CH709384A2 - System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik in Verbrennungssystemen. - Google Patents

Abstract

Ein System enthält eine Gasturbine (10), die eine erste Brennkammer (132) und eine zweite Brennkammer (136) enthält. Die erste Brennkammer (132) enthält eine erste Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer (132) angeordnet ist, und einen ersten Brennstoffinjektor. Die erste Brennstoffdüse ist eingerichtet, um einen ersten Brennstoff (4) und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer (132) zu injizieren. Die zweite Brennkammer (136) enthält eine zweite Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer (136) angeordnet ist, einen zweiten Brennstoffinjektor und eine zweite Drosselöffnungsplatte (13) die in einem zweiten Brennstoffpfad (8) stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist. Die zweite Brennstoffdüse ist eingerichtet, um den ersten Brennstoff (4) und das Oxidationsmittel in einen zweiten Brennraum der zweiten Brennkammer (136) zu injizieren, und die zweite Drosselöffnungsplatte ist (13) eingerichtet, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten (132) und der zweiten Brennkammer (136) zu reduzieren.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0001] Der offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinensysteme und insbesondere ein System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und spezieller zur Reduktion einer modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik.

[0002] Gasturbinensysteme weisen im Allgemeinen eine Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt, einem Brennkammerabschnitt und einem Turbinenabschnitt auf. Der Brennkammerabschnitt kann eine oder mehrere Brennkammern (z.B. Rohrbrennkammern) mit Brennstoffdüsen aufweisen, die eingerichtet sind, um einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel (z.B. Luft) in einen Brennraum in jeder Brennkammer zu injizieren. In jeder Brennkammer verbrennt ein Gemisch aus dem Brennstoff und Oxidationsmittel, um heisse Verbrennungsgase zu erzeugen, die danach in eine oder mehrere Turbinenstufen in dem Turbinenabschnitt hineinströmen und diese antreiben. Jede Brennkammer kann eine Verbrennungsdynamik erzeugen, die auftritt, wenn die akustischen Schwingungen der Brennkammer mit der Flammendynamik (die auch als die oszillierende Komponente der Wärmefreisetzung bezeichnet wird) in Wechselwirkung treten, um zu einer selbsterhaltenden Druckschwingung in der Brennkammer zu führen. Eine Verbrennungsdynamik kann bei mehreren diskreten Frequenzen oder über einen Frequenzbereich auftreten und kann sich sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts bezüglich der jeweiligen Brennkammer ausbreiten. Beispielsweise können sich die Druck- und/oder Schallwellen stromabwärts in den Turbinenabschnitt, z.B. durch eine oder mehrere Turbinenstufen, oder stromaufwärts in das Brennstoffsystem ausbreiten. Bestimmte Komponenten des Turbinensystems können möglicherweise auf die Verbrennungsdynamik ansprechen, insbesondere wenn die von den einzelnen Brennkammern erzeugten Verbrennungsdynamiken eine phasengleiche und kohärente Beziehung zueinander aufweisen und Frequenzen an oder in der Nähe der Eigen- oder Resonanzfrequenzen der Komponenten aufweisen. Wie hierin beschrieben, kann sich eine «Kohärenz» auf die Stärke der linearen Beziehung zwischen zwei dynamischen Signalen beziehen und kann stark durch den Grad der Frequenzüberlappung zwischen diesen beeinflusst werden. In dem Kontext der Verbrennungsdynamik ist «Kohärenz» ein Mass für die modale Kopplung oder akustische Wechselwirkung von Brennkammer zu Brennkammer, die das Verbrennungssystem zeigt. Demgemäss gibt es einen Bedarf, die Verbrennungsdynamik und/oder eine modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit irgendeiner unerwünschten Mitschwingungsantwort (z.B. Resonanzverhalten) von Komponenten in dem Turbinensystem zu reduzieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0003] Bestimmte Ausführungsformen im Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung sind nachfolgend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht beschränken, vielmehr sollen diese Ausführungsformen nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung liefern. Die Erfindung kann in der Tat verschiedene Formen umfassen, die den nachfolgend erläuterten Ausführungsformen ähneln oder sich davon unterscheiden können.

[0004] In einer ersten Ausführungsform weist ein System eine Gasturbine auf, die eine erste Brennkammer und eine zweite Brennkammer enthält. Die erste Brennkammer enthält eine erste Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist. Die erste Brennstoffdüse ist eingerichtet, um einen ersten Brennstoff und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer zu injizieren. Die erste Brennkammer enthält ferner einen ersten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren. Die zweite Brennkammer enthält eine zweite Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist. Die zweite Brennstoffdüse ist eingerichtet, um den ersten Brennstoff und das Oxidationsmittel in einen zweiten Brennraum der zweiten Brennkammer zu injizieren. Die zweite Brennkammer enthält ferner einen zweiten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren. Die zweite Brennkammer enthält ferner eine zweite Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0005] Eine erste Drosselöffnungsplatte kann in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor angeordnet sein.

[0006] Die erste effektive Drosselöffnungsfläche der ersten Drosselöffnungsplatte kann von einer zweiten effektiven Drosselöffnungsfläche der zweiten Drosselöffnungsplatte verschieden sein.

[0007] Die erste Drosselöffnungsplatte eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann wenigstens einen Unterschied gegenüber der zweiten Drosselöffnungsplatte aufweisen.

[0008] Der wenigstens eine Unterschied des vorstehend erwähnten Systems kann eingerichtet sein, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0009] Die erste Drosselöffnungsplatte eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann eingerichtet sein, um wenigstens teilweise eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Brennkammer zu steuern, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um wenigstens teilweise eine zweite Verbrennungsdynamik in der zweiten Brennkammer zu steuern, und wobei der wenigstens eine Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Drosselöffnungsplatte Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Verbrennungsdynamik bewirken kann.

[0010] Der wenigstens eine Unterschied eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann wenigstens eins von verschiedenen Drosselöffnungsdurchmessern, verschiedenen Drosselöffnungsformen, verschiedener Anzahl von Drosselöffnungen, verschiedenen geometrischen Anordnungen der Drosselöffnungen oder verschiedenen Abständen zwischen benachbarten Drosselöffnungen oder eine beliebige Kombination von diesen zwischen der ersten und der zweiten Drosselöffnungsplatte aufweisen.

[0011] Der erste Brennstoffinjektor und der zweite Brennstoffinjektor eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems können wenigstens einen von Injektoren zur späten Magergemischeinspritzung, quaternären Brennstoffinjektoren oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen.

[0012] Die zweite Brennkammer eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann aufweisen: einen dritten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um den zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren; und eine dritte Drosselöffnungsplatte, die in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem dritten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0013] Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann aufweisen: eine erste Mehrzahl von ersten Brennkammern; und eine zweite Mehrzahl von zweiten Brennkammern, wobei die ersten und die zweiten Brennkammern in einem Muster angeordnet sind, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Mehrzahl der ersten Brennkammern und der zweiten Mehrzahl der zweiten Brennkammern zu reduzieren.

[0014] Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eine dritte Drosselöffnungsplatte aufweisen, die in einem ersten Brennstoffpfad stromaufwärts von wenigstens einer von der ersten Brennstoffdüse oder der zweiten Brennstoffdüse oder einer beliebigen Kombination von diesen angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet sein kann, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0015] In einer zweiten Ausführungsform enthält ein System eine erste Turbinenbrennkammer, die eine erste Brennstoffdüse enthält, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist. Die erste Brennstoffdüse ist eingerichtet, um einen ersten Brennstoff und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer zu injizieren. Die erste Turbinenbrennkammer enthält ferner einen ersten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse oder den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren. Die erste Turbinenbrennkammer enthält ferner eine erste Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor angeordnet ist. Die erste Drosselöffnungsplatte ist eingerichtet, um wenigstens teilweise eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Turbinenbrennkammer zu steuern.

[0016] Die erste Drosselöffnungsplatte des Systems kann eingerichtet sein, um wenigstens teilweise wenigstens entweder eine zweite Brennstoffströmungsrate oder eine zweite Brennstoffgeschwindigkeit durch den zweiten Brennstoffpfad oder eine beliebige Kombination von diesen zu steuern.

[0017] Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eine zweite Brennkammer aufweisen, wobei die zweite Brennkammer aufweist: eine zweite Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist, wobei die zweite Brennstoffdüse eingerichtet ist, um den ersten Brennstoff und das Oxidationsmittel in einen zweiten Brennraum der zweiten Brennkammer zu injizieren; einen zweiten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren; und eine zweite Drosselöffnungsplatte, die in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Drosselöffnungsplatte wenigstens einen Unterschied aufweisen, um die zweiten Verbrennungsdynamik bezüglich der ersten Verbrennungsdynamik zu variieren.

[0018] Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eine dritte Drosselöffnungsplatte aufweisen, die in einem ersten Brennstoffpfad stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um wenigstens teilweise die erste Verbrennungsdynamik in der ersten Turbinenbrennkammer zu steuern.

[0019] In einer dritten Ausführungsform enthält ein Verfahren ein Injizieren eines ersten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in einen ersten Brennraum einer ersten Brennkammer unter Verwendung einer ersten Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist, Injizieren eines zweiten Brennstoffs unter Verwendung eines ersten Brennstoffinjektors in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse oder den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen, Injizieren des ersten Brennstoffs und des Oxidationsmittels in einen zweiten Brennraum einer zweiten Brennkammer unter Verwendung einer zweiten Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist, Injizieren des zweiten Brennstoffs unter Verwendung eines zweiten Brennstoffinjektors in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen, und Steuern eine zweiten Verbrennungsdynamik in der zweiten Brennkammer mit einer zweiten Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0020] Das Verfahren kann ein Steuern einer ersten Verbrennungsdynamik in der ersten Brennkammer mit einer ersten Drosselöffnungsplatte aufweisen, die in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die erste Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0021] Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ein Steuern einer ersten Verbrennungsdynamik in der ersten Brennkammer mit einer dritten Drosselöffnungsplatte aufweisen, die in einem ersten Brennstoffpfad stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

[0022] Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ein Aufrechterhalten einer ersten gesamten Brennstoff Strömung zu der ersten Brennkammer innerhalb eines Bereichs einer zweiten gesamten Brennstoffströmung zu der zweiten Brennkammer unter Verwendung der zweiten Drosselöffnungsplatte und der dritten Drosselöffnungsplatte aufweisen, wobei die erste gesamte Brennstoffströmung den ersten Brennstoff und den zweiten Brennstoff zu der ersten Brennkammer aufweist und die zweite gesamte Brennstoffströmung den ersten Brennstoff und den zweiten Brennstoff zu der zweiten Brennkammer aufweist.

