DE102015105256A1 - System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik in einem Verbrennungssystem - Google Patents

System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik in einem Verbrennungssystem Download PDF

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Willy Steve Ziminsky
Sarah Lori Crothers
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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein System mit einer Gasturbine, die eine erste Brennkammer und eine zweite Brennkammer enthält. Die erste Brennkammer enthält eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie, und die zweite Brennkammer enthält eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie. Die erste Geometrie hat relativ zu der zweiten Geometrie einen oder mehrere geometrische Unterschiede.

Description

  • HINTERGRUND
  • Der offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinensysteme und speziell ein System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und spezieller zur Reduzierung modaler Kopplung der Verbrennungsdynamik.
  • Gasturbinensysteme beinhalten im Allgemeinen eine Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt, einem Brennkammerabschnitt und einem Turbinenabschnitt. Der Brennkammerabschnitt kann eine oder mehrere Brennkammern (z.B. Rohrbrennkammern) mit Brennstoffdüsen beinhalten, die zum Einspritzen eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels (z.B. Luft) in einen Brennraum in jeder Brennkammer eingerichtet sind. In jeder Brennkammer verbrennt ein Gemisch aus dem Brennstoff und dem Oxidationsmittel zur Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen, die dann in eine oder mehrere Turbinenstufen in dem Turbinenabschnitt einströmen und sie antreiben. Jede Brennkammer kann eine Verbrennungsdynamik erzeugen, die auftritt, wenn die akustischen Schwingungen der Brennkammer mit der Flammendynamik (auch als Schwingungskomponente der Wärmefreisetzung bekannt) in Wechselwirkung treten und zu einer selbsterhaltenden Druckschwingung in der Brennkammer führen.
  • Die Verbrennungsdynamik kann bei vielen diskreten Frequenzen oder über einen Bereich von Frequenzen auftreten und kann sich in Bezug auf die jeweilige Brennkammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts ausbreiten. Zum Beispiel können sich die Druck- und/oder akustischen Wellen stromabwärts in den Turbinenabschnitt, z.B. durch eine oder mehrere Turbinenstufen, oder stromaufwärts in das Brennstoffsystem hinen ausbreiten. Gewisse stromabwärtige Bauteile des Turbinenabschnitts können möglicherweise auf die Verbrennungsdynamik reagieren, insbesondere wenn die von den einzelnen Brennkammern hervorgerufenen Verbrennungsdynamiken eine phasengleiche und kohärente Beziehung zueinander aufweisen und Frequenzen an oder nahe an den Eigen- oder Resonanzfrequenzen der Bauteile haben. Im Allgemeinen bezieht sich „Kohärenz“ auf die Stärke der linearen Beziehung zwischen zwei dynamischen Signalen, und sie wird stark von dem Grad der Frequenzüberlappung zwischen ihnen bestimmt. Im Zusammenhang mit der Verbrennungsdynamik ist die „Kohärenz“ ein Maß der modalen Kopplung oder akustischen Brennkammer-Brennkammer-Wechselwirkung, die das Verbrennungssystem aufweist. Dementsprechend besteht ein Bedarf für die Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik, um die Möglichkeit einer unerwünschten Mitschwingungsreaktion (z.B. Resonanzverhalten) von Bauteilen in dem Turbinensystem zu reduzieren.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Nachstehend werden bestimmte Ausführungsformen zusammengefasst, deren Umfang dem der ursprünglich beanspruchten Erfindung entspricht. Es ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen den Umfang der beanspruchten Erfindung begrenzen; vielmehr sollen diese Ausführungsformen nur eine Kurzdarstellung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Tatsächlich kann die Erfindung eine Vielfalt von Formen umfassen, die den unten dargelegten Ausführungsformen ähnlich sein können oder sich von ihnen unterscheiden können.
  • In einer ersten Ausführungsform umfasst ein System eine Gasturbine, die eine erste Brennkammer und eine zweite Brennkammer beinhaltet. Die erste Brennkammer beinhaltet eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie, und die zweite Brennkammer beinhaltet eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie. Die erste Geometrie hat relativ zu der zweiten Geometrie einen oder mehrere geometrische Unterschiede.
  • In dem zuvor erwähnten System kann der wenigstens eine geometrische Unterschied eingerichtet sein, um zur Reduzierung des Resonanzverhaltens und/oder Kohärenzverhaltens zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer beizutragen.
  • In einer Konfiguration sind die erste und die zweite Endabdeckung einander gleich, die erste Geometrie ist eine erste asymmetrische Geometrie, die zweite Geometrie ist eine zweite asymmetrische Geometrie, und der wenigstens eine geometrische Unterschied ist ein Drehversatz zwischen der ersten und der zweiten asymmetrischen Geometrie relativ zu Achsen der ersten und der zweiten Brennkammer.
  • In dem System mit der zuletzt erwähnten Konfiguration kann die erste asymmetrische Geometrie eine erste gewinkelte Endwand der ersten Endabdeckung umfassen, und die zweite asymmetrische Geometrie kann eine zweite gewinkelte Endwand der zweiten Endabdeckung umfassen.
  • In dem System eines beliebigen oben erwähnten Typs kann der wenigstens eine geometrische Unterschied einen anderen Winkel, einen anderen Krümmungsradius, eine andere Anzahl gewinkelter Teile, eine andere Anzahl gekrümmter Teile, eine andere Anzahl von Seiten, eine andere Symmetrie oder Asymmetrie, eine andere Ungleichmäßigkeit, eine andere Drehausrichtung um eine Achse der ersten oder der zweiten Brennkammer oder irgendeine Kombination davon umfassen.
  • Insbesondere kann der wenigstens eine geometrische Unterschied einen anderen Winkel umfassen.
  • Ferner kann der wenigstens eine geometrische Unterschied eine andere Krümmung umfassen.
  • Noch weiter kann der wenigstens eine geometrische Unterschied eine andere Symmetrie oder Asymmetrie umfassen.
  • Und noch weiter kann der wenigstens eine geometrische Unterschied einen Drehversatz zwischen der ersten und zweiten Geometrie relativ zu Achsen der ersten und der zweiten Brennkammer umfassen.
  • In dem System eines beliebigen oben erwähnten Typs können die erste und die zweite Endabdeckung jeweilige erste und zweite Geometrie aufweisen, die verschiedene gewinkelte Endwände, konkave Endwände, konvexe Endwände, mehrwinklige Endwände, unregelmäßige Endwände oder gestufte Endwände oder irgendeine Kombination davon definieren.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die erste Geometrie der ersten Endabdeckung eingerichtet sein, um in der ersten Brennkammer wenigstens teilweise eine erste Akustik und/oder eine erste Verbrennungsdynamik zu bewirken, die zweite Geometrie der zweiten Endabdeckung kann eingerichtet sein, um in der zweiten Brennkammer wenigstens teilweise eine zweite Akustik und/oder eine zweite Verbrennungsdynamik zu bewirken, und der wenigstens eine geometrische Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Geometrie kann Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Akustik und/oder der ersten und der zweiten Verbrennungsdynamik bewirken.
  • In einer zweiten Ausführungsform umfasst ein System eine erste Turbinenbrennkammer, die eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie aufweist. Die erste Geometrie ist einer ersten kopfseitigen Kammer zugekehrt, und die erste Geometrie ist eingerichtet, um eine erste Akustik und/oder eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Turbinenbrennkammer zumindest teilweise zu steuern.
  • In dem zuvor erwähnten System gemäß der zweiten Ausführungsform kann die erste Geometrie eine erste asymmetrische Geometrie relativ zu einer ersten Achse der ersten Turbinenbrennkammer umfassen.
  • Speziell kann die erste asymmetrische Geometrie eine erste asymmetrische gewinkelte Endwand umfassen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die erste asymmetrische Geometrie eine asymmetrische Konfiguration von Winkeln, Krümmungen, Seiten oder irgendeine Kombination davon umfassen.
  • Das System der zweiten Ausführungsform eines beliebigen oben erwähnten Typs kann ferner eine zweite Turbinenbrennkammer aufweisen, die eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie hat, die einer zweiten kopfseitigen Kammer zugekehrt ist, wobei die zweite Geometrie eingerichtet sein kann, um eine zweite Akustik und/oder zweite Verbrennungsdynamik in der zweiten Turbinenbrennkammer zumindest teilweise zu steuern, und die erste und die zweite Geometrie können wenigstens einen Unterschied haben, um die zweite Akustik relativ zu der ersten Akustik zu variieren und/oder die zweite Verbrennungsdynamik relativ zu der ersten Verbrennungsdynamik zu variieren.
  • Speziell kann der wenigstens eine Unterschied eine andere Drehausrichtung zwischen der ersten und der zweiten Geometrie der jeweiligen ersten und zweiten Endabdeckung umfassen.
  • In einer dritten Ausführungsform umfasst ein Verfahren ein Steuern einer ersten Akustik und/oder einer ersten Verbrennungsdynamik in einer ersten Brennkammer mit einer ersten Geometrie einer ersten Endabdeckung, die einer ersten kopfseitigen Kammer der ersten Brennkammer zugekehrt ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Steuern einer zweiten Akustik und/oder einer zweiten Verbrennungsdynamik in einer zweiten Brennkammer mit einer zweiten Geometrie einer zweiten Endabdeckung, die einer zweiten kopfseitigen Kammer der zweiten Brennkammer zugekehrt ist. Die erste und die zweite Geometrie haben wenigstens einen Unterschied, um die zweite Akustik relativ zu der ersten Akustik zu variieren und/ oder um die zweite Verbrennungsdynamik relativ zu der ersten Verbrennungsdynamik zu variieren.
  • Das zuvor erwähnte Verfahren kann ein Reduzieren des Resonanzverhaltens und/oder des Kohärenzverhaltens zwischen der ersten und der zweiten Brennkammer über den wenigstens einen Unterschied zwischen der ersten Geometrie und der zweiten Geometrie aufweisen.
  • Der wenigstens eine Unterschied zwischen der ersten Geometrie und der zweiten Geometrie kann Unterschiede bei der geometrischen Form, geometrischen Charakteristik und/oder geometrischen Anordnung umfassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die Begleitzeichnungen besser verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in allen Zeichnungen durchgehend darstellen, worin zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems, das mehrere Brennkammern mit jeweiligen mehreren Endabdeckungskonfigurationen hat, die zum Steuern der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik eingerichtet sind, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform von einer der Brennkammern von 1, wobei die Brennkammer eine Endabdeckung mit einer Endabdeckungsgeometrie (z.B. gewinkelte Endabdeckung) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Teilen zu reduzieren;
  • 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des Gasturbinensystems von 1 entlang der Linie 3-3, die mehrere Brennkammern mit jeweiligen mehreren Endabdeckungskonfigurationen (z.B. Endabdeckungsgeometrien) veranschaulicht, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet sind, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 4 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer asymmetrischen gekrümmten Konfiguration (z.B. asymmetrische einwärts gekrümmte Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 5 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer asymmetrischen gekrümmten Konfiguration (z.B. asymmetrische auswärts gekrümmte Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer mittig gekrümmten Konfiguration (z.B. symmetrische einwärts gekrümmte Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer mittig gekrümmten Konfiguration (z.B. symmetrische auswärts gekrümmte Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 8 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer mehrwinkligen Konfiguration (z.B. mehrwinklige Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 9 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer mehrwinkligen Konfiguration (z.B. mehrwinklige Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
  • 10 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer asymmetrischen unregelmäßigen Konfiguration (z.B. asymmetrische unregelmäßige Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren,
  • 11 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einer mehrwinkligen Stufenkonfiguration (z.B. gestufte Endwand) hat, die zur Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gestaltet ist, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unten werden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Bemühen, eine kurz gefasste Beschreibung dieser Ausführungsformen zu geben, werden in der Beschreibung eventuell nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Es ist zu beachten, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Implementierung wie bei jedem Konstruktions- oder Design-Projekt zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie die Konformität mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Auflagen, die von einer Implementierung zur anderen verschieden sein können. Darüber hinaus ist zu beachten, dass derartige Entwicklungsbemühungen komplex und zeitraubend sein können, trotzdem aber für den Durchschnittsfachmann, der den Nutzen dieser Offenbarung hat, eine Routine in Sachen Entwurf, Fertigung und Herstellung wären.
