DE102016106984A1

DE102016106984A1 - Systeme und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik in einem Verbrennungssystem

Info

Publication number: DE102016106984A1
Application number: DE102016106984.1A
Authority: DE
Inventors: Sarah Lori Crothers; Hasan Karim; Joel Meador Hall
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2016-10-20
Also published as: JP6774208B2; US10113747B2; US20160305337A1; JP2016205808A; CN106196173A; CN106196173B; GB2539082A; GB2539082B

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein System mit einer Gasturbine. Die Gasturbine enthält eine erste Brennkammer, die einen ersten Brennstoffinjektor aufweist, und eine zweite Brennkammer, die einen zweiten Brennstoffinjektor aufweist. Die Gasturbine enthält ferner eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt. Die erste Brennstoffleitung weist ein erstes akustisches Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass auf. Die Gasturbine enthält ferner eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt. Die zweite Brennstoffleitung weist ein zweites akustisches Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass auf, wobei das erste akustische Volumen und das zweite akustische Volumen sich voneinander unterscheiden.

Description

HINTERGRUND
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinensysteme und insbesondere Systeme und Verfahren zur Reduktion der Verbrennungsdynamik und insbesondere zur Reduktion einer modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik innerhalb einer Gasturbine.
Gasturbinensysteme enthalten im Allgemeinen eine Gasturbine mit einem Verdichterabschnitt, einem Brennkammerabschnitt und einem Turbinenabschnitt. Der Brennkammerabschnitt kann eine oder mehrere Brennkammern (z.B. Rohrbrennkammern) enthalten, wobei jede Brennkammer ein primäres Verbrennungssystem und ein sekundäres Verbrennungssystem (z.B. ein System für späte Magergemischeinspritzung (LLI-System)) stromabwärts von dem primären Verbrennungssystem aufweist. Ein Gemisch aus Brennstoff und/oder Luft kann in das primäre und das sekundäre Verbrennungssystem durch Brennstoffdüsen hindurch geleitet werden, und jedes Verbrennungssystem kann eingerichtet sein, um das Gemisch aus dem Brennstoff und der Luft zu verbrennen, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine oder mehrere Turbinenstufen in dem Turbinenabschnitt antreiben.
Die Erzeugung der heißen Verbrennungsgase kann vielfältige Verbrennungsdynamik hervorrufen, die auftritt, wenn die akustischen Schwingungen der Brennkammer mit der Flammendynamik (auch als Schwingungskomponente der Wärmefreisetzung bezeichnet) in Wechselwirkung treten, um zu einer selbsterhaltenden Druckschwingung in der Brennkammer zu führen. Die Verbrennungsdynamik kann bei vielen einzelnen Frequenzen oder über einen Bereich von Frequenzen hinweg auftreten und kann sich in Bezug auf die jeweilige Brennkammer sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts ausbreiten. Z.B. können sich die Druckwellen stromabwärts in den Turbinenabschnitt, z.B. durch eine oder mehrere Turbinenstufen, oder stromaufwärts in das Brennstoffsystem ausbreiten. Bestimmte Bauteile des Turbinensystems können möglicherweise auf die Verbrennungsdynamik ansprechen, insbesondere wenn die von den einzelnen Brennkammern erzeugten Verbrennungsdynamiken eine phasengleiche und kohärente Beziehung zueinander aufweisen und Frequenzen bei oder nahe an den Eigen- oder Resonanzfrequenzen der Bauteile haben. In dem Kontext der Verbrennungsdynamik bezeichnet „Kohärenz“ die Stärke der linearen Beziehung zwischen zwei dynamischen Signalen, und sie ist stark von dem Grad der Frequenzüberlappung zwischen ihnen beeinflusst. Im Zusammenhang mit der Verbrennungsdynamik ist „Kohärenz“ ein Maß der modalen Kopplung oder der akustischen Brennkammer-Brennkammer-Wechselwirkung, die das Verbrennungssystem aufweist.
Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einer Steuerung der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik, um die Möglichkeit einer unerwünschten Mitschwingungsreaktion (z.B. eines Resonanzverhaltens) von Bauteilen in dem Turbinensystem zu reduzieren.
KURZDARSTELLUNG
Bestimmte Ausführungsformen, deren Umfang dem der ursprünglich beanspruchten Erfindung entspricht, sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sind nicht dazu vorgesehen, den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken, sondern sind vielmehr dazu vorgesehen, lediglich eine Kurzdarstellung möglicher Formen der Erfindung bereitzustellen. Tatsächlich kann die Erfindung vielfältige Formen umfassen, die den nachstehend dargelegten Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von ihnen unterscheiden können.
In einem ersten Aspekt enthält ein System eine Gasturbine. Die Gasturbine enthält eine erste Brennkammer mit einem ersten Brennstoffinjektor und eine zweite Brennkammer mit einem zweiten Brennstoffinjektor. Die Gasturbine enthält ferner eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt. Die erste Brennstoffleitung weist ein erstes akustisches Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass auf. Die Gasturbine enthält ferner eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt. Die zweite Brennstoffleitung weist ein zweites akustisches Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass auf, wobei das erste akustische Volumen und das zweite akustische Volumen sich voneinander unterscheiden.
In dem zuvor erwähnten System kann die erste Brennkammer eine erste Brennstoffdüse stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor aufweisen, und die zweite Brennkammer kann eine zweite Brennstoffdüse stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor aufweisen.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System kann ein oder können mehrere geometrische Unterschiede zwischen einer ersten Geometrie der ersten Öffnung und einer zweiten Geometrie der zweiten Öffnung eine Länge, eine Weite, eine Höhe der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Öffnung eine erste Öffnung aufweisen, und die zweite Öffnung kann eine zweite Öffnung aufweisen, wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung eine Kohärenz zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer reduzieren können oder die Phase zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer verändern können.
In den zuletzt erwähnten Ausführungsformen kann der eine oder können die mehreren geometrischen Unterschiede zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung eine Gestalt, eine Dicke, eine Dimension, eine Lochgestalt, eine Lochgröße, eine Lochanzahl oder eine Anordnung mehrerer Löcher aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Brennstoffleitung eine erste Leitungsgeometrie aufweisen, und die zweite Brennstoffleitung kann eine zweite Leitungsgeometrie aufweisen, wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Leitungsgeometrie und der zweiten Leitungsgeometrie die Phase zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer verändern und/oder die Kohärenz zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer reduzieren kann bzw. können.
In den zuletzt erwähnten Ausführungsformen kann der eine oder können die mehreren geometrischen Unterschiede zwischen der ersten Leitungsgeometrie und der zweiten Leitungsgeometrie eine Länge, eine Weite, einen Durchmesser, ein akustisches Volumen, eine innere Oberfläche, eine Gestalt oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen.
In einem zweiten Aspekt enthält ein System eine erste Brennkammer eines Gasturbinensystems. Die erste Brennkammer enthält einen ersten Brennstoffinjektor, der einen ersten Brennstoffauslass aufweist, und einen zweiten Brennstoffinjektor, der einen zweiten Brennstoffauslass aufweist. Die erste Brennkammer enthält ferner eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu dem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt. Die erste Brennstoffleitung weist eine erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass auf, und die erste Öffnung weist eine erste Öffnungsgeometrie auf. Die erste Brennkammer enthält ferner eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu dem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt. Die zweite Brennstoffleitung weist eine zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass auf, und die zweite Öffnung weist eine zweite Öffnungsgeometrie auf. Die erste Leitungsgeometrie und die zweite Leitungsgeometrie unterscheiden sich voneinander, oder die erste Öffnungsgeometrie und die zweite Öffnungsgeometrie unterscheiden sich voneinander, oder es liegt eine Kombination hiervon vor.
In dem zuvor erwähnten System gemäß dem zweiten Aspekt kann ein oder können mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Öffnungsgeometrie der ersten Öffnung und der zweiten Öffnungsgeometrie der zweiten Öffnung Unterschiede hinsichtlich einer Gestalt, einer Dicke, einer Lochgestalt, einer Lochgröße, einer Lochanzahl oder einer Anordnung mehrerer Löcher aufweisen.
Zusätzlich oder als eine Alternative können ein oder mehrere Unterschiede zwischen der ersten Öffnungsgeometrie der ersten Öffnung und der zweiten Öffnungsgeometrie der zweiten Öffnung helfen, eine Wärmefreisetzung zwischen dem ersten Brennstoffinjektor und dem zweiten Brennstoffinjektor zu variieren.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem zweiten Aspekt kann der erste Brennstoffauslass einen ersten Brennstoffauslass mit einer dritten Öffnungsgeometrie aufweisen, und der zweite Brennstoffauslass kann einen zweiten Brennstoffauslass mit einer vierten Öffnungsgeometrie aufweisen, wobei sich die dritte Öffnungsgeometrie von der vierten Öffnungsgeometrie unterscheidet.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem zweiten Aspekt kann die erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass einem ersten akustischen Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass entsprechen, und die zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass kann einem zweiten akustischen Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass entsprechen, wobei sich das zweite akustische Volumen von dem ersten akustischen Volumen unterscheidet.
