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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Aufteilung eines Gesamtluftstroms in einem Brennkammersystem einer Gasturbinenanordnung, bei dem, wenn sich das Brennkammersystem in einem Verbrennungsbetrieb befindet, der Gesamtluftstrom in mindestens zwei Luftströme bestimmter Mengen aufgeteilt wird, die einer Brennkammer des Brennkammersystems oder der Brennkammer und einem an die Brennkammer angrenzenden Abgastrakt über unterschiedliche Zufuhrwege zu unterschiedlichen Zwecken zugeführt werden, einer der Luftströme als Brennluftstrom über einen Zufuhrweg in Ausgestaltung einer Zufuhreinrichtung zur Verbrennung in einem Brennraum der Brennkammer mit zugeführtem Brennstoff in einer ersten Brennerstufe zugegeben wird und in mindestens einem ersten Zufuhrweg eines ersten Luftstroms bei Durchströmen der Zufuhrwege mit den entsprechenden Luftströmen ein signifikanter Druckverlust bewirkt wird.
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Bei Brennkammersystemen, wie sie heutzutage beispielsweise im Zusammenhang mit Gasturbinen eingesetzt werden, werden der Brennkammer häufig mehrere Luftströme zu unterschiedlichen Zwecken zugeführt, wobei die Luft weitere Komponenten, z.B. extern rezirkuliertes Abgas oder Prozessgasanteile, ausweisen kann. So wird z. B. teilweise neben einem Brennluftstrom für eine erste (Haupt-) Stufe eines Brenners ein weiterer Luftanteil als Kühl- und/oder Mischluft verwendet, der stromab der Verbrennungszone dem Abgas zugeführt wird, und/oder als Brennluft für zumindest eine weitere Brennerstufe, beispielsweise eine Pilotstufe. Die Aufteilung erfolgt üblicherweise geometriebedingt, das bedeutet, es wird zunächst ein Gesamtluftstrom an die Brennkammer herangeführt und über die Aufteilung der einzelnen Luftanteile bzw. -mengenströme entscheiden die Ausgestaltungen der einzelnen Zufuhrwege für die einzelnen Luftmassenströme. Diese werden - beispielsweise mithilfe von Computersimulationen - so ausgelegt, dass sich aufgrund der in den Zufuhrwegen abfallenden Druckverluste eine gewünschte Aufteilung ergibt.
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Für die Auslegung eines möglichst schadstoffarm arbeitenden Brennkammersystems sind die gezielte Definition und die Kenntnis der einzelnen Luftmengenströme von größter Bedeutung. Da die reale Aufteilung von der aus der Computersimulation ermittelten abweichen kann, wird bei der Entwicklung einer neuen Brennkammergeometrie in der Regel die reale Aufteilung zusätzlich im Labor ermittelt. Die direkte Messung der in Betrieb tatsächlichen Luftaufteilung ist bei Brennkammersystemen aufgrund der systembedingt meist hohen Temperaturen und Drücke (bei Mikrogasturbinen z.B. durch Verdichtung und ggf. Rekuperation vor Zugabe in die Brennkammer) nur mit erheblichem Aufwand und Einschränkungen (zusätzliche Druckverluste durch Messtechnik) möglich. Daher wird die Luftaufteilung durch Verschließen einzelner Zufuhrwege voneinander entkoppelt und auf diese Weise versucht, Informationen über die Aufteilung der Luftströme anhand der Druckverlustverteilung über die Brennkammer (ausgehend vom Luftplenum vor der Aufteilung) zu erhalten. Diese Versuche sind jedoch nur mit begrenzter Genauigkeit möglich. Eine Ungenauigkeit liegt z. B. darin, dass diese Versuche ohne Verbrennungsreaktion erfolgen, obwohl durch die Verbrennung der Gegendruck und damit die Aufteilung der Luftströme beeinflusst wird. In der Folge müssen häufig nach erfolgter Inbetriebnahme eines neuen Brennkammersystems Anpassungen in den Zufuhrwegen, beispielsweise von Mischluftbohrungen, vorgenommen werden, um das Brennkammersystem hinsichtlich Schadstoffemissionen, auch im Teillastbetrieb, optimal betreiben zu können. So ist die optimale Luftaufteilung nur durch eine iterative Variation in den Zufuhrwegen, beispielsweise der Mischluftbohrungen, einstellbar. Veränderungen der Luftaufteilung im Betrieb durch defekte Bauteile oder aufgrund sich ändernder Spaltmaße durch Wärmeausdehnung können nur indirekt, beispielsweise mit eventuell vorhandenen Temperaturmessstellen oder über die Abgasanalytik, bestimmt werden. Nicht erkannte Veränderungen/Schäden können im schlimmsten Fall zu Folgeschäden an der Brennkammer und/oder heißen Strähnen am Brennkammer Austritt führen, welche sich negativ auf die Lebensdauer und den Wirkungsgrad der stromab angeordneten Turbine auswirken können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Aufteilung eines Gesamtluftstroms in einem Brennkammersystem mit verbesserter Genauigkeit ermittelt werden kann, sowie ein entsprechendes Brennkammersystem.