  • Beim Vorstellen von Elementen verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Artikel „ein“, „eine“, „der/die/das“ und „genannte“ bedeuten, dass es eines oder mehrere der Elemente gibt. Es ist vorgesehen, dass die Begriffe „aufweisen“, „beinhalten“ und „haben“ umfassend sind und bedeuten, dass es außer den aufgelisteten Elementen noch zusätzliche Elemente geben kann.
  • Die offenbarten Ausführungsformen richten sich auf eine Reduzierung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik, um unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen in einem Gasturbinensystem durch Variieren der Geometrien von einer oder mehreren Turbinenbrennkammern, z.B. modifizierte Endabdeckungskonfigurationen, zu reduzieren. Eine Gasturbinenbrennkammer (oder Brennkammeranordnung) kann aufgrund des Verbrennungsprozesses, von Eigenschaften von Ansaugfluidströmen (z.B. Brennstoff, Oxidationsmittel, Verdünnungsmittel usw.) in die Brennkammer und diverser anderer Faktoren eine Verbrennungsdynamik erzeugen. Die Verbrennungsdynamik kann als Druckschwankungen, -pulsationen, -schwingungen und/oder -wellen mit gewissen Frequenzen gekennzeichnet sein. Zu den Fluidströmungseigenschaften können Geschwindigkeit, Druck, Geschwindigkeits- und/oder Druckschwankungen, Veränderungen in den Strömungswegen (z.B. Biegungen, Formen, Unterbrechungen usw.) oder irgendeine Kombination davon zählen. Insgesamt kann die Verbrennungsdynamik in verschiedenen Bauteilen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Brennkammer möglicherweise Schwingungsantworten und/oder Resonanzverhalten verursachen. Zum Beispiel kann die Verbrennungsdynamik (z.B. bei gewissen Frequenzen, Frequenzbereichen, Amplituden, Brennkammer-Brennkammer-Phasen usw.) sich sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts in dem Gasturbinensystem ausbreiten. Wenn die Gasturbinenbrennkammern, stromaufwärtige Bauteile und/oder stromabwärtige Bauteile Eigen- oder Resonanzfrequenzen haben, die von diesen Druckschwankungen (d.h. der Verbrennungsdynamik) erregt werden, dann können die Druckschwankungen möglicherweise Schwingungen, Beanspruchung, Ermüdung usw. verursachen. Zu den Bauteilen können Brennkammerauskleidungen, Brennkammerströmungshülsen, Brennkammerkappen, Brennstoffdüsen, Turbinenleitschaufeln, Turbinenlaufschaufeln, Turbinendeckbänder, Turbinenräder, Lager, Brennstoffzufuhranordnungen oder irgendeine Kombination davon zählen. Die stromabwärtigen Bauteile sind von besonderem Interesse, da sie gegenüber Verbrennungstönen, die phasengleich und kohärent sind, empfindlicher sind. Das Reduzieren der Kohärenz reduziert somit speziell die Möglichkeit unerwünschter Schwingungen in stromabwärtigen Bauteilen.
  • Wie unten ausführlich erläutert wird, können die offenbarten Ausführungsformen eine oder mehrere Gasturbinenbrennkammern mit einer modifizierten Endabdeckungskonfiguration (z.B. Endabdeckungsgeometrie) ausstatten, um den akustischen Frequenzgang der Brennkammer und somit die Verbrennungsdynamik (z.B. Druckschwankungen, -pulsationen, -schwingungen oder -wellen) der Gasturbinenbrennkammer zu modifizieren, z.B. durch Variieren der Frequenz, der Amplitude, der Brennkammer-Brennkammer-Phase, des Frequenzbereichs oder irgendeiner Kombination davon. Insbesondere kann die modifizierte Endabdeckungskonfiguration den akustischen Frequenzgang der Brennkammer und folglich die Verbrennungsdynamik so verändern, dass im Wesentlichen jedwede unerwünschte Schwingungsantwort von Bauteilen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Turbinenbrennkammer sowie der Gasturbinenbrennkammern reduziert oder ausgeschlossen wird. Zum Beispiel kann die modifizierte Endabdeckungskonfiguration zu Verbrennungsdynamikfrequenzen führen, die relativ zu jedweden Resonanzfrequenzen der Bauteile in dem Gasturbinensystem verschieden, phasenverschoben, über einen größeren Frequenzbereich verwischt oder ausgebreitet oder irgendeine Kombination davon sind. Durch Variieren der Endabdeckungsgeometrie wird ein akustischer Weglängenbereich eingeführt und folglich ein Bereich akustischer Wellenlängen, die erregt werden können, so dass der akustische Frequenzgang der Brennkammer effektiv verwischt wird. Je nach den spezifischen Einzelheiten der Endabdeckungsgeometrie kann der Bereich akustischer Wellenlängen auch eine Phasenverzögerung über den Bereich der akustischen Wellenlängen, die erregt werden könnten, einführen, was eine zerstörerische Störung der akustischen Wellenlängen fördert. Da der akustische Frequenzgang der Brennkammer mit der dem Verbrennungsprozess eigenen Flammendynamik in Wechselwirkung steht, verwischt das Variieren des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer bezüglich der Variation akustischer Wellenlängen und/oder vergrößerter Phasenverzögerung unter den akustischen Wellenlängen effektiv den Frequenzinhalt der Verbrennungsdynamiktöne über einen größeren Frequenzbereich, so dass Verbrennungsdynamikamplituden reduziert und/oder modale Verbrennungsdynamik-Kopplung unter den Brennkammern verhütet werden.
  • Zusätzlich zu Modifikationen auf Brennkammernivau (d.h. einzelner Turbinenbrennkammern) können die offenbarten Ausführungsformen die Endabdeckungskonfigurationen (z.B. Endabdeckungsgeometrien) so variieren, dass es wenigstens einen geometrischen Unterschied zwischen der Endabdeckungsgeometrie von einer Brennkammer relativ zur Endabdeckungsgeometrie einer weiteren Brennkammer gibt. Das Variieren von Endabdeckungskonfigurationen unter mehreren Gasturbinenbrennkammern variiert nämlich die Akustik und folglich die Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer auf eine Weise, die Verbrennungsdynamikamplituden und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik unter den mehreren Gasturbinenbrennkammern reduziert. Zum Beispiel können die modifizierten Endabdeckungskonfigurationen zu Variationen des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer und folglich Verbrennungsdynamikfrequenzen (z.B. Freuenzen, die verschieden, phasenverschoben, über einen größeren Frequenzbereich verwischt oder ausgebreitet oder irgendeine Kombination davon sind) von Brennkammer zu Brennkammer führen, wodurch die Möglichkeit einer modalen Kopplung der Brennkammern, insbesondere bei Frequenzen, die auf Resonanzfrequenzen der Bauteile des Gasturbinensystems ausgerichtet sind, reduziert wird.
  • Dementsprechend kann eine Gasturbine verschiedene modifizierte Endabdeckungskonfigurationen einsetzen, um den akustischen Frequenzgang der Brennkammer zu verändern und folglich unerwünschte Schwingungsantworten in den Gasturbinensystembauteilen, die durch die Verbrennungsdynamik in den Gasturbinenbrennkammern verursacht werden, abzumildern. Zum Beispiel kann die Geometrie der Endabdeckung jeder Gasturbinenbrennkammer eine oder mehrere gewinkelte Oberflächen, gekrümmte Oberflächen (z.B. konkave Oberflächen, konvexe Oberflächen, konstante Krümmungen oder variierende Krümmungen), flache Oberflächen, Aussparungen, Vorsprünge, vieleckige Oberflächen (z.B. dreieckige Oberflächen, fünfeckige Oberflächen, sechseckige Oberflächen oder viereckige Oberflächen), gestufte oder zickzackförmige Oberflächen, gewundene Oberflächen, unregelmäßige Oberflächen (z.B. ungleichförmige, unebene oder asymmetrische; wellige Oberflächen, gezackte Oberflächen, zugespitzte Oberflächen oder gezahnte Oberflächen) oder irgendeine Kombination davon beinhalten. In gewissen Ausführungsformen haben wenigsten einige (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10) oder alle der Brennkammern eine gemeinsame Endabdeckung (z.B. gewinkelte Endabdeckung) mit einer verschiedenen Drehposition der Endabdeckung, z.B. kann jede Endabdeckung um eine Achse der Brennkammer auf eine andere Ausrichtung relativ zu anderen Endabdeckungen an anderen Turbinenbrennkammern gedreht sein. In einigen Ausführungsformen haben aber wenigstens einige (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10) oder alle der Turbinenbrennkammern verschiedene Endabdeckungen, wie z.B. verschiedene gewinkelte Endabdeckungen, verschiedene gekrümmte Endabdeckungen und/oder flache Endabdeckungen. In einigen Ausführungsformen können geometrische Eigenschaften (z.B. Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkeleigenschaften, Krümmungsradius, Ausrichtung geometrischer Merkmale usw.) zwischen benachbarten Brennkammerendabdeckungen verschieden sein. Insbesondere können in einigen Ausführungsformen benachbarte Brennkammerendabdeckungen jedwede von verschiedenen geometrischen Formen, verschiedenen geometrischen Eigenschaften, verschiedenen geometrischen Anordnungen oder irgendeine Kombination davon haben.
  • Dementsprechend trägt der Einsatz von einer oder mehreren Brennkammern, die eine oder mehrere unterschiedliche Endabdeckungen (z.B. Endabdeckungen mit verschiedenen Geometrien) haben, bei den offenbarten Ausführungsformen zur Variation des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer und folglich der Verbrennungsdynamik innerhalb jeder Brennkammer und unter benachbarten Brennkammern bei, wodurch die modale Kopplung der Brennkammern abgemildert wird, was die Möglichkeit einer unerwünschten Schwingungsantwort in Bauteilen stromabwärts der Brennkammern reduziert. Zum Beispiel kann das Versehen einer Brennkammerendabdeckung mit einer speziellen Geometrie (z.B. gewinkelte Endabdeckung) mehrere akustische Längen oder einen Bereich akustischer Längen ergeben, die einen breiteren akustischen Frequenzgang innerhalb der Brennkammer entstehen lassen können. Des Weiteren kann das Versehen einer benachbarten Brennkammerendabdeckung mit einer anderen Geometrie (z.B. einer anderen geometrischen Form, Eigenschaft oder Anordnung) einen anderen akustischen Frequenzgang in der Brennkammer und von Brennkammer zu Brennkammer ergeben, was die Möglichkeit eines phasengleichen und kohärenten Verhaltens der Brennkammern des Gasturbinensystems reduziert.