[0023] Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ein Reduzieren einer modalen Kopplung der ersten und der zweiten Brennkammer mittels des wenigstens einen Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Drosselöffnungsplatte aufweisen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0024] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Zeichnungen durchwegs gleiche Teile bezeichnen: <tb>Fig. 1<SEP>zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems, das mehrere Brennkammern mit einer Drosselöffnungsplatte aufweist, die eingerichtet ist, um eine Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu reduzieren; <tb>Fig. 2<SEP>zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer der Brennkammern aus Fig. 1 , wobei die Brennkammer eine Drosselöffnungsplatte aufweist, die eingerichtet ist, um eine Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu reduzieren; <tb>Fig. 3<SEP>zeigt ein schematisches Diagramm eines Gasturbinensystems, das mehrere Brennkammern aufweist, von denen jede mit einer Drosselöffnungsplatte ausgestattet ist, die eingerichtet ist, um eine Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu reduzieren; und <tb>Fig. 4<SEP>zeigt ein schematisches Diagramm eines Gasturbinensystems mit einer ersten Mehrzahl von ersten Brennkammern und einer zweiten Mehrzahl von zweiten Brennkammern, die in einem Muster angeordnet sind, um eine Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu reduzieren.DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0025] Nachfolgend sind eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bestreben, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen bereitzustellen, sind in dieser Beschreibung eventuell nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen tatsächlichen Implementierung wie bei jedem Entwicklungs- oder Konstruktionsprojekt zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, damit die jeweiligen Ziele der Entwickler erreicht werden können, wie zum Beispiel das Einhalten von systembezogenen oder geschäftsbezogen Randbedingungen, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Ausserdem sollte erkannt werden, dass ein solcher Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, nichtsdestotrotz ein routinemässiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.

[0026] Beim Vorstellen der diversen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen die Artikel «ein», «eine», «der», «die» und «das» bedeuten, dass es eines oder mehrere dieser Elemente gibt. Die Begriffe «umfassen», «enthalten» und «aufweisen» sind im Sinne von inklusive gedacht und bedeuten, dass es abgesehen von den angeführten Elementen auch noch andere geben kann.

[0027] Die offenbarten Ausführungsformen sind darauf ausgerichtet, die Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu reduzieren, um unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten in einem Gasturbinensystem zu reduzieren, indem Geometrien einer oder mehrerer Turbinenbrennkammern variiert werden, z.B. indem Drosselöffnungsplatten in einem Brennstoffpfad stromaufwärts von einer oder mehreren Brennstoffdüsen, eine oder mehrere quaternäre Stifte (»Quat-Stifte») und/oder ein oder mehrere Injektoren zur späten Magergemischeinspritzung angeordnet werden, die längs des Umfangs um eine Auskleidung der Turbinenbrennkammer herum und axial stromabwärts von den Brennstoffdüsen angeordnet werden, die in einem Kopfende der Turbinenbrennkammer angeordnet sind. Wie hierin verwendet, kann eine «Drosselöffnungsplatte» als eine Platte mit einem oder mehreren durch sie hindurchgehenden Löchern oder Drosselöffnungen definiert werden, die einen Fluiddurchfluss durch die Drosselöffnungsplatte begrenzen. Eine Gasturbinenbrennkammer (oder Brennkammeranordnung) kann aufgrund des Verbrennungsprozesses, der Eigenschaften der Einlassfluidströmungen (z.B. Brennstoff, Oxidationsmittel, Verdünnungsmittel) in die Brennkammer und verschiedener anderer Faktoren eine Verbrennungsdynamik erzeugen. Die Verbrennungsdynamik kann als Druckschwankungen, Pulsationen, Schwingungen und/oder Wellen mit bestimmten Frequenzen charakterisiert werden. Die Einlassfluidströmungscharakteristika können die Geschwindigkeit, den Druck, Schwankungen der Geschwindigkeit und/oder des Drucks, Variationen der Strömungspfade (z.B. Biegungen, Formen, Unterbrechungen, usw.), oder eine beliebige Kombination von diesen enthalten. Insgesamt kann die Verbrennungsdynamik möglicherweise Schwingungsantworten und/oder ein Resonanzverhalten in verschiedenen Komponenten stromabwärts von der Brennkammer verursachen. Beispielsweise kann sich die Verbrennungsdynamik (z.B. bei bestimmten Frequenzen, Frequenzbereichen, Amplituden, usw.) stromabwärts in dem Gasturbinen-System ausbreiten. Wenn die stromabwärtigen Komponenten Eigen- oder Resonanzfrequenzen aufweisen, die von diesen Druckschwankungen (z.B. der Verbrennungsdynamik) angeregt werden, dann können die Druckschwankungen möglicherweise eine Vibration, Beanspruchung, Ermüdung, usw. verursachen. Die Komponenten können Turbinenleitapparate, Turbinenlaufschaufeln, Turbinenummantelungen, Turbinenräder, Lager oder beliebige eine Kombination von diesen enthalten. Die stromabwärtigen Komponenten sind von besonderem Interesse, da sie auf gleichphasige und kohärente Verbrennungstöne empfindlicher sind. Somit reduziert eine Reduktion der Kohärenz insbesondere die Möglichkeit unerwünschter Schwingungen in stromabwärtigen Komponenten.

[0028] Wie nachstehend im Einzelnen erläutert, können die offenbarten Ausführungsformen eine oder mehrere Gasturbinenbrennkammern mit einer Drosselöffnungsplatte ausstatten, die in einem Brennstoffpfad stromaufwärts von einem Brennstoffinjektor angeordnet sind, um die Verteilung des Brennstoffs auf die verschiedenen Brennstoffkreisläufe in der Brennkammer zu modifizieren. Ein Brennstoffkreislauf kann eine oder mehrere Brennstoffdüsen in dem Kopfende der Brennkammer, einen oder mehrere Quat-Stifte, die in einem hinteren Gehäuse der Brennkammer angeordnet sind, und/oder Brennstoffinjektoren zur späten Magergemischeinspritzung enthalten, die längs des Umfangs um die Auskleidung herum in Umfangsrichtung angeordnet, axial stromabwärts von dem Kopfende positioniert sind. Insbesondere kann die Drosselöffnungsplatte eine Brennstoffaufteilung an einer einzelnen Brennkammer verglichen mit einer anderen Brennkammer verändern, wodurch der Brennstoffdurchfluss zu einer gegebenen Brennstoffdüse in dem Kopfende, einem stromabwärts von dem Kopfende angeordneten Quat-Stift oder Brennstoffinjektor zur späten Magergemischeinspritzung verändert wird. Eine Änderung des Brennstoffdüsendruckverhältnisses und/oder eines Äquivalenzverhältnisses, das sich infolge von Unterschieden bei der Brennstoffströmungsrate zu einer gegebenen Brennstoffdüse, einer Gruppe von Brennstoffdüsen, Quat-Stiften oder Brennstoffinjektoren zur späten Magergemischeinspritzung ergibt, kann die Verbrennungsinstabilitätsfrequenz und/oder -amplitude in einer oder mehreren Brennkammern direkt beeinflussen. Wenn die Frequenz der Verbrennungsdynamik in einer oder mehreren Brennkammern von derjenigen der anderen Brennkammern weg getrieben wird, werden die Kohärenz und folglich eine modale Kopplung der Verbrennungsdynamik reduziert. Im Ergebnis können verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit des Brennkammertons, eine Schwingungsantwort in stromabwärtigen Komponenten zu verursachen, reduzieren.

[0029] Die offenbarten Ausführungsformen können die Drosselöffnungsplattenkonfigurationen unter mehreren Gasturbinenbrennkammern variieren, wodurch die Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer in einer Weise variiert wir, die die Verbrennungsdynamikamplituden und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den mehreren Gasturbinenbrennkammern reduziert. Beispielsweise können die durch die Drosselöffnungsplattenkonfigurationen verursachten Änderungen der Brennstoffaufteilung Abweichungen der Brennstoffverteilung von Brennkammer zu Brennkammer und deshalb der Frequenzen der Verbrennungsdynamik zur Folge haben, wodurch die Möglichkeit einer modalen Kopplung der Brennkammern insbesondere bei Frequenzen, die mit den Resonanzfrequenzen der Komponenten des Gasturbinensystems übereinstimmen, reduziert wird. Somit können durch Veränderung der effektiven Drosselöffnungsflächen der Drosselöffnungsplatten der mehreren Gasturbinenbrennkammern die Frequenzen von Brennkammer zu Brennkammer verschoben werden, wodurch eine modale Kopplung unterbrochen wird. In anderen Worten kann, indem eine Ähnlichkeit von Frequenzen in den mehreren Gasturbinenbrennkammern reduziert wird, die Kohärenz reduziert werden.