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Diese Aufgabe wird für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Brennkammersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass innerhalb des ersten Zufuhrwegs ein Differenzdruck ermittelt wird und aus dem Differenzdruck die Menge des entsprechenden Luftstroms bestimmt wird. Dabei wird der in dem ersten Zufuhrweg bewirkte (statistisch) signifikante, d.h. messtechnisch erfassbare Druckverlust ermittelt. Die Erfinder machen sich dabei den Effekt zu Nutze, dass der Druckverlust - bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck - von der Luftmenge abhängt. Da der erste Luftstrom innerhalb des ersten Zufuhrweges von den übrigen Luftströmen separiert ist, wird der ermittelte Differenzdruck im Wesentlichen durch den bewirkten Druckverlust des ersten Luftmengenstroms induziert. Auf diese Weise lässt sich der ermittelte Differenzdruck mit guter Genauigkeit einem ersten Luftmengenstrom zuordnen. Die Kenntnis dieses Luftmengenstromes verbessert die Möglichkeit, die Aufteilung der Luftströme vorherzusagen und vereinfacht die Auslegung hinsichtlich einer schadstoffarmen Verbrennung.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens wird der Differenzdruck zwischen mindestens einer Druckmessstelle in einem Eintrittsbereich und mindestens einer Druckmessstelle in einem Austrittsbereich innerhalb des Zufuhrweges ermittelt, zwischen welchen der signifikante Druckverlust auftritt. Über derartig angeordnete Druckmessstellen lässt sich der Differenzdruck mit guter Genauigkeit ermitteln. Dabei kann vorteilhafterweise ein gewisser Abstand der Druckmessstellen (z. B. ein oder einige Millimeter) zu der Position des Eintritts und/oder des Austritts in bzw. aus dem Zufuhrweg vorgesehen sein. Im Bereich des Eintritts ergibt sich dadurch der Vorteil, dass sich die Strömung in dem Zufuhrweg nach einer gewissen Einströmstrecke vergleichmäßigt hat und eine genauere Messung durchführbar ist. Ein Abstand im Austrittsbereich kann sich dahingehend vorteilhaft auswirken, dass ein gewisser Abstand zum Brennraum gewahrt und dadurch die thermische Belastung auf die Druckmessstelle (und einen damit gekoppelten Messaufnehmer) verringert werden kann. Der Messaufnehmer kann z. B. außerhalb eines Druckgehäuses angeordnet und über eine Verbindungsleitung mit der Druckmessstelle an der Brennkammer gekoppelt werden. Zweckmäßig kann es sein, wenn die Druckmessstelle, z. B. mit einer Schraubkappe, verschließbar ausgestaltet ist, falls kein Messbedarf besteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird zunächst in einem Kalibrierbetrieb, vorzugsweise auf einem Prüfstand, ohne Zugabe von Brennstoff in einem ersten Schritt die Brennkammer mit einem Gesamtluftstrom von definierter, vorzugsweise für den Verbrennungsbetrieb (bzgl. des ersten Luftstroms) relevanter Menge, Druck und Lufttemperatur beaufschlagt, wobei lediglich der erste Zufuhrweg geöffnet und die anderen verschlossen sind und wobei der Differenzdruck in dem ersten Zufuhrweg ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich die Menge des ersten Luftstroms bei gegebenem Druck und gegebener Temperatur einem ermittelten Differenzdruck zuordnen, wodurch sich mit guter Genauigkeit, gegebenenfalls auch im Verbrennungsbetrieb, von dem gemessenen Differenzdruck auf die entsprechende Menge des ersten Luftstroms schließen lässt. So werden der gemessene Differenzdruck und der erste Luftmengenstrom einander zugeordnet.