  • In Anbetracht des Vorstehenden zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10, das mehrere Brennkammern 12 hat, wobei jede Brennkammer 12 mit einer Brennkammerendabdeckung 13 ausgestattet ist, die eine modifizierte Endabdeckungskonfiguration und/oder -geometrie hat, die von der Brennkammerendabdeckung 13 einer benachbarten Brennkammer 12 verschieden ist. In anderen Worten hat die Endabdeckungsgeometrie der Brennkammer 12 relativ zu der Endabdeckungsgeometrie einer benachbarten Brennkammer 12 wenigstens einen geometrischen Unterschied. In jeder Brennkammer 12 kann die Endabdeckung 13 eine modifizierte Endabdeckungskonfiguration haben (z.B. abgewinkelt, gekrümmt, gestuft usw.), die zur Veränderung der Akustik und somit der Verbrennungsdynamik in der jeweiligen Brennkammer 12 eingerichtet ist, wodurch sie zur Reduzierung unerwünschter Schwingungsantworten in Bauteilen stromabwärts der Brennkammer 12 beiträgt.
  • Zum Beispiel kann die modifizierte Endabdeckungskonfiguration geometrische Merkmale zur Veränderung des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer (z.B. Änderung der Frequenz, Verbreiterung des Frequenzbereichs, Phasenverschiebung der Frequenzen oder irgendeine Kombination) beinhalten, wodurch sie zur Reduktion der Amplituden der Verbrennungsdynamik bei Frequenzen an oder nahe an den Resonanzfrequenzen der Brennkammer 12 und/oder von Bauteilen stromaufwärts oder stromabwärts der Brennkammer 12 beiträgt. Außerdem können die offenbarten Ausführungsformen die Geometrie von Endabdeckungen 13 zwischen den mehreren Brennkammern 12 variieren, um zur Reduzierung oder Vermeidung einer modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik unter den mehreren Brennkammern 12 beizutragen, wodurch sie zur Reduktion einer unerwünschten Schwingungsantwort von Gasturbinenbauteilen stromabwärts der mehreren Brennkammern 12 beitragen. Zum Beispiel können die offenbarten Ausführungsformen die geometrische Form (z.B. abgewinkelt, gekrümmt, gestuft, konkav, konvex oder flach), die geometrischen Eigenschaften (z.B. Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkeleigenschaften oder Krümmungsradius), die geometrischen Anordnungen (z.B. Drehungsgrad zwischen verschiedenen Endabdeckungen, axiale Position usw.) der Endabdeckungen 13 unter den mehreren Brennkammern 12 oder irgendeine Kombination davon variieren. Infolgedessen kann die ungleichförmige geometrische Konfiguration der Endabdeckungen 13 unter den Brennkammern 12 dazu beitragen, die Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer zur anderen zu variieren, wodurch Frequenzänderungen, Verwischung oder Verbreiterung des Frequenzbereichs, Phasenverschiebung der Frequenzen oder irgendeine Kombination davon unter den Brennkammern 12 verursacht werden. Es ist folglich weniger wahrscheinlich, dass die von den mehreren Brennkammern 12 erzeugte Verbrennungsdynamik zu kohärentem Verhalten führt, das potenziell unerwünschte Schwingungsantworten im Gasturbinensystem 10 verursachen könnte.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat das Turbinensystem 12 mehrere Brennkammern 12, die jeweils mit einer Endabdeckung 13 (z.B. gewinkelter Endabdeckung) ausgestattet sind, die eine gewinkelte Endwand 15 hat, die mit einer Seitenwand 17 (z.B. einer ringförmigen Seitenwand) gekoppelt ist. Diese gewinkelten Endabdeckungen 13 (z.B. gewinkelte Endwände 15) können von einer Brennkammer 12 zur anderen verschieden sein, wie etwa in einem Winkel 21 (siehe 2) der gewinkelten Endwände 15, einer Umfangsausrichtung 46 oder beiden. Zum Beispiel können die gewinkelten Endabdeckungen 13 (speziell die gewinkelten Endwände 15) von einer Brennkammer 12 zur anderen in Umfangsrichtung 46 um einen Versatzwinkel um ihre Achsen (z.B. Achsen 11, siehe 2) verdreht sein. Der Versatzwinkel kann etwa 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 120, 150 oder 180 Grad oder irgendein anderer geeigneter Versatzwinkel sein. Es ist zu beachten, dass die Endabdeckung 13 irgendwo zwischen etwa 1 und 359 Grad relativ zu einer anderen Endabdeckung 13 gedreht sein kann. Auf diese Weise kann die geometrische Anordnung benachbarter oder nicht benachbarter Endabdeckungen 13 variiert werden, wodurch jedwede unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen reduziert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Geometrie der Endabdeckungen 13 hinsichtlich geometrischer Form, Eigenschaft und/oder Anordnung von einer Brennkammer 12 zur anderen verändert werden. Tatsächlich gibt es in einigen Ausführungsformen von einer Brennkammer 12 zur anderen wenigstens einen geometrischen Unterschied zwischen den Geometrien der Endabdeckungen 13.
  • Das Gasturbinensystem 10 beinhaltet einen Verdichter 14, eine oder mehrere Brennkammern 12 mit den Endabdeckungen 13 und eine Turbine 16. Die Gasturbinenbrennkammern 12 beinhalten jeweils die Endabdeckung 13, die zum Zuführen des Brennstoffstroms von einer oder mehreren Brennstoffquellen zu einer oder mehreren Brennstoffdüsen (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr) in der Brennkammer 12 eingerichtet sein kann. Zum Beispiel ist die Endabdeckung 13 zum Leiten eines Flüssigbrennstoffs, eines Gasbrennstoffs und/oder eines gemischten Brennstoffs über die Brennstoffdüsen, wie in 2 noch weiter beschrieben wird, aus der Brennstoffquelle und in einen jeweiligen Brennraum 19 eingerichtet. Die Gasturbinenbrennkammern 12 entzünden und verbrennen ein unter Druck stehendes Gemisch aus Oxidationsmittel (z.B. Luft) und Brennstoff (z.B. ein Luft-Brennstoff-Gemisch) in den Brennräumen 19 und leiten dann resultierende heiße, unter Druck stehende Verbrennungsgase 24 (z.B. Abgas) in die Turbine 16 weiter. Eine unterschiedliche Geometrie der Endabdeckung 13 kann die Einlassbedingung des Oxidationsmittels (z.B. verdichteter Luft), das von dem Verdichter 14 zu dem Brennraum 19 geleitet wird, wie beispielsweise eine Geschwindigkeit der Luft, eine Verteilung der den Brennstoffdüsen zugeführten Luft usw., variieren. Des Weiteren kann das Variieren der Einlassbedingungen des Brennstoffs und des Oxidationsmittels (z.B. Luft), die durch den Brennraum 19 geleitet werden, die Verbrennungsdynamik innerhalb des Brennraums 19 variieren, einstellen oder ändern. Das Modifizieren der Verbrennungsdynamik kann wiederum die Möglichkeit unerwarteter Schwingungsantworten in der Brennkammer 12, in stromaufwärtigen Bauteilen und/oder in stromabwärtigen Bauteilen reduzieren. Außerdem kann das Variieren der Geometrie benachbarter Endabdeckungen 13 die Einlassbedingungen von zu benachbarten Brennräumen 19 geleitetem Brennstoff und Oxidationsmittel (z.B. Luft) variieren und kann dementsprechend die Verbrennungsdynamik unter den benachbarten Brennkammern 12 variieren. Die unterschiedliche Verbrennungsdynamik zwischen den mehreren Brennkammern 12 kann wiederum die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen den Brennkammern 12 reduzieren und kann so ferner die Möglichkeit einer unerwünschten Schwingungsantwort in den stromabwärtigen Bauteilen reduzieren.
  • Zu den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Bauteilen können das Brennstoffzufuhrsystem, der Verdichter 14 und/oder die Turbine 16 zählen. Turbinenschaufeln innerhalb der Turbine 16 sind mit einer Welle 26 des Gasturbinensystems 10 gekoppelt, die auch mit mehreren anderen Bauteilen im ganzen Turbinensystem 10 gekoppelt sein kann. Beim An- und Durchströmen der Verbrennungsgase 24 an die und zwischen den Turbinenschaufeln der Turbine 16 wird die Turbine 16 drehend angetrieben, was die Welle 26 zum Drehen veranlasst. Schließlich treten die Verbrennungsgase 24 über einen Abgasauslass 28 aus dem Turbinensystem 10 aus. Des Weiteren ist in der veranschaulichten Ausführungsform die Welle 26 mit einer Last 30 gekoppelt, die über die Drehung der Welle 26 angetrieben wird. Die Last 30 kann irgendeine geeignete Vorrichtung sein, die über das Drehmoment des Turbinensystems 10 Leistung erzeugt, wie etwa ein elektrischer Generator, ein Propeller eines Flugzeugs oder eine andere Last.
  • Der Verdichter 14 des Gasturbinensystems 10 beinhaltet Verdichterschaufeln. Die Verdichterschaufeln in dem Verdichter 14 sind mit der Welle 26 gekoppelt und drehen sich, während die Drehung der Welle 26 von der Turbine 16 angetrieben wird, wie oben erläutert. Beim Drehen der Verdichterschaufeln in dem Verdichter 14 verdichtet der Verdichter 14 aus einem Lufteinlass 32 erhaltene Luft (oder irgendein geeignetes Oxidationsmittel) und erzeugt Druckluft 34. Die Druckluft 34 wird dann in die Brennstoffdüsen der Brennkammern 12 eingespeist. Wie oben erwähnt, vermischen die Brennstoffdüsen die Druckluft 34 und den Brennstoff zum Erzeugen eines geeigneten Mischungsverhältnisses für die Verbrennung. In der folgenden Erläuterung 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.
