Gasturbinenbrennkammer

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer (1), mit einem Brennkammerinneren und einer Brennkammerwand, welche eine im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist (2), wobei auf von einer dem Brennkammerinneren abgewandten Seite der Brennkammerwand (2) über den gesamten Querschnittsumfang der Brennkammerwand (2) ein gewelltes Bauteil (3) angeordnet ist, welches mit der Brennkammerwand (2) mehrere separate Resonanzräume (5) ausbildet und wobei Öffnungen (4) in der Brennkammerwand (2) derart eingebracht sind, dass jeweils eine Fluidverbindung zwischen dem Brennkammerinneren und einem der Resonanzräume (5) gegeben ist und wobei das gewellte Bauteil (3) zwei Verschlussringe (6) aufweist, die mit der Brennkammerwand (2) verbunden sind, um die Resonanzräume (5) abzudichten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer, mit einem Brennkammerinneren und einer Brennkammerwand, welche einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist.

[0002] Eine Gasturbinenanlage umfasst im einfachsten Fall einen Verdichter, eine Brennkammer sowie eine Turbine. Im Verdichter erfolgt ein Verdichten von angesaugter Luft, welcher anschließend ein Brennstoff beigemischt wird. In der Brennkammer erfolgt eine Verbrennung des Gemisches, wobei die Verbrennungsabgase der Turbine zugeführt werden, von der den Verbrennungsabgasen Energie entzogen und in mechanische Energie umgesetzt wird.

[0003] Schwankungen in der Brennstoffqualität und sonstige thermische oder akustische Störungen führen jedoch zu Schwankungen in der freigesetzten Wärmemenge. Dabei liegt eine Wechselwirkung von akustischen und thermischen Störungen vor, die sich aufschwingen können. Derartige thermoakustische Schwingungen in den Brennkammern von Gasturbinen - oder auch Strömungsmaschinen im Allgemeinen - stellen ein Problem bei dem Entwurf und bei dem Betrieb von neuen Brennkammern, Brennkammerteilen und Brennern für derartige Strömungsmaschinen dar.

[0004] Um Schadstoffemissionen zu verringern, wird in modernen Anlagen der Kühlmassenstrom verringert. Dadurch wird auch die akustische Dämpfung verringert, so dass thermoakustischen Schwingungen zunehmen können. Dabei kann es zu einer sich aufschaukelnden Wechselwirkung zwischen thermischen und akustischen Störungen kommen, die hohe Belastungen der Brennkammer und steigende Emissionen verursachen können.

[0005] Zur Verringerung von thermoakustischen Schwingungen werden deshalb im Stand der Technik, z.B. Helmholtz-Resonatoren zur Dämpfung eingesetzt, die die Amplitude von Schwingungen bestimmter Frequenzen dämpfen.

[0006] Derartige Helmholtz-Resonatoren dämpfen in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des Verbindungsrohres und vom Resonatorvolumen, insbesondere die Amplitude von Schwingungen, mit der Helmholtzfrequenz. Diese Helmholtz-Resonatoren sind zumeist kleine Boxen, welche auf der Brennkammerwand der Gasturbine einzeln aufgeschweißt werden. Dies ist jedoch sehr aufwendig und teuer. Zudem weisen diese kleinen Boxen und deren Schweißnaht eine nur geringe Lebensdauer auf.

[0007] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinenbrennkammer anzugeben, welche die obigen Nachteile vermeidet.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Gasturbinenbrennkammer, mit einem Brennkammerinneren und einer Brennkammerwand, welche einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist. Auf von einer dem Brennkammerinneren abgewandten Seite der Brennkammerwand ist über den gesamten Querschnittsumfang der Brennkammerwand ein gewelltes Bauteil angeordnet, welches mit der Brennkammerwand mehrere separate Resonanzräume ausbildet. Öffnungen sind in der Brennkammerwand derart eingebracht, dass jeweils eine Fluidverbindung zwischen dem Brennkammerinneren und einer der Resonanzräume gegeben ist. Das gewellte Bauteil weist zwei Verschlussringe auf, die mit der Brennkammerwand verbunden sind, um die Resonanzräume abzudichten. Die Resonanzräume sind damit auch als Hohlraumresonatoren ausgebildet. Mit einer solchen Gasturbinenbrennkammer können Frequenzen einfach gedämpft werden. Ein solches gewelltes Bauteil kann auch einfach und kostengünstig aufmontiert werden. Das gewellte Bauteil kann dabei auf der gesamten Länge der Brennkammerwand angebracht sein. Dadurch ist eine effiziente Dämpfung auf der gesamten Länge der Brennkammerwand möglich. Alternativ kann jedoch das gewellte Bauteil nur auf einen Längenabschnitt der Brennkammerwand angebracht sein.