Insbesondere kann ein oder können mehrere Unterschiede zwischen dem ersten akustischen Volumen und dem zweiten akustischen Volumen helfen, Verbrennungsdynamikamplituden zwischen dem ersten Brennstoffinjektor und dem zweiten Brennstoffinjektor der ersten Brennkammer zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen Systems gemäß dem zweiten Aspekt kann das System zwei oder mehrere Brennkammern aufweisen, die jeweils mit einem oder mehreren Brennstoffzufuhrsystemen ausgestattet sind, wobei jede Brennkammer ein erstes Brennstoffzufuhrsystem mit einem oder mehreren geometrischen Unterschieden im Vergleich zu einem zweiten Brennstoffzufuhrsystem einer anderen Brennkammer aufweisen kann.
In einem dritten Aspekt enthält ein System eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass eines ersten Brennstoffinjektors einer Gasturbine erstreckt. Die erste Brennstoffleitung weist eine erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass auf, und die erste Öffnung weist eine erste Öffnungsgeometrie auf. Das System enthält ferner eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass eines zweiten Brennstoffinjektors der Gasturbine erstreckt. Die zweite Brennstoffleitung weist eine zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass auf. Die zweite Öffnung weist eine zweite Öffnungsgeometrie auf, die sich von der ersten Öffnungsgeometrie unterscheidet, oder die zweite Leitungsgeometrie unterscheidet sich von der ersten Leitungsgeometrie.
In einigen Ausführungsformen des zuvor erwähnten Systems gemäß dem dritten Aspekt kann sich die erste Leitungsgeometrie von der zweiten Leitungsgeometrie unterscheiden.
Insbesondere kann ein oder können mehrere Unterschiede zwischen der ersten Leitungsgeometrie und der zweiten Leitungsgeometrie eine Länge, eine Weite, einen Durchmesser, eine innere Oberfläche, eine Gestalt oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen.
In weiteren Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems gemäß dem dritten Aspekt können sich die erste und die zweite Öffnungsgeometrie voneinander unterscheiden.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem dritten Aspekt kann ein oder können mehrere Unterschiede zwischen der ersten und der zweiten Leitungsgeometrie und/oder zwischen der ersten und der zweiten Öffnungsgeometrie helfen, Verbrennungsdynamikamplituden zwischen dem ersten Brennstoffinjektor und dem zweiten Brennstoffinjektor zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems gemäß dem dritten Aspekt kann der erste Brennstoffinjektor mit einer ersten Brennkammer gekoppelt sein, und der zweite Brennstoffinjektor kann mit einer zweiten Brennkammer gekoppelt sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen durch die Zeichnungen hinweg gleiche Teile kennzeichnen, worin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems mit mehreren Brennkammern, wobei jede Brennkammer mit einem Brennstoffkreislauf zur späten Magergemischeinspritzung (LLI) ausgestattet ist;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer der Brennkammern nach 1, einschließlich einer oder mehrerer Brennstoffleitungen innerhalb des LLI-Brennstoffkreislaufs, bei denen die Position einer Vor-Öffnung innerhalb jeder Brennstoffleitung von einer Brennstoffleitung zur anderen variiert, um zu helfen, die Verbrennungsdynamik und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zu kontrollieren, um die Möglichkeit unerwünschter Schwingungsantworten in stromabwärtigen Bauteilen zu reduzieren;
3 eine quergeschnittene schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Querschnittsansicht der Brennkammer nach 2, geschnitten entlang der Linie 3-3, unter Veranschaulichung der einen oder mehreren Brennstoffleitungen, die eingerichtet sind, um einen sekundären Brennstoff von der Vor-Öffnung zu einer Nach-Öffnung zu leiten;
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Gasturbinensystems nach 1 unter Veranschaulichung mehrerer Brennkammern, die jeweils ein oder mehrere Brennstoffzufuhrsysteme aufweisen.
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von zwei Brennstoffzufuhrsystemen, die mit einer Brennkammer nach 4 gekoppelt sind; und
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von Vor-Öffnungen (z.B. einer ersten Vor-Öffnung und einer zweiten Vor-Öffnung) der zwei Brennstoffzufuhrsysteme nach 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben sein. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden derartigen tatsächlichen Implementierung wie in jedem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt zahlreiche implementationsspezifische Entscheidung getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler, wie beispielsweise die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Randbedingungen, einzuhalten, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Außerdem sollte erkannt werden, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, nichtsdestoweniger ein routinemäßiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Ausdrücke „aufweisen“, „enthalten“ und „haben“ sollen umfassend sein und bedeuten, dass außer den aufgeführten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
Die vorliegende Offenbarung ist auf die Reduktion der Verbrennungsdynamik und/oder der modalen Kopplung der Verbrennungsdynamik gerichtet, um unerwünschte Schwingungsreaktionen in stromabwärtigen Bauteilen eines Gasturbinensystems und/oder den Brennkammern selbst zu reduzieren. Eine Gasturbinenbrennkammer (oder Brennkammeranordnung) kann aufgrund des Verbrennungsprozesses, aufgrund von Eigenschaften von eingelassenen Fluidströmungen (z.B. Brennstoff, Oxidationsmittel, Verdünnungsmittel, etc.) in die Brennkammer und verschiedenen weiteren Faktoren Verbrennungsdynamiken erzeugen. Die Verbrennungsdynamik kann als Druckschwankungen, -pulsationen, -schwankungen und/oder -wellen mit gewissen Frequenzen gekennzeichnet sein. Die Fluidströmungseigenschaften können Geschwindigkeit, Druck, Geschwindigkeits- und/oder Druckschwankungen, Veränderungen in Strömungspfaden (z.B. Biegungen, Formen, Unterbrechungen, usw.) oder eine beliebige Kombination von diesen enthalten. Insgesamt kann die Verbrennungsdynamik in verschiedenen Bauteilen stromaufwärts und/ oder stromabwärts von der Brennkammer sowie in den Brennkammern selbst Schwingungsantworten und/oder ein Resonanzverhalten hervorrufen. Z.B. kann die Verbrennungsdynamik (z.B. bei gewissen Frequenzen, Frequenzbereichen, Amplituden, Brennkammer-Brennkammer-Phasen, etc.) sich stromaufwärts und stromabwärts in dem Gasturbinensystem ausbreiten. Falls die Gasturbinenbrennkammern, stromaufwärtige Bauteile und/oder stromabwärtige Bauteile Eigen- oder Resonanzfrequenzen aufweisen, die durch diese Druckschwankungen angeregt werden (d.h. eine Verbrennungsdynamik), können die Druckschwankungen dann möglicherweise Schwingungen, Beanspruchung, Ermüdung usw. verursachen. Zu den Bauteilen können Brennkammerauskleidungen, Strömungshülsen von Brennkammern, Brennkammerkappen, Brennstoffdüsen, Turbinenleitschaufeln, Turbinenlaufschaufeln, Turbinendeckbänder, Turbinenlaufräder, Lager, Brennstoffzufuhranordnungen oder eine beliebige Kombination von diesen gehören. Die stromabwärtigen Bauteile sind von besonderem Interesse, da sie für Verbrennungstöne, die phasengleich und kohärent sind, empfindlicher sind. Somit reduziert eine Reduktion der Kohärenz, eine Veränderung der Phase und/oder eine Reduktion der Amplituden der Verbrennungsdynamik insbesondere die Möglichkeit unerwünschter Schwingungen in stromabwärtigen Komponenten. Eine Möglichkeit zur Reduktion der Kohärenz der Verbrennungsdynamik unter den Brennkammern besteht darin, die Frequenzbeziehung zwischen zwei oder mehreren Brennkammern unter Verringerung jeglicher Brennkammer-Brennkammer-Kupplung zu verändern. Wenn die Verbrennungsdynamikfrequenz in einer Brennkammer von derjenigen der anderen Brennkammern weg getrieben wird, wird die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik reduziert, was wiederum die Fähigkeit, dass der Brennkammerton eine Schwingungsantwort in stromabwärtigen Bauteilen hervorruft, reduziert. Ein alternatives Verfahren zur Reduktion der modalen Kopplung besteht darin, die konstruktive Interferenz der Brennstoffdüsen innerhalb derselben Brennkammer durch Einführung einer Phasenverzögerung zwischen den Brennstoffdüsen unter Reduktion der Amplituden in jeder Brennkammer und möglicherweise einer Verhinderung oder Reduktion der Brennkammer-Brennkammer-Kopplung zu reduzieren. Außerdem kann die Einbringung einer Phasenverzögerung zwischen den Brennkammern oder eine anderweitige Veränderung der Phasenbeziehung zwischen zwei oder mehreren Brennkammern ferner helfen, unerwünschte Schwingungen in dem Gasturbinensystem zu verhindern oder zu reduzieren.