  • 2 ist eine Querschnittansicht einer Ausführungsform von einer der Brennkammern 12 von 1, einschließlich der Brennkammerendabdeckung 13 mit einer ersten Geometrie (z.B. gewinkelte Endabdeckung 13 mit einem Winkel 21). Die Brennkammer 12 beinhaltet ein Kopfende 50, eine Brennkammerkappenanordnung 54 und den Brennraum 19. Das Kopfende 50 der Brennkammer umschließt allgemein die Kappenanordnung und die Brennstoffdüsen 18 in einer kopfseitigen Kammer 51, die axial zwischen der Endabdeckung 13 und dem Brennraum 19 positioniert ist. Die Brennkammerkappenanordnung 54 enthält im Allgemeinen die Brennstoffdüsen 18. Die Brennstoffdüsen 18 leiten Brennstoff, Luft und manchmal andere Fluide zu dem Brennraum 19. Die Brennkammer 12 hat eine oder mehrere Wände, die in Umfangsrichtung 46 um den Brennraum 19 und die Achse 42 der Brennkammer 12 verlaufen und stellt allgemein eine von mehreren Brennkammern 12 dar, die in einer beabstandeten Anordnung in Umfangsrichtung um eine Drehachse (z.B. die Welle 26) des Gasturbinensystems 10 angeordnet sind. In gewissen Ausführungsformen kann die Geometrie der Endabdeckung 13 von wenigstens einer Brennkammer 12 zum Variieren der Akustik und folglich der Verbrennungsdynamik in der Brennkammer 12 modifiziert werden, oder die Geometrien der Endabdeckungen 13 können zwischen zwei oder mehreren (oder allen) der Brennkammern 12 variieren, um die Akustik und folglich die Verbrennungsdynamik unter den Brennkammern 12 zu variieren. Zum Beispiel können benachbarte Endabdeckungen 13 Unterschiede der geometrischen Form, geometrischen Eigenschaften und/oder geometrischen Anordnungen beinhalten, so dass benachbarte Endabdeckungen 13 untereinander wenigstens einen geometrischen Unterschied haben. Speziell trägt die Veränderbarkeit der Endabdeckungen 13, wie unten ausführlich besprochen wird, dazu bei, die Akustik und folglich die Verbrennungsdynamik in jeder der mehreren Brennkammern 12 zu variieren, so dass die Frequenz, der Frequenzbereich und/oder die Amplitude der Verbrennungsdynamik jeder Brennkammer 12 sich von einer benachbarten Brennkammer 12 in dem Gasturbinensystem 10 unterscheidet. Außerdem kann das Variieren des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer die Phasenbeziehung der Verbrennungsdynamik von zwei oder mehreren Brennkammern verändern. Auf diese Weise trägt die Veränderbarkeit der Endabdeckungen 13 dazu bei, unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren, und minimiert folglich die Beanspruchung durch Schwingungen, Abnutzung, Leistungsminderung des Gasturbinensystems 10.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform sind eine oder mehrere Brennstoffdüsen 18 an der Endabdeckung 13 angebracht und verlaufen durch die Brennkammerkappenanordnung 54 hindurch zu dem Brennraum 19. Zum Beispiel enthält die Brennkammerkappenanordnung 54 eine oder mehrere Brennstoffdüsen 18 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr) und kann für die Lagerung jeder Brennstoffdüse 18 sorgen. Die Brennkammerkappenanordnung 54 ist an einem Teil der Länge der Brennstoffdüsen 18 entlang angeordnet, so dass die Brennstoffdüsen 18 in der Brennkammer 12 untergebracht sind. Jede Brennstoffdüse 18 ermöglicht das Vermischen von Druckluft und Brennstoff und führt das Gemisch durch die Brennkammerkappenanordnung 54 in den Brennraum 19. Das Luft-Brennstoff-Gemisch kann dann in einer primären Verbrennungszone 62 des Raums 19 verbrennen, wodurch heiße, druckbeaufschlagte Abgase erzeugt werden. Diese druckbeaufschlagten Abgase treiben die Drehung der Schaufeln in der Turbine 16 an.
  • Jede Brennkammer 12 beinhaltet eine Außenwand (z.B. Strömungshülse 58), die sich in Umfangrichtung erstreckend um eine Innenwand (z.B. Brennkammerauskleidung 60) angeordnet ist, um einen Strömungszwischenkanal oder -zwischenraum 64 zu definieren, während die Brennkammerauskleidung 60 in Umfangsrichtung um den Brennraum 19 verläuft. Die Innenwand 60 kann auch ein Übergangsstück 66 beinhalten, das allgemein zu einer ersten Stufe der Turbine 16 hin konvergiert. Die Prallhülse 65 ist längs des Umfangs um das Übergangsstück 66 herum angeordnet. Die Auskleidung 60 definiert eine Innenfläche der Brennkammer 12, die dem Brennraum 19 direkt zugekehrt ist und zu ihm freiliegt. Die Strömungshülse 58 und die Prallhülse 65 beinhalten mehrere Perforationen 61, die einen Luftstrom 67 von einem Verdichterauslass 68 in den Strömungskanal 64 lenken, während sie zu Prallkühlungszwecken auch Luft gegen die Auskleidung 60 und das Übergangsstück 66 prallen lassen. Der Strömungskanal 64 leitet den Luftstrom 67 dann in eine Stromaufwärtsrichtung zu dem Kopfende 50 hin (z.B. relativ zu einer Stromabwärtsrichtung 69 der heißen Verbrennungsgase), so dass der Luftstrom 67 ferner die Auskleidung 60 kühlt, bevor er durch die kopfseitige Kammer 51, durch die Brennstoffdüsen 18 und in den Brennraum 19 strömt.
  • Die Endabdeckung 13 kann eine spezielle Geometrie haben, wie etwa eine geometrische Form, Eigenschaft oder Anordnung, die zur Variation des akustischen Frequenzgangs der Brennkammer und somit der Verbrennungsdynamik (z.B. Druckpulsationen, -schwankungen oder -schwingungen) in der Brennkammer 12 eingerichtet sein können. Zum Beispiel wird die kopfseitige Kammer 51 von der Endabdeckung 13 definiert oder umgrenzt, die Brennkammerkappenanordnung 54 ist zu der Endabdeckung 13 axial 42 versetzt, und eine Wand 53 verläuft in Umfangsrichtung 46 um die Kammer 51. Eine geometrische Veränderung an der Endabdeckung 13 kann einen Teil dieser Umgrenzung der kopfseitigen Kammer 51 und/oder ein Volumen der kopfseitigen Kammer 51 verändern, wodurch die akustischen Eigenschaften der kopfseitigen Kammer 51 geändert werden und somit der akustische Frequenzgang der Brennkammer und folglich die Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 geändert werden. Zum Beispiel kann eine modifizierte Endabdeckung 13 zum Variieren der Frequenz, der Amplitude oder der relativen Phase der Verbrennungsdynamik einer Brennkammer in Bezug auf eine andere oder einer Kombination davon führen. In gewissen Ausführungsformen kann die Endabdeckung 13 so modifiziert werden, dass die Brennkammer 12 darauf abgestimmt wird, mit einer gewissen Frequenz oder innerhalb eines gewissen Frequenzbereichs betrieben zu werden. In Gasturbinensystemen 10 mit mehrfachen Brennkammern 12 kann jede Brennkammer 12 mit einer modifizierten Endabdeckung 13 ausgestattet sein, die die Brennkammer 12 darauf abstimmt, bei einer/einem gewissen Frequenz und/oder Frequenzbereich betrieben zu werden. Zum Beispiel können die Brennkammern 12 mit modifizierten Endabdeckungen 13 ausgestattet sein, die die Frequenz der Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer verändern, die Frequenz der Verbrennungsdynamik stufenweise allmählich erhöhen oder herabgesetzen oder die Frequenz der Verbrennungsdynamik zufällig auf die mehreren Brennkammern 12 verteilen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat die Endabdeckung 13 (z.B. eine gewinkelte Endabdeckung) einen Winkel 21 relativ zu der radialen Richtung 44 (z.B. einer Ebene der Brennkammerkappenanordnung 54). Der Winkel 21 kann etwa 1 bis 60, 2 bis 45, 3 bis 30, 4 bis 20 oder 5 bis 15 Grad sein. In einigen Ausführungsformen kann der Winkel 21 bei allen Brennkammern 12 gleich sein, während eine oder mehrere (oder alle) der Endabdeckungen 13 in Umfangsrichtung 46 um ihre Achsen (z.B. Achsen 11 der Brennkammern 12) gedreht werden, um die Ausrichtung der Endabdeckungen 13 relativ zu den Brennstoffdüsen 18, dem Brennraum 19 und der Welle 26 des Gasturbinensystems 10 zu verändern. In anderen Ausführungsformen können die Brennkammern 12 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehrere verschiedene Winkel 21 für die Endabdeckungen 13 beinhalten, und eine oder mehrere (oder alle) der Endabdeckungen 13 können in Umfangsrichtung 46 um ihre Achsen (z.B. Achsen 11 der Brennkammern 12) gedreht werden, um die Ausrichtung der Endabdeckung 13 relativ zu den Brennstoffdüsen 18, dem Brennraum 19 und der Welle 26 des Gasturbinensystems 10 zu veändern.
  • Die Endabdeckung 13 kann allgemein zum Leiten eines flüssigen Brennstoffs, eines gasförmigen Brennstoffs und/oder eines gemischten Brennstoffs aus der Brennstoffquelle und über eine oder mehrere der Brennstoffdüsen 18 in den Brennraum 19 eingerichtet sein. Die Gasturbinenbrennkammer 12 entzündet und verbrennt das Gemisch aus Druckluft und Brennstoff (z.B. ein Luft-Brennstoff-Gemisch) in dem Brennraum 19 und leitet die dabei entstehenden heißen druckbeaufschlagten Verbrennungsgase 24 (z.B. Abgas) dann in der Stromabwärtsrichtung 69 in die Turbine 16 weiter. In gewissen Ausführungsformen kann das Variieren der Geometrie der Endabdeckung 13 die Einlassbedingungen der Luft und des Brennstoffs variieren, die durch das Kopfende 50 in den Brennraum 19 gespeist werden, und kann den akustischen Frequenzgang der Brennkammer und somit die Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 variieren, einstellen oder ändern, um unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des Gasturbinensystems 10 von 1, aufgenommen entlang der Linie 3-3, die mehrere Brennkammern 12 veranschaulicht, die jeweils mit modifizierten Endabdeckungen 13 ausgestattet sind, die von einer Brennkammer 12 zur anderen verschieden sind, um die Akustik und somit die Verbrennungsdynamik zwischen den Brennkammern 12 des Systems 10 zu variieren, um die Amplitude der Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik unter den Brennkammern 10 zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Endabdeckungsgeometrie von einer Brennkammer 12 zur anderen wenigstens einen geometrischen Unterschied haben. Es ist zu beachten, dass jedwede Anzahl von Brennkammern 12 (z.B. 0, 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) modifizierte Endabdeckungen 13 beinhalten kann, so dass wenigstens eine der Brennkammern 12 mit der modifizierten Endabdeckung 13 einen anderen akustischen Frequenzgang als den akustischen Frequenzgang der Brennkammern 12 ohne die modifizierte Endabdeckung 13 erzeugt. Dementsprechend nutzt die folgende Beschreibung zwar Unterschiede zwischen benachbarten Brennkammern 12 als eine veranschaulichende Ausführungsform, es ist aber zu beachten, dass jedwede einzelne Brennkammer 12 zur Erzeugung ihres eigenen eindeutigen akustischen Frequenzgangs, der sich von den anderen Brennkammern 12 unterscheidet, eingesetzt werden kann. Des Weiteren können mehrere Gruppen von Brennkammern 12 mit den modifizierten Endabdeckungen 13 mit oder ohne besondere räumliche Anordnung (z.B. benachbart oder abwechselnd) genutzt werden, um einen eindeutigen akustischen Frequenzgang zu erzeugen, wodurch die modale Kopplung zwischen den Brennkammern 12 reduziert wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann das System 10 eine oder mehrere Gruppen (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) von Brennkammern 12 beinhalten, wobei jede Gruppe von Brennkammerns 12 eine oder mehrere Brennkammern 12 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr) beinhaltet. In einigen Siguationen kann jede Gruppe von Brennkammern 12 identische Brennkammern 12 beinhalten, die sich von einer oder mehreren anderen Gruppen von Brennkammern 12 in dem System 10 unterscheiden. Zum Beispiel kann eine erste Gruppe von Brennkammern 12 identische Brennkammern 12 beinhalten, die eine erste Geometrie der Endabdeckung 13 haben, und eine zweite Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 mit einer zweiten Endabdeckungsgeometrie beinhalten. Des Weiteren kann die Geometrie der ersten Endabdeckung 13 auf eine oder mehrere Arten von der Geometrie der zweiten Endabdeckung 13 verschieden sein. Dementsprechend kann die erste Gruppe von Brennkammern 12 einen akustischen Frequenzgang erzeugen, der von dem akustischen Frequenzgang der zweiten Gruppe von Brennkammern 12 in dem System 10 verschieden ist, wie unten weiter erläutert wird.