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Vorzugsweise wird der erste Schritt mit mehreren unterschiedlichen definierten Mengen zur Erstellung einer Luftmengenstrom-Differenzdruck-Kennlinie, vorzugsweise bei mehreren unterschiedlichen, für den Verbrennungsbetrieb relevanten Lufttemperaturen und/oder -drücken, wiederholt. Dies erlaubt einen weiten Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens über verschiedene Betriebsbereiche im Verbrennungsbetrieb des Brennkammersystems, wodurch sich eine gute Genauigkeit der Mengenermittlung bei einer Auslegung bzw. einer Überprüfung erzielen lässt. Wird der Gesamtluftstrom auf zwei Luftströme aufgeteilt, kann unter Kenntnis des Gesamtluftstroms, der verhältnismäßig einfach auch im Verbrennungsbetrieb ermittelbar ist, und der über den Differenzdruck ermittelten Menge des ersten Luftstroms auf die Menge eines dann vorhandenen zweiten Luftstroms und somit die Aufteilung zwischen dem ersten und dem zweiten Luftstrom geschlossen werden.
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Wenn innerhalb des Kalibrierbetriebs in einem zweiten Schritt die Brennkammer mit einem Gesamtluftstrom von definierter, für den Verbrennungsbetrieb relevanter Menge (zweckmäßigerweise der Summe des ersten und des zweiten Luftstroms), mit Lufttemperatur und Druck entsprechend dem ersten Schritt beaufschlagt wird, wobei der erste Zufuhrweg und ein zweiter Zufuhrweg geöffnet sind, und wobei der Differenzdruck des ersten Zufuhrwegs ermittelt wird, lässt sich auch ein Zusammenhang zwischen dem ermittelten ersten Luftstrom und einem zweiten Luftstrom herstellen. Auf diese Weise lässt sich der Anwendungsbereich des Verfahrens auf mehrere Luftströme ausdehnen.
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Der Zusammenhang lässt sich insbesondere vorteilhaft dadurch herstellen, dass aus der/den aus dem ersten Schritt ermittelten Kennlinie/n und der Menge des Gesamtluftstromes die Menge des zweiten Luftstroms in Abhängigkeit von der Menge des ersten Luftstroms ermittelt wird, vorzugsweise bei mehreren Lufttemperaturen und/oder Drücken entsprechend der Kennlinie/n aus dem ersten Schritt.
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Insbesondere ist zweckmäßig, dass der zweite Schritt durchgeführt wird, wenn die Brennkammer zum Betrieb mit mindestens drei Luftströmen vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich die Genauigkeit der Auslegung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auch bei Brennkammersystemen mit mindestens drei Luftströmen erhöhen.
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Vorteilhafterweise kann nun während des Verbrennungsbetriebes zumindest unter Einbeziehung der aus dem ersten Schritt des Kalibrierbetriebs ermittelten Kennlinie die Aufteilung des Gesamtluftstroms ermittelt werden. Bei Vorhandensein zweier Luftströme ergibt sich die Aufteilung nun im Wesentlichen aus dem bekannten Gesamtluftstrom und der, über den Differenzdruck ermittelten, Menge des ersten Luftstroms. Bei Vorhandensein dreier Luftströme wird vorzugsweise auch der Zusammenhang zwischen der Menge des ersten Luftstroms und eines zweiten Luftstroms herangezogen, sodass auch auf einen dritten Luftstrom geschlossen werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist das Verfahren anwendbar, wenn der erste Luftstrom durch den Brennluftstrom gebildet wird. Bei dem Brennluftstrom handelt es sich vorzugsweise um den Brennluftstrom einer ersten (Haupt-) Stufe des Brenners im Brennkammersystem. Die Kenntnis dieses Luftstroms ist besonders bedeutend für die Auslegung eines schadstoffarmen Brennkammersystems. Wird dieser Luftstrom wie beschrieben über den Differenzdruck bestimmt, ist bereits ein entscheidender Luftstrom für den schadstoffarmen Betrieb des Brennkammersystems bekannt.
