DE102015105236A1 - Systeme und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und modalen Kopplung in einer Gasturbine - Google Patents

Systeme und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und modalen Kopplung in einer Gasturbine Download PDF

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Sarah Lori Crothers
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Abstract

Ein Gasturbinensystem umfasst eine erste Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse aufweist, und eine zweite Brennkammer, die eine zweite Brennstoffdüse aufweist. Das System umfasst ferner eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der erste Kolben ist entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der ersten Brennstoffdüse der ersten Brennkammer führt. Das System umfasst ferner eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der zweite Kolben ist entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der zweiten Brennstoffdüse der zweiten Brennkammer führt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinensysteme und betrifft genauer gesagt Systeme und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und insbesondere zur Reduktion der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik.
  • Gasturbinensysteme umfassen allgemein eine Gasturbine mit einer Verdichtersektion, einer Brennkammersektion und einer Turbinensektion. Die Brennkammersektion kann eine oder mehrere Brennkammern (zum Beispiel Brennkammerrohre) mit Brennstoffdüsen umfassen, die dafür eingerichtet sind, einen Brennstoff und ein Oxidationsmittel (zum Beispiel Luft) in einen Brennraum innerhalb jeder Brennkammer einzuspritzen. In jeder Brennkammer verbrennt ein Gemisch aus dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die dann in eine oder mehrere Turbinenstufen in der Turbinensektion strömen und diese antreiben. Jede Brennkammer kann eine Verbrennungsdynamik hervorrufen, die auftritt, wenn die akustischen Schwingungen einer Brennkammer mit der Flammendynamik (auch als die oszillierende Komponente der Wärmefreisetzung bekannt) wechselwirken, was zu einer selbsterhaltenden Druckschwingung in der Brennkammer führt. Ein maßgeblicher Faktor der Verbrennungsdynamik ist die akustische Antwort des Brennstoffsystems, die üblicherweise als die Brennstoffsystemimpedanz oder akustische Impedanz des Brennstoffsystem definiert ist. Die Verbrennungsdynamik kann bei mehreren diskreten Frequenzen oder über einen Bereich von Frequenzen auftreten und kann sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts relativ zu der jeweiligen Brennkammer wandern. Zum Beispiel können die Druckwellen sich stromabwärts in die Turbinensektion, zum Beispiel durch eine oder mehrere Turbinenstufen, oder stromaufwärts in das Brennstoffsystem hinein ausbreiten.
  • Bestimmte stromabwärtige Komponenten des Turbinensystems können möglicherweise auf die Verbrennungsdynamik ansprechen, insbesondere, wenn die durch die einzelnen Brennkammern erzeugte Verbrennungsdynamiken eine phasengleiche und kohärente Beziehung zueinander haben und Frequenzen bei oder nahe den Eigen- oder Resonanzfrequenzen der Komponenten aufweisen. Für den Zweck dieser Erfindung betrifft „Kohärenz” die Stärke der linearen Beziehung zwischen zwei dynamischen Signalen, und sie wird in hohem Maße durch den Grad an Frequenzüberlappung zwischen diesen beeinflusst. In dem Kontext der Verbrennungsdynamik ist „Kohärenz” ein Maß der modalen Kopplung oder der akustischen Brennkammer-zu-Brennkammer-Interaktion, die das Verbrennungssystem zeigt. Dementsprechend besteht eine Notwendigkeit, die Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit irgendeiner unerwünschten Mitschwingungsantwort (z.B. Resonanzverhalten) von Komponenten in dem Turbinensystem zu reduzieren.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • Nachstehend werden bestimmte Ausführungsformen, die innerhalb des Schutzumfangs der ursprünglich beanspruchten Erfindung liegen, in einer Kurzdarstellung wiedergegeben.
  • Diese Ausführungsformen sind nicht dafür vorgesehen, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einzuschränken, sondern diese Ausführungsformen dienen vielmehr nur dazu, eine Kurzdarstellung möglicher Formen der Erfindung zu geben. Die Erfindung kann grundsätzlich zahlreiche verschiedene Formen annehmen, die den nachstehend dargelegten Ausführungsformen ähneln oder von ihnen verschieden sein können.
  • In einer ersten Ausführungsform umfasst ein System eine Gasturbine, die eine erste Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse aufweist, und eine zweite Brennkammer enthält, die eine zweite Brennstoffdüse aufweist. Das System umfasst ferner eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der erste Kolben ist entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der ersten Brennstoffdüse der ersten Brennkammer führt. Das System umfasst ferner eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der zweite Kolben ist entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der zweiten Brennstoffdüse der zweiten Brennkammer führt.
  • In dem zuvor erwähnten System gemäß der ersten Ausführungsform kann die Gasturbine eine Steuereinrichtung umfassen, die dafür eingerichtet ist, den ersten Antrieb oder den zweiten Antrieb zu steuern, um eine akustische Brennstoffsystemimpedanz der ersten Brennstoffdüse oder der zweiten Brennstoffdüse zu variieren.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der erste Antrieb mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt sein, das mehrere erste Lochscheiben aufweist, und der zweite Antrieb kann mit einem zweiten Drehscheibensystem gekoppelt sein, das mehrere zweite Lochscheiben aufweist.
  • In dem System gemäß der ersten Ausführungsform einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung dafür eingerichtet sein, eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, um eine erste Distanz zwischen der ersten Brennstofföffnung und der ersten Brennstoffdüse zu variieren.
  • Außerdem kann der zweite Antrieb der zweiten akustischen Einstelleinrichtung dafür eingerichtet sein, eine zweite axiale Position des zweiten Kolbens einzustellen, um eine zweite Distanz zwischen der zweiten Brennstofföffnung und der zweiten Brennstoffdüse zu variieren, wobei die erste Distanz von der zweiten Distanz verschieden ist.
  • In einer Konfiguration kann die erste axiale Position des ersten Kolbens einem ersten akustischen Volumen zwischen der ersten Brennstofföffnung und einer ersten Nachöffnung entlang des ersten Brennstoffdurchgangs entsprechen, und die zweite axiale Position des zweiten Kolbens kann einem zweiten akustischen Volumen zwischen der zweiten Brennstofföffnung und einer zweiten Nachöffnung entlang des zweiten Brennstoffdurchgangs entsprechen, wobei sich das erste akustische Volumen von dem zweiten akustischen Volumen unterscheidet.
  • In einer zweiten Ausführungsform umfasst ein System eine erste Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse mit einer ersten Brennstoff-Nachöffnung und eine zweite Brennstoffdüse mit einer zweiten Brennstoff-Nachöffnung aufweist. Das System umfasst ferner eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist. Der erste Kolben ist entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der ersten Brennstoff-Nachöffnung führt. Das System umfasst außerdem eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist. Der zweite Kolben ist entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der zweiten Brennstoff-Nachöffnung führt.
  • In dem zuvor erwähnten System gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Gasturbine eine Steuereinrichtung umfassen, der dafür eingerichtet ist, den ersten Antrieb oder den zweiten Antrieb zu steuern, um eine akustische Brennstoffsystemimpedanz der ersten Brennstoffdüse oder der zweiten Brennstoffdüse zu variieren.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der erste Kolben mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt sein, das mehrere erste Lochplatten umfasst, wobei der erste Antrieb dafür eingerichtet sein kann, eine erste Drehposition einer ersten Platte der mehreren ersten Lochplatten einzustellen, um ein erstes Interferenzmuster in Öffnungen zwischen den mehreren ersten Lochplatten zu bilden.
  • Ferner kann der zweite Kolben mit einem zweiten Drehscheibensystem gekoppelt sein, das mehrere zweite Lochplatten umfasst, wobei der zweite Antrieb dafür eingerichtet sein kann, eine zweite Drehposition einer zweiten Platte der mehreren zweiten Lochplatten einzustellen, um ein zweites Interferenzmuster in den Öffnungen zwischen der mehreren zweiten Lochplatten zu bilden.
  • Noch weiter können der erste und der zweite Antrieb dafür eingerichtet sein, das erste und das zweite Interferenzmuster wahlweise so zu verändern, dass sie sich voneinander unterscheiden.
  • Noch weiter kann das erste Interferenzmuster einer ersten akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik der ersten Brennstoffdüse entsprechen, und das zweite Interferenzmuster kann einer zweiten akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik der zweiten Brennstoffdüse entsprechen, wobei die erste akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik von einer zweiten akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik verschieden ist.
  • Die erste und die zweite akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik kann eine Phase oder eine Amplitude umfassen.
  • Das System gemäß der zweiten Ausführungsform einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner mindestens eine Steuereinrichtung umfassen, die mit dem ersten Antrieb und dem zweiten Antrieb gekoppelt ist.
  • In einer Konfiguration kann der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung dafür eingerichtet sein, eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, und der zweite Antrieb der zweiten akustischen Einstelleinrichtung kann dafür eingerichtet sein, eine zweite axiale Position des zweiten Kolbens einzustellen.
  • Ferner kann die erste axiale Position des ersten Kolbens einem ersten akustischen Volumen zwischen der ersten Brennstoff-Voröffnung und der ersten Nachöffnung entlang des ersten Brennstoffdurchgangs entsprechen, und die zweite axiale Position des zweiten Kolbens kann einem zweiten akustischen Volumen zwischen der zweiten Brennstoff-Voröffnung und der zweiten Nachöffnung entlang des zweiten Brennstoffdurchgangs entsprechen, wobei das erste akustische Volumen von dem zweiten akustischen Volumen verschieden ist.
  • In einer dritten Ausführungsform umfasst ein System eine Gasturbine, die eine erste Brennstoffdüse aufweist, die eine erste Brennstoff-Nachöffnung umfasst. Das System umfasst außerdem eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist. Der erste Kolben ist entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der ersten Brennstoff-Nachöffnung der ersten Brennstoffdüse führt.