[0030] Demgemäss kann eine Gasturbine vielfältige Drosselöffnungsplattenkonfigurationen verwenden, um die Brennstoffaufteilung der Brennkammer zu verändern, wodurch die Verbrennungsdynamik der Brennkammer verändert wird und folglich unerwünschte Schwingungsantworten in den Gasturbinensystemkomponenten vermieden werden, die durch eine Verbrennungsdynamik in dem Brennkammern verursacht werden. Beispielsweise kann die Geometrie der Drosselöffnungsplatte einer oder mehrerer Brennkammern eine oder mehrere gewinkelte Oberflächen, gekrümmte Oberflächen (z.B. konkave Oberflächen, konvexe Oberflächen, konstante Krümmungen oder variierende Krümmungen), flache Oberflächen, Aussparungen, Vorsprünge, polygonale Oberflächen (z.B. dreieckige Oberflächen, pentagonale Oberflächen, hexagonale Oberflächen oder quadrilaterale Oberflächen), abgestufte oder zickzackförmige Oberflächen, sich windende Oberflächen, unregelmässige Oberflächen (z.B. ungleichförmige, unebene oder asymmetrische; gewellte Oberfläche, gezackte Oberflächen, spitze Oberflächen oder geriffelte Oberflächen) oder eine beliebige Kombination von diesen enthalten. In einigen Ausführungsformen weisen wenigstens einige (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10) oder alle von den Turbinenbrennkammern verschiedene Drosselöffnungsplatten, wie z.B. verschieden gewinkelte Drosselöffnungsplatten, verschieden gekrümmte Drosselöffnungsplatten, verschiedene flache Drosselöffnungsplatten, verschiedene Drosselöffnungskonfigurationen oder eine beliebige Kombination von diesen, auf. In einigen Ausführungsformen können geometrische Eigenschaften (z.B. Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkelcharakteristika, Krümmungsradius, Ausrichtung geometrischer Merkmale, usw.) zwischen den Drosselöffnungen der Drosselöffnungsplatten in den Brennstoffleitungen, die verschiedene Brennkammern beliefern, verschieden sein. Insbesondere können in einigen Ausführungsformen zu verschiedenen Brennkammern zugehöre Brennkammerdrosselöffnungsplatten beliebiges von verschiedenen geometrischen Formen, verschiedenen geometrischen Eigenschaften, verschiedenen geometrischen Anordnungen oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen.

[0031] Demgemäss tragen die offenbarten Ausführungsformen, die eine oder mehrere Brennkammern mit einer oder mehreren variierenden Drosselöffnungsplatten verwenden, dazu bei, die Brennstoffaufteilung von einer oder mehreren Brennkammern zu variieren, wodurch die Verbrennungsdynamik innerhalb der Brennkammern und zwischen benachbarten oder nicht benachbarten Brennkammern variiert wird. Die Verwendung der offenbarten Ausführungsformen unterstützt dabei, die modale Kopplung der Brennkammern abzuschwächen, was die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantwort in Komponenten stromabwärts von den Brennkammern sowie den Brennkammern selbst reduziert. Beispielsweise kann das Versehen einer oder mehrerer Brennkammern mit einer Drosselöffnungsplatte in der Brennstoffzufuhrleitung mit einer anderen Geometrie (z.B. einer anderen geometrischen Form, Eigenschaft oder Anordnung), verglichen mit einer oder mehreren der anderen Brennkammern, eine unterschiedliche Brennstoffaufteilung von Brennkammer zu Brennkammer ergeben, wodurch die Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer verändert wird, wodurch die Möglichkeit eines kohärenten Verhaltens der Brennkammern des Gasturbinensystems reduziert wird.

[0032] Unter Beachtung des Vorstehenden zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 mit mehreren Brennkammern 12, wobei eine oder mehrere Brennkammern 12 mit einer Brennkammerdrosselöffnungsplatte 13 ausgestattet ist bzw. sind, die eine Konfiguration und/oder eine Geometrie aufweist, die sich von der Brennkammerdrosselöffnungsplatte 13 wenigstens einer anderen Brennkammer 12 unterscheidet. Es sollte beachtet werden, dass in manchen Ausführungsformen nicht alle Brennkammern 12 eine Brennkammerdrosselöffnungsplatte 13 aufweisen. Wie nachstehend erläutert, kann die Drosselöffnungsplatte 13 in einem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet sein, der einen zweiten Brennstoff 6 zu der Brennkammer 12 befördert. In manchen Ausführungsformen können zusätzliche Drosselöffnungsplatten 13 in einem oder mehreren Brennstoffkreisläufen angeordnet sein, die Brennstoff zu Brennstoffdüsen in einem Kopfende der Brennkammern 12 liefern. Wie vorstehend erläutert, enthält jede Drosselöffnungsplatte 13 ein oder mehrere Löcher oder Öffnungen, die die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 durch die Drosselöffnungsplatte 13 begrenzen. Die Löcher in jeder Drosselöffnungsplatte 13 definieren gemeinsam eine effektive Drosselöffnungsfläche durch die Drosselöffnungsplatte 13, die den Massendurchfluss des Fluids (z.B. des zweiten Brennstoffs 6) durch die Drosselöffnungsplatte 13 für einen gegebenen Differenzialdruck über der Drosselöffnungsplatte 13 bestimmt. Die effektive Drosselöffnungsfläche der Drosselöffnungsplatte 13 ist die zusammengesetzte Fläche, durch die der zweite Brennstoff 6 hindurchtritt, und kann als die gesamte Querschnittsfläche der Löcher in der Drosselöffnungsplatte 13, die mit einem Durchfluss- oder Abflusskoeffizienten multipliziert wird, berechnet werden. Der Durchflusskoeffizient kann ein Verhältnis des tatsächlichen zu dem theoretischen maximalen Durchfluss durch die Drosselöffnungsplatte 13 kennzeichnen.

[0033] In einer oder mehreren der in Fig. 1 gezeigten Brennkammern 12 kann die Drosselöffnungsplatte 13 eine Konfiguration aufweisen, der eingerichtet ist, um die Verbrennungsdynamik in der bestimmten Brennkammer 12 zu verändern, wodurch sie dabei unterstützt, jegliche unerwünschten Schwingungsantworten in Komponenten stromabwärts von der Brennkammer 12 zu reduzieren. Beispielsweise kann die Drosselöffnungsplattenkonfiguration geometrische Merkmale enthalten, um entweder die geometrische oder die effektive Drosselöffnungsfläche der Drosselöffnungsplatte zu ändern, wodurch der Durchfluss durch den Brennstoffkreislauf und schliesslich die Brennstoffaufteilung in der Brennkammer verändert wird und wobei schliesslich die Amplituden und Frequenzen der von einer gegebenen Brennkammer erzeugten Verbrennungsdynamik verändert werden. Zusätzlich können die offenbarten Ausführungsformen die Geometrie der Drosselöffnungsplatten 13 zwischen den mehreren Brennkammern 12 variieren, um darin zu unterstützen, jegliche modale Kopplung zwischen den mehreren Brennkammern 12 zu reduzieren oder zu vermeiden, wodurch sie dazu beitragen, jegliche unerwünschte Schwingungsantwort von Gasturbinenkomponenten stromabwärts von den mehreren Brennkammern 12 zu reduzieren. Die offenbarten Ausführungsformen können beispielsweise die geometrische Form (z.B. abgewinkelt, gekrümmt, gestuft, konkav, konvex oder flach), die geometrischen Eigenschaften (z.B. Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkelcharakteristika, Krümmungsradius, Abstand zwischen Drosselöffnungen), geometrische Anordnungen (z.B. regelmässig, unregelmässig, usw.) oder eine beliebige Kombination von diesen, der Drosselöffnungsplatten 13 zwischen den mehreren Brennkammern 12 variieren. Im Ergebnis kann die nicht einheitliche geometrische Konfiguration der Drosselöffnungsplatten 13 zwischen den Brennkammern 12 darin unterstützen, die Verbrennungsdynamikfrequenz von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. Somit ist es weniger wahrscheinlich, dass die von den mehreren Brennkammern 12 erzeugten Verbrennungsdynamiken zu einem kohärenten Verhalten führen, das potentiell unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 verursachen könnte.

[0034] In der veranschaulichten Ausführungsform weist das Turbinensystem 10 mehrere Brennkammern 12 auf (z.B. 12a und 12b) auf, wobei eine oder mehrere der Brennkammern 12 mit einer Drosselöffnungsplatte 13 ausgestattet sind, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet ist. Diese Drosselöffnungsplatten 13 können von einer Brennkammer 12 zur anderen beispielsweise hinsichtlich der Anzahl, Anordnung, des Durchmesser, der Formen, der gesamten effektiven Drosselöffnungsflächen oder einer beliebigen Kombination von diesen bei der bzw. den in der Drosselöffnungsplatte 13, vorhandenen Drosselöffnung (en) variieren. Auf diese Weise kann die geometrische Anordnung benachbarter Drosselöffnungsplatten 13 variiert werden, wodurch eine modale Kopplung der Brennkammern und folglich jegliche unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärts gelegenen Komponenten reduziert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Geometrie der Drosselöffnungsplatten 13 hinsichtlich der geometrischen Form, der Eigenschaft und/oder der Anordnung von einer Brennkammer 12 zur anderen verändert werden. In bestimmten Ausführungsformen sind die Drosselöffnungsplatten 13 in jeder Brennkammer 12 nicht unterschiedlich, und/oder jede Brennkammer 12 weist nicht die Drosselöffnungsplatte 13 auf, die in dem Brennstoffkreislauf angeordnet ist, der den zweiten Brennstoff 6 zu der Brennkammer 12 liefert. In den offenbarten Ausführungsformen ist eine oder sind mehrere Drosselöffnungsplatten 13 einer Untermenge oder Gruppe von Brennkammern 12 von der einen oder den mehreren Drosselöffnungsplatten 13 einer anderen Untermenge oder einer anderen Gruppe von Brennkammern 12 verschieden. Eine Untermenge oder Gruppe kann eine oder mehrere Brennkammern 12 enthalten, und es kann eine beliebige Anzahl von Gruppen oder Untermengen von Brennkammern 12 geben (z.B. 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr) bis zu der Anzahl von Brennkammern 12, die in dem Gasturbinensystem 10 enthalten sind.

