CH702097A2

CH702097A2 - Brennkammer für eine Gasturbine.

Info

Publication number: CH702097A2
Application number: CH01762/10A
Authority: CH
Inventors: Jason Mulherin; John Charles Intile
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2011-04-29
Also published as: JP2011089760A; DE102010038122A1; CN102052673A; US20110094235A1; US8402763B2; JP5584586B2

Abstract

Eine Brennkammer (2) für eine Gasturbine enthält eine Anzahl von Düsen (4), die in einem Feld angeordnet sind, eine Zwischenplatte (6), die zum Bewirken einer gewünschten Luftströmungsverteilung zu den Düsen eingerichtet ist, und ein Gehäuse (10), das eine Anzahl von Öffnungen (12) in einer äusseren Oberfläche aufweist. Das Gehäuse erstreckt sich von einem Kopfende der Brennkammer bis zu der Zwischenplatte. Ein Verfahren zum Verteilen eines Luftstroms (8) in einer Brennkammer einer Gasturbine umfasst das Erzeugen eines Luftstroms zu der äusseren Oberfläche des Gehäuses, das Leiten des Luftstroms um die Zwischenplatte (6) herum und das Verteilen des Luftstroms durch die Zwischenplatte hindurch zu dem Feld von Düsen.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf die Brennstoffverteilung zum Kopfende einer Mehrdüsenbrennkammer.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Industrielle Gasturbinen weisen einen Brennkammerabschnitt auf, der typischerweise aus einer ringförmigen Reihe von Brennkammern aufgebaut ist. Jede Brennkammer ist eine zylindrische Kammer, die einen gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff sowie Verbrennungsluft aufnimmt, die zu einem brennbaren Gemisch zusammengeführt werden. Das Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt in der Brennkammer, um heisse unter Druck stehende Verbrennungsgase zu erzeugen, die zum Antreiben einer Turbine verwendet werden.

[0003] Die Brennkammern sind allgemein einstufige Dualmodus-Mehrbrennereinheiten. Der Begriff «Dualmodus» bezeichnet die Eignung der Brennkammer zum Verbrennen von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen. Der Begriff «einstufig» bezieht sich auf eine einzige Verbrennungszone, die durch die zylindrische Einfassung jeder einzelnen Brennkammer festgelegt ist.

[0004] Die Stabilisierung einer Flamme in einer Brennkammer trägt zur Schaffung einer kontinuierlichen Verbrennung, effizienten Erzeugung von heissen Verbrennungsgasen und verringerten Emissionen aus der Verbrennung bei. Die Flammen der Verbrennung neigen zu Schwingungen infolge dynamischer Druckschwankungen in den Brennkammern, insbesondere bei Übergangsbetriebszuständen der Verbrennung hin zu mageren Brennstoff-Luft-Gemischen. Diese Schwingungen können die Flamme in einer Brennkammer löschen und zu Alterungs- bzw. Ermüdungserscheinungen der Brennkammer führen.

[0005] Eine einstufige Brennkammer für eine Gasturbine kann eine ringförmige Reihe von äusseren Brennstoffdüsen, die um eine Zentralachse der Brennkammer herum angeordnet sind, und eine zentrale Brennstoffdüse, die an der Zentralachse ausgerichtet ist, enthalten. Ein Druckabfall über der Brennkammer wird zum Abtrennen eines Luftstroms zu der Brennkammer verwendet. Der Druckabfall kann jedoch zu einer unerwünschten bzw. Fehlverteilung des Luftstroms zu den äusseren Brennstoffdüsen führen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Brennkammer für eine Gasturbine eine Anzahl von Düsen, die in einem Feld angeordnet sind; eine Zwischenplatte, die zu Erzeugung einer gewünschten Luftstromverteilung zu dem Feld von Düsen eingerichtet ist; und ein Gehäuse auf, das eine Anzahl von Öffnungen in einer äusseren Oberfläche aufweist, wobei sich das Gehäuse von einem Kopfende der Brennkammer zu der Zwischenplatte erstreckt.

[0007] Gemäss einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verteilen eines Luftstroms in einer Brennkammer einer Gasturbine geschaffen. Die Brennkammer enthält eine Anzahl von Düsen, die in einem Feld angeordnet sind, eine Zwischenplatte und ein Gehäuse, das sich von einem Kopfende der Brennkammer zu der Zwischenplatte erstreckt und eine Anzahl von Öffnungen in einer äusseren Oberfläche aufweist. Das Verfahren enthält das Erzeugen eines Luftstroms zu der äusseren Oberfläche des Gehäuses; das Lenken des Luftstroms um die Zwischenplatte herum; und das Verteilen des Luftstroms durch die Zwischenplatte zu der Anordnung bzw. dem Feld von Düsen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0008] Fig. 1 zeigt schematisch eine Mehrdüsenbrennkammer gemäss einem Ausführungsbeispiel;

[0009] Fig. 2 zeigt schematisch die Mehrdüsenbrennkammer, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, mit einem seitlichen Gehäuse;

[0010] Fig. 3 zeigt schematische eine Mehrdüsenbrennkammer gemäss einer alternativen Ausführungsform; und

[0011] Fig. 4 zeigt schematisch einen Luftstrom durch die Brennkammer aus Fig. 3.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0012] Unter Bezug auf Fig. 1: Eine Mehrdüsenbrennkammer 2 weist eine Anzahl von Düsen 4 auf. Durch eine angepasste Zwischenplatte 6 wird eine Strömungsverteilung zu dem Kopfende der Mehrdüsenbrennkammer 2 erzeugt, um den Luftstrom 8 zu den äusseren Düsen zu führen.