[0009] Vorteilhafterweise weisen zumindest zwei der in der Brennkammerwand vorhandenen Öffnungen einen unterschiedlichen Querschnitt auf, wobei jede der zumindest zwei Öffnungen eine separate Fluidverbindung zu zumindest zwei separaten Resonanzräumen aufweist. Damit können sehr einfach unterschiedliche Frequenzen gedämpft werden, wie sie z.B. beim Wechsel von Voll- zu Teillast auftreten.

[0010] Vorteilhaftweise weist das gewellte Bauteil Bohrungen auf. Dadurch kann Kühlluft in den Resonanzraum eingebracht werden. Diese kühlt sowohl das gewellte Bauteil als auch die Brennkammerwand, z.B. mittels Prallkühlung.

[0011] In vorteilhafter Ausgestaltung weist das gewellte Bauteil zumindest zwei Wellentäler auf. Das gewellte Bauteil ist in diesen Wellentälern mit der Brennkammerwand verschweißt oder verlötet. Dadurch wird auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass die Resonanzräume auch bei thermischer Ausdehnung des gewellten Bauteils und bzw. oder thermischer Ausdehnung der Brennkammerwand separiert sind. Zudem stellt dies eine einfache hitzebeständige Befestigung des gewellten Bauteils an der Brennkammerwand dar.

[0012] Vorteilhafterweise weisen zumindest zwei separate Resonanzräume unterschiedliche Volumen auf. Damit können ebenfalls unterschiedliche Frequenzen gedämpft werden.

[0013] Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren 1-3.

Figur 1

zeigt abschnittweise eine erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer mit gewelltem Bauteil.

Figur 2

zeigt abschnittsweise einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer mit gewelltem Bauteil.

Figur 3

zeigt abschnittsweise einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer mit gewelltem Bauteil.

[0014] Die Figur 1 zeigt abschnittweise eine erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer 1. Zudem hat die Gasturbinenbrennkammer 1 ein Brennkammerinneres und eine Brennkammerwand 2 mit einen im Wesentlichen rotationssymmetrischem Querschnitt. Auf der von einer dem Brennkammerinneren abgewandten Seite der Brennkammerwand 2 ist über den gesamten Umfang der Brennkammerwand 2 ein gewelltes Bauteil 3 angeordnet. Das gewellte Bauteil 3 kann dabei ein Blech sein. Das Bauteil 3 bildet mit der Brennkammerwand 2 mehrere separate Resonanzräume 5 (Fig. 2) aus. Öffnungen 4 (Fig. 3) sind in der Brennkammerwand 2 derart eingebracht, dass jeweils eine Fluidverbindung zwischen dem Brennkammerinneren und einer der Resonanzräume 5 (Fig. 2) gegeben ist. Jedem Resonanzraum 5 (Fig. 2) ist daher mindestens eine Öffnung 4 (Fig. 3) zugeordnet. Das gewellte Bauteil 3 weist zwei Verschlussringe 6 auf, die mit der Brennkammerwand 2 verbunden sind, um die Resonanzräume 5 (Fig. 2) abzudichten. Die zwei Verschlussringe 6 stellen quasi eine Abdeckung des ansonsten an beiden Enden offenen, gewellten Bauteils 3 dar. Dies bedeutet, dass die Resonanzräume 5 (Fig. 2) sozusagen durch diese Verschlussringe 6 abgedichtet werden. Die Verschlussringe 6 können auf der Brennkammerwand 2 angeschweißt oder aufgelötet sein. Ebenso werden sie zusätzlich mit dem gewellten Bauteil 3 verlötet oder verschweißt. Die Resonanzräume 5 (Fig. 2) können unterschiedliches Volumen aufweisen. Dadurch können unterschiedliche Frequenzen gedämpft werden. In dem gewellten Bauteil 3 können Bohrungen 7 angebracht sein, um eine Kühlung des gewellten Bauteils 3 aber auch der Brennkammerwand 2 mittels Kühlluft durch diese Bohrungen 7 zu realisieren. Die Kühlluft tritt durch die Bohrungen 7 in die Resonanzräume 5 (Fig. 2) ein und kühlt die Brennkammerwand 2, z.B. mittels Prallkühlung. Die Bohrungen 7 sind daher oberhalb der Resonanzräume 5 (Fig. 2) angebracht.