  • In dem zuvor erwähnten System gemäß der dritten Ausführungsform kann der erste Kolben mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt sein, wobei das erste Drehscheibensystem umfassen kann: eine erste Platte und eine zweite Platte, eine Mittelplatte, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist, mehrere Öffnungen, die an der ersten Platte, der zweiten Platte und der Mittelplatte angeordnet sind, wobei die mehreren Öffnungen mehrere Kanäle bilden, die durch das erste Drehscheibensystem hindurchführen.
  • Außerdem kann der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung dafür eingerichtet sein, eine erste Drehposition der Mittelplatte einzustellen, um ein Interferenzmuster der mehreren Öffnungen zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte einzustellen, wobei das Einstellen des Interferenzmusters ein Einstellen einer Querschnittsfläche jedes Kanals innerhalb der mehreren Kanäle umfassen kann, die durch das erste Drehscheibensystem hindurchführen.
  • In dem System gemäß der dritten Ausführungsform einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung dafür eingerichtet sein, eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, um eine erste Distanz zwischen der ersten Brennstoff-Voröffnung und der ersten Brennstoff-Nachöffnung zu variieren.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen stets gleiche Teile bezeichnen und in denen:
  • 1 ist ein Schaubild einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems mit mehreren Brennkammern, wobei jede Brennkammer mit einem akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstellsystem, das dafür eingerichtet ist, die Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu steuern, um die Möglichkeit ungewollter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu reduzieren;
  • 2 ist ein Schaubild einer Ausführungsform einer der Brennkammern von 1, die mit dem akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstellsystem wirkgekoppelt ist, das ein bewegbares Kolbensystem und ein Drehscheibensystem umfasst;
  • 3 ist ein Schaubild einer Ausführungsform der Brennkammer von 1, die eine akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung veranschaulicht, die mit einer oder mehreren Brennstoffdüsen von mehreren Brennstoffdüsen der Brennkammer wirkgekoppelt ist;
  • 4 ist ein Schaubild einer Ausführungsform des Gasturbinensystems von 1, das mehrere Brennkammern veranschaulicht, von denen eine oder mehrere mit einer oder mehreren akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtungen ausgestattet sind, die dafür eingerichtet sind, die Möglichkeit ungewollter Schwingungsantworten innerhalb des Gasturbinensystems zu reduzieren;
  • 5 und 6 sind teilweise aufgeschnittene Ansichten einer Ausführungsform der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung der 1–4, die eine Einstellung zwischen einer ersten und einer zweiten Distanz zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung über das bewegbare Kolbensystem veranschaulichen;
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung der 1–6, die das Drehscheibensystem veranschaulicht, das mit einem Stellkolben gekoppelt ist;
  • 8 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Drehscheibensystems von 7, die einen maximalen Brennstofffluss durch einen Kanal des Drehscheibensystems veranschaulicht; und
  • 9 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des Drehscheibensystems von 7, die einen Brennstofffluss durch den Kanal des Drehscheibensystems veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden werden eine oder mehrere konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu präsentieren, werden in der Spezifikation nicht unbedingt alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Implementierung, wie in jedem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die besonderen Ziele der Entwickler, wie beispielsweise die Einhaltung technischer oder finanzieller Vorgaben, zu erreichen, die von einer Implementierung zur nächsten verschieden sein können. Ferner versteht es sich, dass ein solches Entwicklungsvorhaben komplex und zeitaufwändig sein kann, aber trotzdem für den Fachmann, der in den Genuss dieser Offenbarung kommt, eine Routineaufgabe bei der Konstruktion, Fertigung und Herstellung ist.
  • Bei der Vorstellung von Elementen verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bedeuten die Artikel „ein/eine/einer“ und „der/die/das“, dass es ein oder mehrere Elemente gibt. Die Begriffe „umfassen“, „enthalten“ und „aufweisen” sind in einem inkludierenden Sinn zu verstehen und meinen, dass es noch weitere Elemente als die angeführten Elemente gibt.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft das Verringern der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik, um unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten eines Gasturbinensystems zu reduzieren. Eine Gasturbinenbrennkammer (oder eine Gasturbinenbrennkammeranordnung) kann aufgrund des Verbrennungsprozesses, der Eigenschaften von Einlassfluidströmen (zum Beispiel Brennstoff, Oxidationsmittel, Verdünnungsmittel usw.) in die Brennkammer und verschiedener anderer Faktoren eine Verbrennungsdynamik erzeugen. Die Verbrennungsdynamik kann als Druckschwankungen, Pulsationen, Oszillationen und/oder Wellen bei bestimmten Frequenzen charakterisiert sein. Zu den Fluidströmungseigenschaften können gehören: Geschwindigkeit, Druck, Schwankungen der Geschwindigkeit und/oder des Drucks, Variationen in den Strömungspfaden (zum Beispiel Windungen, Formen, Unterbrechungen usw.) oder beliebige Kombinationen davon. Zusammen können die Verbrennungsdynamiken möglicherweise Schwingungsantworten und/oder ein Resonanzverhalten in verschiedenen Komponenten stromaufwärts und/oder stromabwärts der Brennkammer bewirken. Zum Beispiel kann die Verbrennungsdynamik (zum Beispiel bei bestimmten Frequenzen, Frequenzbereichen, Amplituden, Brennkammer-zu-Brennkammer-Phasen usw.) sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in dem Gasturbinensystem wandern. Wenn die Gasturbinenbrennkammer, die stromaufwärtigen Komponenten und/oder die stromabwärtigen Komponenten Eigenoder Resonanzfrequenzen haben, die durch diese Druckschwankungen (d. h. die Verbrennungsdynamik) angeregt werden, dann können die Druckschwankungen möglicherweise zu Vibrationen, mechanischen Spannungen, Materialermüdung usw. führen. Diese Komponenten können Brennkammerflammrohre, Brennkammerströmungsmäntel, Brennkammerkappen, Brennstoffdüsen, Turbinenleitapparate, Turbinenschaufeln, Turbinendeckbänder, Turbinenräder, Lager, Brennstoffzufuhranordnungen oder beliebige Kombinationen davon sein. Die stromabwärtigen Komponenten sind von besonderem Interesse, da sie empfindlicher auf Verbrennungstöne reagieren, die phasengleich und kohärent sind. Das heißt, das Verringern der Kohärenz reduziert insbesondere die Möglichkeit ungewollter Vibrationen in stromabwärtigen Komponenten. Eine Möglichkeit zur Minderung der Kohärenz der Verbrennungsdynamik zwischen den Brennkammern ist das Verändern der Frequenzbeziehung zwischen zwei oder mehreren Brennkammern, wodurch jegliche Brennkammer-zu-Brennkammer-Kopplung vermindert wird. In dem Maße, wie die Frequenz der Verbrennungsdynamik in einer einzelnen Brennkammer von der Frequenz der anderen Brennkammern fortbewegt wird, wird die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik reduziert, was wiederum die Fähigkeit der Brennkammertöne reduziert, Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten zu bewirken. Ein alternatives Verfahren zur Verringerung der modalen Kopplung besteht darin, die konstruktive Interferenz der Brennstoffdüsen innerhalb derselben Brennkammer zu verringern, indem man eine Phasenverzögerung zwischen den Brennstoffdüsen einführt, die Amplituden in jeder Brennkammer verkleinert und eine Brennkammer-zu-Brennkammer-Kopplung verhindert oder verringert. Ferner kann das Einführen eines Phasenverzuges zwischen den Brennkammern oder ein sonstiges Verändern der Phasenbeziehung zwischen zwei oder mehreren Brennkammern auch helfen, eine modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu verhindern oder zu verringern.
  • Die offenbarten Ausführungsformen helfen beim Reduzieren unerwünschter Schwingungsantworten im Zusammenhang mit der Verbrennungsdynamik durch Bereitstellen einer oder mehrerer akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtungen, die dafür eingerichtet sind, die akustische Brennstoffsystemimpedanz (Amplitude und Phase) der Brennstoffdüsen einzustellen. Die akustische Brennstoffsystemimpedanz der Brennstoffdüsen wird durch die Geometrie der Voröffnung, die Geometrie der Nachöffnung und das Volumen zwischen der Vor- und der Nachöffnung definiert. Genauer gesagt, ist die akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung eine pneumatisch oder mechanisch gesteuerte Vorrichtung, die entlang einer oder mehrerer Brennstoffleitungen (zum Beispiel Brennstoffdurchgänge) stromaufwärts der Brennstoffdüsen und/oder Brennstoffinjektoren des Gasturbinensystems angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst jede akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung ein bewegbares Kolbensystem und ein internes Drehscheibensystem, das dafür eingerichtet ist, die Geometrie der Voröffnung und/oder das Volumen zwischen der Vor- und Nachöffnung einzustellen, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer der Brennstoffdüsen einzustellen. Zum Beispiel kann das bewegbare Kolbensystem durch jede Art von Aktuator (zum Beispiel pneumatisch, elektromechanisch, hydraulisch usw.) angetrieben werden, um Vor-Ort-Einstellungen innerhalb der akustischen Einstelleinrichtung vorzunehmen. Zum Beispiel kann die akustische Brennstoffsystemimpedanz eingestellt werden, indem die Länge zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung vergrößert oder verkleinert wird, wodurch wiederum das akustische Volumen der Brennstoffsammelkammer, die sich zwischen der Vor- und der Nachöffnung befindet, vergrößert oder verkleinert werden kann, was sich sowohl auf die Phase als auch auf die Amplitude der akustischen Brennstoffsystemimpedanz auswirkt. Ferner kann das interne Drehscheibensystem auch die akustische Brennstoffsystemimpedanz beeinflussen, indem das Interferenzmuster zwischen zwei oder mehreren Lochplatten des Scheibensystems eingestellt wird, wodurch die Geometrie der Voröffnung verändert wird. Das Interferenzmuster kann eingestellt werden, indem eine mittige Lochplatte zwischen den Lochplatten des Scheibensystems gedreht wird, um die Querschnittsfläche eines oder mehrerer Kanäle durch das Drehscheibensystem zu verändern, die durch eine oder mehrere Öffnungen in den Platten gebildet werden. Daher variiert das Einstellen des Interferenzmusters der Lochplatten die akustische Brennstoffsystemimpedanz. Die Platten können mehrere Öffnungen mit einer oder mehreren geometrischen Eigenschaften (zum Beispiel Größe, Form, Muster, Anordnung, Positionen usw.) umfassen.