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Vorzugsweise wird dabei der Brennluftstrom über die an einer eingangsseitigen Stirnseite der Brennkammer angeordnete Zufuhreinrichtung über mindestens eine Zufuhrdüse in den Brennraum zugegeben. Bei derartigen Brennkammersystemen, beispielsweise bei Systemen mit umlaufenden Zufuhröffnungen ausgelegt für die flammenlose Oxidation, aber auch für andere Verbrennungsmodi, in denen Einzelflammen ausgebildet werden, ergibt sich häufig systembedingt ein signifikanter Druckverlust über die Zufuhrdüse/n. Dieser kann hier vorteilhaft ausgenutzt werden, ohne dass ein - gegebenenfalls sonst nicht vorhandener - Druckverlust erzeugt werden muss, der die Gesamteffizienz beeinträchtigen würde.
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Ein besonders gut messbarer Druckverlust bzw. ein Differenzdruck ergibt sich, wenn innerhalb der Zufuhrdüse eine Querschnittsverengung von der Brennluft durchströmt wird.
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Das Verfahren ist vorteilhaft anwendbar, wenn der Brennstoff stromauf des Eintritts in die Brennkammer in den Brennluftstrom für eine zumindest teilweise Vormischung von Brennluft und Brennstoff oder separat ausgehend von der eingangsseitigen Stirnseite in die Brennkammer zugegeben wird.
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Weiterhin ist das Verfahren vorteilhaft anwendbar, wenn der zweite oder dritte Luftstrom von einem Brennluftstrom einer zweiten Brennerstufe, insbesondere eines Pilotbrenners, gebildet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Anwendbarkeit ergibt sich, wenn der zweite oder dritte Luftstrom von einem stromab einer Verbrennungszone dem Abgasstrom beigemischten Mischluftstrom gebildet wird.
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Möglich wäre auch, dass der erste Luftstrom durch den Mischluftstrom oder von dem Brennluftstrom einer weiteren Brennerstufe gebildet wird, wenn innerhalb ihrer Zufuhrwege ein signifikanter Druckverlust abfällt.
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Bei dem Brennkammersystem gemäß Anspruch 15 ist vorgesehen, dass innerhalb des ersten Zufuhrwegs mindestens eine Druckmessstelle in einem Eingangsbereich und mindestens eine Druckmessstelle in einem Ausgangsbereich, zwischen welchen der signifikante Druckverlust auftritt, zur Ermittlung eines Differenzdrucks vorgesehen sind, aus dem die Menge des entsprechenden Luftstroms bestimmbar ist.