Wie im Einzelnen nachstehend erläutert, können die offenbarten Ausführungsformen die physikalischen Eigenschaften einer Vor-Öffnung innerhalb einer Brennstoffleitung einer Brennstoffzufuhranordnung (z.B. eines Brennstoffkreislaufs zur späten Magergemischeinspritzung (eines LLI-Brennstoffkreislaufs)) variieren, um die akustische Impedanz des Brennstoffsystems zu modifizieren, was zu Verbrennungsdynamikfrequenzen in einer oder mehreren Brennkammern führen kann, die sich voneinander unterscheiden, zueinander phasenverschoben, verschmiert oder über einen größeren Frequenzbereich verteilt sind, oder eine beliebige Kombination hiervon, im Vergleich zu beliebigen Resonanzfrequenzen der Bauteile in dem Gasturbinensystem. Wie vorstehend erwähnt, kann ein Gasturbinensystem eine oder mehrere Brennkammeranordnungen (z.B. Brennkammerrohre, Brennkammern, etc.) enthalten, und jede Brennkammer kann mit einer primären Verbrennungszone und einer sekundären Verbrennungszone eingerichtet sein. Insbesondere kann die sekundäre Verbrennungszone in einigen Ausführungsformen einen LLI-Brennstoffkreislauf enthalten, der eingerichtet ist, um einen sekundären Brennstoff in eine sekundäre Verbrennungszone zur Verbrennung zu leiten. In manchen Ausführungsformen enthält jeder LLI-Brennstoffkreislauf eine oder mehrere Brennstoffleitungen, die sich entlang entweder der Auskleidung oder der Strömungshülse der Brennkammer erstrecken, und jede Brennstoffleitung ist eingerichtet, um einen sekundären Brennstoff einem oder mehreren Brennstoffinjektoren zuzuführen, die den sekundären Brennstoff in die sekundäre Verbrennungszone leiten. Insbesondere kann jede von der einen oder den mehreren LLI-Brennstoffleitungen eine oder mehrere Vor-Öffnungen enthalten, durch die der Brennstoff in dem LLI-Brennstoffkreislauf strömt, bevor er an den LLI-Brennstoffdüsen ankommt, wo der Brennstoff in die Brennkammer durch eine oder mehrere Nach-Öffnungen eingespritzt wird. Die akustische Brennstoffsystemimpedanz der Brennstoffdüsen ist durch die Geometrie der Vor-Öffnung, die Geometrie der Nach-Öffnung und das Volumen zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung definiert. Demgemäß passt eine Variation der Position der Vor-Öffnung innerhalb des LLI-Brennstoffkreislaufs das Volumen zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung an, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrere Brennstoffdüsen anzupassen. Zusätzlich kann eine Veränderung der Größe, Gestalt und/oder Anzahl von Löchern in der Vor-Öffnung ebenfalls die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer Brennstoffdüsen verändern.
In manchen Ausführungsformen können sich die physikalischen Eigenschaften (zum Beispiel Position, Bemessung, Gestalt, Lage, effektive Fläche, etc.) der Vor-Öffnung jeder Brennstoffleitung innerhalb des LLI-Brennstoffkreislaufs einer einzelnen Brennkammer von den physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung einer anderen Brennstoffleitung innerhalb desselben LLI-Brennstoffkreislaufs unterscheiden. Zum Beispiel kann die Lage der Vor-Öffnung entlang der LLI-Brennstoffleitung verschoben werden, so dass sich diese näher an oder weiter weg von der Nach-Öffnung befindet, womit das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung verändert wird, wodurch die Brennstoffsystemimpedanz verändert wird. Als ein weiteres Beispiel kann die Lage der Vor-Öffnung relativ zu der Nach-Öffnung im Verhältnis zu anderen Brennstoffleitungen derselben Brennkammer verschoben werden, womit das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung verändert wird und dadurch die Brennstoffsystemimpedanz modifiziert wird. Ferner können in manchen Ausführungsformen die physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnungen der einen oder der mehreren Brennstoffleitungen innerhalb einer einzelnen Brennkammer sich von den physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnungen von einer oder mehreren Brennstoffleitungen innerhalb einer anderen (z.B. benachbarten, abwechselnden) Brennkammer innerhalb des Gasturbinensystems unterscheiden. Zum Beispiel kann die Lage der Vor-Öffnung relativ zu der Nach-Öffnung entlang der LLI-Brennstoffleitungen einer ersten Brennkammer im Vergleich zu der Lage der Vor-Öffnung relativ zu der Nach-Öffnung einer anderen Brennkammer (z.B. einer benachbarten Brennkammer) verschoben sein, wodurch das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung verändert wird und somit die Brennstoffsystemimpedanz zwischen verschiedenen Brennkammern innerhalb des Gasturbinensystems modifiziert wird.
In einigen Ausführungsformen wird durch Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung (z.B. der Lage, Größe, Position, Gestalt, effektiven Fläche, etc.) von einer oder mehreren Brennstoffleitungen innerhalb des LLI-Brennstoffkreislaufs der Brennkammer der Betrag und die Phase der Brennstoffsystemimpedanz für die Brennstoffdüse verändert, was die Schwankungskomponente der Wärmefreisetzung und folglich die Verbrennungsdynamik der Brennkammer beeinflusst. Eine Variation der Brennstoffsystemimpedanz zwischen zwei oder mehreren Brennstoffleitungen innerhalb einer Brennkammer durch Veränderung der physikalischen Eigenschaften von zwei oder mehreren Vor-Öffnungen hat unterschiedliche Beträge und Phasen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz für die verschiedenen Brennstoffdüsen zur Folge. Der Unterschied bei der Phase der Brennstoffsystemimpedanz zwischen den Brennstoffdüsen hat eine destruktive Interferenz der Wärmefreisetzungsschwankungen, die jeder der Brennstoffdüsen zugeordnet sind, zur Folge, wobei die Amplitude der Verbrennungsdynamik reduziert und möglicherweise der Frequenzgehalt der Verbrennungsdynamik über einen breiteren Frequenzbereich verwischt wird.
In einigen Ausführungsformen können die physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung (z.B. Lage, Größe, Position, Gestalt, effektive Fläche, etc.) jeder Brennstoffleitung innerhalb einer bestimmten Brennkammer gleich sein, können jedoch im Vergleich zu den Vor-Öffnungen von Brennstoffleitungen in anderen Brennkammern innerhalb des Systems variiert werden. Eine Variation der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnungen unter den Brennstoffleitungen verschiedener Brennkammern kann die akustische Brennstoffsystemimpedanz und folglich die Verbrennungsdynamik von Brennkammer zu Brennkammer in einer Weise verändern, um die Verbrennungsdynamikamplituden zu reduzieren, die Verbrennungsdynamikfrequenz zu modifizieren, die Phase der Verbrennungsdynamik zu modifizieren und/oder die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik unter den mehreren Gasturbinenbrennkammern zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen können die physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung innerhalb einer bestimmten Brennkammer sowie unter einer oder mehreren Brennkammern des Systems variiert werden, um dynamische Amplituden sowie die Kohärenz innerhalb und/oder unter den Brennkammern des Systems zu reduzieren. Zum Beispiel können die physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnungen unter den Brennkammern entsprechend verschiedenen Mustern oder Gruppierungen variiert werden, wie dies nachstehend näher erläutert ist. In der Tat können derartige Variationen helfen, die Amplituden der Verbrennungsdynamik zu reduzieren und/oder die Möglichkeit einer modalen Kopplung der Brennkammern zu reduzieren, insbesondere bei Frequenzen, die Resonanzfrequenzen der Bauteile des Gasturbinensystems gleichen.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 mit mehreren Brennkammern 12 und einem Brennstoffzufuhrkreislauf 14, wie beispielsweise einem LLI-Brennstoffkreislauf 14. Insbesondere kann jede Brennkammer 12 einem Brennstoffkreislauf 14 zugeordnet sein, der einen flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff in die Brennkammern 12 leitet. Zum Beispiel kann der Brennstoffkreislauf 14 eingerichtet sein, um einen flüssigen und/oder gasförmigen sekundären Brennstoff 16 (z.B. sekundären Brennstoff 16, zweiten Brennstoff 16) zu einem oder mehreren Brennstoffzufuhrsystemen 18 der Brennkammer 12 zu leiten. Jedes Brennstoffzufuhrsystem 18 der Brennkammer 12 enthält eine Vor-Öffnung 20, die an einer Brennstoffleitung 22 (wie in 2 veranschaulicht) der Brennkammer 12 angeordnet ist, und eine Nach-Öffnung 24, die an der Brennstoffleitung 22 angeordnet und im Wesentlichen innerhalb einer Brennstoffdüse angeordnet ist, wie beispielsweise eine sekundäre Brennstoffdüse (wie in 2 veranschaulicht) der Brennkammer 12. Der sekundäre Brennstoff 16 kann zu der Brennkammer 12 von dem Brennstoffkreislauf 14 geliefert werden. Von dem Brennstoffkreislauf 14 aus strömt der Brennstoff durch die Vor-Öffnung 20 in der Brennstoffleitung 22, und er kann anschließend durch die sekundäre Brennstoffdüse 64 über eine oder mehrere Nach-Öffnungen 24 geleitet werden. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Variation der Geometrien der Vor-Öffnungen 20, wie vorstehend beschrieben, die akustische Brennstoffsystemimpedanz einer oder mehrerer der sekundären Düsen 64 anpassen, was zu einer Verschiebung der Verbrennungsdynamikfrequenz und/oder zu größeren Schwankungen des Frequenzgehaltes der resultierenden Verbrennungsdynamik und/oder zu reduzierten Amplituden der Verbrennungsdynamik führt.