  • In bestimmten Ausführungsformen können variierende unterschiedliche Geometrien der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung, wie oben beschrieben, zu Veränderungen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz führen, die Verbrennungsdynamikfrequenzen in einem oder mehreren Brennkammern zur Folge haben können, die relativ zu Resonanzfrequenzen der Komponenten in dem Gasturbinensystem und/oder der Verbrennungsdynamik einer oder mehrerer der anderen Brennkammern in dem Gasturbinensystem anders, phasenverschoben, verwischt oder über einen größeren Frequenzbereich verteilt sind, oder beliebige Kombinationen davon. Durch Einstellen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung für eine spezielle Brennstoffdüse werden die Amplitude und Phase der Brennstoffsystemimpedanz für die Brennstoffdüse verändert, was die fluktuierende Komponente der Wärmefreisetzung und daher die Verbrennungsdynamik der Brennkammer beeinflusst. Das Variieren der Brennstoffsystemimpedanz zwischen zwei oder mehreren Brennstoffdüsen innerhalb einer Brennkammer führt zu verschiedenen Amplituden und Phasen der Brennstoffsystemimpedanz für die verschiedenen Brennstoffdüsen, was eine Phasenverzögerung von Düse zu Düse und daher eine destruktive Interferenz zwischen den Brennstoffdüsen in der Wärmefreisetzungszone verursacht, wodurch die Amplitude der Verbrennungsdynamik verkleinert wird und möglicherweise der Frequenzgehalt der Verbrennungsdynamik über einen breiteren Frequenzbereich verwischt wird. Neben Modifizierungen auf Brennkammerebene (d. h. bei einer einzelnen Brennkammer) können die offenbarten Ausführungsformen auch die Geometrien der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung unter mehreren Gasturbinenbrennkammern variieren, wodurch die akustische Brennstoffsystemimpedanz und daher die Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer in einer Weise variiert wird, so dass die Amplituden der Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den mehreren Gasturbinenbrennkammern verringert werden. Zum Beispiel kann jede Konfiguration der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung zu Variationen von Brennkammer zu Brennkammer bei der Frequenz der Verbrennungsdynamik der Brennkammer führen, wodurch eine Verringerung der Kohärenz erwartet wird. Außerdem kann jede akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung stattdessen oder zusätzlich auch mögliche Verschiebungen der Phase von Brennkammer zu Brennkammer hervorrufen, wodurch die Möglichkeit einer modalen Kopplung der Brennkammern gemindert wird, insbesondere bei Frequenzen, die auf Resonanzfrequenzen der Komponenten des Gasturbinensystems ausgerichtet sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann jede akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung entlang einer Brennstoffleitung stromaufwärts des Kopfendes (zum Beispiel der Endabdeckung) der Gasturbine angeordnet sein. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen jede akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung einer Brennstoffdüse (zum Beispiel primären Brennstoffdüsen und/oder sekundären Brennstoffdüsen) des Gasturbinensystems zugeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann jede akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung einem Brennstoffkreis (zum Beispiel einem primären Brennstoffkreis, einem sekundären Brennstoffkreis, Brennstoffkreisen, die verschiedene Arten von Brennstoff transportieren, wie zum Beispiel flüssige oder gasförmige Brennstoffe, usw.) zugeordnet sein, wobei jeder Brennstoffkreis zu einer oder mehreren Brennstoffdüsen führen kann. Insbesondere betreffen die offenbarten Ausführungsformen das Einstellen der Komponenten der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung (zum Beispiel des bewegbaren Kolbensystems und/oder des Drehscheibensystems), um das Variieren der Schwingungsresonanzantwort innerhalb des Gasturbinensystems zu unterstützen. Zum Beispiel kann das bewegbare Kolbensystem innerhalb einer bestimmten akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung relativ zu den bewegbaren Kolbensystemen innerhalb anderer akustischer Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtungen des Gasturbinensystems variiert werden (zum Beispiel kann die Größe der Sammelkammer variiert werden, um das Volumen der Brennstoffsammelkammer zwischen der Vor- und der Nachöffnung zu variieren, indem die Distanz zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung variiert wird, usw.). Außerdem kann das Drehscheibensystem innerhalb einer bestimmten akustischen Einstelleinrichtung variiert werden (zum Beispiel durch Einstellen der geometrischen Eigenschaften des Drehscheibensystems, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer Brennstoffdüsen relativ zu den Drehscheibensystemen anderer akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtungen innerhalb des Gasturbinensystems, zum Beispiel innerhalb einer bestimmten Brennkammer oder zwischen verschiedenen Brennkammern, zu variieren, indem das Interferenzmuster der Öffnungen durch die Platten variiert wird).
  • Dementsprechend umfassen die offenbarten Ausführungsformen eine oder mehrere akustische Einstelleinrichtungen innerhalb des Gasturbinensystems, die dafür eingerichtet sind, die Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer Brennstoffdüsen in einer oder mehreren Brennkammern zu steuern. Insbesondere können die akustischen Einstelleinrichtungen entlang jeder Brennstoffleitung oder jedes Brennstoffkreises stromaufwärts eines Kopfendes (zum Beispiel einer Endabdeckung) der Brennkammer angeordnet sein. In solchen Ausführungsformen kann das Variieren der Eigenschaften der Brennstoffsammelkammer (zum Beispiel Volumen, Schalleigenschaften usw.) jeder Brennkammeranordnung die Amplituden der Verbrennungsdynamik reduzieren und/oder die Frequenz der Verbrennungsdynamik innerhalb einer einzelnen Brennkammeranordnung verändern. Ferner kann das Variieren der Eigenschaften der Brennstoffsammelkammer (zum Beispiel Volumen, Schalleigenschaften usw.) einer oder mehrerer Brennkammeranordnungen die modale Kopplung der Brennkammern reduzieren und daher unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten reduzieren.
  • Vor dem Hintergrund der obigen Darlegungen ist 1 ein Schaubild einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 mit mehreren Brennkammern 12, wobei jede Brennkammer 12 mit einer akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel einer akustischen Einstelleinrichtung 14) ausgestattet ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist/sind jeder Brennkammer 12 eine oder mehrere akustische Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet, die entlang einer Brennstoffleitung 16 stromaufwärts der jeweiligen Brennkammer 12 angeordnet sein können (zum Beispiel stromaufwärts einer Endabdeckung 18 und einer oder mehrerer Brennstoffdüsen 20). Wie unten noch ausführlich besprochen wird, kann jede akustische Einstelleinrichtung 14 dafür eingerichtet sein, die akustische Brennstoffsystemimpedanz der Brennstoffdüsen 20 durch Variieren der Geometrie verschiedener Komponenten der akustischen Einstelleinrichtung 14 einzustellen. Zum Beispiel kann jede akustische Einstelleinrichtung 14 die Geometrie der Voröffnung und/oder das Volumen zwischen der Voröffnung und der Nachöffnung variieren. Wie oben angemerkt, kann das Variieren verschiedener Geometrien der akustischen Einstelleinrichtung 14, wie oben beschrieben, die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer der Brennstoffdüsen einstellen, was zu einer Verschiebung der Frequenz der Verbrennungsdynamik und/oder zu größeren Variationen im Frequenzgehalt der resultierenden Verbrennungsdynamik führen kann. In einigen Ausführungsformen kann jeder Brennkammer 12 eine einzelne akustische Einstelleinrichtung 14 zugeordnet sein. In anderen Ausführungsformen können jeder Brennkammer 12 zwei oder mehr akustische Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet sein, zum Beispiel 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr.
  • Das Gasturbinensystem 10 umfasst die eine oder mehreren Brennkammern 12 (zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehrere Brennkammern), die die eine oder mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 aufweisen, die entlang einer oder mehrerer Brennstoffleitungen 16 angeordnet sind. Das Gasturbinensystem 10 weist auch einen Verdichter 22 und eine Turbine 24 auf. Die Brennkammern 12 können Brennstoffdüsen 20 umfassen, die einen Brennstoff 26 (zum Beispiel einen flüssigen Brennstoff und/oder einen gasförmigen Brennstoff, einen ersten Brennstoff usw.) in die Brennkammer 12 zum Verbrennen innerhalb eines Brennraums leiten. Die Brennkammern 12 zünden und verbrennen ein Brennstoff-Luft-Gemisch, um heiße Verbrennungsgase 28 zu erzeugen. Die heißen Verbrennungsgase 28 werden in die Turbine 24 geleitet. Die Turbine 24 umfasst Turbinenschaufeln, die mit einer Welle 30 gekoppelt sind, die wiederum mit mehreren anderen Komponenten im gesamten System 10 gekoppelt ist. Wenn die Verbrennungsgase 28 zwischen den, und gegen die, Turbinenschaufeln in der Turbine 24 strömen, wird die Turbine 24 in Rotation versetzt, was zu einer Drehbewegung der Welle 30 führt. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungsdynamik möglicherweise Schwingungsantworten und/oder ein Resonanzverhalten in verschiedenen Komponenten stromaufwärts und/oder stromabwärts der Brennkammer bewirken. Zum Beispiel kann die Verbrennungsdynamik (zum Beispiel bei bestimmten Frequenzen, Frequenzbereichen, Amplituden, Brennkammer-zu-Brennkammer-Phasen usw.) sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in dem Gasturbinensystem wandern. Die stromabwärtigen Turbinenkomponenten sind von besonderem Interesse, da sie empfindlicher auf Verbrennungstöne reagieren, die phasengleich und kohärent sind. Schließlich verlassen die Verbrennungsgase 28 das Turbinensystem 10 über einen Abgasauslass 32. Ferner kann die Welle 30 mit einer Last 34 gekoppelt sein, die mittels Rotation der Welle 30 angetrieben wird. Zum Beispiel kann die Last 34 jede geeignete Vorrichtung sein, die Leistung über den rotierenden Abtrieb des Turbinensystems 10 erzeugt, wie zum Beispiel eine externe mechanische Last. Zum Beispiel kann die Last 34 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs und so weiter umfassen.