  • Die veranschaulichte Ausführungsform zeigt, wie die Geometrie mehrerer Endabdeckungen 13 hinsichtlich geometrischer Eigenschaften, geometrischer Anordnungen und/oder geometrischer Formen in Umfangsrichtung 46 um das Gasturbinensystem 10 variieren kann. Zum Beispiel können die mehreren Endabdeckungen 13 verschiedene geometrische Eigenschaften haben, wie etwa Unterschiede bei Abmessungen (z.B. Höhe, Breite, Länge, Tiefe usw.), Winkeln 21 (z.B. Winkelgrad und/oder Neigung der Endabdeckung 13) und so weiter. Des Weiteren können die Endabdeckungen 13 verschiedene geometrische Anordnungen haben, wie etwa Unterschiede in Drehausrichtungen (z.B. Grad der Drehung der Endabdeckung 13 um ihre Achse relativ zu einer benachbarten Endabdeckung 13) und so weiter. Außerdem können die Endabdeckungen 13 verschiedene geometrische Formen haben, wie etwa Endabdeckungen 13, die abgewinkelt, konkav, konvex, konkav abgewinkelt, konvex abgewinkelt, ähnlich verschiedenen Vielecken (z.B. Dreieck, Viereck, Fünfeck, Sechseck usw.) geformt, ungleichförmig (z.B. gewellt, gezackt, uneben, spitz, gezahnt usw.), unregelmäßig abgewinkelt sind, oder irgendeine Kombination davon.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet das Gasturbinensystem 10 acht Brennkammern 12, die mit der Turbine 16 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen beinhaltet das Gasturbinensystem 10 aber 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 mehr Brennkammern) oder eine beliebige Anzahl von Gruppen von Brennkammern 12 (z.B. 1, 2, 3, 4, 5 oder mehr). Speziell hat jede Brennkammer 12 eine kopfseitige Kammer 51, die von der Endabdeckung 13 teilweise umgrenzt wird, die eine Geometrie (z.B. geometrische Eigenschaften, Formen und/oder Anordnungen) haben kann, die gegenüber der Geometrie der Endabdeckung 13 einer anderen Brennkammer 12 modifiziert und/oder verschieden ist, so dass es zwischen den Brennkammern 12 wenigstens einen geometrischen Unterschied gibt. Die Endabdeckung 13 kann eingerichtet sein, um einen Brennstoff von der Brennstoffquelle zu der einen oder den mehreren Brennstoffdüsen 18 zu leiten. Die Brennstoffdüsen 18 wiederum leiten den Brennstoff zu dem Brennraum 19 der Brennkammer 12, vermischen ihn mit dem Oxidationsmittel, so dass das Luft-Brennstoff-Gemisch in dem Brennraum 19 verbrennen kann, und die dadurch entstehenden Verbrennungsgase können in einer stromabwärtigen Strömungsrichtung 69 durch das Übergangsstück 66 (z.B. in die Turbine 16) strömen. Wie oben beschrieben, kann die Geometrie der Endabdeckung 13 den akustischen Frequenzgang und somit die Verbrennungsdynamik in dem Brennraum 19 variieren, einstellen oder verändern. Das Modifizieren der Verbrennungsdynamik kann wiederum die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in der Brennkammer 12, in stromaufwärtigen Bauteilen und/oder in stromabwärtigen Bauteilen reduzieren.
  • Die veranschaulichte schematische Darstellung des Gasturbinensystems 10 zeigt die Veränderbarkeit zwischen den Endabdeckungen 13 benachbarter und nicht benachbarter Brennkammern 12. Zum Beispiel kann relativ zu einer Bezugs-Endabdeckung 70 (z.B. einer flachen Endabdeckung ohne Geometrievariationen) eine benachbarte Endabdeckung 72 an der benachbarten Brennkammer 12 (oder der Endabdeckung 72 an irgendeiner Brennkammer 12 in dem System 10) mit verschiedenen geometrischen Merkmalen modifiziert sein, wie etwa Unterschieden bei der geometrischen Form und/oder den geometrischen Eigenschaften. Zum Beispiel ist die Endabdeckung 72 relativ zu der Bezugs-Endabdeckung 70, die eine flache Form hat (z.B. einer flachen kreisförmigen Scheibe), die zu der Achse 11 der Brennkammer 12 senkrecht verläuft, eine gewinkelte Endabdeckung mit einer dreieckigen Konfiguration. Die gewinkelte Endabdeckung 72 kann eine gewinkelte Endwand 15 (z.B. 71) haben, die mit einer zylindrischen Seitenwand 17 (z.B. 73) gekoppelt ist, wodurch ein allgemein dreieckiger Querschnitt definiert wird. Die gewinkelte Endabdeckung 72 definiert eine veränderliche axiale Länge 75 der kopfseitigen Kammer 51 zwischen der gewinkelten Endwand 71 und der Kappenanordnung 54 anstatt einer konstanten axialen Länge 75, wie sie von der Bezugs-Endabdeckung 70 geschaffen wird. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die gewinkelte Endwand 71 der Endabdeckung 72 die axiale Länge 75 der kopfseitigen Kammer 51 um etwa 1 bis 50, 2 bis 40, 3 bis 30, 4 bis 20 oder 5 bis 15 Prozent variieren, je nach diversen Abmessungen der Brennkammer 12. Die gewinkelte Endwand 71 der Endabdeckung 72 kann auch einen Winkel 21, wie etwa einen konstanten Winkel, haben, der etwa 1 bis 60, 2 bis 40, 3 bis 30 oder 4 bis 15 Grad beträgt. Der Winkel 21 variiert auch den Bereich der axialen Längen 75. Zusammen tragen der Winkel 21 und die veränderlichen axialen Längen 75 der gewinkelten Endabdeckung 72 dazu bei, den akustischen Frequenzgang der Brennkammer 12 und somit die Verbrennungsdynamik in dem Brennraum 19 der Brennkammer 12 zu variieren. Zum Beispiel kann die gewinkelte Endabdeckung 72 zu Frequenzen führen, die verschieden, phasenverschoben, verwischt oder über einen größeren Frequenzbereich in der Brennkammer 12 ausgebreitet sind. Diese Frequenzen können für jede Brennkammer 12 eingestellt oder abgestimmt werden, indem der Winkel 21, zugeordnete axiale Längen 75 und die Ausrichtung des Winkels 21 (z.B. Ausrichtung in Umfangsrichtung 46 um die Achse 11) variiert werden.
  • In einigen Ausführungsformen können benachbarte und nicht benachbarte Endabdeckungen 13 (z.B. eine gewinkelte Endabdeckung 74 und eine gewinkelte Endabdeckung 76) verschiedene geometrische Anordnungen haben. Zum Beispiel kann die gewinkelte Endabdeckung 74 eine veränderliche axiale Länge 75 und einen Winkel 21 haben, während die gewinkelte Endabdeckung 76 eine veränderliche axiale Länge und einen Winkel 21 haben kann. In einigen Ausführungsformen können die Längen 75 und die Winkel 21 zwischen benachbarten Brennkammern 12 im Wesentlichen dieselben oder gleich sein, während die gewinkelten Endabdeckungen 74 und 76 (z.B. die gewinkelten Endwände 15) in Umfangsrichtung 46 um ihre Achsen 11 gedreht sein können, um die Winkelausrichtung der Längen 75 und der Winkel 21 innerhalb jeder jeweiligen Brennkammer 12 zu verändern. Die veranschaulichten Endabdeckungen 74 und 76 sind um etwa 180 Grad verdreht, während andere Ausführungsformen einen Drehversatz von etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150 oder 180 Grad vorsehen können. Ein Verdrehen der gewinkelten Endwände 13 (z.B. der gewinkelten Endabdeckung 74 und der gewinkelten Endabdeckung 76) kann in der Tat die Akustik in den benachbarten Brennkammern 12 variieren, so dass die Frequenz der Verbrennungsdynamik, der Frequenzbereich und/oder die Amplitude jeder Brennkammer 12 verschieden ist, wodurch die Möglichkeit der modalen Kopplung der Brennkammern 12 reduziert wird, speziell bei Frequenzen, die auf Resonanzfrequenzen der Bauteile des Gasturbinensystems 10 ausgerichtet sind. In derartigen Ausführungsformen können die Brennkammern 12 des Systems nämlich im Wesentlichen die gleichen Leistungs- und Betriebscharakteristika haben, können aber eine andere Akustik und/oder Verbrennungsdynamik erzeugen. Zum Beispiel können in gewissen Ausführungsformen die Brennkammern 12 mit Ausnahme der Endabdeckungen 13 identisch sein. Kurz gesagt, kann das Variieren der geometrischen Anordnung (z.B. Drehung) einer Brennkammerendabdeckung 13 in dem System 10 akustische und/oder verbrennungsdynamische Unterschiede zwischen dieser Brennkammer 12 und den anderen Brennkammern 12 in dem System ergeben, kann aber die Leistung und vorgesehenen Funktionalitäten der benachbarten Brennkammern 12 beibehalten.
  • In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehrere Endabdeckungen 13 (z.B. eine gekrümmte Endabdeckung 78 und eine gewinkelte Endabdeckung 80) verschiedene geometrische Formen haben. Zum Beispiel kann die gekrümmte Endabdeckung 78 eine Seitenwand 17 haben, die mit einer gewinkelten Endwand 15 gekoppelt ist, die zumindest teilweise gekrümmt ist, um einen veränderlichen Winkel 21 (z.B. 77) zu definieren, wie etwa einen konkaven Endwandteil 79. Dagegen hat die gewinkelte Endabdeckung 80 eine Seitenwand 17, die mit einer gewinkelten Endwand 15 gekoppelt ist, die einen konstanten Winkel 21 definiert. Der veränderliche Winkel 77 der gekrümmten Endabdeckung 78 und der konstante Winkel 21 der gewinkelten Endabdeckung 80 können in den zwei Brennkammern 12 verschiedene akustische Frequenzgänge zur Folge hben, wodurch sie dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen den Brennkammern 12 zu reduzieren.
  • Wie oben bemerkt, kann das System 10 eine oder mehrere Gruppen von Brennkammern 12 beinhalten, wobei jede Gruppe von Brennkammern 12 eine oder mehrere Brennkammern 12 beinhaltet. In einigen Ausführungsformen können die Brennkammern 12 in jeder Gruppe zusammen modifiziert werden, so dass die Gruppe von Brennkammern 12 einen akustischen Frequenzgang erzeugt, der von dem akustischen Frequenzgang von einer oder mehreren anderen Gruppen des Systems 10 verschieden ist, so dass jede Gruppe von Brennkammern 12 einen eindeutigen akustischen Frequenzgang ergeben kann. Dementsprechend ist es vielleicht nicht notwendig, dass jede einzelne Brennkammer 12 in dem System 10 ihren eigenen eindeutigen akustischen Frequenzgang ergibtt, um dazu beizutragen, Kohärenz und modale Kopplung zu reduzieren. Vielmehr können die Brennkammern 12 innerhalb einer oder mehrerer Gruppen zusammen modifiziert werden, so dass jede Gruppe von Brennkammern 12 einen akustischen Frequenzgang ergibt, der von dem akustischen Frequenzgang von einer oder mehreren anderen Gruppen von Brennkammern 12 in dem System 10 verschieden ist.