[0035] Das Gasturbinensystem 10 enthält einen Verdichter 14, eine oder mehrere Brennkammern 12 mit den Drosselöffnungsplatten 13, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet sind, und eine Turbine 16. Eine oder mehrere der Gasturbinenbrennkammern 12 können die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnete Drosselöffnungsplatte 13 enthalten, die eingerichtet sein kann, um die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 oder Mischungen des zweiten Brennstoffs 8 mit anderen Materialien aus einer Quelle des zweiten Brennstoffs 6 zu einer oder mehreren Brennstoffdüsen 18 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr) oder zu dem Brennraum 19 innerhalb der Brennkammer 12 zu leiten. Die Drosselöffnungsplatte 13 ist beispielsweise eingerichtet, um den zweiten Brennstoff 6 von der Quelle des zweiten Brennstoffs 6 aus und in einen jeweiligen Brennraum 19 mittels der Brennstoffdüsen 18 (z.B. unter Verwendung eines quaternären Brennstoffinjektors, der stromaufwärts von den Brennstoffdüsen 18, d.h. in einem hinteren Gehäuse 15 angeordnet ist) oder direkt zu dem jeweiligen Brennraum 19 zu leiten, ohne dass er durch die Brennstoffdüsen 18 strömt (indem z.B. ein Brennstoffinjektor zur späten Magergemischeinspritzung oder LLI verwendet wird, der längs des Umfangs 46 um eine Auskleidung herum, stromabwärts von den Brennstoffdüsen 18 in dem Kopfende angeordnet ist), wie weiter in Fig. 2 beschrieben. Zusätzlich kann ein erster Brennstoff 4 zu den Brennstoffdüsen 18 entlang eines ersten Brennstoffpfads 5 geleitet werden. Die Gasturbinenbrennkammern 12 zünden und verbrennen eine Mischung aus unter Druck stehendem Oxidationsmittel (z.B. Luft) und Brennstoff (z.B. ein Gemisch aus Luft und dem ersten Brennstoff 4 und/oder dem zweiten Brennstoff 6) innerhalb der Brennraum 19 und leiten dann die sich daraus ergebenden heissen, unter Druck stehenden Gase 24 (z.B. ein Abgas) in die Turbine 16. Insbesondere kann eine Variation der Geometrie der Drosselöffnungsplatte 13 die Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 variieren, der aus der Quelle des zweiten Brennstoffs 6 zu einem oder mehreren Quat-Stiften und/oder zu den Brennstoffinjektoren zur späten Magergemischeinspritzung des Brennraums 19 geleitet wird. Ferner kann eine Variation der Strömungsrate zu einem oder mehreren Brennstoffkreisläufen (mittels des ersten Brennstoffströmungspfads 5 und/oder des zweiten Brennstoffströmungspfads 8) zu einer oder mehreren Brennkammern 12, die Brennstoffaufteilung auf eine oder mehrere Brennkammern 12 und folglich die Verbrennungsdynamik innerhalb des Brennraums 19 einer oder mehrerer Brennkammern 12 variieren, anpassen oder verändern. Die Variation der Verbrennungsdynamik, insbesondere der Frequenz, in einer oder mehreren Brennkammern 12 im Vergleich zu den restlichen Brennkammern 12 kann die Möglichkeit einer modalen Kopplung zwischen den Brennkammern 12 reduzieren und kann auf diese Weise unerwünschte Schwingungsantworten in den stromabwärts gelegenen Komponenten reduzieren. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, können die Drosselöffnungsplatten 13 verwendet werden, um eine gesamte Brennstoffströmungsrate (z.B. die Summe aus einer Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 und einer Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6) für jede der mehreren Brennkammern 12 ungefähr gleich (z.B. innerhalb eines Bereichs, wie beispielsweise innerhalb von 10%, 5%, 3%, 2%, 1% oder weniger zueinander) zu halten. Wenn die Drosselöffnungsplatten 13 beispielsweise in dem zweiten Brennstoffströmungspfad 8 einer ersten Gruppe von Brennkammern 12 angeordnet sind, dann kann die Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 zu der ersten Gruppe von Brennkammern 12 erhöht werden, um darin zu unterstützen, ungefähr die gleiche (z.B. innerhalb eines Bereiches zueinander) gesamte Brennstoff Strömungsrate zu den Brennkammern 12 zu halten, während dennoch die Brennstoffaufteilung an der Brennkammer verändert und folglich die Frequenz (Verbrennungsdynamik) auf der Brennkammerebene gesteuert wird, um einen Frequenzunterschied und folglich eine reduzierte Kohärenz oder modale Kopplung des Verbrennungssystems herbeizuführen. Eine Möglichkeit, die Brennstoffströmungsrate des ersten Brennstoffs 4 zu der ersten Gruppe von Brennkammern 12 zu erhöhen, besteht darin, die Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffpfad 5 einer zweiten Gruppe von Brennkammern 12 anzuordnen, aber keine Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffströmungspfad 5 der ersten Gruppe von Brennkammern 12 anzuordnen. Zusätzlich können die Drosselöffnungsplatten 13 für die erste Gruppe von Brennkammern 12 eine Erhöhung der Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 zu einer zweiten Gruppe von Brennkammern bewirken, die keine Drosselöffnungsplatten 13 aufweisen, die in dem zweiten Brennstoffströmungspfad 8 angeordnet sind. Die Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 zu der zweiten Gruppe von Brennkammern 12 kann somit verringert werden, um darin zu unterstützen, ungefähr die gleiche gesamte Brennstoffströmungsrate zu den Brennkammern 12 (z.B. innerhalb eines Bereiches zueinander) zu halten. Andere Anordnungen der Drosselöffnungsplatten 13 sind möglich und sind nachstehend im Einzelnen beschrieben.

[0036] Turbinenschaufeln innerhalb der Turbine 16 sind mit einer Welle 26 des Gasturbinensystems 10 gekoppelt, die auch mit einigen anderen Komponenten im gesamten Turbinensystem 10 gekoppelt sein kann. Während die Verbrennungsgase 24 gegen die und zwischen den Turbinenschaufeln der Turbine 16 strömen, wird die Turbine 16 drehend angetrieben, was die Welle 26 veranlasst zu rotieren. Schliesslich verlassen die Verbrennungsgase 24 das Turbinensystem 10 über einen Abgasauslass 28. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Welle 26 ferner mit einer Last 30 gekoppelt, die über die Drehung der Welle 26 angetrieben wird. Die Last 30 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung, die Leistung mittels des Drehmoments des Turbinensystems 10 erzeugt, wie z.B. ein elektrischer Generator, ein Propeller eines Flugzeugs oder eine andere Last, sein.

[0037] Der Verdichter 14 des Gasturbinensystems 10 enthält Verdichterschaufeln. Wie vorstehend beschrieben, sind die Verdichterschaufeln innerhalb des Verdichters 14 mit der Welle 26 gekoppelt, und sie laufen um, wenn die Welle 26 durch die Turbine 16 drehend angetrieben wird. Während die Verdichterschaufeln innerhalb des Verdichters 14 umlaufen, verdichtet der Verdichter 14 Luft (oder ein beliebiges Oxidationsmittel), das aus einem Lufteinlass 32 aufgenommen wird, um Druckluft 34 (unter Druck gesetztes Oxidationsmittel) zu erzeugen. Die Druckluft (z.B. unter Druck gesetztes Oxidationsmittel) 34 wird dann in die Brennstoffdüsen 18 der Brennkammern 12 befördert. Wie vorstehend erwähnt, mischen die Brennstoffdüsen 18 die Druckluft (z.B. unter Druck gesetztes Oxidationsmittel) 34 mit dem ersten Brennstoff 4 und/oder dem zweiten Brennstoff 6, um ein für die Verbrennung geeignetes Mischungsverhältnis zu erzeugen. In der folgenden Beschreibung kann auf eine axiale Richtung oder Achse 42 (z.B. eine Längsachse) der Brennkammer 12, eine radiale Richtung oder Achse 44 der Brennkammer 12 und eine Umfangsrichtung oder -achse 46 der Brennkammer 12 Bezug genommen werden.

[0038] Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer der Brennkammern 12 aus Fig. 1 , die eine Drosselöffnungsplatte 13 enthält, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet ist. Die Brennkammer 12 enthält ein Kopfende 50, eine Endabdeckung 52, eine Brennkammerkappenanordnung 54 und den Brennraum 19. Das Kopfende 50 der Brennkammer 12 umschliesst im Wesentlichen die Kappenanordnung 54 und die Brennstoffdüsen 18 in einer Kopfendkammer 51, die axial zwischen der Endabdeckung 52 und dem Brennraum 19 angeordnet ist. Die Brennkammerkappenanordnung 54 weist allgemein die Brennstoffdüsen 18 auf. Die Brennstoffdüsen 18 leiten den ersten Brennstoff 4 und/oder den zweiten Brennstoff 6, ein Oxidationsmittel und manchmal andere Fluide zu dem Brennraum 19. Die Brennkammer 12 weist eine oder mehrere Wände auf, die sich in Umfangsrichtung 46 um den Brennraum 19 und die Achse 42 der Brennkammer 12 herum erstrecken, und repräsentiert allgemein eine von mehreren Brennkammern 12, die in einer beabstandeten Anordnung in Umfangsrichtung um eine Drehachse (z.B. die Welle 26) des Gasturbinensystems 10 herum angeordnet sind. In bestimmten Ausführungsformen kann die Geometrie der Drosselöffnungsplatten 13 zwischen zwei oder mehreren (oder allen) der Brennkammern 12 variieren, um die Brennstoffaufteilung und folglich die Verbrennungsdynamik zwischen den Brennkammern 12 zu variieren. Die Drosselöffnungsplatten 13 in verschiedenen Brennkammern 12 oder in verschiedenen Gruppen von Brennkammern 12 können beispielsweise Unterschiede hinsichtlich der geometrischen Form, geometrischen Eigenschaften und/oder geometrischen Anordnungen der Platte und/oder der Drosselöffnung (en) der Platte enthalten. Insbesondere hilft die Variabilität der Drosselöffnungsplatten 13, wie nachstehend detailliert beschrieben, dabei, die Brennstoffaufteilung und folglich die Verbrennungsdynamik in den mehreren Brennkammern 12 zu variieren, so dass die Frequenz und möglicherweise die Amplitude der Verbrennungsdynamik einer oder mehrerer Brennkammern 12 von wenigstens einer anderen Brennkammer 12 oder einer Gruppe von Brennkammern 12 innerhalb des Gasturbinensystems 10 verschieden ist. Auf diese Weise unterstützt die Variabilität der Drosselöffnungsplatten 13 darin, unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren, und sie minimiert folglich Schwingungsbelastungen, Verschleiss und/oder Leistungsverluste des Gasturbinensystems 10.