  • In einer Ausführungsform des Turbinensystems 10 sind Verdichterschaufeln als Komponenten des Verdichters 22 enthalten. Die Schaufeln innerhalb des Verdichters 22 sind mit der Welle 30 gekoppelt und drehen sich, wenn die Welle 30 durch die Turbine 24 in Drehbewegung versetzt wird, wie oben beschrieben. Die Rotation der Schaufeln innerhalb des Verdichters 22 verdichtet Luft von einem Lufteinlass 36 zu Druckluft 38. Die Druckluft 38 wird dann in die Brennstoffdüsen 20 der Brennkammer 12 eingespeist. Die Brennstoffdüsen 20 vermischen die Druckluft 38 und den Brennstoff 26 miteinander, um ein geeignetes Mischungsverhältnis für die Verbrennung zu erzeugen (zum Beispiel eine Verbrennung, die bewirkt, dass der Brennstoff vollständiger verbrennt), so dass kein Brennstoff vergeudet wird oder kein übermäßiger Schadstoffausstoß entsteht.
  • In den offenbarten Ausführungsformen kann die akustische Einstelleinrichtung 14 dafür eingerichtet sein, die akustische Brennstoffsystemimpedanz der Brennstoffdüsen 20 der Brennkammer 12 zu variieren, was zu Frequenzen der Verbrennungsdynamik in einer oder mehreren Brennkammern 12 führt, die relativ zu Resonanzfrequenzen der Komponenten in dem System 10 und/oder zur Verbrennungsdynamik einer oder mehrerer der anderen Brennkammern in dem Gasturbinensystem anders, phasenverschoben, verwischt oder über einen größeren Frequenzbereich verteilt sind, oder beliebige Kombinationen davon. Zum Beispiel kann die akustische Einstelleinrichtung 14 mehrere Systemkomponenten umfassen, die einstellbar sind, wie zum Beispiel ein bewegbares Kolbensystem und ein Drehscheibensystem (wie in den 2, 5, 7 gezeigt). Das bewegbare Kolbensystem kann dafür eingerichtet sein, das Volumen der Brennstoffsammelkammer zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung einer oder mehrerer Brennstoffdüsen in dem Brennkammer 12 zu verändern (zum Beispiel Variieren der Größe der Sammelkammer, um das Volumen der Brennstoffsammelkammer zwischen der Vor- und der Nachöffnung zu variieren, indem die Distanz zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung variiert wird, usw.), während das Drehscheibensystem dafür eingerichtet sein kann, die geometrischen Eigenschaften des Drehscheibensystems einzustellen, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer Brennstoffdüsen zu variieren, indem das Interferenzmuster der Öffnungen durch die Platten variiert wird. Insbesondere kann in bestimmten Ausführungsformen die akustische Einstelleinrichtung 14 dafür eingerichtet sein, die akustische Brennstoffsystemimpedanz der Brennstoffdüsen 20 zwischen einer oder mehreren Brennkammern 12 des Systems 10 durch Variieren der Geometrien der akustischen Einstelleinrichtung 14 zu variieren. Auf diese Weise kann die akustische Einstelleinrichtung 14 dafür eingerichtet sein, beim Reduzieren unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Komponenten des Systems 10 zu helfen, wie mit Bezug auf 4 noch ausführlicher besprochen wird.
  • 2 ist ein Schaubild einer Ausführungsform einer der Brennkammern 12 von 1, die mit der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel der akustischen Einstelleinrichtung 14) wirkgekoppelt ist, die ein bewegbares Kolbensystem 40 und ein Drehscheibensystem 42 umfasst, das dafür eingerichtet ist, die akustische Brennstoffsystemimpedanz (Amplitude und Phase) der Brennstoffdüsen 20 einzustellen. Die akustische Einstelleinrichtung 14 ist dafür eingerichtet, beim Reduzieren unerwünschter Schwingungsantworten innerhalb des Gasturbinensystems 10 durch das Einstellen des bewegbaren Kolbensystems 40 und des Drehscheibensystems 42 zu helfen (zum Beispiel mittels Einstellen eines Volumens zwischen einer Voröffnung und einer Nachöffnung, Einstellen einer Größe der Voröffnung usw.). In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Brennkammer 12 einer einzelnen akustischen Einstelleinrichtung 14 zugeordnet sein, die entlang der Brennstoffleitung 16 angeordnet ist, die dafür eingerichtet ist, den Brennstoff 26 zu einer oder mehreren Brennstoffdüsen 20 zu leiten. In anderen Ausführungsformen, wie zum Beispiel innerhalb von Ausführungsformen der Brennkammer 12, die zwei oder mehrere Brennstoffleitungen 16 aufweisen, kann die Brennkammer 12 mehrere akustische Einstelleinrichtungen 14 haben (zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr), die entlang jeder Brennstoffleitung 16 angeordnet sind. In weiteren Ausführungsformen können jeder Brennstoffdüse 20 der Brennkammer 12 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder mehrere akustische Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet sein, dergestalt, dass die Brennkammer 12 mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet ist (zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr). Insbesondere kann die Geometrie der akustischen Einstelleinrichtung 14 variiert werden, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz der zugehörigen Brennstoffdüsen 20 zu verändern, was zu Frequenzen der Verbrennungsdynamik führt, die anders und/oder zwischen den Brennstoffdüsen 20 und/oder zwischen den Brennkammern 12 phasenverschoben sind, wodurch unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 reduziert werden.
  • Der Brennkammer 12 umfasst ein Kopfende 44, eine Brennkammerkappenanordnung 46 und einen Brennraum 48. Das Kopfende 44 der Brennkammer 12 stützt und umschließt allgemein die Brennstoffdüsen 20 zwischen der Endabdeckung 18 und der Brennkammerkappenanordnung 46. Die Brennkammerkappenanordnung 46 beherbergt allgemein die Brennstoffdüsen 20. Die Brennstoffdüsen 20 leiten den Brennstoff 26, die Luft und mitunter auch andere Fluide in den Brennraum 48. Die Brennkammer 12 hat eine oder mehrere Wände, die sich in Umfangsrichtung um den Brennraum 48 herum erstrecken, und stellt allgemein eine von mehreren Brennkammern 12 dar, die in einer beabstandeten Form längs des Umfangs um eine Drehachse (zum Beispiel die Welle 30) des Gasturbinensystems 10 herum angeordnet sind.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform sind eine oder mehrere Brennstoffdüsen 20 an der Endabdeckung 18 angebracht und führen durch die Brennkammerkappenanordnung 46 hindurch zu dem Brennraum 48. Jede Brennstoffdüse 20 kann das Vermischen von Druckluft und Brennstoff ermöglichen und leitet das Gemisch durch die Brennkammerkappenanordnung 46 hindurch und in den Brennraum 48 hinein. Das Brennstoff-Luft-Gemisch kann dann in dem Brennraum 48 verbrennen, wodurch die heißen, unter Druck stehenden Verbrennungsgase 28 entstehen. Diese unter Druck stehenden Verbrennungsgase 28 veranlassen die Rotation der Schaufeln innerhalb der Turbine 24. Jeder Brennkammer 12 umfasst eine Außenwand (zum Beispiel eine Strömungshülse 50), die umfänglich um eine Innenwand (zum Beispiel das Brennkammerflammrohr 52) angeordnet ist, um einen dazwischenliegenden Strömungsdurchgang 60 oder -raum zu definieren, während sich das Brennkammerflammrohr 52 längs des Umfangs um den Brennraum 48 herum erstreckt. Die Innenwand 60 kann auch ein Übergangsstück 51 umfassen, das allgemein in Richtung einer ersten Stufe der Turbine 24 konvergiert. Die Prallhülse 53 ist längs des Umfangs um das Übergangsstück 51 herum angeordnet. Das Flammrohr 52 definiert eine Innenfläche der Brennkammer 12, die direkt zu dem Brennraum 48 weist und zu diesem offen ist. Die Strömungshülse 50 und die Prallhülse 53 umfassen mehrere Löcher 54, die einen Luftstrom 56 von einem Verdichterauslass 58 in den Strömungsdurchgang 60 leiten. Der Strömungsdurchgang 60 lenkt dann den Luftstrom 62 in eine stromaufwärtige Richtung zu dem Kopfende 44 (zum Beispiel relativ zu einer stromabwärtigen Richtung der heißen Verbrennungsgase 28), dergestalt, dass der Luftstrom 62 das Flammrohr 60 weiter kühlt und dann durch die Brennstoffdüsen 20 und durch die Brennkammerkappenanordnung 46 in den Brennraum 48 strömt.