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Vorzugsweise ist die Zufuhreinrichtung an einer eingangsseitigen Stirnseite der Brennkammer angeordnet und weist mindestens eine, insbesondere eine Querschnittsverengung im Strömungsweg aufweisende, Zufuhrdüse auf. Die Stirnseite kann in einer senkrecht auf einer Mittellängsachse stehenden Ebene liegen oder eine andere, z.B. gegen die Anströmrichtung konisch zulaufende, Form aufweisen. Die Zufuhrdüsen können z.B. parallel zu einer Mittellängsachse der Brennkammer ausgerichtet sein, oder mit einer zusätzlichen radialen Richtungskomponente nach außen weisend.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Brennkammersystems, bei dem einer Brennkammer drei Luftströme, aufgeteilt aus einem Gesamtluftstrom, zugegeben werden,
- 2A-C jeweils eine schematische Darstellung eines Brennerkopfes mit Zufuhrdüsen in unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten,
- 3A, B einen ersten Verfahrensschritt und den sich daraus ergebenden Zusammenhang zwischen einem gemessenen Druckverlust und einem Brennluftstrom und
- 4A, B einen weiteren Verfahrensschritt und den sich ergebenden Zusammenhang zwischen einem Brennluftstrom und einem Luftstrom einer Pilotstufe.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Brennkammersystem 1 mit einer sich entlang einer Mittellängsachse M erstreckenden Brennkammer 16. Der Brennkammer 16 ist an einer eingangsseitigen Stirnseite 13 ein Brennerkopf 12 zur Zufuhr von Brennluft und Brennstoff in einen Brennraum 18 zugeordnet, der von einer Umfangswandung 14 der Brennkammer 16 umschlossen ist. In der Umfangswandung 14 sind in einem stromab gelegenen Endbereich der Brennkammer 16, nahe eines der Stirnseite 13 gegenüberliegend angeordneten Austrittsbereiches 19 umlaufend Öffnungen 38 eingebracht. Der Austrittsbereich 19 mündet in einem Abgastrakt 20, stromab dessen beispielsweise eine Turbine angeordnet ist (hier nicht dargestellt).
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Stromauf des Brennerkopfes 12 ist dem Brennkammersystem 1 ein Luftplenum 10 zugeordnet, über das ein Gesamtluftstrom 30 an die Brennkammer 16 herangeführt wird. An der Brennkammer 16 wird der Gesamtluftstrom 30 in drei Luftströme aufgeteilt, die der Brennkammer 16 zu unterschiedlichen Zwecken über jeweilige Zufuhrwege zugeführt werden. Im Einzelnen sind dies ein Brennluftstrom 32, der über eine Zufuhreinrichtung 24 des Brennerkopfes 12, hier mit Zufuhrdüsen 22, gemeinsam mit Brennstoff (hier nicht dargestellt) dem Brennraum 18 zugeführt wird. Die Zufuhreinrichtung 24 ist, gemeinsam mit einer (hier nicht dargestellten) Brennstoffzufuhreinrichtung, einer Hauptstufe eines Brenners des Brennkammersystems 1 zugeordnet. Der Brennstoff kann z.B. über mindestens eine der Zufuhrdüsen 22, oder auch über separate Zufuhrwege, in den Brennraum 18 zugegeben wegen. Ein weiterer Luftstrom wird als Pilotluftstrom 34 einer zweiten Brennerstufe, hier einer zentral in der Stirnseite 13 angeordneten Pilotstufe 26, gemeinsam mit Pilotbrennstoff dem Brennraum 18 zugeführt. Vorliegend sind die Zufuhrdüsen 22 um die Pilotstufe 26, insbesondere ringförmig, umlaufend angeordnet. Als dritter Luftstrom wird von dem Gesamtluftstrom 30 ein Mischluftstrom 36 abgezweigt. Dieser wird über einen Mischluftkanal 28, der als Zufuhrweg zwischen der Umfangswandung 14 und einer Druckgehäusewand 29 gebildet wird, den Öffnungen 38 zugeführt, durch die der Mischluftstrom 36 im Betrieb stromab einer Verbrennungszone dem Abgas beigemischt wird und dieses herunterkühlt. Dabei dient der Mischluftstrom 36 auch zur konvektiven Kühlung der Umfangswandung 14. Möglich wäre auch eine Aufteilung in lediglich zwei Luftströme, wobei beispielsweise kein Mischluftstrom 36 oder kein Pilotluftstrom 34 vorgesehen sein könnte.
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Die Aufteilung der Mengen der drei Luftströme lässt sich anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ermitteln, wie nachfolgend dargestellt. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Druckverlust 40 innerhalb eines der Zufuhrwege, vorliegend innerhalb der Zufuhrdüse 22, ermittelt. Zu diesem Zweck sind, wie 2A bis 2C zeigen, jeweils zwei Druckmessstellen in mindestens einer der Zufuhrdüsen 22, nämlich eine erste Druckmessstelle 42 in einem Eintrittsbereich 22.1 der Brennluft in die Zufuhrdüse 22 und eine zweite Druckmessstelle 44 in einem Austrittsbereich 22.2 der Zufuhrdüse 22 vorgesehen, zwischen denen ein Differenzdruck gemessen wird. Der Druck fällt zwischen den beiden Druckmessstellen 42, 44 insbesondere an einer Querschnittsverengung innerhalb der Zufuhrdüse 22 ab.