Das Gasturbinensystem 10 enthält die eine oder mehreren Brennkammern 12 mit den Brennstoffleitungssystemen 18, einen Verdichter 26 und eine Turbine 28. Die Brennkammern 12 enthalten primäre Brennstoffdüsen 30, die einen primären Brennstoff 32 (z.B. Flüssigbrennstoff und/oder einen gasförmigen Brennstoff, einen ersten Brennstoff, etc.) in die Brennkammern 12 zur Verbrennung innerhalb der primären Verbrennungszone leiten. Ebenso enthalten die Brennkammern sekundäre Brennstoffdüsen 64 (wie in 2 veranschaulicht), die einen sekundären Brennstoff 16 in die Brennkammern 12 zur Verbrennung innerhalb der sekundären Verbrennungszone leiten. Insbesondere ist jede Brennkammer 12 dem LLI-Brennstoffkreislauf 14 zugeordnet, der eingerichtet ist, um den sekundären Brennstoff 16 der einen oder den mehreren sekundären Brennstoffdüsen 64 über die eine oder mehreren Brennstoffleitungen 22 zuzuführen. Die Brennkammern 12 zünden und verbrennen ein Luft-Brennstoff-Gemisch, wobei die heißen Verbrennungsgase 34 anschließend in die Turbine 28 weitergeleitet werden. Die Turbine 28 enthält Turbinenlaufschaufeln, die mit einer Welle 36 verbunden sind, die auch mit verschiedenen weiteren Komponenten überall in dem System 10 verbunden ist. Während die Verbrennungsgase 34 durch die Turbinenschaufeln in der Turbine 38 strömen, wird die Turbine 28 drehend angetrieben, was die Welle 36 veranlasst umzulaufen. Schließlich treten die Verbrennungsgase 34 aus dem Turbinensystem 10 über einen Abgasauslass 38 aus. Ferner kann die Welle 36 mit einer Last 40 gekoppelt sein, die durch eine Drehung der Welle 36 angetrieben ist. Zum Beispiel kann die Last 40 eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, die Leistung über die Drehabgabe des Turbinensystems 10 erzeugen kann, wie beispielsweise eine Kraftwerksanlage oder eine externe mechanische Last. Zum Beispiel kann die Last 40 einen elektrischen Generator, einen Propeller eines Flugzeugs und dergleichen enthalten.
In einer Ausführungsform des Turbinensystems 10 sind Verdichterlaufschaufeln als Bauteile des Verdichters 26 enthalten. Die Laufschaufeln innerhalb des Verdichters 26 sind mit der Welle 36 verbunden und rotieren, wenn die Welle 36 durch die Turbine 28 drehend angetrieben wird, wie vorstehend beschrieben. Die Rotation der Laufschaufeln innerhalb des Verdichters 26 verdichtet eine Luft 43 aus einem Lufteinlass 42 zu Druckluft 44. Die Druckluft 44 wird anschließend in die primären Brennstoffdüsen 30 der Brennkammern 12 eingespeist. Die primären Brennstoffdüsen 30 vermischen die Druckluft 44 und einen Brennstoff miteinander, um ein geeignetes Gemischverhältnis für eine Verbrennung (z.B. eine Verbrennung, die den Brennstoff veranlasst, vollständiger zu verbrennen) zu schaffen, um so keinen Brennstoff zu verschwenden oder keine übermäßigen Emissionen herbeizuführen.
Wie in weiteren Einzelheiten nachstehend erläutert, können die physikalischen Eigenschaften (z.B. Position, Größe, Lage, Gestalt, effektive Fläche, etc.) der Vor-Öffnung 20 zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 derselben Brennkammer 12 variieren und/oder können zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 verschiedener Brennkammern 12 innerhalb desselben Gasturbinensystems 10 variieren. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung 20 und/oder des Volumens zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung 24 zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 derselben Brennkammer 12 helfen, die akustische Brennstoffsystemimpedanz zu variieren, und dadurch helfen, unerwünschte Schwingungsantworten innerhalb der Brennkammer und/oder in stromabwärtigen Bauteilen des Systems 10 zu reduzieren. Ebenso kann eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung 20 und/oder des Volumens zwischen der Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung 24 zwischen Brennstoffleitungen 22 verschiedener Brennkammern 12 helfen, die akustische Brennstoffsystemimpedanz zu variieren, was dadurch hilft, Amplituden und/oder eine Kohärenz der Verbrennungsdynamik zu reduzieren und/oder die Phase der Verbrennungsdynamik zu modifizieren.
In einigen Ausführungsformen können Änderungen der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung 20 für eine spezielle Brennstoffdüse die effektive Fläche und/oder das Druckverhältnis für diese Brennstoffdüse verändern, was wiederum Variationen des Massenstroms des sekundären Brennstoffs 16, der in die Brennkammer 12 eintritt, zur Folge haben kann. Z.B. kann die Gestalt der Vor-Öffnung 20 (z.B. rund, oval, quadratisch, polygonal, etc.) zwischen und/oder unter verschiedenen Brennkammern 12 variiert werden, um die effektive Fläche und/oder das Druckverhältnis der Vor-Öffnung 20 zu variieren, was den Massenstrom des sekundären Brennstoffs 16, der in die Brennkammer 12 eintritt, variieren würde. Als ein weiteres Beispiel kann eine Verschiebung der Lage der Vor-Öffnung 20 relativ zu der Nach-Öffnung 24 (z.B. näher zu der Nach-Öffnung 24 oder von der Nach-Öffnung 24 weg) das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 vergrößern oder verringern, was dadurch eine Phasenverzögerung zwischen einer oder mehreren sekundären Brennstoffdüsen 24 zur Folge hat und eine destruktive Interferenz der Äquivalenzverhältnisschwankungen, die durch die Brennstoffdüsen 64 hervorgerufen werden, verursacht. Auf diese Weise kann eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften Variationen zwischen der Wärmefreisetzung der LLI-Injektoren innerhalb der Brennkammer zur Folge haben, wodurch die Größe der zeitlichen Variation des dynamischen Frequenzgehalt in der Flammenregion vergrößert und/oder die destruktive Interferenz des dynamischen Frequenzgehalts in der Flammenregion vergrößert wird, was eine Reduktion der Amplitude der Verbrennungstöne und/oder der Kohärenz der Verbrennungsdynamik zur Folge haben kann.
In einigen Ausführungsformen kann/können die Größe und/oder Gestalt der Vor-Öffnung 20 zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 derselben Brennkammer 12 variieren und/oder kann/können zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 verschiedener Brennkammern 12 innerhalb desselben Gasturbinensystems 10 variieren. Während Variationen bei der Vor-Öffnung 20 beschrieben sind, sollte ferner beachtet werden, dass Veränderungen an den physikalischen Eigenschaften der Nach-Öffnung 24 (z.B. der Größe, Gestalt, Lage, Position, effektiven Fläche, etc.) ebenfalls helfen können, die Amplituden der Verbrennungsdynamik innerhalb des Systems 10 zu reduzieren. Ebenso kann eine Variation der physikalischen Eigenschaften der Brennstoffleitung 22 (z.B. Länge, Weite, Umfang, Durchmesser, effektive Fläche, etc.), um den Abstand und das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 zu verändern, helfen, unerwünschte Schwingungsantworten innerhalb des Gasturbinensystems 10 zu reduzieren.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer der Brennkammern 12, die in 1 dargestellt sind, wobei die Brennkammer 12 das Brennstoffzufuhrsystem 18 (z.B. ein erstes Brennstoffzufuhrsystem 17, ein zweites Brennstoffzufuhrsystem 19, etc.) mit der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24, die entlang der Brennstoffleitung 22 angeordnet sind, enthält. Es sollte beachtet werden, dass in manchen Ausführungsformen die Vor-Öffnung 20 an einer beliebigen Stelle entlang der Brennstoffleitung 22 angeordnet sein kann, wie in 2 veranschaulicht. Insbesondere können die physikalischen Eigenschaften (z.B. Lage, Größe, Gestalt, Dimensionen, Position) der Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 (z.B. der Vor-Öffnung 20, der Brennstoffleitung 22 und der Nach-Öffnung 24) zwischen verschiedenen Brennstoffzufuhrsystemen 18 der Brennkammer 12 variiert werden. Z.B. kann die Position der Vor-Öffnung 20 relativ zu der Nach-Öffnung 24 (und somit der dazwischenliegende Abstand und das dazwischenliegende Volumen) des ersten Brennstoffzufuhrsystems 17 sich von der Position der Vor-Öffnung 20 (und somit dem dazwischenliegenden Abstand und Volumen) relativ zu der Nach-Öffnung 24 des zweiten Brennstoffzufuhrsystems 19 unterscheiden, wie in Einzelheiten nachstehend beschrieben. Derartige Variationen können die akustische Brennstoffsystemimpedanz der zugehörigen sekundären Brennstoffdüsen 24 variieren, was Verbrennungsdynamikfrequenzen ergibt, die zwischen den Brennstoffdüsen 64 und/oder zwischen den Brennkammern 12 unterschiedlich und/oder phasenverschoben sind, wodurch unerwünschte Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 reduziert werden. Z.B. tritt die maximale destruktive Interferenz zwischen den Brennstoffdüsen 64 auf, wenn die Phasenverzögerung zwischen den Brennstoffdüsen 64 ungefähr 180 Grad beträgt.