  • Wie oben angemerkt, umfasst die akustische Einstelleinrichtung 14 das bewegbare Kolbensystem 40 und die Drehscheibe 42. Ferner kann die akustische Einstelleinrichtung 14 einen Brennstoffeinlass 64 umfassen, der dafür eingerichtet ist, den Brennstoff 26 durch die Brennstoffleitung 16 zu empfangen. Der Brennstoff 26 wird durch die akustische Einstelleinrichtung 14 geleitet. Die akustische Einstelleinrichtung 14 kann dafür verwendet werden, die Brennstoffsystemimpedanz (zum Beispiel Amplitude und Phase) zu verändern. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen die akustische Einstelleinrichtung 14 mit einem Antrieb 67 und/oder einer Steuereinrichtung 68 wirkgekoppelt sein. Der Antrieb 67 kann dafür eingerichtet sein, das bewegbare Kolbensystem 40 pneumatisch, mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch und so weiter zu steuern. In einigen Ausführungsformen umfasst das bewegbare Kolbensystem 40 einen Stellkolben 66, der durch den Antrieb 67 angetrieben wird, dergestalt, dass der Stellkolben 66 dafür eingerichtet ist, sich linear innerhalb der akustischen Einstelleinrichtung 14 zu bewegen. Das Einstellen der akustischen Einstelleinrichtung 14 mit dem Stellkolben 66 kann eine Länge 65 (zum Beispiel eine Distanz 65) zwischen einer Voröffnung 70 und einen Nachöffnung 72 einstellen. Die Voröffnung 70 kann einer ersten Öffnung entsprechen, die den Brennstoff 26 von der Brennstoffleitung 16 empfängt. Die Nachöffnung 72 kann einer zweiten Öffnung in der Brennstoffdüse 20 entsprechen, die den Brennstoff 26 in die Brennkammer 12 leitet (zum Beispiel ist die Nachöffnung 72 die Öffnung in der Brennstoffdüse 20, durch die der Brennstoff in die Brennkammer 12 eingespritzt wird). In bestimmten Ausführungsformen kann die Nachöffnung 72 innerhalb des Leitschaufelpakets der Brennstoffdüse 20 angeordnet sein, und das Leitschaufelpaket kann in einer bestimmten Entfernung stromaufwärts innerhalb der Brennstoffdüse 20 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die Nachöffnung 72 an der Spitze der Brennstoffdüse 20 angeordnet sein. Insbesondere kann das Einstellen der Distanz 65 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 das akustische Volumen einer Sammelkammer 74 innerhalb der akustische Einstelleinrichtung 14 vergrößern oder verkleinern, wodurch sowohl die Phase als auch die Amplitude der akustischen Brennstoffsystemimpedanz beeinflusst werden. Außerdem kann das Einstellen des Drehscheibensystems 42 das Interferenzmuster zwischen zwei oder mehreren Lochplatten des Systems 42 einstellen, wodurch die Geometrie der Voröffnung 70 verändert wird, wie im Detail mit Bezug auf die 5–9 beschrieben. Zum Beispiel kann das Drehscheibensystem 42 zwei parallele Scheiben mit mehreren Öffnungen umfassen. Die zwei parallelen Scheiben können relativ zueinander gedreht werden, um die Größe der Öffnungen zwischen den Platten einzustellen, oder sie können relativ zueinander gedreht werden, um das Interferenzmuster zwischen den Platten einzustellen, wie im Detail mit Bezug auf die 7–9 beschrieben.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuereinrichtung 68 (zum Beispiel eine industrielle Steuereinrichtung oder irgendeine geeignete Computervorrichtung, wie zum Beispiel ein Desktopcomputer, ein Tablet-Computer, ein Smartphone usw.) einen Prozessor und einen Speicher (zum Beispiel ein nicht-transitorisches maschinenlesbares Speichermedium) umfassen, die dafür geeignet sind, Computerinstruktionen und/oder eine Steuerungslogik auszuführen oder zu speichern. Zum Beispiel können die Prozessoren Allzweckoder anwendungsspezifische Mikroprozessoren umfassen. Gleichermaßen kann der Speicher flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher, Direktzugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), Flash-Speicher, Festplattenlaufwerke (HDD), Wechseldatenspeicherlaufwerke und/oder Wechseldatenspeicher (zum Beispiel CDs, DVDs, Blu-ray DiscTM von der Sony Corp., USB-Sticks usw.) oder beliebige Kombinationen davon umfassen. Die Steuereinrichtung 68 kann dafür geeignet sein, verschiedene Komponenten der akustischen Einstelleinrichtung 14 zu automatisieren, wie zum Beispiel das bewegbare Kolbensystem 40 und/oder das Drehscheibensystem 42. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 68 dafür eingerichtet sein, das bewegbare Kolbensystem 40 durch Steuern des Antriebs 67 zu regeln.
  • Außerdem kann das Turbinensystem 10 in bestimmten Ausführungsformen ein Display umfassen, das der Steuereinrichtung 68 zugeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann das Display in der Steuereinrichtung 68 integriert sein (zum Beispiel ein Bildschirm eines Mobilgerätes), oder kann von der Steuereinrichtung 68 getrennt sein (zum Beispiel ein unabhängiger Monitor). Wie weiter unten besprochen, kann das Display dafür verwendet werden, einem Benutzer Informationen zu präsentieren, die es dem Benutzer ermöglichen, verschiedene Zielstellungen mittels einer grafischen Benutzerschnittstelle auszuwählen. Außerdem kann das Turbinensystem 10 ein oder mehrere Eingabegeräte umfassen, die Auswahlentscheidungen von einem oder mehreren Benutzern empfangen. In bestimmten Ausführungsformen können die Eingabegeräte Mäuse, Tastaturen, Berührungsbildschirme, Trackpads oder andere Eingabegeräte zum Empfangen von Eingaben an den Steuereinrichtung 68 sein. Die von dem Benutzer empfangenen Auswahlentscheidungen können zum Beispiel Parameter der Komponenten der akustischen Einstelleinrichtungen 14 (zum Beispiel des Drehscheibensystems 42 und/oder des bewegbaren Kolbensystems 40) sein, die eingestellt oder gesteuert werden können. Zum Beispiel kann der Benutzer Parameter eingeben, wie einen Rotationsgrad des Drehscheibensystems 42, eine Distanz 65 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72, ein Volumen innerhalb der Brennstoffsammelkammer 74 zwischen den Öffnungen 70 und 72, und so weiter. Insbesondere können die eingegebenen Parameter dafür verwendet werden, eine Variation zwischen der einen oder den mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 des Systems 10 zu erzeugen, wodurch unerwünschte Schwingungsantworten reduziert werden können, die aus der Verbrennungsdynamik innerhalb des Systems 10 resultieren.
  • Die Variabilität, die sich aus dem Einstellen verschiedener Komponenten der akustischen Einstelleinrichtung 14 ergibt, kann helfen, die Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren und Vibrationsspannungen, Verschleiß, Leistungsminderung oder andere unerwünschte Auswirkungen auf die Komponenten des Gasturbinensystems 10 (zum Beispiel die Turbinenschaufeln, die Turbinendeckbänder, die Turbinenleitapparate, die Abgaskomponenten, das Brennkammer-Übergangsstück, das Brennkammerflammrohr usw.) zu minimieren. Zum Beispiel können die Komponenten der akustischen Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel das bewegbare Kolbensystem 40 und das Drehscheibensystem 42) relativ zu den akustischen Einstelleinrichtungen 14 innerhalb derselben Brennkammer 12 variiert werden, oder sie können relativ zu den akustischen Einstelleinrichtungen 14 variiert werden, die anderen Brennkammern 12 zugeordnet sind.
  • 3 ist ein Schaubild einer Ausführungsform der Brennkammer 12 von 1, das eine Querschnittsansicht des Kopfendes 44 der Brennkammer 12 zeigt, das die akustische Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel die akustische Einstelleinrichtung 14) umfasst, die mit jeder Brennstoffdüse 20 wirkgekoppelt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform sind allen der sechs Brennstoffdüsen 20 entsprechende akustische Einstelleinrichtungen 14, die das bewegbare Kolbensystem 40 und das Drehscheibensystem 42 aufweisen, zugeordnet. In anderen Ausführungsformen kann jede beliebige Anzahl von Brennstoffdüsen 20 (zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 oder mehr) innerhalb einer Brennkammer 12 entsprechenden akustischen Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet sein. Ferner zeigt die veranschaulichte Ausführungsform drei Brennstoffleitungen 16, die den Brennstoff 26 zu dem Brennstoffeinlass 64 der akustischen Einstelleinrichtungen 14 zuführen. Es ist anzumerken, dass in anderen Ausführungsformen jede Brennstoffleitung 16 mit einer einzelnen akustischen Einstelleinrichtung 14 oder jeder beliebigen Anzahl von akustischen Einstelleinrichtungen 14 (zum Beispiel 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) wirkgekoppelt sein kann. Außerdem können in bestimmten Ausführungsformen die akustischen Einstelleinrichtungen 14, die den Brennstoffdüsen 20 der Brennkammer 12 entsprechen, in jeder beliebigen Kombination oder in jedem beliebigen Muster angeordnet und/oder positioniert sein. Zum Beispiel können der akustischen Einstelleinrichtung 14 in bestimmten Ausführungsformen abwechselnde Brennstoffdüsen 20 zugeordnet sein. In anderen Ausführungsformen können benachbarte Brennstoffdüsen 20 der akustischen Einstelleinrichtung 14 zugeordnet sein. Wie oben angemerkt, können die Geometrie, die physische Ausführung und/oder der Betrieb des bewegbaren Kolbensystems 40 und/oder des Drehscheibensystems 42 zwischen den akustischen Einstelleinrichtungen 14, die jeder Brennstoffdüse 20 und jeder Brennkammer 12 zugeordnet sind, variiert werden, wodurch unerwünschte Schwingungsantworten reduziert werden, die aus der Verbrennungsdynamik innerhalb des Systems 10 resultieren, wie oben angemerkt.
  • Zum Beispiel zeigt die veranschaulichte Ausführungsform, wie die Geometrie des bewegbaren Kolbensystems 40 zwischen einer ersten akustischen Einstelleinrichtung 80 und einer zweiten akustischen Einstelleinrichtung 82 verändert werden kann. Genauer gesagt, kann das bewegbare Kolbensystem 40 durch die Steuereinrichtung 68 über den Antrieb 67 gesteuert oder geregelt werden. Der Antrieb 67 kann dafür eingerichtet sein, den Stellkolben 66 des bewegbaren Kolbensystems 40 dergestalt linear einzustellen, dass die Distanz 65 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 für eine oder mehrere Brennstoffdüsen 20 variiert wird. Zum Beispiel kann der Stellkolben 66 der ersten akustischen Einstelleinrichtung 80 dergestalt positioniert werden, dass eine erste Distanz 84 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 der ersten akustischen Einstelleinrichtung 80 größer ist als eine zweite Distanz 86 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 der zweiten akustischen Einstelleinrichtung 82. Auf diese Weise ist das akustische Volumen der Sammelkammer 74 der ersten akustischen Einstelleinrichtung 80 größer als das akustische Volumen der Sammelkammer 74 der zweiten akustischen Einstelleinrichtung 82, wodurch sowohl die Phase als auch die Amplitude der akustischen Brennstoffsystemimpedanz beeinflusst werden. Insbesondere können, wie oben angemerkt, variierende unterschiedliche Geometrien der akustischen Einstelleinrichtungen 14, wie oben beschrieben, zu Veränderungen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz führen, die verkleinerte Amplituden der Verbrennungsdynamik und/oder Frequenzen der Verbrennungsdynamik zur Folge haben können, die innerhalb des Systems 10 verschieden sind.