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In den 2A bis 2C sind unterschiedliche Varianten der Zufuhrdüsen 22 bzw. ihrer Querschnittsverengungen beispielhaft dargestellt (ohne Brennstoffzufuhreinrichtung). 2A zeigt einen konischen Verlauf des Bereiches, der zu einer Querschnittsverengung zwischen dem Eintrittsbereich 22.1 und dem Austrittsbereich 22.2 führt. In 2B ist die Querschnittsverengung in Form eines Querschnittssprunges an einer axialen Position ausgeführt. In 2C ist die Querschnittsverengung durch einen kontinuierlich geschwungenen Wandungsverlauf in der Zufuhrdüse 22 realisiert.
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Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in den 3A und 3B gezeigt. Hierbei ist zunächst lediglich der erste Zufuhrweg, hier die Zufuhreinrichtung 24 mit den Zufuhrdüsen 22 der Brenner-Hauptstufe, geöffnet und die beiden anderen Zufuhrwege (über den Pilotbrenner 26 und den Mischluftkanal 28) sind verschlossen (angedeutet bzgl. Pilotbrenner 26 in 3A, durch fehlenden Pilotluftstrom 34). In einem Kalibrierbetrieb auf einem Prüfstand wird ohne Zugabe von Brennstoff die Brennkammer 16 mit einem Gesamtluftstrom 30 von definierter Menge beaufschlagt.
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Die Menge, Lufttemperatur und Druck entsprechen vorzugsweise den Bedingungen, die während des Verbrennungsbetriebes über die Zufuhrdüsen 22 vorliegen. Dabei wird der Differenzdruck zwischen den beiden Druckmessstellen 42, 44 ermittelt und der definierten Luftmenge zugeordnet. Um über einen großen Betriebsbereich eine Zuordnung zwischen Brennluftstrom und Differenzdruck treffen zu können, wird dieser Schritt, vorzugsweise bei mehreren unterschiedlichen definierten Luftmengen und bei mehreren unterschiedlichen, für den Verbrennungsbetrieb relevanten Drücken und Temperaturen, wiederholt. In 3B ist der Zusammenhang zwischen dem ermittelten Druckverlust 40 und der Menge des Brennluftstroms 32 in einer ersten Kennlinie 46 für eine Temperatur und einen Druck dargestellt. Auf diese Weise kann im realen Betrieb über einen weiten Betriebsbereich von einem ermittelten Differenzdruck auf die Menge des Brennluftstroms 32 geschlossen werden.
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Bei Vorhandensein lediglich zweier Teil-Luftströme ist dieses Vorgehen ausreichend, um unter Kenntnis des Gesamtluftstromes 30 und, mit dem beschriebenen Verfahrensschritt, auch des Brennluftstroms 32, einen zweiten Luftstrom und damit die Aufteilung des Gesamtluftstroms 30 zu ermitteln.