[0039] In der veranschaulichten Ausführungsform sind eine oder mehrere Düsen 18 an der Endabdeckung 52 befestigt, und sie führen durch die Brennkammerkappenanordnung 54 hindurch bis zu dem Brennraum 19. Die Brennkammerkappenanordnung 54 enthält zum Beispiel eine oder mehrere Brennstoffdüsen 18 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr) und kann für jede Brennstoffdüse 18 Unterstützung bieten. Die Brennkammerkappenanordnung 54 ist entlang eines Abschnitts der Länge der Brennstoff düsen 18, der die Brennstoffdüsen 18 innerhalb der Brennkammer 12 aufnimmt, angeordnet. Jede Brennstoffdüse 18 ermöglicht die Vermischung eines unter Druck stehenden Oxidationsmittels mit einem Brennstoff (z.B. dem ersten Brennstoff 4 und/oder dem zweiten Brennstoff 6) und leitet die Mischung durch die Brennkammerkappenanordnung 54 hindurch in den Brennraum 19 hinein. Die Oxidationsmittel-Brennstoff-Mischung kann dann in einer primären Brennzone 62 des Raums 19 verbrennen, wodurch heisse unter Druck stehende Abgase erzeugt werden. Diese unter Druck stehenden Abgase treiben die Drehung der Schaufeln innerhalb der Turbine 16 an.

[0040] Jede Brennkammer 12 enthält eine Aussenwand (z.B. Strömungshülse 58), die längs des Umfangs um eine innere Wand (z.B. eine Brennkammerauskleidung 60) herum angeordnet ist, um einen Zwischenströmungsdurchgang oder -raum 64 zu definieren, während sich die Brennkammerauskleidung 60 längs des Umfangs um den Brennraum 19 herum erstreckt. Die innere Wand 60 kann auch ein Übergangsstück 66 enthalten, das im Wesentlichen in Richtung einer ersten Stufe der Turbine 16 konvergiert. Eine Aufprallhülse 59 ist in Umfangsrichtung 46 um das Übergangsstück 66 herum angeordnet. Die Auskleidung 60 definiert eine innere Oberfläche der Brennkammer 12, die dem Brennraum 19 direkt zugewandt und ausgesetzt ist. Die Strömungshülse 58 und/oder die Aufprallhülse 59 können mehrere Lochungen 61 enthalten, die eine Oxidationsmittelströmung 67 (z.B. eine Luftströmung) aus einem Verdichterauslass 68 in den Strömungsdurchgang 64 leiten, während gleichzeitig auch eine Luft gegen die Auskleidung 60 und das Übergangsstück 66 zu Prallkühlungszwecken prallen gelassen wird. Der Strömungsdurchgang 64 leitet dann die Oxidationsmittelströmung 67 in eine stromaufwärtige Richtung zu dem Kopfende 50 hin (z.B. relativ zu einer stromabwärtigen Richtung 69 der heissen Verbrennungsgase), so dass die Oxidationsmittelströmung 67 die Auskleidung 60 weiter kühlt, bevor sie durch die Kopfendkammer 51, durch die Brennstoffdüsen 18 hindurch und in den Brennraum 19 hinein strömt.

[0041] Die Drosselöffnungsplatte 13 kann eine bestimmte Geometrie, wie z.B. eine geometrische Form, Eigenschaft oder Anordnung der Drosselöffnung(en) aufweisen, die eingerichtet sein kann, um die Brennstoffaufteilung der Brennkammer 12 zu variieren, wodurch die Verbrennungsdynamik (z.B. Druckpulsationen, -Schwankungen oder -Schwingungen) innerhalb der Brennkammer 12 variiert werden. Die Kopfendkammer 51 ist beispielsweise durch die Endabdeckung 52, die Brennkammerkappenanordnung 54, die in Axialrichtung 42 zu der Endabdeckung 52 versetzt angeordnet ist, und eine Wand 53, die sich in Umfangsrichtung 46 um die Kammer 51 herum erstreckt, definiert oder begrenzt. Eine geometrische Veränderung der Drosselöffnungsplatte 13, die entlang des zweiten Brennstoffpfads 8 angeordnet ist, der zu einem quaternären Injektor 70 (z.B. einem Seitenwandinjektor, einem sekundären Injektor, einem Nur-Brennstoff-Injektor, usw.) führt, der in der Kammer 51 angeordnet ist, kann die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 durch die Brennstoffdüsen 18 in der Kopfendkammer 51 verändern, indem der zweite Brennstoff 6 mit dem Oxidationsmittel vorvermischt wird, bevor das Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisch in die Brennstoffdüsen 18 eintritt, wodurch das Äquivalenzverhältnis der Flamme in der primären Wärmeabgabe- (oder Flammen-) Zone des Brennraums 19 verändert wird. Das Verändern der Brennstoffaufteilung auf diese Weise verändert das Äquivalenzverhältnis der Flamme, wodurch die Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 verändert wird. Die Drosselöffnungsplatte 13 kann beispielsweise eine Variation der Frequenz und möglicherweise der Amplitude der Verbrennungsdynamik einer Brennkammer 12 im Vergleich mit einer anderen zur Folge haben. In bestimmten Ausführungsformen kann die Drosselöffnungsplatte 13 in einer Weise modifiziert werden, um die Brennkammer 12 einzustellen, bei einer bestimmten Frequenz oder innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs zu arbeiten. In Gasturbinensystemen 10 mit mehreren Brennkammern 12 kann eine oder können mehrere Brennkammern 12 mit einer Drosselöffnungsplatte 13 ausgestattet sein, um die Brennstoffströmung des zweiten Brennstoffs 6 zu der einen oder den mehreren Brennkammern 12 einzuschränken, was die Brennkammer oder Brennkammern 12 einstellt, bei einer bestimmten Frequenz und/ oder in einem bestimmten Frequenzbereich zu arbeiten. Zusätzlich können eine oder mehrere der anderen Brennkammern 12 mit der Drosselöffnungsplatte 13 ausgestattet sein, die sich von der Drosselöffnungsplatte 13 unterscheiden oder mit der Drosselöffnungsplatte 13 gleich sein kann, die für den zweiten Brennstoff 6 verwendet wird, um die Brennstoffströmung des ersten Brennstoffs 4 zu einer oder mehreren anderen Brennkammern 12 einzuschränken, was die andere Brennkammer oder Brennkammern 12 einstellt, bei einer anderen Frequenz und/oder in einem anderen Frequenzbereichs zu arbeiten. Auf diese Weise kann eine oder können mehrere Brennkammern 12 eingestellt werden, um im Vergleich zu einer oder mehreren der restlichen Brennkammern 12 bei einer anderen Frequenz unter Aufrechterhaltung einer ähnlichen Brennstoffströmung zu jeder Brennkammer 12 zu arbeiten. Das Aufrechterhalten eine ungefähr ähnlichen gesamten Brennstoffströmung zu jeder Brennkammer 12 (z.B. innerhalb eines Bereichs, wie beispielsweise innerhalb von 10%, 5%, 3%, 2%, 1% oder weniger als eine andere) kann in bestimmten Ausführungsformen erwünscht sein, aber in anderen Ausführungsformen können gegebenenfalls nicht all die Brennkammern 12 ungefähr die gleiche gesamt Brennstoffströmung aufweisen. Die Brennkammern 12 können zum Beispiel mit den Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffpfad 5 und/oder dem zweiten Brennstoffpfad 8 ausgestattet sein, die die Frequenz der Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer verändern, die Frequenz der Verbrennungsdynamik allmählich heraufsetzen oder herabsetzen oder die Frequenz der Verbrennungsdynamik auf die mehreren Brennkammern 12 zufällig verteilen. In bestimmten Ausführungsformen können die Brennkammern 12 in Gruppen von einer oder mehreren Brennkammern 12 modifiziert werden, so dass eine Gruppe von mehreren Brennkammern 12 eine einzelne Verbrennungsfrequenz erzeugen kann, die sich von der Verbrennungsfrequenz der Brennkammern 12 in einer anderen Gruppe unterscheidet. Mehrere Gruppen von Brennkammern 12, die jeweils ihre eigene Verbrennungsfrequenz erzeugen, können mit einer beliebigen gewünschten räumlichen Anordnung der Brennkammern 12 in einer Gruppe (z.B. benachbart oder abwechselnd) verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann es eine oder mehrere Brennkammern 12 oder eine Gruppe von Brennkammern geben, die die Drosselöffnungsplatte 13 entweder in dem ersten Brennstoffpfad 5 oder in dem zweiten Brennstoffpfad 8 nicht aufweisen, was zur Folge haben kann, dass diese Brennkammern 12 eine andere Frequenz als eine oder mehrere Gruppen von Brennkammern 12, die die Drosselöffnungsplatte 13 enthalten, aufweisen.

[0042] Die Endabdeckung 52 kann allgemein eingerichtet sein, um einen flüssigen Brennstoff, einen gasförmigen Brennstoff und/oder einen vermischten Brennstoff aus der Brennstoffquelle und über eine oder mehrere der Brennstoffdüsen 18 in den Brennraum 19 hinein zu leiten. Die Gasturbinenbrennkammer 12 zündet und verbrennt die Mischung aus dem unter Druck stehenden Oxidationsmittel und Brennstoff (z.B. ein Oxidationsmittel-Brennstoff-Gemisch) innerhalb des Brennraums 19 und lässt dann die resultierenden heissen unter Druck stehenden Verbrennungsgase 24 (z.B. das Abgas) in die Turbine 16 in der stromabwärtigen Richtung 69 strömen. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Variation der Geometrie der Drosselöffnungsplatte 13 (die z.B. stromaufwärts von dem quaternären Injektor 70 angeordnet ist) die Brennstoffaufteilung in einer oder mehreren Brennkammern 12 und folglich die Frequenz der Verbrennungsdynamik der einen oder mehreren Brennkammern 12 variieren, anpassen oder verändern, um einen Frequenzunterschied der Verbrennungsdynamik zwischen den Brennkammern 12 zu erreichen und folglich unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren.