  • 4 ist ein Schaubild einer Ausführungsform der Gasturbine von 1, das mehrere Brennkammern 12 veranschaulicht, die jeweils mit der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel der akustischen Einstelleinrichtung 14) ausgestattet sind, die das bewegbare Kolbensystem 40 und das Drehscheibensystem 42 aufweist, wobei diese Komponenten eine bestimmte Anordnung und/oder Position haben, die dafür eingerichtet ist, beim Reduzieren unerwünschter Schwingungsantworten innerhalb des Systems 10 zu helfen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Gasturbinensystem 10 fünf Brennkammern 12, die mit der Turbine 24 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen kann das Gasturbinensystem 10 jede beliebige Anzahl von Brennkammern 12 umfassen, wie zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehrere Brennkammern 12. Insbesondere kann, wie oben angemerkt, jede Brennkammer 12 einer beliebigen Anzahl von akustischen Einstelleinrichtungen 14, wie zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 in jedem beliebigen Muster, jeder beliebigen Position oder jeder beliebigen Ausführung zugeordnet sein. Dementsprechend kann, wie oben angemerkt, das Variieren der Geometrien der akustischen Einstelleinrichtungen 14 zu Veränderungen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz führen, was die Frequenzen der Verbrennungsdynamik (insbesondere in mindestens einer Brennkammer 12 im Vergleich zu den anderen Brennkammern 12), die Amplituden der Verbrennungsdynamik und die Brennkammer-zu-Brennkammer-Phase zwischen den Brennkammern 12 verändern kann und/oder was die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den mehreren Brennkammern 12 reduzieren kann.
  • Die veranschaulichte Ausführungsform des Gasturbinensystems 10 zeigt verschiedene Konfigurationen, Muster oder Positionen der akustischen Einstelleinrichtungen 14 innerhalb jeder Brennkammer 12 und zwischen den Brennkammern 12. Zum Beispiel umfasst eine erste Brennkammer 90 eine einzelne akustische Einstelleinrichtung 14, die mit der Brennstoffdüse 20 gekoppelt ist, während eine zweite Brennkammer 92 neben der ersten Brennkammer 90 zwei akustische Einstelleinrichtungen 14 umfasst, die mit den Brennstoffdüsen 20 gekoppelt sind. Dementsprechend können die akustischen Einstelleinrichtungen 14 die Brennstoffsystemimpedanz zwischen der ersten Brennkammer 90 und der zweiten Brennkammer 92 variieren. In bestimmten Ausführungsformen können verschiedene andere Konfigurationen, Muster oder Positionen der akustischen Einstelleinrichtung 14 verwendet werden. Zum Beispiel kann eine dritte Brennkammer 94 ohne akustische Einstelleinrichtung 14 eingerichtet sein, während eine vierte Brennkammer 96 mit einer oder mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 eingerichtet sein kann. In bestimmten Ausführungsformen kann eine fünfte Brennkammer 98 mit der gleichen Anzahl von akustischen Einstelleinrichtungen 14 wie eine benachbarte Brennkammer 12 (zum Beispiel die erste Brennkammer 90) eingerichtet sein, kann aber in einer anderen Anordnung, Konfiguration und/oder Position positioniert sein. Zum Beispiel kann die fünfte Brennkammer 98 eine akustische Einstelleinrichtung 14 umfassen, die auf einer mittigen Brennstoffdüse 21 positioniert ist, im Gegensatz zu der akustische Einstelleinrichtung 14 der ersten Brennkammer 90, die auf einer Brennstoffdüse 23 am Umfang positioniert ist. Wie oben angemerkt, kann jede Brennkammer 12 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehrere akustische Einstelleinrichtungen 14 auf derselben oder auf verschiedenen Brennstoffdüsen (zum Beispiel in einer bestimmten Anordnung) umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das System 10 eine oder mehrere Gruppen (zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) von Brennkammern 12 umfassen, wobei jede Gruppe von Brennkammern 12 eine oder mehrere Brennkammern 12 (zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) umfasst. In einigen Situationen kann jede Gruppe von Brennkammern 12 eine oder mehrere identische Brennkammern 12 umfassen, die sich von einer oder mehreren anderen Gruppen von Brennkammern 12 innerhalb des Systems 10 unterscheiden. Zum Beispiel kann eine erste Gruppe von Brennkammern 12 identische Brennkammern 12 umfassen, die eine bestimmte Konfiguration der akustischen Einstelleinrichtung 14 haben, und eine zweite Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 umfassen, die eine zweite Konfiguration der akustischen Einstelleinrichtung 14 haben. Ferner können sich die ersten und zweiten akustischen Einstelleinrichtungen 14 in einer oder mehreren Hinsichten voneinander unterscheiden, wie oben beschrieben. Dementsprechend kann die erste Gruppe von Brennkammern 12 eine akustische Brennstoffsystemimpedanz ergeben, die sich von der akustischen Brennstoffsystemimpedanz der zweiten Gruppe von Brennkammern 12 innerhalb des Systems 10 unterscheidet, wie dies unten noch näher erklärt wird.
  • Als ein weiteres Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen eine erste Gruppe von Brennkammern 12 identische Brennkammern 12 umfassen, die jeweils eine erste Geometrie der akustischen Einstelleinrichtung 14 aufweisen, eine zweite Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 umfassen, die jeweils eine zweite Geometrie der akustischen Einstelleinrichtung 14 aufweisen, und eine dritte Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 umfassen, die jeweils eine dritte Geometrie der akustischen Einstelleinrichtung 14 aufweisen. Ferner können die Geometrien der akustischen Einstelleinrichtung 14 jeder Gruppe von Brennkammern in einer oder mehrfacher Hinsicht voneinander verschieden sein, wie dies mit Bezug auf die 1–6 beschrieben ist. Dementsprechend können die akustischen Einstelleinrichtungen 14 der ersten Gruppe von Brennkammern 12 so eingestellt und/oder abgestimmt werden, dass eine erste akustische Brennstoffsystemimpedanz erreicht wird, die akustischen Einstelleinrichtungen 14 der zweiten Gruppe der Brennkammer 12 können auf eine Ausführung eingestellt und/oder abgestimmt werden, die von der ersten Gruppe von Brennkammern verschieden ist, um eine zweite akustische Brennstoffsystemimpedanz zu erreichen, und die akustischen Einstelleinrichtungen 14 der dritten Gruppe von Brennkammern 12 können in einer von der ersten und/oder zweiten Gruppe von Brennkammern abweichenden Form eingestellt und/oder abgestimmt werden, um eine dritte akustische Brennstoffsystemimpedanz zu erreichen. Die erste, zweite und dritte akustische Brennstoffsystemimpedanz können voneinander verschieden sein. Infolgedessen kann das Variieren der Geometrien der akustischen Einstelleinrichtungen 14 zu Veränderungen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz führen, die die Frequenzen der Verbrennungsdynamik (insbesondere in mindestens einer Brennkammer 12 im Vergleich zu den anderen Brennkammern 12), die Amplituden der Verbrennungsdynamik, die Brennkammer-zu-Brennkammer-Phase zwischen den Brennkammern 12 verändern können und/oder die die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den mehreren Brennkammern 12 reduzieren können. Obgleich drei Gruppen und drei Frequenzen beschrieben sind, versteht es sich, dass jede beliebige Anzahl von Gruppen und/oder Frequenzen verwendet werden kann. Es versteht sich außerdem, dass nicht alle Brennkammern akustische Einstelleinrichtungen 14 haben müssen. Eine oder mehrere Brennkammern 12 oder Gruppen von Brennkammern 12 brauchen gar keine akustischen Einstelleinrichtungen 14 zu haben.
  • 5 und 6 sind schematische Querschnittsansichten einer Ausführungsform der akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtung 14 (zum Beispiel der akustischen Einstelleinrichtung 14) der 1–4, die eine erste Distanz 84 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 in einer ersten Konfiguration 100 von 5 veranschaulichen und eine zweite Distanz 86 zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 in einer zweiten Konfiguration 102 von 6 veranschaulichen. Insbesondere umfasst die akustische Einstelleinrichtung 14 das bewegbare Kolbensystem 40 und das Drehscheibensystem 42. Ferner umfasst die akustische Einstelleinrichtung 14 den Brennstoffeinlass 64, und sie leitet einen Brennstoff von der Brennstoffzufuhr 26 zu den Brennkammern 48 über eine oder mehrere Brennstoffdüsen 20. Genauer gesagt, umfasst das Drehscheibensystem 42 mehrere Lochplatten, wie zum Beispiel eine erste Platte 104, eine zweite Platte 106 und eine Mittelplatte 107, welche die erste Platte 104 von der zweiten Platte 106 trennt, wie dies mit Bezug auf 7 weiter unten beschrieben ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Mittelplatte 107 mit dem Stellkolben 66 gekoppelt sein und kann dafür eingerichtet sein, das Drehscheibensystem 42 in eine Drehbewegung 109 zu versetzen.