[0015] Figur 2 zeigt abschnittsweise einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer 1 mit dem gewellten Bauteil 3. Das gewellte Bauteil 3 weist Wellentäler 8 auf. An diesen Wellentälern 8 liegt das gewellte Bauteil 3 direkt auf der Brennkammerwand 2 auf. Bevorzugt wird in den Wellentälern 8, das gewellte Bauteil 3, auf die Brennkammerwand 2 geschweißt oder gelötet. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Fluidverbindung zwischen den Resonanzräumen 5 stattfindet. Die Schweißung oder Lötung kann dabei auf der gesamten Länge des gewellten Bauteils 3 vorgesehen sein. Es kann aber auch ein anderes stoffschlüssiges oder formschlüssiges Verfahren angewendet werden.

[0016] Figur 3 zeigt abschnittsweise einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer 1 mit gewelltem Bauteil 3. Die in der Brennkammerwand 2 vorhandenen Öffnungen 4 zu zumindest zwei separaten Resonanzräumen 5 (Fig. 2) können einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen. Somit können unterschiedliche Frequenzen gedämpft werden. Das gewellte Bauteil 3 kann auf der gesamten Länge der Brennkammerwand 2 angebracht werden, oder nur auf einem Teil der Länge der Brennkammerwand 2.

[0017] Durch die erfindungsgemäße Gasturbine mit dem gewellten Bauteil 3 kann eine einfache Dämpfung von Frequenzen erzielt werden. Zudem weist ein solches gewelltes Bauteil 3, eine längere Lebensdauer als ein herkömmlicher Helmholtz-Resonator auf. Durch die verschiedenen Volumen der Resonanzräume 5 (Fig. 2) ist zudem eine einfache Dämpfung verschiedener Frequenzen möglich.

Ansprüche

1. Gasturbinenbrennkammer (1), mit einem Brennkammerinneren und einer Brennkammerwand (2), welche einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweist (2), dadurch gekennzeichnet, dass auf von einer dem Brennkammerinneren abgewandten Seite der Brennkammerwand (2) über den gesamten Querschnittsumfang der Brennkammerwand (2) ein gewelltes Bauteil (3) angeordnet ist, welches mit der Brennkammerwand (2) mehrere separate Resonanzräume (5) ausbildet und wobei Öffnungen (4) in der Brennkammerwand (2) derart eingebracht sind, dass jeweils eine Fluidverbindung zwischen dem Brennkammerinneren und einer der Resonanzräume (5) gegeben ist und wobei das gewellte Bauteil (3) zwei Verschlussringe (6) aufweist, die mit der Brennkammerwand (2) verbunden sind, um die Resonanzräume (5) abzudichten.

2. Gasturbinenbrennkammer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der in der Brennkammerwand (2) vorhandenen Öffnungen (4) einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen, wobei jede der zumindest zwei Öffnungen (4) eine separate Fluidverbindung zu zumindest zwei separaten Resonanzräumen (5) aufweist.

3. Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Bauteil (3) Wellentäler (8) zwischen den Resonanzräumen (5) aufweist und wobei das gewellte Bauteil (3) in diesen Wellentälern (8) mit der Brennkammerwand (2) verschweißt und/oder verlötet ist.

4. Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Bauteil (3) Bohrungen (7) aufweist.

5. Gasturbinenbrennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei separate Resonanzräume (5) unterschiedliche Volumen aufweisen.

Zeichnung