Die Brennkammer 12 enthält ein Kopfende 50 mit einer Endabdeckung 52, eine Brennkammerkappenanordnung 54 und eine primäre Verbrennungszone 56. Die Endabdeckung 52 und die Brennkammerkappenanordnung 54 können eingerichtet sein, um die primären Brennstoffdüsen 30 in dem Kopfende 50 zu haltern. In der veranschaulichten Ausführungsform leiten die primären Brennstoffdüsen 30 den primären Brennstoff 32 zu der primären Verbrennungszone 56. Die Brennkammer 12 enthält eine Außenwand (z.B. die Strömungshülse 68), die längs des Umfangs um eine Innenwand (z.B. die Verbrennungsauskleidung 66) herum angeordnet ist. Die Innenwand kann auch ein Übergangsstück 69 enthalten, das in Richtung auf eine erste Stufe der Turbine 28 im Wesentlichen konvergiert. Eine Prallhülse 67 ist längs des Umfangs um das Übergangsstück 69 herum angeordnet. Ferner empfangen die primären Brennstoffdüsen 30 die Druckluft 44 von dem Ringraum 58 (z.B. zwischen dem Übergangsstück 69 und der Prallhülse 67 sowie zwischen der Auskleidung 66 und der Strömungshülse 68) der Brennkammer 12, und sie vereinigen die Druckluft 44 mit dem primären Brennstoff 32, um ein Luft/ Brennstoff-Gemisch zu bilden, das in der primären Verbrennungszone 56 gezündet und verbrannt wird, um Verbrennungsgase (z.B. ein Abgas) zu erzeugen.
Die Verbrennungsgase strömen in eine Richtung 60 zu einer sekundären Verbrennungszone 62. Der LLI-Brennstoffkreislauf 14 liefert den sekundären Brennstoff 16, der durch die Vor-Öffnung 20 hindurch strömt, in der Brennstoffleitung 22 zu der Nach-Öffnung 24. Insbesondere empfangen die Nach-Öffnungen 24 in den sekundären Brennstoffdüsen 64 den sekundären Brennstoff 16 von der Brennstoffleitung 22, und sie leiten den sekundären Brennstoff 16 in die sekundäre Verbrennungszone 62 zu dem Strom Verbrennungsgase. Ferner können die sekundären Brennstoffdüsen 64 die Druckluft 44 von dem Ringraum 58 der Brennkammer 12 empfangen und die Druckluft 44 mit dem sekundären Brennstoff 16 vereinigen, um ein Luft/Brennstoff-Gemisch zu bilden, das in der sekundären Verbrennungszone 62 gezündet und verbrannt wird, um die Verbrennungsgase zu bilden. Insbesondere strömt die Druckluft 44 durch den Ringraum 58 zwischen einem Übergangsstück 69 und einer Prallhülse 67 hindurch und anschließend zwischen einer Auskleidung 66 und einer Strömungshülse 68 der Brennkammer 12, um das Kopfende 50 zu erreichen. Die Verbrennungsgase strömen in der Richtung 60 durch das Übergangsstück 69 der Brennkammer 12 hindurch und treten in die Turbine 28 ein, wie vorstehend erwähnt.
Wie vorstehend beschrieben, kann eine Verbrennungsdynamik (z.B. die Erzeugung der heißen Verbrennungsgase) innerhalb der primären Verbrennungszone 56 und der sekundären Verbrennungszone 62 zu unerwünschten Schwingungsantworten innerhalb der Brennkammer 12 führen. Es kann hilfreich sein, die Verbrennungsdynamik innerhalb der oder unter den Brennkammern 12 zu reduzieren um zu helfen, unerwünschte Schwingungsantworten zu reduzieren. Demgemäß kann in einigen Ausführungsformen eine Variation der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung innerhalb und/oder unter den Brennkammern 12 helfen, Schwingungsantworten in dem Gasturbinensystem 10 zu reduzieren und eine Schwingungsbeanspruchung, einen Verschleiß, eine Leistungsbeeinträchtigung oder andere unerwünschte Einflüsse auf die Bauteile des Gasturbinensystems 10 (z.B. Turbinenlaufschaufeln, Turbinendeckbänder, Turbinenleitapparate, Abgaskomponenten, ein Brennkammerübergangsstück, eine Brennkammerauskleidung, etc.) zu minimieren.
In einigen Ausführungsformen kann die Position der Vor-Öffnung 20 relativ zu der Nach-Öffnung 24 (und somit der dazwischen liegende Abstand und das dazwischenliegende Volumen) zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 der Brennkammer 12 variiert werden, so dass die Vor-Öffnung 20 entlang der Brennstoffleitung 22 verschoben wird, um näher an der Nach-Öffnung 24 und den sekundären Brennstoffdüsen 24 oder von diesen weiter entfernt zu liegen. Z.B. kann ein erster Abstand 72 zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des ersten Brennstoffzufuhrsystems 17 anders (z.B. länger, kürzer, größer, kleiner, etc.) als ein zweiter Abstand 74 zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des zweiten Brennstoffzufuhrsystems 19 sein. In der Tat können die Abstände auf der Basis der Stelle, an der die Vor-Öffnung 20 entlang der Brennstoffleitung 22 angeordnet ist, variieren oder eingerichtet sein, um auf dieser Basis zu variieren. In manchen Ausführungsformen kann eine Variation des Abstands 72, 74 zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 vorgenommen werden, indem die Länge der Brennstoffleitung 22 stromaufwärts und stromabwärts von der Vor-Öffnung mittels eines oder mehrerer Abschnitte von Flanschrohren vergrößert oder verringert wird. In manchen Ausführungsformen kann die Länge der Brennstoffleitungen 22 zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 gleich sein, wobei jedoch die Lage der Vor-Öffnungen 20, die entlang der Brennstoffleitung 22 angeordnet sind, zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 28 variieren kann. In der Tat kann eine Variation des Abstands (z.B. des ersten Abstands 72 und des zweiten Abstands 74 der Vor-Öffnung 20 relativ zu der Nach-Öffnung 24) zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 Phasenverzögerungen zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 ergeben, die zu einer destruktiven Interferenz der Wärmefreisetzungsschwankungen der Brennstoffdüsen 64, die mit jedem Brennstoffzufuhrsystem 18 verbunden sind, führen, wodurch die Amplitude der Brennkammertöne und möglicherweise die Kohärenz der Verbrennungsdynamik reduziert werden.
Ferner können in einigen Ausführungsformen physikalische Eigenschaften (z.B. Position, Lage, Größe, Gestalt, Dimensionen, effektive Fläche, etc.) anderer Bauteile des Brennstoffzufuhrsystems 18 zwischen verschiedenen Brennstoffzufuhrsystemen 18 (z.B. dem ersten Brennstoffzufuhrsystem 17 und dem zweiten Brennstoffzufuhrsystem 19) variieren, wie dies weiter mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Z.B. kann/ können die Größe und/oder effektive Fläche der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24 (z.B. der Durchmesser des Durchgangs der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24), die Gestalt des Durchgangs der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24 (z.B. oval, kreisförmig, rechteckig, eine beliebige geometrische Gestalt, etc.), der Winkel des Durchgangs der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24 (z.B. unter einem Winkel aufwärts geneigt, unter einem Winkel abwärts geneigt, etc.) und dergleichen zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 variieren. Ferner können in einigen Ausführungsformen die Vor-Öffnung 20 und die Nach-Öffnung 24 eine Reihe oder ein Muster von Löchern sein. In derartigen Ausführungsformen kann die Größe, die Gestalt, das Muster und/oder die Anordnung der Löcher der Vor-Öffnung 20 und der Löcher der Nach-Öffnung 24 zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 der Brennkammer 12 variieren. In einigen Ausführungsformen kann/können die Vor-Öffnung 20 und/oder die Nach-Öffnung 24 unter den mehreren Brennkammern 12 (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehreren Brennkammern 12) mit verschiedenen Durchmessern, Formen, Größen, etc. variieren.
Zusätzlich können die physikalischen Eigenschaften der Brennstoffleitung 22 ebenfalls zwischen verschiedenen Brennstoffleitungen 22 der Brennkammer 12 variieren. Z.B. können die offenbarten Ausführungsformen zusätzlich zu einer Variation der Länge (z.B. des ersten Abstands 72 oder des zweiten Abstands 74) der Brennstoffleitungen 22 auch den Durchmesser der Brennstoffleitung 22 und dergleichen variieren. In der Tat können auch eine oder mehrere physikalische Eigenschaften der offenbarten Ausführungsformen jede Komponente innerhalb des Brennstoffzufuhrsystems 18 zwischen verschiedenen Brennstoffzufuhrsystemen 18 der Brennkammer 12 variieren, so dass die Verbrennungsdynamik an jeder sekundären Brennstoffdüse 24 (hinsichtlich der Phase und/oder der Frequenz) anders ist, um zu helfen, unerwünschte Schwingungsantworten innerhalb des Gasturbinensystems 10 zu reduzieren.
In einigen Ausführungsformen können die dynamischen Amplituden sowie die Kohärenz zwischen verschiedenen Brennkammern 12 des Systems 10 durch Variation der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnungen unter den Brennkammern 12 reduziert werden, wie dies weiter in Bezug auf 4 beschrieben ist. Während z.B. die Position der Vor-Öffnung 22 relativ zu der Nach-Öffnung 24 unter den Brennstoffzufuhrsystemen 18 einer einzelnen Brennkammer 12 gleich sein kann, kann die Position der Vor-Öffnung 22 relativ zu der Nach-Öffnung 24 zwischen Brennstoffzufuhrsystemen 18 verschiedener Brennkammern 12 innerhalb des Systems 10 variiert werden. Ferner können die physikalischen Eigenschaften (z.B. Größe, Position, Gestalt, Lage, Dimensionen, effektive Fläche, etc.) der Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 (z.B. der Vor-Öffnung 20, der Brennstoffleitung 22, der Nach-Öffnung 24) zwischen verschiedenen Brennkammern 12 des Systems 10 variieren. In einigen Ausführungsformen können die physikalischen Eigenschaften der Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 28 zwischen den Brennstoffleitungen 18 derselben Brennkammer 12 sowie zwischen Brennstoffleitungen 18 unterschiedlicher Brennkammern 12 variieren.