[0043] Wie in Fig. 2 gezeigt, können eine oder mehrere Drosselöffnungsplatten 13 entlang des zweiten Brennstoffpfads 8 angeordnet sein, der zu einem oder mehreren Brennstoffinjektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung führt, die entlang der Brennkammer 12 stromabwärts des Kopfendes 50 angeordnet sind. Insbesondere können die Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung verwendet werden, um den zweiten Brennstoff 6 in den Brennraum 19 zu injizieren, um die Eigenschaften der Verbrennung innerhalb des Brennraums 19 anzupassen. Die Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung können beispielsweise verwendet werden, um einen Temperaturbereich oder ein Temperaturprofil innerhalb des Brennraums 19 anzupassen und/oder die Zusammensetzung der Verbrennungsgase 24 anzupassen, die in dem Brennraum 19 erzeugt werden. Zusätzlich können die Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung verwendet werden, um die Flammenform und/oder die Verteilung der Wärmefreisetzung in dem Brennraum 19 zu verändern, wovon eine Veränderung der Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 erwartet wird. Eine geometrische Veränderung an der Drosselöffnungsplatte 13, die entlang des zweiten Brennstoffpfads 8 angeordnet ist, der zu dem Injektor 72 zur späten Magergemischeinspritzung führt, kann die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 durch den Brennraum 19 verändern, wodurch sie die Brennstoffaufteilung der Brennkammer 12 verändert. Die zu den Injektoren zur späten Magergemischeinspritzung 72 führenden Drosselöffnungsplatten 13 können somit in einer ähnlichen Weise wie die Drosselöffnungsplatte 13 verwendet werden, die zu dem quaternären Injektor 70 führt, um eine modale Kopplung zwischen den Brennkammern 12 zu reduzieren. Es sollte ferner beachtet werden, dass, obwohl die in Fig. 2 veranschaulichte Brennkammer 12 sowohl quaternäre Injektoren 70 als auch Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung aufweist, bestimmte Ausführungsformen gegebenenfalls nicht beide Injektortypen aufweisen können.

[0044] Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm des Gasturbinensystem 10, das mehrere Brennkammern 12 aufweist, wobei eine oder mehrere Brennkammern 12 die Drosselöffnungsplatte 13 aufweisen, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 und optional in dem ersten Brennstoffpfad 5 angeordnet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Gasturbinensystem 10 vier Brennkammern 12, die mit der Turbine 16 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen enthält das Gasturbinensystem 10 jedoch eine beliebige Anzahl von Brennkammern 12 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 oder mehrere Brennkammern). Obwohl in Fig. 3 eine Drosselöffnungsplatte 13 für jede Brennkammer 12 gezeigt ist, weisen in bestimmten Ausführungsformen nicht alle der Brennkammern 12 des Gasturbinensystems die Drosselöffnungsplatte 13 auf, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Untermenge von Brennkammern 12 die Drosselöffnungsplatte 13 aufweisen, die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordnet ist, während eine andere Untermenge von Brennkammern 12 die Drosselöffnungsplatte 13, die in dem ersten Brennstoffpfad 5 angeordnet ist, aufweisen kann, während eine dritte Untermenge von Brennkammern 12 die Drosselöffnungsplatte 13, die entweder in dem ersten oder in dem zweiten Brennstoffpfad 5 oder 8 angeordnet ist, nicht aufweisen kann. Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält jede der Brennkammern 12 mehrere äussere Brennstoffdüsen 90, die radial 44 um eine zentrale Brennstoffdüse 92 herum angeordnet sind. Zusätzlich kann jede der Brennstoffdüsen 90, 92 eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen, obwohl andere Formen, wie z.B. die Form eines abgeschnittenen Kuchenstücks, in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden können. In bestimmten Ausführungsformen können die Anzahl, Form und Anordnungen der Brennstoffdüsen 90, 92 von der in Fig. 3 gezeigten verschieden und ausgewählt sein, um eine gewünschte Verbrennungseffizienz oder -leistung zu erreichen.

[0045] Wie in Fig. 3 veranschaulicht, können die Brennstoffdüsen 90, 92 in verschiedene Gruppen oder Kreisläufe aufgeteilt sein, um mehrere Brennstoffversorgungsbereiche in dem Betriebsbereich des Gasturbinensystems 10 zu ermöglichen. Die zentrale Brennstoffdüse 92 kann beispielsweise eine primäre Brennstoffdüsengruppe definieren und kann den ersten Brennstoff 4 aus einer ersten Brennstoffzufuhrleitung 94 empfangen, während die umgebenden äusseren Brennstoffdüsen 90 als sekundäre und/oder tertiäre Brennstoffdüsengruppen gruppiert sein können, um den ersten Brennstoff 4 (oder einen anderen Brennstoff) von jeweiligen Brennstoffzufuhrleitungen 96, 98 zu empfangen. Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt eine bestimmte Anordnung von Brennstoffdüsen 90, 92, in der eine zweite Brennstoffdüsengruppe von zwei nicht benachbarten Brennstoffdüsen 90 von der zweiten Brennstoffzufuhrleitung 96 versorgt wird und eine tertiäre Brennstoffdüsengruppe von drei Brennstoffdüsen 90 von der dritten Brennstoffzufuhrleitung 98 versorgt wird. In bestimmten Ausführungsformen können jedoch stattdessen andere Gruppierungen der Brennstoffdüsen 90, 92 verwendet werden, einschliesslich Gruppierungen, die die zentrale Brennstoffdüse 92 und eine oder mehrere der äusseren Brennstoffdüsen 90 enthalten. Zusätzlich können, wie in Fig. 3 gezeigt, eine oder mehrere Drosselöffnungsplatten 13 in den Brennstoffzufuhrleitungen 94, 96 und/oder 98 angeordnet sein, um die Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 zu einer oder mehreren der Brennkammern 12 anzupassen. Wie nachstehend beschrieben, können diese Drosselöffnungsplatten 13 verwendet werden, um darin zu unterstützen, ungefähr die gleiche gesamte (z.B. Summe aus der Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 und der Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6) Brennstoffströmungsrate zu jeder Brennkammer 12 aufrechtzuhalten. Die Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffpfad 5 können auch das Äquivalenzverhältnis der primären Flammenzone und/oder das Druckverhältnis einer oder mehrerer Brennstoffdüsen 18 in dem Kopfende 50 anpassen, was auch die Amplitude und/oder die Frequenz der Verbrennungsdynamik einer oder mehrerer Brennkammern 12 verändern kann.

[0046] Während eines Grundlastbetriebs können alle Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 verwendet werden, um den ersten Brennstoff 4 zu den Brennstoffdüsen 90, 92 in den Brennkammern 12 zu liefern (wobei die entsprechenden Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 jeweilige primäre, sekundäre und tertiäre Gruppierung der Brennstoffdüsen 90, 92 beliefern). Die Strömung des ersten Brennstoffs 4 kann während eines reduzierten oder Teillastbetriebs reduziert werden oder vollständig aus einer oder mehreren Gruppen von Brennstoffdüsen 90, 92 beseitigt werden, wie dies von einem primären, sekundären und tertiären Gassteuerungsventil 100, 102 und 104 vorgegeben wird, die mit dem zugehörigen primären, sekundären und tertiären Brennstoffverteiler 106, 108 und 110 gekoppelt sind. Zusätzlich kann die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 zu den quaternären Injektoren 70 und/oder den Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung bei höheren Lasten des Gasturbinensystems 10 verwendet werden.

[0047] Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der zweite Brennstoff 6 an eine oder mehrere der Brennkammern 12 entlang des zweiten Brennstoffpfads 8 geliefert, der durch ein zweites Brennstoffsteuerungsventil 112, der mit einem zweiten Brennstoffverteiler 114 gekoppelt ist, eingestellt werden kann. Drosselöffnungsplatten 13 können entlang einzelner zweiter Brennstoffzufuhrleitungen für eine oder mehrere der Brennkammern 12 angeordnet sein. Beispielsweise können eine oder mehrere Brennkammern 12 mit dem zweiten Brennstoffverteiler 114 über eine quaternäre Brennstoffzufuhrleitung 116 oder eine Spät-Magergemisch-Brennstoffzufuhrleitung 118 gekoppelt sein. Obwohl sowohl die quaternären Brennstoffzufuhrleitungen 116 als auch die Spät-Magergemisch-Brennstoffzufuhrleitungen 118 in Fig. 3 gezeigt sind, wie sie mit dem zweiten Brennstoffverteiler 114 gekoppelt sind, können in bestimmten Ausführungsformen gesonderte zweite Brennstoffverteiler 114 für die Zufuhrleitungen 116 und 118 vorgesehen sein. In anderen Worten kann ein quaternärer Brennstoffverteiler den zweiten Brennstoff 6 an die quaternären Brennstoffzufuhrleitungen 116 liefern, und ein Spät-Magergemisch-Brennstoffverteiler kann den zweiten Brennstoff 6 an die Spät-Magergemisch-Brennstoffzufuhrleitungen 118 liefern. In solchen Ausführungsformen können die gesonderten quaternären und Spät-Magergemisch-Brennstoffverteiler es ermöglichen, dass verschiedene Brennstoffe zu dem quaternären und dem Injektor zur späten Magergemischeinspritzung 70 und 72 geliefert werden, und/oder es ermöglichen, dass der Brennstoff zu den Injektoren 70 und 72 voneinander unterschiedlich gesteuert werden kann. In bestimmten Ausführungsformen können die Brennkammern 12 quaternäre Injektoren 70 oder Injektoren 72 zur späten Magergemischeinspritzung, aber nicht beide aufweisen. In solchen Ausführungsformen kann das Gasturbinensystem 10 gegebenenfalls keine gesonderten quaternären und Spät-Magergemisch-Brennstoffverteiler aufweisen. Wie in Fig. 3 gezeigt, können eine oder mehrere der quaternären Brennstoffzufuhrleitungen 116 die Drosselöffnungsplatte 13 enthalten, und/oder eine oder mehrere der Spät-Magergemisch-Brennstoffleitungen 118 kann/können auch Drosselöffnungsplatte 13 aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen enthält wenigstens eine der quaternären Brennstoffzufuhrleitungen 116 die Drosselöffnungsplatte 13, und/oder wenigstens eine der Spät-Magergemisch-Brennstoffleitungen 118 enthält die Drosselöffnungsplatte 13. Zusätzlich kann eine oder können mehrere der Brennkammern 12 in manchen Ausführungsformen die Drosselöffnungsplatte 13 entweder in der quaternären oder in der Spät-Magergemisch-Brennstoffleitung 116 und 118 nicht enthalten, aber kann oder können eine oder mehrere Drosselöffnungsplatten 13 in einer oder mehreren der ersten Brennstoffzufuhrleitungen 94, 96 und/oder 98 enthalten. In anderen Worten kann eine Reduktion der modalen Kopplung zwischen den Brennkammern 12 erreicht werden, ohne dass alle von den Zufuhrleitungen 116 und 118 die Drosselöffnungsplatte 13 aufweisen. Ferner können, wie vorstehend erläutert, die Drosselöffnungsplatten 13 einen oder mehrere Unterschiede im Vergleich zueinander enthalten. In bestimmten Ausführungsformen können die in dem Gasturbinensystem 10 verwendeten Drosselöffnungsplatten 13 sich jedoch nicht voneinander unterscheiden. Zum Beispiel können die Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffpfad 5 für eine erste Gruppe von Brennkammern 12 angeordnet sein, während die Drosselöffnungsplatten 13 in dem zweiten Brennstoffpfad 8 für eine zweite Gruppe von Brennkammern 12 angeordnet sein können und eine dritte Gruppe von Brennkammern 12 gar keine Drosselöffnungsplatte 13 enthalten kann. Obwohl in solchen Ausführungsformen die Drosselöffnungsplatten 13 zueinander ähnlich sein können, kann die Positionierung der Drosselöffnungsplatten 13 in dem Gasturbinensystem 10 darin unterstützen, die Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren.

