Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachlaufbeeinflussung
von Brennkammereinbauten, beispielsweise Brennstoffdüsenhalterungen, Brennstoffdüsen,
Rippenstrukturen, Abstützungen, Ecken und Stufen.
Stand der Technik
[0002] Es ist bekannt, dass in Brennkammern oft verschiedene Einbauten angeordnet sind,
deren Nachlauf die Gefahr eines unerwünschten Flammenhalters in sich birgt.
[0003] So werden Brennstoffeindüsungen als ein Beispiel eines in eine Gasturbinenbrennkammer
integrierten Bauteils konstruktiv oft über eine gekrümmte, der Brennkammerströmung
ausgesetzte Zuführung verwirklicht. Die geometrisch quer zur Hauptströmung stehende
Halterung der Brennstoffdüse bildet ebenso ein Totwassergebiet mit rezirkulierender
Strömung aus wie das stumpfe Ende der Düse selbst Dort kann sich unter bestimmten
Bedingungen ein unbeabsichtigter Flammenhaltereffekt einstellen, d.h. die Flamme brennt
stabil direkt in diesem Nachlaufgebiet, weil Brennstoff durch die Strömungsrezirkulation
von der Eindüsungsstelle in das Totwassergebiet transportiert wird.
[0004] Der Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, dass in einer solchen Flamme
durch die relativ langen Aufenhaltszeiten in der Verbrennungszone die Schadstoffbildung
meist gegenüber der beabsichtigten (Vormisch-)Verbrennung stromab der Brennstoffeindüsung
deutlich erhöht wird. Dieser Effekt ist im Hinblick auf die immer strenger werdenden
Anforderungen an die Schadstoffemissionswerte unerwünscht.
[0005] Ebenso kann die thermische Belastung des Bauteiles steigen und damit eine aufwendigere
Kühlung der Bauteilwand notwendig machen.
Darstellung der Erfindung
[0006] Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, welche den Nachlauf bei Brennkammereinbauten
günstig beeinflussen.
[0007] Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren dadurch erreicht, dass im Nachlauf
des quer zur Hauptströmung stehenden Teils der Einbauten in eine Brennkammer ein zusätzlicher
Luftmassenstrom vor der eigentlichen Verbrennungszone so ausgeblasen wird, dass das
Gebiet der rezirkulierenden Strömung minimiert wird. Erfindungsgemäss wird das bei
einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch erreicht, dass innerhalb
der Einbauten ein Kanal zur Führung des zusätzlichen Luftmassenstromes angeordnet
ist, welcher mit Ausblaseöffnungen verbunden ist, die in dem sich entgegengesetzt
zur Hauptströmung befindendem Teil der Einbauten in mindestens einer Reihe angeordnet
sind.
[0008] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass der unerwünschte
Flammenhaltereffekt vermindert wird und trotzdem eine gute Vermischung von Zusatzluft
und Hauptmassenstrom vor der Brennstoffzufuhr bzw. Verbrennung erreicht wird, so dass
die Schadstoffemissionen verringert werden. Ausserdem wird eine zusätzlich thermische
Belastung des Bauteiles verhindert.
[0009] Es ist besonders zweckmässig, wenn der zusätzliche Luftmassenstrom der aufgeheizten
Brennkammerkühlluft entnommen wird.
[0010] Ferner ist es vorteilhaft, wenn der zusätzliche Luftmassenstrom zur eventuellen Kühlung
der Einbauten eingesetzt wird.
[0011] Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ausblaseöffnungen über die gesamte Länge des
Teils der Einbauten, der sich entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung befindet,
angeordnet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0012] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Brennstoffdüsenhalterung
einer Gasturbinenbrennkammer dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- die Anordnung der Brennstoffdüsenhalterung in der Brennkammer;
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch die Brennstoffdüsenhalterung.