  • Wie oben angemerkt, kann der Antrieb 67 dafür eingerichtet sein, die akustische Einstelleinrichtung 14 in Reaktion auf durch die Steuereinrichtung 68 empfangene Steuersignale (zum Beispiel Befehlssignale) zu betätigen. Insbesondere kann der Antrieb 67, wie oben angemerkt, den Stellkolben 66 so steuern, dass er sich linear bewegt, um eine axiale Bewegung zu schaffen, welche die Distanz 65 (wie in 2 gezeigt) zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 vergrößert oder verkleinert. Insbesondere kann der Stellkolben 66 dafür eingerichtet sein, die akustischen Einstelleinrichtungen 14 in mehreren axialen Positionen zu positionieren. Ferner kann der Antrieb 67 dafür eingerichtet sein, den Stellkolben 66 zu steuern, um eine Drehbewegung 109 zu schaffen, welche die Mittelplatte 107 dreht, um das Interferenzmuster der Öffnungen 108 zu variieren, wie mit Bezug auf die 7–9 näher besprochen.
  • 7 ist eine Ausführungsform 111 der akustischen Einstelleinrichtung 14, die das Drehscheibensystem 42 veranschaulicht, das mit dem Stellkolben 66 gekoppelt ist. Insbesondere ist der Stellkolben 66 dafür eingerichtet, die Mittelplatte 107 des Drehscheibensystems 42 in eine Drehbewegung 109 zu versetzen, um das Interferenzmuster der einen oder mehreren Öffnungen 108 zwischen der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 zu verändern. Das Verändern des Interferenzmusters der einen oder mehreren Öffnungen 108 zwischen der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 kann die akustische Brennstoffsystemimpedanz verändern. Außerdem kann das Verändern des Interferenzmusters der einen oder mehreren Öffnungen 108 zwischen der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 das Druckverhältnis in dem Drehscheibensystem (und daher das Brennstoffdüsendruckverhältnis) verändern und kann in einigen Ausführungsformen auch den Massefluss durch das Drehscheibensystem verändern, was wiederum den Massefluss durch die Brennstoffdüse 20 verändert. Das Verändern des Masseflusses durch die Brennstoffdüse kann auch das Äquivalenzverhältnis der Brennstoffdüse 20 und/oder die Flammenform verändern. Wie oben angemerkt, kann das Verändern der akustischen Impedanz die Verbrennungsdynamik innerhalb der Brennkammer 12 verändern und unerwünschte Schwingungsantworten reduzieren. Außerdem kann das Verändern des Druckverhältnisses an der Brennstoffdüse, des Äquivalenzverhältnisses und/oder der Flammenform auch die Verbrennungsdynamik innerhalb der Brennkammer 12 verändern und unerwünschte Schwingungsantworten reduzieren.
  • Zum Beispiel sind die erste Platte 104 und die zweite Platte 106 ortsfeste Platten, die Öffnungen 108 aufweisen, die in einer solchen Weise identisch positioniert oder angeordnet sind, dass ein oder mehrere Kanäle 110 (in den 8 und 9 gezeigt) durch das Drehscheibensystem 42 hindurch gebildet werden, wenn die Öffnungen 108 zueinander ausgerichtet sind. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst jede Lochplatte, wie zum Beispiel die erste Lochplatte 104, die zweite Lochplatte 106 oder die mittige Lochplatte 107, mehrere Öffnungen 108, durch die der Brennstoff (zum Beispiel von der Brennstoffzufuhr 26) strömt, wenn er den Brennkammern 12 zugeführt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Öffnungen 108 konzentrisch entlang des Umfangs des Drehscheibensystems 42 angeordnet und haben die gleiche Form und Größe (zum Beispiel kreisrunde Öffnungen 108 mit identischem Radius, Durchmesser, Umfang usw.). In anderen Ausführungsformen können die Öffnungen 108 jede beliebige Form haben (zum Beispiel elliptisch, dreieckig, rechteckig, fünfeckig, achteckig, sechseckig usw.), oder sie können allgemein jede Art von Öffnung sein (zum Beispiel Schlitze, Schnitte, Öffnungen, Langlöcher und/oder Spalte). Ferner können die Öffnungen 108 von jeder beliebigen Größe sein, und sie können allgemein in einer Vielzahl verschiedener Konfigurationen und/oder Muster (zum Beispiel nach dem Zufallsprinzip, als Zeilen, Spalten, Gruppierungen, Linien, gekrümmte Linien, Wellen, Gitternetz, Wirbel usw.) an jeder Platte des Drehscheibensystems 42 positioniert werden. Insbesondere kann die Anordnung der Öffnungen 108 auf der ersten Scheibe 104, der zweiten Scheibe 106 und der Mittelscheibe 107 die gleiche sein, dergestalt, dass Öffnungen 108 einen oder mehrere Kanäle 110 (in den 8 und 9 gezeigt) durch das Drehscheibensystem 42 hindurch bilden, wenn die Öffnungen 108 zueinander ausgerichtet sind.
  • In einigen Ausführungsformen wird der Brennstoff (zum Beispiel von der Brennstoffzufuhr 26), der an dem Brennstoffeinlass 64 der akustischen Einstelleinrichtung 14 empfangen wird, durch die Kanäle 110 des Drehscheibensystems 42 geleitet (zum Beispiel der Brennstofffluss 112). Ferner kann die Mittelplatte 107 eine rotierende Platte sein, die mit dem Stellkolben 66 gekoppelt ist. Die Mittelplatte 107 kann Öffnungen 108 umfassen, die dergestalt positioniert oder angeordnet sind, dass die Querschnittsfläche des einen oder der mehreren Kanäle 110 ihr Maximum aufweist, wenn die Öffnungen 108 zu den Öffnungen 108 der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 ausgerichtet sind. In bestimmten Ausführungsformen kann die Mittelplatte 107 dergestalt gedreht werden, dass die Öffnungen 108 der Mittelplatte 107 relativ zu den Öffnungen 108 der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 versetzt sind. In solchen Ausführungsformen kann der Versatz (zum Beispiel die Fehlausrichtung) der Öffnungen 108 direkt mit dem Drehwinkel der Mittelplatte 107 und des Stellkolbens 66 korreliert sein. Der Stellkolben 66 kann in ungefähr jedem Winkel (zum Beispiel 1–10 Grad, 1–20 Grad, 1–30 Grad usw.) oder in ungefähr jedem Bruchteil eines Winkels (zum Beispiel 0,1 Grad, 0,2 Grad, 0,3 Grad, 0,4 Grad, 0,5 Grad usw.) gedreht werden, um die Querschnittsfläche der Kanäle 110 zu vergrößern oder verkleinern. Wie oben angemerkt, können die Öffnungen 108 von jeder beliebigen Größe oder Form sein und können ferner in jeder beliebigen geometrischen Konfiguration, in jedem beliebigen geometrischen Muster oder in jeder beliebigen geometrischen Anordnung angeordnet sein. Insbesondere können Variationen in den Öffnungen 108 die akustische Impedanz der Brennstoffsammelkammer und/oder den Massedurchfluss durch die Brennstoffdüse 20 variieren.
  • Insbesondere ist anzumerken, dass eine Vielzahl verschiedener Parameter im Zusammenhang mit dem Drehscheibensystem 42 so geändert werden können, dass die akustische Brennstoffsystemimpedanz und/oder der Massefluss des Brennstoffs 112 zwischen akustischen Einstelleinrichtungen 14 variiert werden. Zum Beispiel variiert das Drehen der Mittelplatte 107 dergestalt, dass die Öffnungen 108 der Mittelplatte 107 zu den Öffnungen 108 der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 versetzt sind, das Interferenzmuster zwischen der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106. Insbesondere kann das Interferenzmuster zwischen zwei oder mehreren akustischen Einstelleinrichtungen 14 dergestalt variiert werden, dass das Interferenzmuster und der Brennstofffluss 112 innerhalb einer bestimmten Brennkammer 12 (zum Beispiel zwischen den Brennstoffdüsen 20 einer einzelnen Brennkammer 12) oder zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 (zum Beispiel zwischen Brennstoffdüsen 20 von zwei oder mehreren Brennkammern 12) variiert werden können. In anderen Ausführungsformen können geometrische Eigenschaften der Öffnungen 108 (zum Beispiel Größe, Form, Anordnung usw.) zwischen akustischen Einstelleinrichtungen 14 dergestalt variiert werden, dass die akustische Brennstoffsystemimpedanz innerhalb einer bestimmten Brennkammer 12 (zum Beispiel zwischen den Brennstoffdüsen 20 einer einzelnen Brennkammer 12) oder zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 (zum Beispiel zwischen Brennstoffdüsen 20 von zwei oder mehreren Brennkammern 12) variiert wird.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Drehscheibensystems 42, das den Kanal 110 zeigt, wobei der Brennstofffluss 112 durch den Kanal 110 sein Maximum hat. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Mittelplatte 107 dergestalt positioniert, dass die Öffnungen 108 der Mittelplatte 107 zwischen den Öffnungen 108 der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 ausgerichtet sind. In solchen Ausführungsformen erzeugt der Kanal 110 eine maximale Querschnittsfläche, durch die der Brennstofffluss 112 hindurchtritt.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Drehscheibensystems 42, die den Kanal 110 zeigt, wobei die Mittelplatte 107 gedreht ist, um den Brennstofffluss 112 durch den Kanal 110 zu verkleinern. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Mittelplatte 107 dergestalt positioniert, dass die Öffnungen 108 der Mittelplatte 107 relativ zu den Öffnungen 108 der ersten Platte 104 und der zweiten Platte 106 versetzt oder fehlausgerichtet sind. In solchen Ausführungsformen stellt der Kanal 110 eine kleinere Menge des Brennstoffflusses 112 als in den Ausführungsformen von 7 bereit.