[0048] Die effektive Drosselöffnungsfläche für jede Drosselöffnungsplatte 13 kann für die Brennstoffzufuhrleitungen 116, 118 und die ersten Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 deutlich unterschiedlich sein, wenn die Drosselöffnungsplatten 13 für den ersten Brennstoff 4 auf der Basis des gewünschten Unterschieds oder der Beeinflussung der Brennstoffaufteilung von einer Brennkammer 12 (z.B. einer ersten Brennkammer) zu einer anderen Brennkammer 12 (z.B. einer zweiten Brennkammer) verwendet werden. Eine Veränderung der Brennstoffaufteilung zwischen den Brennkammern 12 unter Verwendung der Drosselöffnungsplatten 13 wirkt sich direkt auf die Frequenz und/oder die Amplitude der Verbrennungsdynamik aus, und eine Veränderung der Frequenz in einer oder mehreren Brennkammern 12 im Vergleich zu den anderen Brennkammern 12 kann die Kohärenz und folglich eine modale Kopplung der Verbrennungsdynamik reduzieren.

[0049] In der veranschaulichten Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist zum Beispiel die effektive Drosselöffnungsfläche wenigstens einer der Drosselöffnungsplatten 13, die in der quaternären Brennstoffzufuhrleitung 116 (oder der Spät-Magergemisch-Brennstoffzufuhrleitung 118) angeordnet sind, von der effektiven Drosselöffnungsfläche einer anderen Drosselöffnungsplatte 13, die in einer anderen Brennstoffzufuhrleitung 116 (oder einer Brennstoffzufuhrleitung 118) angeordnet ist, deutlich verschieden. In einer Ausführungsform ist wenigstens eine der effektiven Drosselöffnungsflächen der Drosselöffnungsplatten 13 zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 deutlich verschieden, um einen Unterschied bei den Frequenzen der Verbrennungsdynamik zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 zu erzeugen. Alternativ können in bestimmten Ausführungsformen die Drosselöffnungsplatten 13 in dem ersten Brennstoffpfad 5 für eine Untermenge von Brennkammern 12 angeordnet sein, während es Drosselöffnungsplatten 13 geben kann, die für eine zweite Untermenge von Brennkammern 12 in dem zweiten Brennstoffströmungspfad 8 angeordnet sind. In solchen Ausführungsformen können die Drosselöffnungsplatten 13, die in dem ersten Brennstoffströmungspfad 5 in jeder von der Untermengen der Brennkammern 12 angeordnet sind, gleich sein und können gleich oder verschieden von den Drosselöffnungsplatten 13 sein, die in dem zweiten Brennstoffströmungspfad 8 in der zweiten Untermenge von Brennkammern 12 angeordnet sind. Es kann ferner eine dritte Untermenge von Brennkammern 12 ohne Drosselöffnungsplatten 13 geben, die entweder in dem ersten Brennstoffströmungspfad 5 oder in dem zweiten Brennstoffströmungspfad 8 angeordnet sind. Während in der Beschreibung verschiedener Ausführungsformen auf einzelne Brennkammern 12 Bezug genommen wird, können ferner die hierin beschriebenen Prinzipien in gleicher Weise auf Brennkammergruppen angewendet werden, die zwei oder mehrere Brennkammern 12 aufweisen.

[0050] Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines Gasturbinensystems 10, das eine erste Gruppe 130 von ersten Brennkammern 132 (z.B. Brennkammern «A») und eine zweite Gruppe 134 von zweiten Brennkammern 136 (z.B. Brennkammern «B») aufweist, die in einem Muster angeordnet und durch eine imaginäre Trennlinie 138 voneinander getrennt sind. Andere Gruppen von Brennkammern 12 können in Umfangsrichtung 46 um das Gasturbinensystem 10 herum angeordnet sein. Eine oder mehrere Drosselöffnungsplatten 13 können in den Brennstoffzufuhrleitungen 116, 118 (z.B. in dem zweiten Brennstoffpfad 8) und optional in einer oder mehreren von den ersten Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 (z.B. in dem ersten Brennstoffpfad 5) angeordnet sein, um die Strömung des zweiten Brennstoffs 6 und optional des ersten Brennstoffs 4 zu einer oder mehreren Brennkammern 12 anzupassen, so dass die Frequenz der Verbrennungsdynamik der ersten Gruppe 130 von der Frequenz der Verbrennungsdynamik der zweiten Gruppe 134 verschieden ist. Die Drosselöffnungsplatten 13 können somit angepasst oder eingestellt werden, um eine gewünschte Frequenz der Verbrennungsdynamik zu erreichen. Die Drosselöffnungsplatten 13 der ersten Gruppe 130 können sich von den Drosselöffnungsplatten 13 der zweiten Gruppe 134 unterscheiden. Beispielsweise können sich die Drosselöffnungsplatten der ersten von der zweiten Gruppe 130 und 134 in der Anzahl von Drosselöffnungen, den Grössen der Drosselöffnungen, Formen der Drosselöffnungen, Abständen zwischen Drosselöffnungen, der Verteilung der Drosselöffnungen in radialer und/oder in Umfangsrichtung, den Winkeln der Drosselöffnungen, den effektiven Drosselöffnungsflächen und dgl. unterscheiden. Zusätzlich können die Brennkammern 12 in der ersten und zweiten Gruppe 130 und 134 in einer beliebigen gewünschten räumlichen Anordnung (z.B. zueinander benachbart oder in einem abwechselnden Muster mit Brennkammern einer anderen Gruppe) angeordnet sein. Obwohl Drosselöffnungsplatten 13 sowohl in der ersten als auch in der zweiten Gruppe 130 und 134 in Fig. 6 gezeigt sind, können die Drosselöffnungsplatten 13 in bestimmten Ausführungsformen in lediglich der ersten Gruppe 130 oder lediglich der zweiten Gruppe 134 verwendet werden.

[0051] Wie in Fig. 4 gezeigt, können die Drosselöffnungsplatten 13 für die zweite Gruppe 134 in den Brennstoffzufuhrleitungen 116, 118 angeordnet sein. Die Beschränkung für die Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 durch die Brennstoffzufuhrleitungen 116, 118 der zweiten Gruppe 134 können eine erhöhte Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 durch die Brennstoffzufuhrleitungen 116, 118 der ersten Gruppe 130 verursachen. Wenn die Strömungsraten des ersten Brennstoffs 4 durch die Brennkammern 12 nicht angepasst werden, kann die gesamte Brennstoffströmungsrate (z.B. die Summe aus der Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 und der Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6) durch die Brennkammern 12 der ersten Gruppe 130 wegen der erhöhten Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 grösser als die gesamte Brennstoffströmungsrate durch die Brennkammern 12 der zweiten Gruppe 134 sein. In bestimmten Ausführungsformen können solche Unterschiede bei der gesamten Brennstoffströmungsrate durch die Brennkammern 12 Unterschiede bei der Brennkammerleistung, wie z.B. Unterschiede bei den Brennkammertemperaturen und/oder den Brennkammeremissionen (z.B. N0X) verursachen. Die Drosselöffnungsplatten 13 können somit in den ersten Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 der ersten Gruppe 130 angeordnet sein. Insbesondere können die Drosselöffnungsplatten in den ersten Brennstoffleitungen 94, 96 und 98 der ersten Gruppe 130 eine Beschränkung für die Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 durch die Leitungen 94, 96 und 98 verursachen, was eine erhöhte Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 durch die Leitungen 94, 96 und 98 der zweiten Gruppe verursachen kann. Die Verringerung der Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 durch die Leitungen 94, 96 und 98 der ersten Gruppe 130 kann ungefähr gleich der Erhöhung der Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 durch die Leitungen 116, 118 der ersten Gruppe 130 sein. In ähnlicher Weise kann die Verringerung der Strömungsrate des zweiten Brennstoffs 6 durch die Leitungen 116, 118 der zweiten Gruppe 134 ungefähr gleich der Erhöhung der Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 durch die Leitungen 94, 96 und 98 der zweiten Gruppe 134 sein. Durch die Verwendung von Drosselöffnungsplatten 13 sowohl in der ersten als auch in der zweiten Gruppe 130 und 134 können somit die gesamten Brennstoff Strömungsraten zu den Brennkammern 12 alle ungefähr gleich sein (z.B. innerhalb eines Bereichs, wie z.B. innerhalb von 10%, 5%, 3%, 2%, 1% oder weniger zueinander liegen), wodurch Unterschiede bei der Brennkammerleistung reduziert werden. In bestimmten Ausführungsformen können die Drosselöffnungsplatten 13 in der ersten Gruppe 130 ausgelassen werden. In weiteren Ausführungsformen können die Drosselöffnungsplatten 13 in den Leitungen 94, 96, und 98 sowohl der ersten als auch der zweiten Gruppe 130 und 134 angeordnet sein, und die Drosselöffnungsplatten 13, die in der ersten Gruppe 130 angeordnet sind, können sich von den in der zweiten Gruppe 134 angeordneten Drosselöffnungsplatten 13 unterscheiden oder nicht. Zusätzlich oder alternativ können in bestimmten Ausführungsformen die Drosselöffnungsplatten 13 in den Leitungen 116, 118 sowohl der ersten Gruppe als auch der zweiten Gruppe 130 und 134 angeordnet sein, und die in der ersten Gruppe 130 angeordneten Drosselöffnungsplatten 13 können von den in der zweiten Gruppe 134 angeordneten Drosselöffnungsplatten 13 verschieden sein oder nicht. Ferner können in einer beliebigen der offenbarten Ausführungsformen einige der Brennkammern 12 keine Drosselöffnungsplatten 13 in irgendeiner oder irgendwelchen von den Leitungen 94, 96, 98, 116 oder 118 enthalten.