  • Zum Beispiel kann eine erste Gruppe von Brennkammern 12 identische Brennkammern 12 mit einer ersten Endabdeckungs-13-geometrie beinhalten, eine zweite Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 mit einer zweiten Endabdeckungsgeometrie beinhalten, und eine dritte Gruppe von Brennkammern 12 kann identische Brennkammern 12 mit einer dritten Endabdeckungs-13-geometrie beinhalten. Des Weiteren können die Endabdeckungs-13-geometrien jeder Brennkammergruppe auf eine oder mehrere Weisen voneinander verschieden sein, wie unten in Bezug auf die 4 bis 11 beschrieben ist. Dementsprechend kann die erste Gruppe von Brennkammern 12 eingestellt und/oder abgestimmt werden (z.B. Basiskonfiguration), um einen ersten akustischen Frequenzgang zu erzielen, die zweite Gruppe von Brennkammern 12 kann auf eine Konfiguration eingestellt und/oder abgestimmt werden, die von der Basiskonfiguration verschieden ist, um einen zweiten akustischen Frequenzgang zu erzielen, und die dritte Gruppe der Brennkammern 12 kann von der Basiskonfiguration verschieden eingestellt und/ oder abgestimmt werden, um einen dritten akustischen Frequenzgang zu erzielen. Der erste, zweite und dritte akustische Frequenzgang können voneinander verschieden sein. Infolgedessen können die mit den Brennkammern 12 verbundenen akustischen Frequenzgänge einander nicht kohärent oder konstruktiv stören, was die modale Kopplung und folglich die Fähigkeit des Verbrennungssystems zum Anregen von Mitschwingungen in den stromabwärtigen Bauteilen des Systems 10 reduziert. Obwohl drei Gruppen und drei Frequenzen beschrieben sind, sollte es klar sein, dass jede beliebige Anzahl von Gruppen und/oder Frequenzen eingesetzt werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass die Endabdeckungen 13 mit einer beliebigen Form ausgebildet sein können, wie in Bezug auf die 4 bis 11 ausführlich beschrieben ist. In einigen Ausführungsformen können benachbarte Endabdeckungen 13 (z.B. gewinkelte Endabdeckung 82 und gewinkelte Endabdeckung 84) verschiedene geometrische Eigenschaften haben, wie z.B. Unterschiede bei Winkeln 21, axialen Längen 75, Krümmungen, Oberflächenstrukturen, Variationen an Oberflächen entlang oder irgendeine Kombination davon. Zum Beispiel kann der Winkel 21 der gewinkelten Endabdeckung 82 kleiner als der Winkel 21 der gewinkelten Endabdeckung 84 sein, z.B. mit einem Unterschied von etwa 1 bis 60, 2 bis 40, 3 bis 30, 4 bis 15 oder 5 bis 10 Grad. Desgleichen kann die gewinkelte Endabdeckung 82 eine veränderliche axiale Länge 75 der kopfseitigen Kammer 51 definieren, während die gewinkelte Endabdeckung 84 eine veränderliche axiale Länge 75 der kopfseitigen Kammer 51 definieren kann. In der veranschaulichten Ausführungsform hat die veränderliche axiale Länge 75 aufgrund des Unterschieds bei den Winkeln 21 eine(n) kleinere(n) Bereich oder Abweichung als die veränderliche axiale Länge 75 in der benachbarten Brennkammer 12. Wie oben beschrieben, können die veränderlichen geometrischen Eigenschaften zwischen Endabdeckungen 13, wie etwa die Winkel 21 und die axialen Längen 75, zu Abweichungen des akustischen Frequenzgangs und somit der Frequenzen der Verbrennungsdynamik unter den Brennkammern 12 führen. Auf diese Weise trägt die Veränderbarkeit von Endabdeckungen 13 dazu bei, eine modale Kopplung der Brennkammern 12 in dem System 10 zu reduzieren, sie und minimiert die Beanspruchung durch Schwingungen, Abnutzung, Leistungsminderung und andere unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den Bauteilen des Systems 10 (z.B. Turbinenschaufeln, Turbinendeckbänder, Turbinenleitschaufeln usw.).
  • Die 4 bis 11 zeigen schematische Querschnittsdarstellungen von Brennkammern 12, die verschiedene Ausführungsformen von Brennkammerendabdeckungen 13 mit verschiedenen Formen, Ausrichtungen oder Konfigurationen zur Steuerung der Akustik und/oder Verbrennungsdynamik haben. Zum Beispiel kann jede der Endabdeckungen 13 verschiedene gewinkelte Teile, gekrümmte Teile, flache Teile, gestufte Teile, strukturierte Teile, glatte Teile, Vorsprünge, Aussparungen oder irgendeine Kombination davon haben. Die gewinkelten Teile können einen oder mehrere konstante Winkel beinhalten, die gleich oder voneinander verschieden sind. Die gekrümmten Teile können einen oder mehrere konvexe Teile, konkave Teile, wellenförmige Teile oder irgendeine Kombination davon beinhalten. Zusammen können die diversen Formen einen Querschnitt der Endabdeckung 13 definieren, wie etwa einen vieleckigen Querschnitt (z.B. Dreieck, Viereck, Fünfeck, Sechseck usw.). Die Endabdeckungen 13 können auch einen oder mehrere unregelmäßig geformte Teile (z.B. unregelmäßige Winkel, Krümmungen oder Wellen, zackige Teile, ungleichförmige Teile, spitze Teile, gezahnte Teile usw.) oder irgendeine Kombination davon haben. Die Endabdeckungen 13 können auch konvergierende Wandteile, divergierende Wandteile oder beides haben. Alle dieser Formen, Ausrichtungen und Konfigurationen können dazu beitragen, die akustischen Frequenzgänge der Brennkammer 12 in dem System 10 zu variieren. Wie oben bemerkt, können die Geometrien der Endabdeckung 13 der Brennkammern 12 in jeder Gruppe von Brennkammern 12 von der Geometrie der Endabdeckung 13 der Brennkammern 12 in einer bestimmten Gruppe von Brennkammern 12, die eine Basiskonfiguration haben, verschieden sein. Dementsprechend kann jede Gruppe von Brennkammern 12 eine besondere Geometrie der Endabdeckung 13 umfassen, die in der Form, Ausrichtung oder Konfiguration von einer anderen Gruppe in dem System 10 verschieden ist.
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 90 relativ zu der Achse 11 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 der modifizierten Endabdeckung 30 um die Achse 11 gedreht sein, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 zu variieren. Bei Verwendung in mehreren Brennkammern 12 kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 jeder modifizierten Endabdeckung 13 um die Achse 11 von einer oder mehrerer Brennkammern 12 oder Gruppen von Brennkammern 12 gedreht werden (d.h. verschiedene Drehausrichtung in einer oder mehr Brennkammern 12 oder Gruppen von Brennkammern 12), um dazu beizutragen, die akustischen Frequenzgänge der Brennkammer 12 gegenüber wenigstens einer anderen Brennkammer in dem System zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 der modifizierten Endabdeckung 13 eine asymmetrische Seitenwand 92, eine asymmetrische einwärts gekrümmte Endwand 94 und eine offene Montageschnittstelle 96. Zum Beispiel kann die asymmetrische Seitenwand 92 eine ringförmige Seitenwand sein, deren axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametral gegenüberliegenden Seiten 91, 93 relativ zu der Achse 11) allmählich abnimmt. Die veranschaulichte asymmetrische Seitenwand 92 hat auf der ersten Seite 91 eine maximale axiale Höhe und auf der entgegengesetzten zweiten Seite 93 eine minimale axiale Höhe. Die asymmetrische einwärts gekrümmte Endwand 94 krümmt sich von der ersten Seite 91 einwärts zu der offenen Montageschnittstelle 96 (und der kopfseitigen Kammer 51) hin zu der zweiten Seite 93, so dass die Endwand 94 einen konkaven Wandteil oder eine konkave Endwand definiert. Die einwärts gekrümmte Endwand 94 hat einen Winkel 98 relativ zu der offenen Montageschnittstelle 96, wobei der Winkel 98 von der ersten Seite 91 zu der zweiten Seite 93 stufenlos oder schrittweise veränderlich (z.B. abnehmend) sein kann. Die veranschaulichte Seitenwand 92 ist zu der offenen Montageschnittstelle 96 rechtwinklig, kann aber in anderen Ausführungsformen einen spitzen Winkel relativ zu der Schnittstelle 96 haben. Die offene Montageschnittstelle 96 kann einen ringförmigen Montageflansch beinhalten, der eine allgemein kreisförmige Öffnung umgibt, die mit der kopfseitigen Endkammer 51 in Strömungsverbindung ist, so dass die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 der modifizierten Endabdeckung 13 ein(e) asymmetrische(s) Kammer oder Volumen 99 definiert, die bzw. das an die kopfseitige Kammer 51 angrenzt (z.B. so, dass sie zusammen eine asymmetrische kopfseitige Kammer 51, 99 definieren). Der Krümmungsradius und/ oder der Winkel 98 der einwärts gekrümmten Endwand 94 kann zur Steuerung der Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 variiert werden. Auch die Drehausrichtung (z.B. um die Achse 11) der asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 90 der modifizierten Endabdeckung 13 kann eingestellt werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 zu steuern. Zum Beispiel kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 von einer Brennkammer 12 zur anderen um einen beliebigen Schritt von etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 95, 90, 120, 150 oder 180 Grad um die Achse 11 gedreht werden. In gewissen Ausführungsformen kann der Grad der schrittweisen Drehung von einem Muster oder Abstand von Schraubenlöchern in Umfangsrichtung 46 in der offenen Montageschnittstelle 96, wie etwa einer Anzahl gleichmäßig beabstandeter Schraubenlöcher in einem Montageflansch, definiert sein.
  • Dieselbe Endabdeckung 12 mit der asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 90 kann folglich für alle Brennkammern 12 verwendet werden, dabei aber trotzdem noch Abweichungen der akustischen Frequenzgänge und somit der Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen ermöglichen. Auf diese Weise kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 100 relativ zu der Achse 11 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 100 der modifizierten Endabdeckung 13 um die Achse 11 gedreht werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 zu variieren. Bei Verwendung in mehreren Brennkammern 12 kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 100 jeder modifizierten Endabdeckung 13 um die Achse 11 jeder Brennkammer 12 gedreht werden (d.h. in jeder Brennkammer 12 eine andere Drehausrichtung), um dazu beizutragen, die akustischen Frequenzgänge der Brennkammer 12 gegenüber wenigstens einer anderen Brennkammer 12 in dem System zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 100 der modifizierten Endabdeckung 13 eine asymmetrische Seitenwand 102, eine asymmetrisch nach außen gekrümmte Endwand 104 und eine offene Montageschnittstelle 96. Zum Beispiel kann die asymmetrische Seitenwand 102 eine ringförmige Seitenwand sein, deren axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametral gegenüberliegende Seiten 91, 93 relativ zu der Achse 11) allmählich abnimmt. Die veranschaulichte asymmetrische Seitenwand 92 hat auf der ersten Seite 91 eine maximale axiale Höhe und auf der entgegengesetzten zweiten Seite 93 eine minimale axiale Höhe. Die asymmetrische auswärts gekrümmte Endwand 104 krümmt sich von der ersten Seite 91 auswärts von der offenen Montageschnittstelle 96 (und der kopfseitigen Kammer 51) weg zu der zweiten Seite 93, so dass die Endwand 104 einen konvexen Wandteil oder eine konvexe Endwand definiert. Die auswärts gekrümmte Endwand 104 hat einen Winkel 98 zur offenen Montageschnittstelle 96, wobei der Winkel 98 von der ersten Seite 91 zu der zweiten Seite 93 stufenlos oder schrittweise veränderlich (z.B. zunehmend) sein kann. Die veranschaulichte Seitenwand 102 ist zu der offenen Montageschnittstelle 96 rechtwinklig, kann aber in anderen Ausführungsformen einen spitzen Winkel zu der Schnittstelle 96 haben. Die offene Montageschnittstelle 96 kann einen ringförmigen Montageflansch beinhalten, der eine allgemein kreisförmige Öffnung umgibt, die mit der kopfseitigen Endkammer 51 in Strömungsverbindung steht, so dass die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 100 der modifizierten Endabdeckung 13 ein(e) asymmetrische(s) Kammer oder Volumen 99 definiert, die bzw. das an die kopfseitige Kammer 51 angrenzt (z.B. so dass sie zusammen eine asymmetrische kopfseitige Kammer 51, 99 definieren). Der Krümmungsradius und/oder der Winkel 98 der auswärts gekrümmten Endwand 104 kann zum Steuern der Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 variiert werden. Auch die Drehausrichtung (z.B. um die Achse 11) der asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 100 der modifizierten Endabdeckung 13 kann eingestellt werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 zu steuern. Zum Beispiel kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 100 von einer Brennkammer 12 zur anderen um einen beliebigen Schritt von etwa 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 95, 90, 120, 150 oder 180 Grad um die Achse 11 gedreht werden. In gewissen Ausführungsformen kann der Grad der schrittweisen Drehung von einem/einer am Umfang 46 verlaufenden Muster oder Beabstandung von Schraubenlöchern in der offenen Montageschnittstelle 96 definiert werden, wie etwa eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter Schraubenlöcher in einem Montageflansch.