[0013] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Die Richtung der Brennkammerströmung und die Strömungsrichtung der Zusatzluft ist
mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
[0014] In einer Gasturbinenbrennkammer sind an der Brennkammerwand 7 Einbauten 2 in Form
einer Brennstoffdüsenhalterung 8 und einer Brennstoffdüse 9 angeordnet. Die zylinderförmige
Brennstoffdüsenhalterung 8 steht quer zur Hauptströmung 1 der Brennkammer. Sie bildet
wie das stumpfe Ende der Brennstoffdüse 9 selbst ein Gebiet mit rezirkulierender Strömung.
Diese Gebiete werden reduziert bzw. können auch völlig beseitigt werden, wenn, wie
in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, die Brennstoffdüsenhalterung 8 und die Brennstoffdüse
9 in ihren sich entgegengesetzt zur Hauptströmung 1 befindenden Teilen mehrere Ausblaseöffnungen
6 sowie einen Kanal 5 für einen zusätzlichen Luftmassenstrom 3 aufweisen und dieser
zusätzliche Luftmassenstrom 3 vor der eigentlichen Verbrennungszone so ausgeblasen
wird, dass die Strömungsrezirkulation minimiert wird.
[0015] Der zusätzliche Luftmassenstrom 3 wird dabei durch den Kanal 5 und die Ausblaseöffnungen
6 vor der eigentlichen Verbrennungszone zugemischt, so dass dieser vollständig an
der Verbrennung teilnimmt und nicht zu einer indirekten Erhöhung der Schadstoffwerte
führt.
[0016] Je nach Ausblaserate kann damit die notwendige Verminderung des Flammenhaltereffekts
bei trotzdem guter Vermischung von zusätzlichem Luftmassenstrom 3 und Hauptmassenstrom
1 vor der Brennstoffeindüsung 10 bzw. der Verbrennung erreicht werden.
[0017] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zusätzliche Luftmassenstrom 3 der aufgeheizten
Brennkammerkühlluft 4 entnommen. Selbstverständlich kann die Zusatzluft 3 auch anderen
Luftströmungen entnommen werden.
[0018] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass der zusätzliche Luftmassenstrom
3 auch gleichzeitig zu einer eventuell notwendigen Kühlung der Brennstoffdüsenhalterung
8 und der Brennstoffdüse 9 verwendet werden kann.
[0019] Die erfindungsgemässe Lösung zur Reduzierung der Nachlaufrezirkulation ist grundsätzlich
bei allen Einbauten 2 in Brennkammern anwendbar, deren Nachlauf die Gefahr eines unerwünschten
Flammenhalters in sich birgt. Das können z.B. neben den bereits erwähnten Brennstoffdüsenhalterungen
und Brennstoffdüsen auch Rippenstrukturen, Abstützungen, Ecken und Stufen sein.
Bezugszeichenliste
[0020]
- 1
- Hauptströmung
- 2
- Einbauten
- 3
- zusätzlicher Luftmassenstrom
- 4
- Brennkammerkühlluft
- 5
- Kanal
- 6
- Ausblaseöffnungen
- 7
- Brennkammerwand
- 8
- Brennstoffdüsenhalterung
- 9
- Brennstoffdüse
- 10
- Brennstoffeindüsung
1. Verfahren zur Nachlaufbeeinflussung von Brennkammereinbauten, dadurch gekennzeichnet,
dass im Nachlauf des quer zur Hauptströmung (1) stehenden Teils der Einbauten (2)
in eine Brennkammer ein zusätzlicher Luftmassenstrom (3) vor der eigentlichen Verbrennungszone
so ausgeblasen wird, dass das Gebiet der rezirkulierenden Strömung minimiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftmassenstrom
(3) der aufgeheizten Brennkammerkühlluft (4) entnommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftmassenstrom
(3) zur Kühlung der Einbauten (2) eingesetzt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb der Einbauten (2) ein Kanal (5) zur Führung des zusätzlichen Luftmassenstromes
(3) angeordnet ist, welcher mit Ausblaseöffnungen (6) verbunden ist, die in dem sich
entgegengesetzt zur Hauptströmung (1) befindenden Teil der Einbauten (2) in mindestens
einer Reihe angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblaseöffnungen (6)
über die gesamte Länge des Teils der Einbauten (2), der sich entgegengesetzt zur Hauptströmung
(1) befindet, angeordnet sind.