3 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der in 2 dargestellten Brennkammer 12 unter Veranschaulichung eines oder mehrerer Brennstoffzufuhrsysteme 18, die jeweils den sekundären Brennstoff 16 aufnehmen. Insbesondere wird der sekundäre Brennstoff 16 durch die Vor-Öffnung 20 hindurch, durch die Brennstoffleitung 22 hindurch und anschließend durch die Nach-Öffnung 24 der sekundären Brennstoffdüsen 64 hindurch geleitet (wie in 2 veranschaulicht). Die Brennstoffleitungen 22, die aus einem oder mehreren Abschnitten von Flanschrohrleitungen bestehend, erstrecken sich entlang der Außenseite der Strömungshülse 68 der Brennkammer 12, wie in 2 veranschaulicht, so dass die Brennstoffleitungen 22 den sekundären Brennstoff 16 von der Vor-Öffnung 20 zu der einen oder den mehreren sekundären Brennstoffdüsen 64 leiten. Während die veranschaulichte Ausführungsform die Brennstoffleitungen 22 mit abwechselnden großen und kleinen Durchmessern zeigt, wie nachstehend weiter erläutert, sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die Brennstoffleitungen 22 beliebig bemessene Durchmesser aufweisen können.
Insbesondere können die physikalischen Eigenschaften der Komponenten jedes Brennstoffzufuhrsystems 18 innerhalb der Brennkammer 12 variieren, so dass sich die Größe, Gestalt, Dimensionen, Konfiguration, Position, Lage und dergleichen zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 einer einzelnen Brennkammer 12 und/oder zwischen benachbarten Brennkammern 12 voneinander unterscheiden. Z.B. unterscheidet sich in der veranschaulichten Ausführungsform die Größe der Vor-Öffnung 20 und der Brennstoffleitung 22 für jedes benachbarte Brennstoffzufuhrsystem 18. Z.B. ist ein erster Durchmesser 78 der Brennstoffleitung 22 des ersten Brennstoffzufuhrsystems 17 größer als ein zweiter Durchmesser 80 der Brennstoffleitung 22 des zweiten Brennstoffzufuhrsystems 19. Es sollte beachtet werden, dass, während die veranschaulichte Ausführungsform abwechselnde und/oder benachbarte Brennstoffzufuhrsysteme 18 (z.B. das erste Zufuhrsystem 17 und das zweite Brennstoffzufuhrsystem 19) mit Variationen der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung 20 und/oder der Brennstoffleitung 22 zeigt, in anderen Ausführungsformen eine beliebige Kombination und/oder ein beliebiges Muster der Brennstoffzufuhrsysteme 18 Variationen der physikalischen Eigenschaften der Komponenten der Brennstoffzufuhrsysteme 18 aufweisen können. Ferner können eine oder mehrere Variationen physikalischer Eigenschaften zwischen beliebigen zwei Brennstoffzufuhrsystemen 18 vorliegen. Wie vorstehend erwähnt, zeigt die veranschaulichte Ausführungsform Brennstoffleitungen 22, die sich zwischen dem ersten Durchmesser 78 und dem zweiten Durchmesser 80 abwechseln. In anderen Ausführungsformen kann die Durchmessergröße der Brennstoffleitungen 22 zwischen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehreren verschiedenen Größen, Formen, etc. wechseln.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Gasturbinensystems 10 nach 1 unter Darstellung mehrerer Brennkammern 12, die jeweils ein oder mehrere Brennstoffzufuhrsysteme 18 aufweisen. Insbesondere enthält jedes Brennstoffzufuhrsystem 18 verschiedene Komponenten, wie beispielsweise die Vor-Öffnung 20, die Brennstoffleitung 22 und die Nach-Öffnung 24, und die physikalischen Eigenschaften (z.B. Größe, Position, Durchmesser, Lage, Form, geometrische Eigenschaften, etc.) einer oder mehrerer Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 können innerhalb und/oder zwischen der einen oder den mehreren Brennkammern 12 des Systems 10 variieren. Wie vorstehend erwähnt, haben Variationen innerhalb der Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 einer einzelnen Brennkammer 12 und/oder zwischen den Komponenten der Brennstoffzufuhrsysteme 18 einer oder mehrerer Brennkammern 12 Änderungen der akustischen Brennstoffsystemimpedanz für eine oder mehrere Brennstoffdüsen 64 zur Folge, was dadurch zu einer Verschiebung der Verbrennungsdynamikfrequenz und/oder zu größeren Schwankungen in dem Frequenzgehalt der resultierenden Verbrennungsdynamik und/oder zu reduzierten Amplituden der Verbrennungsdynamik und/oder zu Phasenunterschieden der Verbrennungsdynamik zwischen zwei oder mehreren Brennkammern 12 führt. Insbesondere zeigt die veranschaulichte Ausführungsform die Variationen der Brennstoffzufuhrsysteme 18 innerhalb der Brennkammer 12 und/oder zwischen den Brennkammern 12.
In der veranschaulichten Ausführungsform enthält das Gasturbinensystem 10 vier Brennkammern 12, die mit der Turbine 28 gekoppelt sind. Jedoch enthält das Gasturbinensystem 10 in anderen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl von Brennkammern 12 (z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 oder mehrere Brennkammern). Insbesondere enthält jede Brennkammer 12 den Brennstoffkreislauf 14, der eingerichtet ist, um den sekundären Brennstoff 16 zu der Vor-Öffnung 20 zu liefern, die in der Brennstoffleitung 22 in der Nähe des Kopfes 50 der Brennkammer 12 positioniert ist. Ferner wird der sekundäre Brennstoff 16 durch die Vor-Öffnung 20 hindurch, durch die Brennstoffleitung 22 hindurch und durch die Nach-Öffnung 24 hindurch geleitet. Insbesondere ist die Nach-Öffnung 24 eingerichtet, um den sekundären Brennstoff 16 von der sekundären Brennstoffdüse 64 in die sekundäre Verbrennungszone 62 zu leiten. Wie vorstehend erwähnt, zünden und verbrennen die Brennkammern 12 das Luft-Brennstoff-Gemisch (z.B. den sekundären Brennstoff 16 und/oder die Druckluft 44), und die heißen Verbrennungsgase 64 werden anschließend in die Turbine 28 weitergeleitet. Während die Verbrennungsgase 34 die Turbinenlaufschaufeln in der Turbine 28 durchströmen, können verschiedene Verbrennungsdynamiken unerwünschte Schwingungsantworten hervorrufen.
In einigen Ausführungsformen weisen die Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 innerhalb der Brennkammer 12 Variationen unter anderen Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18 innerhalb derselben Brennkammer 12 auf. Z.B. ist in einer ersten Brennkammer 75 der erste Abstand 72 (und dadurch das akustische Volumen) zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des ersten Brennstoffzufuhrsystems 17 größer als ein zweiter Abstand 74 (und dadurch das akustische Volumen) zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des zweiten Brennstoffzufuhrsystems 19. Insbesondere ist in dem veranschaulichten Beispiel die Vor-Öffnung 20 entlang der Brennstoffleitung 22 derart verschoben, dass sie sich näher an oder weiter entfernt von der Nach-Öffnung 24 befindet. Wie vorstehend erwähnt, variiert eine Variation des Abstands zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24, und sie kann durch Vergrößerung oder Verringerung der Länge (und/oder des Durchmessers) eines oder mehrerer Abschnitte von Rohren (z.B. Flanschrohren), die die Brennstoffleitung 22 bilden, vorgenommen werden. Die Vor-Öffnung 20 kann zwischen den Flanschen enthalten (z.B. eine Zwischenplatte) sein oder als ein Teil eines der Abschnitte der Rohrleitung integriert sein. Durch Variation der Länge der Abschnitte der Brennstoffleitung 22, die stromaufwärts und stromabwärts von der Vor-Öffnung 20 positioniert sind, kann der Abstand (und/oder der Durchmesser) zwischen den Vor-Öffnung und der Nach-Öffnung zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 variiert werden. Ferner kann eine Variation des akustischen Volumens unter verschiedenen Brennstoffzufuhrsystemen 18 (z.B. dem ersten Brennstoffzufuhrsystem 17 und dem zweiten Brennstoffzufuhrsystem 19) innerhalb derselben Brennkammer (z.B. der ersten Brennkammer 75) helfen, die Brennstoffsystemimpedanz zwischen den Brennkammern 12 zu variieren. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Ausführungsformen die Brennkammer 12 Variationen unter anderen Komponenten des Brennstoffzufuhrsystems 18, wie beispielsweise der Größe und/oder Gestalt und/oder effektiven Fläche der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24, der Länge der Brennstoffleitung 22, des Durchmessers der Brennstoffleitung 22, des Volumens der Brennstoffleitung 22, des Konstruktionsmaterials der Bauteile des Brennstoffzufuhrsystems 18 und dergleichen, aufweisen kann.