  • Folglich kann die gleiche Endabdeckung 12 mit der asymmetrischen gekrümmten Konfiguration 100 für alle Brennkammern 12 verwendet werden, dabei aber trotzdem noch Abweichungen der akustischen Frequenzgänge und somit der Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen ermöglichen. Auf diese Weise kann die asymmetrische gekrümmte Konfiguration 90 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer mittig gekrümmten Konfiguration 106 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die mittig gekrümmte Konfiguration 106 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zu der Achse 11 asymmetrisch sein, und die Konfiguration 106 kann um die Achse 11 gedreht sein, um dazu beizutragen, die akustischen Frequenzgänge der Brennkammer 12 gegenüber wenigstens einer anderen Brennkammer 12 in dem System zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist die mittig gekrümmte Konfiguration 106 der modifizierten Endabdeckung 13 eine symmetrische Konfiguration, die eine symmetrische Seitenwand 108, eine symmetrische einwärts gekrümmte Endwand 110 und eine offene Montageschnittstelle 96 beinhaltet. Zum Beispiel kann die symmetrische Seitenwand 108 eine ringförmige Seitenwand sein, die eine konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zu der Achse 11) hat. Die symmetrische einwärts gekrümmte Endwand 110 krümmt sich von sowohl der ersten als auch der zweiten Seite 91 und 93 einwärts zu der offenen Montageschnittstelle 96 (und der kopfseitigen Kammer 51) hin, so dass die Endwand 110 einen symmetrischen konkaven Wandteil oder eine symmetrische konkave Endwand definiert. Der Krümmungsradius und/oder der Winkel der einwärts gekrümmten Endwand 110 kann zum Steuern der Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 variiert werden. In gewissen Ausführungsformen können mehrere Endabdeckungen 13 mit der mittig gekrümmten Konfiguration 106 in dem Gasturbinensystem 10 verwendet werden, wobei jede Konfiguration 106 einen anderen Krümmungsradius und/oder Winkel der einwärts gekrümmten Endwand 110 hat.
  • Auf diese Weise kann die mittig gekrümmte Konfiguration 106 Variationen der akustischen Frequenzgänge und dadurch der Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen ermöglichen. Auf diese Weise kann die mittig gekrümmte Konfiguration 106 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer mittig gekrümmten Konfiguration 112 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die mittig gekrümmte Konfiguration 112 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zu der Achse 11 asymmetrisch sein, und die Konfiguration 112 kann um die Achse 11 gedreht werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 gegenüber einer anderen Brennkammer 12 in dem System 10 zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist die mittig gekrümmte Konfiguration 112 der modifizierten Endabdeckung 13 eine symmetrische Konfiguration, die eine symmetrische Seitenwand 114, eine symmetrische auswärts gekrümmte Endwand 116 und eine offene Montageschnittstelle 96 beinhaltet. Zum Beispiel kann die symmetrische Seitenwand 114 eine ringförmige Seitenwand sein, die eine konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zu der Achse 11) hat. Die symmetrische auswärts gekrümmte Endwand 116 krümmt sich von sowohl der ersten als auch der zweiten Seite 91 und 93 auswärts von der offenen Montageschnittstelle 96 (und der kopfseitigen Kammer 51) weg, so dass die Endwand 116 einen symmetrischen konvexen Wandteil oder eine symmetrische konvexe Endwand definiert. Der Krümmungsradius und/oder der Winkel der auswärts gekrümmten Endwand 116 kann zum Steuern der Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 variiert werden. In gewissen Ausführungsformen können mehrere Endabdeckungen 13 mit der mittig gekrümmten Konfiguration 112 in dem Gasturbinensystem 10 verwendet werden, wobei jede Konfiguration 112 einen anderen Krümmungsradius und/oder Winkel der auswärts gekrümmten Endwand 116 hat.
  • Auf diese Weise kann die mittig gekrümmte Konfiguration 112 Variationen der akustischen Frequenzgänge und dadurch der Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zu einer anderen ermöglichen. Des Weiteren kann die mittig gekrümmte Konfiguration 112 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 8 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer mehrwinkligen Konfiguration 118 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die mehrwinklige Konfiguration 118 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zu der Achse 11 asymmetrisch sein, und die Konfiguration 118 kann um die Achse 11 gedreht werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik einer einzelnen Brennkammer 12 oder von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. In den anderen Ausführungsformen kann die mehrwinklige Konfiguration 118 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zu der Achse 11 asymmetrisch sein, die mehrwinklige Konfiguration 118 kann jedoch variiert werden (z.B. durch Änderung von Winkeln, Anzahl von Seiten, Länge von Seiten usw.), um dazu beizutragen, die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 gegenüber einer anderen Brennkammer 12 in dem System 10 zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat die mehrwinklige Konfiguration 118 eine Seitenwand 120, eine mehrwinklige Endwand 122 und eine offene Montageschnittstelle 96. Die Seitenwand 120 kann eine ringförmige Seitenwand sein, die entweder eine veränderliche oder konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zu der Achse 11) hat. Die mehrwinklige Endwand 122 kann mehrere gewinkelte Wandteile 123 (z.B. drei gewinkelte Wandteile) beinhalten, die jeweils einen Winkel relativ zu der Achse 11 oder der Schnittstelle 96 haben. Zum Beispiel kann ein mittiger gewinkelter Wandteil 123 zur Achse 11 senkrecht (oder zur Schnittstelle 96 parallel) sein, während die gewinkelten Umfangswandteile 123 zur Achse 11 und der Schnittstelle 96 spitzwinklig angeordnet sein können. In gewissen Ausführungsformen definieren die gewinkelten Umfangswandteile 123 einen allgemein konischen oder sich verjüngenden ringförmigen Wandteil, der einen konstanten oder veränderlichen Winkel um die Achse 11 haben kann. In anderen Ausführungsformen können die gewinkelten Umfangswandteile 123 mehrere flache sich verjüngende Wandteile (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) beinhalten, die in Umfangsrichtung 46 um die Achse 11 voneinander beabstandet sind. Zusammen definieren die mehreren gewinkelten Wandteile 123, die Seitenwand 120 und die Schnittstelle 96 einen vieleckigen Querschnitt, wie etwa einen sechseckigen Querschnitt.
  • Die Länge und/oder der Winkel jedes der mehreren gewinkelten Wandteile 123 und der Seitenwand 120 können in jeder Brennkammer 12 und/oder von einer Brennkammer 12 zur anderen variiert werden. Auf diese Weise kann die mehrwinklige Konfiguration 118 dazu beitragen, akustische Frequenzgänge und dadurch die Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. Des Weiteren kann die mehrwinklige Konfiguration 118 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 9 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer mehrwinkligen Konfiguration 124 veranschaulicht. In gewissen Ausführungsformen kann die mehrwinklige Konfiguration 124 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zur Achse 11 asymmetrisch sein, und die Konfiguration 124 kann um die Achse 11 gedreht werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik einer einzelnen Brennkammer 12 oder von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. In den anderen Ausführungsformen kann die mehrwinklige Konfiguration 124 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zur Achse 11 asymmetrisch sein, die mehrwinklige Konfiguration 124 kann jedoch variiert werden (z.B. durch Änderung von Winkeln, Anzahl von Seiten, Länge von Seiten usw.), um dazu beizutragen, die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 gegenüber einer anderen Brennkammer 12 im System 10 zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat die mehrwinklige Konfiguration 124 eine Seitenwand 126, eine mehrwinklige Endwand 128 und eine offene Montageschnittstelle 96. Die Seitenwand 126 kann eine ringförmige Seitenwand sein, die entweder eine veränderliche oder konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zur Achse 11) hat. Die mehrwinklige Endwand 128 kann mehrere gewinkelte Wandteile 127 (z.B. zwei gewinkelte Wandteile) beinhalten, die jeweils einen Winkel relativ zur Achse 11 oder der Schnittstelle 96 haben. Zum Beispiel können aneinandergrenzende gewinkelte Wandteile 127 zur Achse 11 und der Schnittstelle 96 spitzwinklig sein, und die Wandteile 127 können zu einer Spitze 129 verlaufen. Die gewinkelten Wandteile 127 können auch als konvergierende Wandteile (z.B. zur Spitze 129 konvergierend) oder divergierende Wandteile (z.B. von der Spitze 129 divergierend) beschrieben werden. Die Spitze 129 kann entlang der Achse 11 zentriert sein oder die Spitze 129 kann zu der Achse 11 versetzt sein, um eine asymmetrische Konfiguration der Wandteile 127 zu definieren. In gewissen Ausführungsformen definieren die aneinandergrenzenden Wandteile 127 einen allgemein konischen oder sich verjüngenden ringförmigen Wandteil, der einen konstanten oder veränderlichen Winkel um die Achse 11 haben kann. In anderen Ausführungsformen können die gewinkelten Umfangswandteile 127 mehrere flache sich verjüngende Wandteile (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr) beinhalten, die in Umfangsrichtung 46 um die Achse 11 voneinander beabstandet sind. Zusammen definieren die mehreren gewinkelten Wandteile 127, die Seitenwand 126 und die Schnittstelle 96 einen vieleckigen Querschnitt, wie etwa einen fünfeckigen Querschnitt.
  • Die Länge und/oder der Winkel jedes der mehreren gewinkelten Wandteile 127 und der Seitenwand 126 können in jeder Brennkammer 12 und/oder von einer Brennkammer 12 zur anderen variiert werden. Auf diese Weise kann die mehrwinklige Konfiguration 124 dazu beitragen, akustische Frequenzgänge und dadurch die Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. Des Weiteren kann die mehrwinklige Konfiguration 124 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 10 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer asymmetrischen unregelmäßigen Konfiguration 130 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die asymmetrische unregelmäßige Konfiguration 130 der modifizierten Endabdeckung 13 um die Achse 11 gedreht werden, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik einer einzelnen Brennkammer 12 oder von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. In anderen Ausführungsformen kann die unregelmäßige Konfiguration 130 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zur Achse 11 symmetrisch sein, die unregelmäßige Konfiguration 130 kann aber variiert werden (z.B. durch Änderung von Eigenschaften von Wendungen, Stufen, Krümmungen, Winkeln, Längen, Aussparungen, Vorsprüngen usw.), um dazu beizutragen, die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik der Brennkammer 12 gegenüber einer anderen Brennkammer 12 im System 10 zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat die asymmetrische unregelmäßige Konfiguration 130 eine Seitenwand 132, eine asymmetrische unregelmäßige Endwand 134 und eine offene Montageschnittstelle 96. Die Seitenwand 132 kann eine ringförmige Seitenwand sein, die entweder eine veränderliche oder konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten zweiten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zur Achse 11) hat. Die asymmetrische unregelmäßige Endwand 134 kann mehrere unregelmäßige Oberflächenmerkmale 136 (z.B. Aussparungen und/oder Vorsprünge) beinhalten, wie etwa gewinkelte Teile, gekrümmte Teile, wellige Teile, Stufenteile, im Zickzack verlaufende Teile, Strukturen, Zacken, Verzahnungen oder irgendeine Kombination davon. Zum Beispiel können die unregelmäßigen Oberflächenmerkmale 136 relativ kleingradige Unregelmäßigkeiten 135 (z.B. kleinere Winkel, Krümmungsradien, Tiefen usw.) und relativ großgradige Unregelmäßigkeiten 137 (z.b. größere Winkel, Krümmungsradien, Tiefen usw.) beinhalten.
