissement est envoyé d'une manière aussi complète
que possible à la sorite ( 21 ) du brûleur en tirant partie de ce gradient ( p1 >
p2 > p3 ) de pression.
2. Brûleur ( 11 ) d'une turbine à gaz ayant des éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs
venant en contact avec du gaz chaud et une sortie ( 21 ) du brûleur montée en amont
d'une chambre de combustion, dans lequel les éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs
associés au brûleur ( 11 ) comprennent un insert ( 13 ) de brûleur, un joint ( 15
) à lèvre, un générateur ( 17 ) de tourbillon et une paroi ( 19 ) de sortie de brûleur
et sont alimentés en air de refroidissement par un conduit ( 18 ) pour de l'air de
refroidissement, le conduit ( 18 ) pour de l'air de refroidissement ayant un côté
( 23 ) d'entrée et une sortie ( 27 ) de l'air de refroidissement dans la sortie (
21 ) du brûleur et dans lequel lorsque le brûleur ( 11 ) fonctionne
- un gradient ( p1 > p2 > p3 ) de pression dans le conduit ( 18 ) pour de l'air de
refroidissement a une première pression ( p1 ) du côté ( 23 ) de l'entrée, une deuxième
pression ( p2 ) dans un espace ( 25 ) produit par l'insert ( 13 ) de brûleur, le joint
( 15 ) à lèvre, le générateur ( 17 ) de tourbillon et la paroi ( 19 ) de sortie du
brûleur et une troisième pression ( p3 ) dans l'espace du brûleur du côté de la sortie
( 21 ) du brûleur,
caractérisé en ce que, pour le maintien du gradient ( p1 > p2 > p3 ) de pression, le conduit ( 18 ) pour
de l'air de refroidissement et les éléments ( 13, 15, 17, 19 ) constitutifs à refroidir
produisant l'espace ( 25 ) sont rendus étanches par des éléments ( 30, 31, 32 ) d'étanchéité
supplémentaires vis-à-vis d'un échappement de l'air de refroidissement, dans lequel
- respectivement un élément d'étanchéité est disposé entre le joint ( 15 ) à lèvre
et le générateur ( 17 ) de tourbillon entre l'insert du brûleur et la paroi ( 19 )
de sortie du brûleur ainsi qu'entre l'insert ( 13 ) du brûleur et le joint ( 15 )
à l'air.
3. Turbine à gaz ayant un brûleur ( 11 ) suivant la revendication 2.