In einigen Ausführungsformen können die Bauteile des Brennstoffzufuhrsystems 18 innerhalb der Brennkammer 12 Variationen im Vergleich zu den Bauteilen der Brennstoffzufuhrsysteme 18 unter anderen Brennkammern 12 innerhalb des Systems 10 aufweisen. Während z.B. die physikalischen Eigenschaften der Komponenten (z.B. der Vor-Öffnung 20, der Brennstoffleitung 22, der Nach-Öffnung 24) der Brennstoffzufuhrsysteme 18 der zweiten Brennkammer 77 im Wesentlichen ähnlich sein können, können sich in einigen Ausführungsformen die physikalischen Eigenschaften der Bauteile der Brennstoffzufuhrsysteme 18 der zweiten Brennkammer 77 von den physikalischen Eigenschaften der Brennstoffzufuhrsysteme 18 der ersten Brennkammer 75 (z.B. des ersten Brennstoffzufuhrsystems 17 und/oder des zweiten Brennstoffzufuhrsystems 19) unterscheiden. In der veranschaulichten Ausführungsform kann der Abstand der Vor-Öffnung 20 relativ zu der Nach-Öffnung 24 der zweiten Brennkammer 77 zwischen einem oder mehreren Brennstoffzufuhrsystemen 18 der zweiten Brennkammer 77 unterschiedlich sein. In anderen Worten kann die Position der Vor-Öffnung 20 entlang der Brennstoffleitung 22 relativ zu der Nach-Öffnung 24 zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 der zweiten Brennkammer 77 unterschiedlich sein. In der Tat sollte beachtet werden, dass die Vor-Öffnung 20 an einer beliebigen Stelle entlang der Brennstoffleitung 22 angeordnet sein kann, so dass der Abstand zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 entlang der Brennstoffleitung 22 trotz einer Brennstoffleitung 22 mit im Wesentlichen ähnlicher Länge zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 unterschiedlich sein kann, wie in der zweiten Brennkammer 77 veranschaulicht. Ferner unterscheidet sich die Position der Vor-Öffnung 20 entlang der Brennstoffleitung 22 relativ zu der Nach-Öffnung 24 (z.B. der Abstand zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24) innerhalb der zweiten Brennkammer 77 von dem ersten Abstand 72 und/oder dem zweiten Abstand 74 innerhalb der ersten Brennkammer 75. Demgemäß sind die Verbrennungsdynamik und die akustische Brennstoffsystemimpedanz der ersten Brennkammer 75 im Vergleich zu der zweiten Brennkammer 77 unterschiedlich, wodurch geholfen wir, Verbrennungsdynamikamplituden und/oder möglicherweise die modale Kopplung der Verbrennungsdynamik zwischen den beiden Brennkammern 12 zu reduzieren und/oder oder Phasenverzögerung zwischen den beiden Brennkammern 12 zu modifizieren.
In einigen Ausführungsformen können andere physikalische Eigenschaften zwischen den Bauteilen der Brennstoffzufuhrsysteme 18 innerhalb derselben Brennkammer 12 variiert werden. Z.B. ist in der veranschaulichten Ausführungsform der erste Durchmesser 78 eines dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 einer dritten Brennkammer 79 größer als der zweite Durchmesser 80 eines vierten Brennstoffzufuhrsystems 23 derselben dritten Brennkammer 79. In einigen Ausführungsformen ist der erste Abstand 72 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 größer als der zweite Abstand 74 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Gestalt und/oder die physikalische Konfiguration der Brennstoffzufuhrsysteme 18 innerhalb und/oder zwischen den Brennkammern 12 variieren. Z.B. ist in einer vierten Brennkammer 81 die Gestalt der Brennstoffleitung 22 innerhalb des Brennstoffzufuhrsystems 25 zu dem Auslass 70 der vierten Brennkammer 81 hin konvex gekrümmt. In anderen physikalischen Konfigurationen des Brennstoffzufuhrsystems 18 kann die Gestalt der Brennstoffleitung 22 einen oder mehrere Winkel (z.B. eine gezackte Form), Wellen, raue Kanten und dergleichen enthalten, so dass der eine oder die mehreren Rohrleitungsabschnitte der Brennstoffleitung 22 anders geformt ist/sind als benachbarte Brennstoffleitungen 22 innerhalb der oder zwischen den Brennkammern 12. Z.B. enthält ein Brennstoffzufuhrsystem 27 der vierten Brennkammer 81 eine Brennstoffleitung 22 in einer Wellenform. Ferner können die Brennstoffleitungen 22 in einigen Ausführungsformen Vorsprünge 82 (z.B. Wellen, raue Kanten, Winkel und dergleichen) auf einer inneren Oberfläche 84 der Brennstoffleitung 22 enthalten, die Variationen in der Brennstoffströmung des sekundären Brennstoffs 16 ergeben. Die Vorsprünge 82 können aus dem gleichen Material wie die Brennstoffleitung 22 ausgebildet sein. Wie vorstehend erwähnt, helfen derartige Variationen der physikalischen Eigenschaften zwischen verschiedenen Komponenten der Brennstoffzufuhrsysteme 18, die Amplituden der Brennkammertöne und/oder die Kohärenz der Verbrennungsdynamik zu reduzieren.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 und des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23 der dritten Brennkammer 79, wobei die dritte Brennkammer 79 in 4 veranschaulicht ist. Insbesondere zeigt die veranschaulichte Ausführungsform physikalische Variationen zwischen dem dritten Brennstoffzufuhrsystem 21 und dem vierten Brennstoffzufuhrsystem 23, wie beispielsweise Variationen des Abstands zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 und Variationen des Durchmessers der Brennstoffleitung 22. Z.B. ist der erste Abstand 72 zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 größer als der zweite Abstand 74 zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23. Ferner ist der erste Durchmesser 78 der Brennstoffleitung 22 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 größer als der zweite Durchmesser 80 der Brennstoffleitung 22 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23. Demgemäß kann ein erstes akustisches Volumen 83 innerhalb des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 größer sein als ein zweites akustisches Volumen 85 innerhalb des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23. Es sollte beachtet werden, dass sich in anderen Ausführungsformen das erste akustische Volumen 83 innerhalb eines bestimmten Brennstoffzufuhrsystems 18 von dem zweiten akustischen Volumen 25 innerhalb eines anderen (z.B. benachbarten) Brennstoffzufuhrsystems 18 unterscheiden kann.
In einigen Ausführungsformen können andere Variationen zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 (z.B. dem dritten Brennstoffzufuhrsystem 21 und dem vierten Brennstoffzufuhrsystem 23) vorliegen. In manchen Ausführungsformen kann die Weite der Vor-Öffnung 20 zwischen verschiedenen Brennstoffzufuhrsystemen 18 variieren. Z.B. kann eine erste Weite 86 (oder ein Durchmesser, eine Querschnittsfläche, Gestalt, etc.) der Vor-Öffnung 20 in dem dritten Brennstoffzufuhrsystem 21 größer als eine zweite Weite 88 (oder ein Durchmesser, eine Querschnittsfläche, Form, etc.) der Vor-Öffnung 20 in dem vierten Brennstoffzufuhrsystem 23 sein. Ebenso kann eine dritte Weite 90 (oder ein Durchmesser, eine Querschnittsfläche, Gestalt, etc.) der Nach-Öffnung 24 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 größer als eine vierte Weite 92 (oder ein Durchmesser, eine Querschnittsfläche, Gestalt, etc.) der Nach-Öffnung 24 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23 sein. Ferner kann sich die Weite der Vor-Öffnung 20 (z.B. die erste Weite 86 und/oder die zweite Weite 88) von der Weite der Nach-Öffnung 24 (z.B. der dritten Weite 90 und/oder der vierten Weite 92) innerhalb der und/oder zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 18 (z.B. zwischen den Brennstoffzufuhrsystemen 21 und 23) voneinander unterscheiden.
In noch weitern Ausführungsformen können die Vor-Öffnungen 20 und/oder die Nach-Öffnungen 24 physikalische Eigenschaften (z.B. Form, Dimensionen, Löcher, Dicke, Material, Anordnung, Muster, Lochgestalt, Lochgröße, etc.) aufweisen, die sich innerhalb der und/oder zwischen den Brennkammern 12 voneinander unterscheiden. Z.B. kann eine erste Vor-Öffnung 94 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 sich von einer zweiten Vor-Öffnung 96 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23 unterscheiden, wie weiter in Bezug auf 7 erläutert ist.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vor-Öffnungen 20 der Brennstoffzufuhrsysteme 18. Insbesondere kann die Vor-Öffnung 94 des dritten Brennstoffzufuhrsystems 21 physikalische Eigenschaften aufweisen, die von der zweiten Vor-Öffnung 96 des vierten Brennstoffzufuhrsystems 23 abweichen. Z.B. weisen die Vor-Öffnungen 94 und 96 Unterschiede hinsichtlich der Lochgestalten und der Lochmuster auf, was die effektive Fläche und/oder das Druckverhältnis des Massenstroms des sekundären Brennstoffs 16 durch die Vor-Öffnungen 94 und 96 verändern kann. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Vor-Öffnung 94 fünf kreisförmige Löcher enthalten, die in einem kreisringförmigen Muster um ein zentrales Loch 100 herum angeordnet sind. Ferner kann die Vor-Öffnung 96 fünf dreieckige Löcher 102 enthalten, die in einem kreisringförmigen Muster um ein zentrales Quadrat 104 herum angeordnet sind. Jedoch sollte beachtet werden, dass in anderen Mustern und Konfigurationen eine beliebige Anzahl von Löchern (z.B. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, etc.) in einer beliebigen Form oder einem beliebigen Muster (symmetrisch, spiralförmig, willkürlich, wellenförmig, schachbrettartig, etc.) angeordnet sein kann, so dass sich die Vor-Öffnungen 94 und 96 voneinander unterscheiden.