  • Die geometrischen Eigenschaften dieser unregelmäßigen Oberflächenmerkmale 136 der asymmetrischen unregelmäßigen Endwand 134 können in jeder Brennkammer 12 und/oder von einer Brennkammer 12 zur anderen variiert werden. Auf diese Weise kann die asymmetrische unregelmäßige Konfiguration 130 dazu beitragen, akustische Frequenzgänge und dadurch die Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. Des Weiteren kann die asymmetrische unregelmäßige Konfiguration 130 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • 11 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Brennkammer 12, die eine Ausführungsform einer modifizierten Endabdeckung 13 mit einer mehrwinkligen Stufenkonfiguration 138 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die mehrwinklige Stufenkonfiguration 138 der modifizierten Endabdeckung 13 eine asymmetrische Konfiguration, die um die Achse 11 gedreht werden kann, um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik einer einzelnen Brennkammer 12 oder von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. In anderen Ausführungsformen kann die Stufenkonfiguration 138 der modifizierten Endabdeckung 13 relativ zur Achse 11 symmetrisch sein, die Stufenkonfiguration 138 kann jedoch variiert werden (z.B. durch Änderung der Stufenzahl, Winkel, Längen, Breiten usw.), um die Akustik und/oder Verbrennungsdynamik einer einzelnen Brennkammer 12 oder von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform hat die Stufenkonfiguration 138 eine Seitenwand 140, eine gestufte Endwand 142 und eine offene Montageschnittstelle 96. Die Seitenwand 140 kann eine ringförmige Seitenwand sein, die entweder eine veränderliche oder eine konstante axiale Länge von einer ersten Seite 91 zu einer entgegengesetzten Seite 93 (d.h. diametrale Seiten 91, 93 relativ zur Achse 11) hat. Die gestufte Endwand 142 kann mehrere Stufen 144 (z.B. Paare aneinandergrenzender gewinkelter Wandteile), wie etwa 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50 oder mehr Stufen beinhalten. Jede Stufe 144 kann aneinandergrenzende gewinkelte Wandteile beinhalten, die relativ zueinander spitzwinklig, stumpfwinklig oder rechtwinklig abgewinkelt sind. Die aneinandergrenzenden gewinkelten Wandteile jeder Stufe 144 können auch relativ zur Achse 11, der Schnittstelle 96 und/oder der Seitenwand 140 spitzwinklig, stumpfwinklig oder rechtwinklig abgewinkelt sein. Die aneinandergrenzenden gewinkelten Wandteile jeder Stufe 144 können relativ zueinander auch gleiche oder verschiedene Längen haben, und die Längen können an der gestuften Endwand 142 entlang von einer Stufe 144 zur anderen gleich oder verschieden sein. Die gestufte Endwand 142 kann auch als eine zickzackförmige Endwand, eine sägezahnförmige Endwand, eine zackige Endwand, eine gezahnte Endwand oder irgendeine Kombination davon beschrieben werden.
  • Die geometrischen Eigenschaften (z.B. Winkel, Längen, Anzahl usw.) dieser Stufen 144 der gestuften Endwand 142 können in jeder Brennkammer 12 und/oder von einer Brennkammer 12 zur anderen variiert werden. Auf diese Weise kann die mehrwinklige Stufenkonfiguration 138 dazu beitragen, akustische Frequenzgänge und dadurch die Verbrennungsdynamik von einer Brennkammer 12 zur anderen zu variieren. Des Weiteren kann die mehrwinklige Stufenkonfiguration 138 dazu beitragen, die Möglichkeit der modalen Kopplung zwischen Brennkammern 12 des Systems zu reduzieren.
  • Zu technischen Wirkungen der Erfindung zählen das Reduzieren einer unerwünschten Schwingungsantwort von Bauteilen stromaufwärts und/oder stromabwärts der Brennkammer 12. Die modifizierten Endabdeckungen 13 können diese technischen Wirkungen durch Variation der Geometrie der Endabdeckung 13 von einer oder mehreren Brennkammern 12 erzielen. Zum Beispiel können die Endabdeckungen 13 mehrerer Brennkammern 12 durch Änderung der geometrischen Form (z.B. abgewinkelt, konkav, konvex, konkav abgewinkelt, konvex abgewinkelt, ähnlich verschiedenen Vielecken geformt, unregelmäßig geformt, unregelmäßig abgewinkelt usw.), der geometrischen Eigenschaften (z.B. Abmessungen, Höhe, Breite, Tiefe, Länge, Winkelgrad, Winkeleigenschaften usw.), der geometrischen Anordnungen (z.B. Drehungsgrad zwischen zwei Endabdeckungen, Position, Lage usw.) und/oder jedweder Kombination davon variiert werden. Das Variieren der geometrischen Eigenschaften der Endabdeckungen 13 in verschiedenen Mustern oder Gruppierungen kann dazu beitragen, die Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu reduzieren, um unerwünschte Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen in einem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um dem Fachmann die Ausführung der Erfindung, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Geräten bzw. Systemen und der Durchführung eingebundener Verfahren, zu ermöglichen. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die fachkundigen Personen einfallen. Es ist vorgesehen, dass derartige andere Beispiele im Umfang der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente beinhalten, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von dem Wortsinn der Ansprüche beinhalten.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein System mit einer Gasturbine, die eine erste Brennkammer und eine zweite Brennkammer enthält. Die erste Brennkammer enthält eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie, und die zweite Brennkammer enthält eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie. Die erste Geometrie hat relativ zu der zweiten Geometrie einen oder mehrere geometrische Unterschiede.

Claims (10)

  1. System, das aufweist: eine Gasturbine, die aufweist: eine erste Brennkammer, die eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie aufweist, und eine zweite Brennkammer, die eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie aufweist, wobei die erste Geometrie relativ zu der zweiten Geometrie wenigstens einen geometrischen Unterschied hat.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine geometrische Unterschied eingerichtet ist, um zur Reduzierung des kohärenten Verhaltens zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer beizutragen.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und die zweite Endabdeckung einander gleich sind, die erste Geometrie eine erste asymmetrische Geometrie ist, die zweite Geometrie eine zweite asymmetrische Geometrie ist und der wenigstens eine geometrische Unterschied ein Drehversatz zwischen der ersten und der zweiten asymmetrischen Geometrie relativ zu Achsen der ersten und der zweiten Brennkammer ist, wobei die erste asymmetrische Geometrie vorzugsweise eine erste gewinkelte Endwand der ersten Endabdeckung umfasst und die zweite asymmetrische Geometrie eine zweite gewinkelte Endwand der zweiten Endabdeckung umfasst.
  4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine geometrische Unterschied einen anderen Winkel, einen anderen Krümmungsradius, eine andere Krümmung, eine andere Anzahl gewinkelter Teile, eine andere Anzahl gekrümmter Teile, eine andere Anzahl von Seiten, eine andere Symmetrie oder Asymmetrie, eine andere Ungleichmäßigkeit, eine andere Drehausrichtung um eine Achse der ersten oder der zweiten Brennkammer, einen Drehversatz zwischen der ersten und der zweiten Geometrie relativ zu Achsen der ersten und der zweiten Brennkammer oder irgendeine Kombination davon umfasst.
  5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige erste und zweite Geometrie bei der ersten und der zweiten Endabdeckung verschiedene gewinkelte Endwände, konkave Endwände, konvexe Endwände, mehrwinklige Endwände, unregelmäßige Endwände oder gestufte Endwände oder irgendeine Kombination davon definieren.
  6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Geometrie der ersten Endabdeckung eingerichtet ist, um in der ersten Brennkammer wenigstens teilweise eine erste Akustik und/oder eine erste Verbrennungsdynamik zu verursachen, die zweite Geometrie der zweiten Endabdeckung eingerichtet ist, um in der zweiten Brennkammer wenigstens teilweise eine zweite Akustik und/oder eine zweite Verbrennungsdynamik zu verursachen, und der wenigstens eine geometrische Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Geometrie Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Akustik und/oder der ersten und der zweiten Verbrennungsdynamik verursacht.
  7. System, das aufweist: eine erste Turbinenbrennkammer, die eine erste Endabdeckung mit einer ersten Geometrie aufweist, die einer ersten kopfseitigen Kammer zugekehrt ist, wobei die erste Geometrie eingerichtet ist, um eine erste Akustik und/oder eine erste Verbrennungsdynamik in der ersten Turbinenbrennkammer zumindest teilweise zu steuern.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die erste Geometrie eine erste asymmetrische Geometrie relativ zu einer ersten Achse der ersten Turbinenbrennkammer umfasst, wobei die erste asymmetrische Geometrie eine erste asymmetrische gewinkelte Endwand, eine asymmetrische Konfiguration von Winkeln, Krümmungen, Seiten oder irgendeine Kombination davon umfasst.
  9. System nach Anspruch 7 oder 8, das eine zweite Turbinenbrennkammer aufweist, die eine zweite Endabdeckung mit einer zweiten Geometrie aufweist, die einer zweiten kopfseitigen Kammer zugekehrt ist, wobei die zweite Geometrie eingerichtet ist, um eine zweite Akustik und/oder zweite Verbrennungsdynamik in der zweiten Turbinenbrennkammer zumindest teilweise zu steuern, und die erste und die zweite Geometrie wenigstens einen Unterschied haben, um die zweite Akustik relativ zu der ersten Akustik zu variieren und/oder die zweite Verbrennungsdynamik relativ zu der ersten Verbrennungsdynamik zu variieren, wobei der wenigstens eine Unterschied vorzugsweise eine andere Drehausrichtung zwischen der ersten und der zweiten Geometrie der jeweiligen ersten und zweiten Endabdeckung umfasst.
  10. Verfahren, das aufweist: Steuern einer ersten Akustik und/oder einer ersten Verbrennungsdynamik in einer ersten Brennkammer mit einer ersten Geometrie einer ersten Endabdeckung, die einer ersten kopfseitigen Kammer der ersten Brennkammer zugekehrt ist, und Steuern einer zweiten Akustik und/oder einer zweiten Verbrennungsdynamik in einer zweiten Brennkammer mit einer zweiten Geometrie einer zweiten Endabdeckung, die einer zweiten kopfseitigen Kammer der zweiten Brennkammer zugekehrt ist, wobei die erste und die zweite Geometrie wenigstens einen Unterschied haben, um die zweite Akustik relativ zu der ersten Akustik zu variieren und/oder um die zweite Verbrennungsdynamik relativ zu der ersten Verbrennungsdynamik zu variieren.
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