[0052] Technische Effekte der Erfindung enthalten eine Reduktion der Verbrennungsdynamik in Brennkammern 12, eine Reduktion der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen mehreren Brennkammern 12 und eine Reduktion potentiell unerwünschter Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 (z.B. aufgrund von Frequenzen, die mit Eigenfrequenzen von Komponenten übereinstimmen). Die in dem zweiten Brennstoffpfad 8 angeordneten Drosselöffnungsplatten 13 sind in der Lage, diese technischen Effekte zu erreichen, indem sie beispielsweise die Strömungsrate des ersten Brennstoffs 4 und/oder des zweiten Brennstoffs 6 zu einer oder mehreren Brennkammern 12 variieren, wodurch sie die Brennstoffaufteilung zu einer oder mehreren Brennkammern 12 verändern. Die Drosselöffnungsplatten 13 mehrerer Brennkammern 12 können beispielsweise variiert werden, indem die folgenden Eigenschaften der Drosselöffnungsplatte 13 und/oder der Drosselöffnungen der Platte 13 verändert werden: die geometrische Gestalt (z.B. abgewinkelte, konkav geformte, konvex geformte, konkav abgewinkelte, konvex abgewinkelte, ähnlich geformt wie verschiedene Polygone, unregelmässig geformte, unregelmässig abgewinkelte, usw.), die geometrischen Eigenschaften (z.B. Abmessungen, Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkelcharakteristika, usw.), geometrische Anordnungen (z.B. Position, Lage, usw.) und/oder eine beliebige Kombination von diesen. Das Variieren der Drosselöffnungsplatten 13 von einer oder mehreren Brennkammern 12 kann die Einlassbedingungen des zweiten Brennstoffs 6, der in den Brennraum 19 geleitet wird, verändern und kann die Verbrennungsdynamik innerhalb der einen oder mehreren Brennkammern 12 variieren. Zusätzlich können in bestimmten Ausführungsformen zusätzliche Drosselöffnungsplatten 13 verwendet werden, um die Strömungsraten des ersten Brennstoffs 4 durch die Brennkammern 12 anzupassen. Entsprechend kann die Variabilität der Verbrennungsdynamik unter den Brennkammern 12 helfen, die Verbrennungsdynamik und/oder modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den Brennkammern 12 zu reduzieren, wodurch sie hilft, die Möglichkeit einer beliebigen dominanten Frequenz zu reduzieren, die möglicherweise unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 anregen könnte.

[0053] Diese schriftliche Beschreibung benutzt Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschliesslich beliebige Einrichtungen oder Systeme herzustellen und zu benutzen und beliebige enthaltene Verfahren durchzuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für Fachleute ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, sofern sie Strukturelemente besitzen, die sich nicht vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder sofern sie äquivalente Strukturelemente aufweisen, die sich nur unwesentlich von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden.

[0054] Ein System enthält eine Gasturbine, die eine erste Brennkammer und eine zweite Brennkammer enthält. Die erste Brennkammer enthält eine erste Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist, und einen ersten Brennstoffinjektor. Die erste Brennstoffdüse ist eingerichtet, um einen ersten Brennstoff und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer zu injizieren. Die zweite Brennkammer enthält eine zweite Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist, einen zweiten Brennstoffinjektor und eine zweite Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist. Die zweite Brennstoffdüse ist eingerichtet, um den ersten Brennstoff und das Oxidationsmittel in einen zweiten Brennraum der zweiten Brennkammer zu injizieren, und die zweite Drosselöffnungsplatte ist eingerichtet, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

Claims (10)

1. System, das aufweist: eine Gasturbine, die aufweist: eine erste Brennkammer, die aufweist: eine erste Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist, wobei die erste Brennstoffdüse eingerichtet ist, um einen ersten Brennstoff und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer zu injizieren; und einen ersten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse und/oder den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren; und eine zweite Brennkammer, die aufweist: eine zweite Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist, wobei die zweite Brennstoffdüse eingerichtet ist, um den ersten Brennstoff und das Oxidationsmittel in einen zweiten Brennraum der zweiten Brennkammer zu injizieren; einen zweiten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um den zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse und/oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren; und eine zweite Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

2. System nach Anspruch 1, das eine erste Drosselöffnungsplatte aufweist, die in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 2, wobei eine erste effektive Drosselöffnungsfläche der ersten Drosselöffnungsplatte von einer zweiten effektiven Drosselöffnungsfläche der zweiten Drosselöffnungsplatte verschieden ist; und/oder wobei die erste Drosselöffnungsplatte wenigstens einen Unterschied gegenüber der zweiten Drosselöffnungsplatte aufweist.

4. System nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Unterschied eingerichtet ist, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren; und/oder wobei die erste Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um wenigstens teilweise eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Brennkammer zu steuern, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um wenigstens teilweise eine zweite Verbrennungsdynamik in der zweiten Brennkammer zu steuern und der wenigstens eine Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Drosselöffnungsplatte Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Verbrennungsdynamik bewirkt; und/oder wobei der wenigstens eine Unterschied wenigstens eines von verschiedenen Drosselöffnungsdurchmessern, verschiedenen Drosselöffnungsformen, verschiedener Anzahl von Drosselöffnungen, verschiedenen geometrischen Anordnungen der Drosselöffnungen oder verschiedenen Abständen zwischen benachbarten Drosselöffnungen oder eine beliebige Kombination von diesen, zwischen der ersten und der zweiten Drosselöffnungsplatte aufweist.

5. System nach Anspruch 1, wobei der erste Brennstoffinjektor und der zweite Brennstoffinjektor wenigstens entweder Injektoren zur späten Magergemischeinspritzung und/der quaternären Brennstoffinjektoren oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen.

6. System nach Anspruch 1, wobei die zweite Brennkammer aufweist: einen dritten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse und/oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen zu injizieren; und eine dritte Drosselöffnungsplatte, die in dem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem dritten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

7. System nach Anspruch 1, das aufweist: eine erste Mehrzahl von ersten Brennkammern; und eine zweite Mehrzahl von zweiten Brennkammern, wobei die ersten und die zweiten Brennkammern in einem Muster angeordnet sind, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Mehrzahl der ersten Brennkammern und der zweiten Mehrzahl der zweiten Brennkammern zu reduzieren.

8. System nach Anspruch 1, das eine dritte Drosselöffnungsplatte aufweist, die in einem ersten Brennstoffpfad stromaufwärts von wenigstens entweder der ersten Brennstoffdüse und/oder der zweiten Brennstoffdüse oder einer beliebigen Kombination von diesen angeordnet ist, wobei die dritte Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um zu helfen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.

9. System, das aufweist: eine erste Turbinenbrennkammer, die aufweist: eine erste Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist, wobei die erste Brennstoffdüse eingerichtet ist, um einen ersten Brennstoff und ein Oxidationsmittel in einen ersten Brennraum der ersten Brennkammer zu injizieren; einen ersten Brennstoffinjektor, der eingerichtet ist, um einen zweiten Brennstoff in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse und/oder den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine Kombination von diesen zu injizieren; und eine erste Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die erste Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um wenigstens teilweise eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Brennkammer zu steuern.

10. Verfahren, das aufweist: Injizieren eines ersten Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in einen ersten Brennraum einer ersten Brennkammer unter Verwendung einer ersten Brennstoffdüse, die in einer ersten Kopfendkammer der ersten Brennkammer angeordnet ist; Injizieren eines zweiten Brennstoffs in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der ersten Brennstoffdüse und/oder den ersten Brennraum stromabwärts von der ersten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen unter Verwendung eines ersten Brennstoffinjektors; Injizieren des ersten Brennstoffs und des Oxidationsmittels in einen zweiten Brennraum einer zweiten Brennkammer unter Verwendung einer zweiten Brennstoffdüse, die in einer zweiten Kopfendkammer der zweiten Brennkammer angeordnet ist; Injizieren des zweiten Brennstoffs in wenigstens entweder das Oxidationsmittel stromaufwärts von der zweiten Brennstoffdüse und/oder den zweiten Brennraum stromabwärts von der zweiten Brennstoffdüse oder in eine beliebige Kombination von diesen; und Steuern einer zweiten Verbrennungsdynamik in der zweiten Brennkammer mit einer zweiten Drosselöffnungsplatte, die in einem zweiten Brennstoffpfad stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor angeordnet ist, wobei die zweite Drosselöffnungsplatte eingerichtet ist, um darin zu unterstützen, eine modale Kopplung zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer zu reduzieren.