Technische Effekte der Erfindung umfassen eine Reduktion unerwünschter Schwingungsantworten, die mit einer Verbrennungsdynamik innerhalb und unter Brennkammern 12 des Gasturbinensystems 10 verbunden sind, durch Variation der physikalischen Eigenschaften der Vor-Öffnung 20 innerhalb des einen oder der mehreren Brennstoffzufuhrsysteme 18 der Brennkammer 12, um die akustische Brennstoffsystemimpedanz (Amplitude und Phase) innerhalb des Systems 10 anzupassen. Z.B. kann die Position der Vor-Öffnung 20 von einer Brennstoffleitung 22 zur anderen entlang der Brennstoffleitung 22 derart verschoben werden, dass sich diese näher an der Nach-Öffnung 24 oder von dieser weiter entfernt befindet, wodurch das akustische Volumen zwischen der Vor-Öffnung 20 und der Nach-Öffnung 24 verändert wird. In anderen Ausführungsformen können die physikalischen Eigenschaften anderer Komponenten der Brennstoffzufuhrsysteme 18 (z.B. der Nach-Öffnung 24, der Brennstoffleitung 22, der Vor-Öffnung 20, etc.) innerhalb der oder unter den Brennkammern 12 variiert werden. Z.B. können die Dimensionen (z.B. Länge, Weite, Durchmesser, Volumen, etc.) der Brennstoffleitung 22, die Größe und/oder Gestalt (z.B. Weite, Länge, Durchmesser, effektive Fläche, etc.) der Vor-Öffnung 20 und/oder der Nach-Öffnung 24, die Muster oder Konfigurationen der Vor-Öffnung 20 oder der Nach-Öffnung 24 (z.B. Löcher, Anordnungen der Löcher, etc.), die Gestalt der Brennstoffleitung 22, die innere Oberfläche der Brennstoffleitung 22 und dergleichen zwischen einer oder mehreren Brennstoffzufuhrsystemen 18 innerhalb derselben Brennkammer 12 oder unter verschiedenen Brennkammern 21 variieren.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein System mit einer Gasturbine. Die Gasturbine enthält eine erste Brennkammer, die einen ersten Brennstoffinjektor aufweist, und eine zweite Brennkammer, die einen zweiten Brennstoffinjektor aufweist. Die Gasturbine enthält ferner eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt. Die erste Brennstoffleitung weist ein erstes akustisches Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass auf. Die Gasturbine enthält ferner eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt. Die zweite Brennstoffleitung weist ein zweites akustisches Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass auf, wobei das erste akustische Volumen und das zweite akustische Volumen sich voneinander unterscheiden.

Claims

System, das aufweist: eine Gasturbine, die aufweist: eine erste Brennkammer, die einen ersten Brennstoffinjektor aufweist; eine zweite Brennkammer, die einen zweiten Brennstoffinjektor aufweist; eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt, wobei die erste Brennstoffleitung ein erstes akustisches Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass aufweist; und eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt, wobei die zweite Brennstoffleitung ein zweites akustisches Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass aufweist, wobei sich das erste akustische Volumen und das zweite akustische Volumen voneinander unterscheiden.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Brennkammer eine erste Brennstoffdüse stromaufwärts von dem ersten Brennstoffinjektor aufweist und die zweite Brennkammer eine zweite Brennstoffdüse stromaufwärts von dem zweiten Brennstoffinjektor aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen einer ersten Geometrie der ersten Öffnung und einer zweiten Geometrie der zweiten Öffnung eine Länge, eine Weite oder eine Höhe der ersten Öffnung oder der zweiten Öffnung aufweist bzw. aufweisen.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Öffnung eine erste Öffnung aufweist und die zweite Öffnung eine zweite Öffnung aufweist, wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung eine Kohärenz zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer reduzieren oder die Phase zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer modifizieren; wobei der eine oder die mehreren geometrischen Unterschiede zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung eine Gestalt, eine Dicke, eine Dimension, eine Lochgestalt, eine Lochgröße, eine Lochanzahl oder eine Anordnung mehrerer Löcher aufweisen kann bzw. können.
System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Brennstoffleitung eine erste Leitungsgeometrie aufweist und die zweite Brennstoffleitung eine zweite Leitungsgeometrie aufweist und wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Leitungsgeometrie und der zweiten Leitungsgeometrie die Phase modifiziert bzw. modifizieren und/oder die Kohärenz zwischen der ersten Brennkammer und der zweiten Brennkammer reduziert bzw. reduzieren; wobei der eine oder die mehreren geometrischen Unterschiede zwischen der ersten Leitungsgeometrie und der zweiten Leitungsgeometrie eine Länge, eine Weite, einen Durchmesser, ein akustisches Volumen, eine innere Oberfläche, eine Gestalt oder eine beliebige Kombination von diesen aufweisen kann bzw. können.
System, das aufweist: eine erste Brennkammer eines Gasturbinensystems, die aufweist: einen ersten Brennstoffinjektor, der einen ersten Brennstoffauslass aufweist; einen zweiten Brennstoffinjektor, der einen zweiten Brennstoffauslass aufweist; eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu dem ersten Brennstoffauslass des ersten Brennstoffinjektors erstreckt, wobei die erste Brennstoffleitung eine erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass aufweist und wobei die erste Öffnung eine erste Öffnungsgeometrie aufweist; und eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu dem zweiten Brennstoffauslass des zweiten Brennstoffinjektors erstreckt, wobei die zweite Brennstoffleitung eine zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass aufweist, wobei die zweite Öffnung eine zweite Öffnungsgeometrie aufweist, wobei sich die erste Leitungsgeometrie und die zweite Leitungsgeometrie voneinander unterscheiden oder sich die erste Öffnungsgeometrie und die zweite Öffnungsgeometrie voneinander unterscheiden oder eine Kombination hiervon.
System nach Anspruch 6, wobei ein oder mehrere geometrische Unterschiede zwischen der ersten Öffnungsgeometrie der ersten Öffnung und der zweiten Öffnungsgeometrie der zweiten Öffnung Unterschiede bei einer Gestalt, einer Dicke, einer Lochgestalt, einer Lochgröße, einer Lochanzahl oder einer Anordnung mehrerer Löcher aufweisen; und/oder wobei eine oder mehrere Unterschiede zwischen der ersten Öffnungsgeometrie der ersten Öffnung und der zweiten Öffnungsgeometrie der zweiten Öffnung helfen, eine Wärmefreisetzung zwischen dem ersten Brennstoffinjektor und dem zweiten Brennstoffinjektor zu variieren.
System nach Anspruch 6 oder 7, wobei der erste Brennstoffauslass einen ersten Brennstoffauslass mit einer dritten Öffnungsgeometrie aufweist und der zweite Brennstoffauslass einen zweiten Brennstoffauslass mit einer vierten Öffnungsgeometrie aufweist, wobei sich die dritte Öffnungsgeometrie von der vierten Öffnungsgeometrie unterscheidet; und/oder wobei das System zwei oder mehrere Brennkammern aufweist, die jeweils mit einem oder mehreren Brennstoffzufuhrsystemen ausgestattet sind, und wobei jede Brennkammer ein erstes Brennstoffzufuhrsystem mit einem oder mehreren geometrischen Unterschieden im Vergleich zu einem zweiten Brennstoffzufuhrsystem einer anderen Brennkammer aufweist.
System nach einem beliebigen der Ansprüche 6–8, wobei die erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass einem ersten akustischen Volumen zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass entspricht und wobei die zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass einem zweiten akustischen Volumen zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass entspricht und wobei das zweite akustische Volumen sich von dem ersten akustischen Volumen unterscheidet; wobei ein oder mehrere Unterschiede zwischen dem ersten akustischen Volumen und dem zweiten akustischen Volumen helfen können, Verbrennungsdynamikamplituden zwischen dem ersten Brennstoffinjektor und dem zweiten Brennstoffinjektor der ersten Brennkammer zu reduzieren.
System, das aufweist: eine erste Brennstoffleitung, die sich von einer ersten Öffnung zu einem ersten Brennstoffauslass eines ersten Brennstoffinjektors einer Gasturbine erstreckt, wobei die erste Brennstoffleitung eine erste Leitungsgeometrie zwischen der ersten Öffnung und dem ersten Brennstoffauslass aufweist und die erste Öffnung eine erste Öffnungsgeometrie aufweist; und eine zweite Brennstoffleitung, die sich von einer zweiten Öffnung zu einem zweiten Brennstoffauslass eines zweiten Brennstoffinjektors der Gasturbine erstreckt, wobei die zweite Brennstoffleitung eine zweite Leitungsgeometrie zwischen der zweiten Öffnung und dem zweiten Brennstoffauslass aufweist, wobei die zweite Öffnung eine zweite Öffnungsgeometrie aufweist, die sich von der ersten Öffnungsgeometrie unterscheidet, oder die zweite Leitungsgeometrie sich von der ersten Leitungsgeometrie unterscheidet.