  • Zu den technischen Auswirkungen der Erfindung gehören das Verringern unerwünschter Schwingungsantworten im Zusammenhang mit der Verbrennungsdynamik durch Bereitstellen einer oder mehrerer akustischer Brennstoffsystemimpedanz-Einstelleinrichtungen 14 (zum Beispiel der akustischen Einstelleinrichtung 14), die dafür eingerichtet sind, die akustische Brennstoffsystemimpedanz (Amplitude und Phase) der Brennstoffdüsen 20 und/oder den Brennstofffluss durch die Brennstoffdüsen 20 einzustellen. Die akustische Einstelleinrichtung 12 umfasst das bewegbare Kolbensystem 40 und das Drehscheibensystem 42, die dafür eingerichtet sind, die Schwingungsantworten des Gasturbinensystems 10 einzustellen. Zum Beispiel kann das bewegbare Kolbensystem 40 durch jede Art von Aktuator angetrieben werden (zum Beispiel pneumatisch, elektromechanisch, hydraulisch usw.), um eine axiale Bewegung zu erzeugen, welche die Distanz 65 (und somit das akustische Volumen der Brennstoffsammelkammer) zwischen der Voröffnung 70 und der Nachöffnung 72 vergrößern oder verkleinern kann. Ferner kann das Drehscheibensystem 42 angetrieben werden, um eine Drehbewegung 109 zu erzeugen, die das Interferenzmuster zwischen den Öffnungen 108 des Drehscheibensystems 42 ändern kann. Das Verändern des Interferenzmuster zwischen den Öffnungen 108 kann die Größe der Kanäle 110 vergrößern oder verkleinern und kann die akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik der Brennstoffdüsen 20 und/oder den Brennstofffluss 112 durch die Brennstoffdüsen 20, die den Brennstoff zu der Brennkammer 12 leiten, variieren.
  • Insbesondere können die Geometrien der akustischen Einstelleinrichtung 14 innerhalb einer bestimmten Brennkammer 12 und/oder zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 des Systems 10 variiert werden. Zum Beispiel kann jede Brennkammer 12 einer oder mehreren akustische Einstelleinrichtungen 14 zugeordnet sein, die jeweils mit einer oder mehreren Brennstoffdüsen 20 gekoppelt sind. Ferner kann das Muster der mit den Brennstoffdüsen 20 gekoppelten akustischen Einstelleinrichtungen 14 zwischen den Brennkammern 12 des Systems 10 variieren. Auf diese Weise können unerwünschte Schwingungsantworten innerhalb des Systems 10 reduziert werden. Insbesondere kann das Reduzieren unerwünschter Reaktionen Vibrationsspannungen, strukturelle Vibrationen, Verschleiß, mechanische Materialermüdung, thermische Materialermüdung, Leistungsminderungen oder andere unerwünschte Auswirkungen auf die Komponenten des Systems 10 reduzieren.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich des besten Modus, und auch zu dem Zweck, es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Ausführung jeglicher hierin aufgenommener Verfahren. Der patentfähige Schutzumfang des hierin beschriebenen Gegenstandes wird durch die Ansprüche definiert und kann auch andere Beispiele umfassen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente umfassen, die sich nur unwesentlich vom Wortlaut der Ansprüche unterscheiden.
  • Ein Gasturbinensystem umfasst eine erste Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse aufweist, und eine zweite Brennkammer, die eine zweite Brennstoffdüse aufweist. Das System umfasst ferner eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der erste Kolben ist entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der ersten Brennstoffdüse der ersten Brennkammer führt. Das System umfasst ferner eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstofföffnung gekoppelt ist. Der zweite Kolben ist entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet, der zu der zweiten Brennstoffdüse der zweiten Brennkammer führt.

Claims (10)

  1. System, das aufweist: eine Gasturbine, die aufweist: eine erste Brennkammer, die eine erste Brennstoffdüse aufweist; eine zweite Brennkammer, die eine zweite Brennstoffdüse aufweist; eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstofföffnung gekoppelt ist, wobei der erste Kolben entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet ist, der zu der ersten Brennstoffdüse führt; und eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstofföffnung gekoppelt ist, wobei der zweite Kolben entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet ist, der zu der zweiten Brennstoffdüse führt.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Gasturbine eine Steuereinrichtung aufweist, der eingerichtet ist, um den ersten Antrieb oder den zweiten Antrieb zu steuern, um eine akustische Brennstoffsystemimpedanz der ersten Brennstoffdüse oder der zweiten Brennstoffdüse zu variieren; und/oder wobei der erste Antrieb mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt ist, das mehrere erste Lochscheiben aufweist, und der zweite Antrieb mit einem zweiten Drehscheibensystem gekoppelt ist, das mehrere zweite Lochscheiben aufweist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung eingerichtet ist, um eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, um eine erste Distanz zwischen der ersten Brennstofföffnung und der ersten Brennstoffdüse zu variieren; und wobei der zweite Antrieb der zweiten akustischen Einstelleinrichtung vorzugsweise dafür eingerichtet ist, eine zweite axiale Position des zweiten Kolbens einzustellen, um eine zweite Distanz zwischen der zweiten Brennstofföffnung und der zweiten Brennstoffdüse zu variieren, wobei die erste Distanz von der zweiten Distanz verschieden ist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die erste axiale Position des ersten Kolbens einem ersten akustische Volumen zwischen der ersten Brennstofföffnung und einer ersten Nachöffnung entlang des ersten Brennstoffdurchgangs entspricht und die zweite axiale Position des zweiten Kolbens einem zweiten akustische Volumen zwischen der zweiten Brennstofföffnung und einer zweiten Nachöffnung entlang des zweiten Brennstoffdurchgangs entspricht und wobei sich das erste akustische Volumen von dem zweiten akustischen Volumen unterscheidet.
  5. System, das aufweist: eine erste Brennkammer, die aufweist: eine erste Brennstoffdüse, die eine erste Brennstoff-Nachöffnung aufweist; eine zweite Brennstoffdüse, die eine zweite Brennstoff-Nachöffnung aufweist; eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist, wobei der erste Kolben entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet ist, der zu der ersten Brennstoff-Nachöffnung führt; und eine zweite akustische Einstelleinrichtung, die einen zweiten Antrieb aufweist, der mit einem zweiten Kolben mit einer zweiten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist, wobei der zweite Kolben entlang eines zweiten Brennstoffdurchgangs angeordnet ist, der zu der zweiten Brennstoff-Nachöffnung führt.
  6. System nach Anspruch 5, wobei der erste Kolben mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt ist, das mehrere erste Lochplatten aufweist, und wobei der erste Antrieb eingerichtet ist, um eine erste Drehposition einer ersten Platte der mehreren ersten Lochplatten einzustellen, um ein erstes Interferenzmuster der Öffnungen zwischen den mehreren ersten Lochplatten zu bilden; und/oder wobei der zweite Kolben mit einem zweiten Drehscheibensystem gekoppelt ist, das mehrere zweite Lochplatten aufweist, und wobei der zweite Antrieb eingerichtet ist, um eine zweite Drehposition einer zweiten Platte der mehreren zweiten Lochplatten einzustellen, um ein zweites Interferenzmuster der Öffnungen zwischen den mehreren zweiten Lochplatten zu bilden.
  7. System nach Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Antrieb eingerichtet sind, um das erste und das zweite Interferenzmuster wahlweise so zu verändern, dass sie sich voneinander unterscheiden; und/oder wobei das erste Interferenzmuster einer ersten akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik der ersten Brennstoffdüse entspricht und das zweite Interferenzmuster einer zweiten akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik der zweiten Brennstoffdüse entspricht und wobei die erste akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik von einer zweiten akustischen Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik verschieden ist; und wobei die erste und die zweite akustische Brennstoffsystemimpedanz-Charakteristik vorzugsweise eine Phase oder eine Amplitude aufweist.
  8. System nach einem der Ansprüche 5–7, wobei der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung eingerichtet ist, um eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, und der zweite Antrieb der zweiten akustischen Einstelleinrichtung eingerichtet ist, um eine zweite axiale Position des zweiten Kolbens einzustellen; und wobei die erste axiale Position des ersten Kolbens bevorzugt einem ersten akustische Volumen zwischen der ersten Brennstoff-Voröffnung und der ersten Nachöffnung entlang des ersten Brennstoffdurchgangs entspricht und die zweite axiale Position des zweiten Kolbens vorzugsweise einem zweiten akustische Volumen zwischen der zweiten Brennstoff-Voröffnung und der zweiten Nachöffnung entlang des zweiten Brennstoffdurchgangs entspricht und wobei das erste akustische Volumen von dem zweiten akustische Volumen verschieden ist.
  9. System, das aufweist: eine Gasturbine, die aufweist: eine erste Brennstoffdüse, die eine erste Brennstoff-Nachöffnung aufweist; eine erste akustische Einstelleinrichtung, die einen ersten Antrieb aufweist, der mit einem ersten Kolben mit einer ersten Brennstoff-Voröffnung gekoppelt ist, wobei der erste Kolben entlang eines ersten Brennstoffdurchgangs angeordnet ist, der zu der ersten Brennstoff-Nachöffnung der ersten Brennstoffdüse führt.
  10. System nach Anspruch 9, wobei der erste Kolben mit einem ersten Drehscheibensystem gekoppelt ist, wobei das erste Drehscheibensystem Folgendes aufweist: eine erste Platte und eine zweite Platte; eine Mittelplatte, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist; mehrere Öffnungen, die auf der ersten Platte, der zweiten Platte und der Mittelplatte angeordnet sind, wobei die mehreren Öffnungen mehrere Kanäle bilden, die durch das erste Drehscheibensystem hindurchführen; wobei der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, um eine erste Drehposition der Mittelplatte einzustellen, um ein Interferenzmuster der mehreren Öffnungen zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte einzustellen, und wobei das Einstellen des Interferenzmusters vorzugsweise ein Einstellen einer Querschnittsfläche jedes Kanals innerhalb der mehreren Kanäle, die durch das erste Drehscheibensystem hindurchführen, aufweist; oder wobei der erste Antrieb der ersten akustischen Einstelleinrichtung eingerichtet ist, um eine erste axiale Position des ersten Kolbens einzustellen, um eine erste Distanz zwischen der ersten Brennstoff-Voröffnung und der ersten Brennstoff-Nachöffnung zu variieren.
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