[0013] Die Zwischenplatte 6 weist eine Anzahl von Öffnungen auf, die dazu eingerichtet sein können, eine gewünschte Strömungsverteilung zu den Düsen 4 zu bewirken. Der Luftstrom 8 wird ohne eine wesentliche Auswirkung auf den Druckabfall durch die Zwischenplatte 6 auf die Düsen 4 verteilt. Die Zwischenplatte 6 kann jedoch einen Anstieg des Druckabfalls bewirken. Die Zwischenplatte 6 kann mit Öffnungen 20 unterschiedlicher Grösse versehen sein.

[0014] Unter Bezug auf Fig. 2: Die Brennkammer 2 kann ein Gehäuse 10 aufweisen, das eine Anzahl von Öffnungen 12 aufweist. Der Luftstrom 8 tritt durch einen Strömungshülseneinlass 14 in das Kopfende der Brennkammer 2 ein und strömt danach an der Aussenseite des Gehäuses 10 abwärts. Der Strömungshülseneinlass 14 kann so angepasst sein, dass ein gewünschter Druckabfall erreicht wird.

[0015] Unten in der Brennkammer 2 kehrt der Luftstrom 8 nach oben um, wie es durch den Pfeil 16 gezeigt ist, und strömt durch die Zwischenplatte 6 hindurch aufwärts. Ein Teil des Luftstroms 8 kann durch die Öffnungen 12 in dem Gehäuse 10 entnommen werden.

[0016] Unter Bezug auf die Fig. 3und 4: Die Brennkammer 2 weist ein Leitblech 18 auf, das sich um den gesamten Umfang des Gehäuses 10 herum erstreckt. Das Leitblech 18 kann axial entlang des Gehäuses 10 angeordnet sein. Wie in Figur 4 gezeigt weist das Leitblech 18 eine äussere Seite oder ein Umlenkelement 22 auf, das den Luftstrom 8 erfasst und ihn in das Gehäuse 10 hineinzwingt. Das Leitblech 18 lenkt den Luftstrom 8 nach innen, um zu gering angeströmte äussere Düsen zu speisen. Das Leitblech 18 kann auch eine Innenseite oder ein Umlenkelement 24 aufweisen, um den Luftstrom 8 zu den äusseren Düsen zu leiten. Es sollte erkannt werden, dass das Leitblech 18 auch keine innere Seite oder kein Umlenkelement aufweisen könnte.

[0017] Das Leitblech 18 kann in Abschnitten ausgebildet sein, um es zu ermöglichen, dass das Gehäuse 10 das Leitblech 18 trägt. Während die Seiten 22, 24 des Leitblechs 18 allgemein als parallel zu dem Gehäuse 10 gezeigt sind, sollte jedoch auch erkannt werden, dass die Seiten 22, 24 des Leitblechs 18 auch in einem Winkel zu dem Gehäuse 10 angeordnet sein könnten. Ausserdem sollte erkannt werden, dass die Länge der Seiten 22, 24 des Leitblechs so bemessen sein könnte, dass eine gewünschte Verteilung des Luftstroms zu den Düsen bewirkt wird.

[0018] Das Leitblech 18 und der Strömungshülseneinlass 14 können jeweils für eine einzelne Brennkammer ausgebildet sein. Der Strömungshülseneinlass kann am Ende des Konstruktionsvorgangs angepasst werden, um einen gewünschten Druckabfall zu erhalten. Das Leitblech kann eine Strömungsungleichverteilung zu den äusseren Düsen hin ermöglichen. Diese Möglichkeit kann an dem Ende der Brennkammer genutzt werden, um die gewünschte Strömungsverteilung zu erhalten.

[0019] Die Zwischenplatte stützt sich nicht auf einen Druckabfall, um die gewünschte Strömungsaufteilung zu bewirken. Die Zwischenplatte hat auch keine wesentliche Auswirkung auf den Druckabfall.