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Im Anschluss wird in einem weiteren Verfahrensschritt innerhalb des Kalibrierbetriebs zusätzlich zu dem ersten Zufuhrweg, hier den Zufuhrdüsen 22, ein zweiter Zufuhrweg, vorliegend über die Pilotstufe 26, geöffnet (vgl. 4A, Pilotluftstrom 34 über hervorgehobenen Pfeil angedeutet). Nun wird ein Gesamtluftstrom 30, der einer im Verbrennungsbetrieb realistischen Summe der beiden Teilluftströme entspricht, bei einer in dem ersten Schritt untersuchten Lufttemperatur und Druck zugegeben und der Differenzdruck in der Zufuhrdüse 22 ermittelt. Dies wird wiederum vorzugsweise für mehrere für den Verbrennungsbetrieb relevanten Luftmengen, Lufttemperaturen und Drücken wiederholt, um eine Kennlinie zu erhalten. Zweckmäßigerweise entsprechen dabei die Drücke und Temperaturen denen aus dem ersten Schritt. Anschließend können unter Heranziehen der Ergebnisse aus dem ersten Schritt zunächst aus den gemessenen Differenzdrücken die jeweiligen Brennluftströme 32 bestimmt werden. Aus diesen lassen sich wiederum, aus der Differenz zwischen Gesamtluftstrom 30 und Brennluftstrom 32, die jeweiligen Pilotluftströme 34 ermitteln. 4B zeigt in einer zweiten Kennlinie 48 einen beispielhaften, sich daraus ergebenden Zusammenhang zwischen der Menge des Brennluftstroms 32 und des Pilotluftstroms 34. Möglich wäre auch, anstelle des Pilotluftstroms 34 den Mischluftstrom 36 als zweiten Luftstrom heranzuziehen.
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Aus den beiden so bekannten Luftströmen lässt sich nun auch der Mischluftstrom 36 als dritter Luftstrom ermitteln. Zwar kann sich die Aufteilung zwischen Brennluftstrom 32 und Pilotluftstrom 34 bei zusätzlichem Öffnen des dritten Zufuhrweges für den Mischluftstrom 36 ändern, jedoch ergibt sich dennoch eine größere Genauigkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren als durch die im Stand der Technik bekannten Verfahren. Insbesondere ist der Brennluftstrom 32 mit guter Genauigkeit ermittelbar, dem ein maßgeblicher Anteil an einem stabilen und emissionsarmen Verbrennungsprozess zukommt.
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Das beschriebene Verfahren lässt sich bei der Auslegung neuer Brennkammersysteme 1 vorteilhaft anwenden, oder auch bei einer Überprüfung eines bereits in Betrieb genommenen Brennkammersystems 1. Die Ermittlung des Luftstroms und/oder der Aufteilung der Luftströme kann im Anschluss an den Kalibrierbetrieb im Verbrennungsbetrieb durchgeführt werden, entweder einmalig bzw. während eines Sonderbetriebs z. B. zur Auslegung oder zur Überprüfung eines Brennkammersystems 1, oder auch während des realen Betriebes. Dann wäre ggf. eine Vorrichtung zur Differenzdruckmessung mit entsprechendem Druckaufnehmer zur Übergabe der Messwerte an ein Regelsystem für das Brennkammersystem 1 bzw. eine Gasturbine vorzusehen. Insbesondere lässt sich das Verfahren auch vorteilhaft an einer Mikrogasturbine anwenden, da ein derartiges System kompakt und verhältnismäßig gut zugänglich ist. Auch könnte die Brennkammer 16 beispielsweise zu Wartungszwecken gelegentlich auf einem Prüfstand untersucht werden, wobei das Verfahren durchgeführt werden könnte. Generell kann es zweckmäßig sein, die vorhandenen Druckmessstellen 42, 44 verschließbar, beispielsweise mit einer Schraubabdeckung, vorzusehen, sodass sie, wenn sie nicht benötigt werden, verschlossen werden können.
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Zur Ermittlung des Differenzdrucks sind prinzipiell zwei Druckmessstellen 42, 44 in einem Zufuhrweg ausreichend. Es können jedoch auch, z. B. vorliegend in der Zufuhreinrichtung 24, in mehreren Zufuhrdüsen 22 jeweils zwei Druckmessstellen 42, 44 vorgesehen sein. Diese können bei der Messung gekoppelt und so ein gemittelter Differenzdruck erfasst werden. Denkbar sind auch parallele einzelne Messungen an mehreren Druckmessstellen 42, 44, sodass sich die Möglichkeit eines Vergleichs ergibt. Dabei ist dann auch ein gemittelter Differenzdruck aus mehreren parallelen Differenzdruckmessungen erstellbar.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine vereinfachte und genaue Auslegung bzw. Überprüfungsmöglichkeit für emissionsarme Brennkammersysteme 1 bereitgestellt, sowie ein Brennkammersystem 1, das die Durchführung dieses Verfahrens erlaubt.