[0020] Während die Erfindung in Verbindung dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, muss erkannt werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern es im Gegenteil beabsichtigt ist, vielfältige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen einzuschliessen, die innerhalb des Geistes und des Bereiches der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

[0021] Eine Brennkammer 2 für eine Gasturbine enthält eine Anzahl von Düsen 4, die in einem Feld angeordnet sind, eine Zwischenplatte 6, die zum Bewirken einer gewünschten Luftströmungsverteilung zu den Düsen eingerichtet ist, und ein Gehäuse 10, das eine Anzahl von Öffnungen 12 in einer äusseren Oberfläche aufweist. Das Gehäuse erstreckt sich von einem Kopfende der Brennkammer bis zu der Zwischenplatte. Ein Verfahren zum Verteilen eines Luftstroms 8 in einer Brennkammer einer Gasturbine umfasst das Erzeugen eines Luftstroms zu der äusseren Oberfläche des Gehäuses, das Leiten des Luftstroms um die Zwischenplatte 6 herum und das Verteilen des Luftstroms durch die Zwischenplatte hindurch zu dem Feld von Düsen.

Bezugszeichenliste

[0022] <tb>2<sep>Brennkammer <tb>4<sep>Düse <tb>6<sep>Zwischenplatte <tb>8<sep>Luftström <tb>10<sep>Gehäuse <tb>12<sep>Öffnung <tb>14<sep>Strömungshülseneinlass <tb>16<sep>Pfeil <tb>18<sep>Leitblech <tb>20<sep>Öffnung (Leitblech) <tb>22<sep>Aussenseite (Umlenkung) <tb>24<sep>Innenseite (Umlenkung)

Claims

1. Brennkammer (2) für eine Gasturbine, wobei die Brennkammer aufweist: eine Anzahl von Düsen (4), die in einem Feld angeordnet sind; eine Zwischenplatte (6), die zum Erzeugen einer gewünschten Luftstromverteilung zu dem Feld von Düsen eingerichtet ist; und ein Gehäuse (10), das eine Anzahl von Öffnungen (12) in einer äusseren Oberfläche aufweist, wobei sich das Gehäuse (10) von einem Kopfende der Brennkammer (2) zu der Zwischenplatte (6) erstreckt.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, bei der die Zwischenplatte (6) darauf abgestimmt ist, einen Teil des Luftstroms zu äusseren Düsen des Feldes zu leiten.

3. Brennkammer nach Anspruch 2, bei der die Zwischenplatte (6) eine Anzahl von Öffnungen (20) aufweist.

4. Brennkammer nach Anspruch 3, bei der die Öffnungen (20) der Zwischenplatte (6) eine Anzahl von Grössen aufweisen.

5. Brennkammer nach Anspruch 1, die weiterhin einen Strömungshülseneinlass (14) aufweist, durch den der Luftstrom (8) in das Kopfende der Brennkammer (2) eintritt.

6. Brennkammer nach Anspruch 5, bei der der Strömungshülseneinlass (14) einstellbar ist, um einen gewünschten Druckabfall zu erzeugen.

7. Brennkammer nach Anspruch 1, bei der ein Teil des Luftstroms (8) entlang der äusseren Oberfläche des Gehäuses (10) durch die mehreren Öffnungen (12) in der äusseren Oberfläche des Gehäuses (10) entnommen wird.

8. Brennkammer nach Anspruch 1, die weiterhin ein Leitblech (18) um die äussere Oberfläche des Gehäuses (10) herum aufweist.

9. Brennkammer nach Anspruch 8, bei der sich das Leitblech um die gesamte äussere Oberfläche des Gehäuses herum erstreckt.

10. Brennkammer nach Anspruch 8, bei der das Leitblech eine erste Seite an der äusseren Oberfläche des Gehäuses und eine zweite Seite an der inneren Oberfläche des Gehäuses aufweist, wobei die erste und die zweite Seite dazu eingerichtet sind, eine gewünschte Verteilung des Luftstroms zu den mehreren Düsen hin zu bewirken.

11. Verfahren zum Verteilen eines Luftstroms in einer Brennkammer (2) einer Gasturbine, wobei die Brennkammer eine Anzahl von Düsen (4), die in einem Feld angeordnet sind, eine Zwischenplatte (6) und ein Gehäuse (10) aufweist, das sich von einem Kopfende der Brennkammer zu der Zwischenplatte erstreckt und eine Anzahl von Öffnungen in einer äusseren Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren enthält: Erzeugen eines Luftstroms (8) zu der äusseren Oberfläche des Gehäuses (10); Leiten des Luftstroms um die Zwischenplatte (6) herum; und Verteilen des Luftstroms durch die Zwischenplatte (6) hindurch zu dem Feld von Düsen (4).

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Zwischenplatte (6) eine Anzahl von Öffnungen (20) zum Verteilen des Luftstroms aufweist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die mehreren Öffnungen (20) in der Zwischenplatte (6) von unterschiedlicher Grösse sind.

14. Verfahren nach Anspruch 11, das weiterhin das Entnehmen eines Teiles des Luftstroms durch die Öffnungen (12) in der äusseren Oberfläche des Gehäuses (10) enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Entnehmen eines Teiles des Luftstroms umfasst, einen Teil des Luftstroms durch die Öffnungen (12) des Gehäuses (10) mit einem Leitblech (18) zu zwingen, das an dem Gehäuse zum Verteilen des Teils des Luftstroms zu äusseren Düsen des Feldes angeordnet ist.