DE102017207487A1 - combustion chamber - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer (1) mit einer einen Brennraum (2) umschließenden Tragstruktur (3) und mit einer aus einer Vielzahl von an der Tragstruktur (3) befestigten Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung, wobei mindestens ein Hitzeschildelement (4) eine Wand (5) mit einer mit einem heißen Medium beaufschlagbaren Heißseite (6), einer der Heißseite (6) gegenüberliegenden Kaltseite (7) und einen umlaufenden Randsteg (8) aufweist, der sich über die Kaltseite (7) hinaus in Richtung der Tragstruktur (3) erstreckt und im Betrieb der Brennkammer (1) unter Berücksichtigung von thermischen Dehnungen im Wesentlichen dicht auf der Tragstruktur (3) aufliegt, so dass zwischen der Wand (5), dem umlaufenden Randsteg (8) und der Tragstruktur (3) ein Hohlraum (9) gebildet ist, wobei in der Tragstruktur (3) mehrere erste Öffnungen (10) für die Zugabe von Luft in den Hohlraum (9) angeordnet sind, wobei in der Wand (5) mehrere zweite Öffnungen (11) vom Hohlraum (9) zum Brennraum (2) in Hauptströmungsrichtung (12) der Verbrennungsgase der Brennkammer (1) stromab der ersten Öffnungen (10) angeordnet sind, wobei in der Tragstruktur (3) mehrere dritte Öffnungen (13) für die Zugabe von Brennstoff in den Hohlraum (9) angeordnet sind, wobei die dritten Öffnungen (13) in Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum (9) stromab der ersten Öffnungen (10) angeordnet sind. Der Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer (1).The invention relates to a combustion chamber (1) having a support structure (3) enclosing a combustion space (2) and having an inner lining formed from a multiplicity of heat shield elements attached to the support structure (3), at least one heat shield element (4) having a wall (5). comprising a hot side (6) which can be charged with a hot medium, a cold side (7) opposite the hot side (6) and a peripheral edge web (8) which extends beyond the cold side (7) in the direction of the support structure (3) and in operation of the combustion chamber (1), taking into account thermal expansions, rests substantially tightly on the support structure (3), so that a cavity (9) is formed between the wall (5), the peripheral edge web (8) and the support structure (3) is, wherein in the support structure (3) a plurality of first openings (10) for the addition of air in the cavity (9) are arranged, wherein in the wall (5) a plurality of second openings (11) from the cavity (9) to Bre in the main flow direction (12) of the combustion gases of the combustion chamber (1) are arranged downstream of the first openings (10), wherein in the support structure (3) a plurality of third openings (13) for the addition of fuel into the cavity (9) are arranged, wherein the third openings (13) in the flow direction of the air through the cavity (9) downstream of the first openings (10) are arranged. The invention further relates to a method for operating a combustion chamber (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.The invention relates to a combustion chamber and a method for its operation.

Im Zuge der Weiterentwicklung von Brennkammern für Gasturbinen sind häufig deutliche Anhebungen der Brennkammertemperaturen im Betrieb vorgesehen. Damit sind mehrere Nachteile bzw. Risiken verbunden, wie beispielsweise der Anstieg der Stickoxidemissionen, möglicherweise starke, thermoakustische Schwingungen verbunden mit Bauteilschädigung sowie ein hoher korrosiv-erosiver Verschleiß keramischer Hitzeschildelemente.In the course of the further development of combustion chambers for gas turbines, significant increases in the combustion chamber temperatures during operation are often provided. This involves several disadvantages or risks, such as the increase in nitrogen oxide emissions, possibly strong, thermoacoustic vibrations associated with component damage and high corrosive erosive wear of ceramic heat shield elements.

Üblicherweise wird dem Anstieg der Brennkammertemperatur mit verschiedenen Strategien begegnet. Eine Möglichkeit ist es, zu versuchen, über eine Änderung des Strömungs-und Mischungsfelds der Hauptbrenner den Anstieg der Stickoxidemission möglichst klein zu halten und thermoakustische Schwingungen zu kompensieren. Dies ist allerdings mit einem erheblichen Aufwand und einem gewissen Erfolgsrisiko verbunden, geht man davon aus, dass es sich bei Weiterentwicklungen um bereits über Jahre optimierte Systeme handelt.Usually, the rise of the combustion chamber temperature is countered with various strategies. One possibility is to try to keep the increase in nitrogen oxide emission as small as possible and to compensate for thermoacoustic oscillations by changing the flow and mixing field of the main burners. However, this is associated with a considerable effort and a certain risk of success, assuming that further developments are systems that have already been optimized for years.

Die Thematik korrosiv-erosiver Verschleiß ist ein bereits bei der heutigen Gasturbinengeneration bestehendes Problem und es wird versucht, dieses durch Entwicklung neuer keramischer Hitzeschildmaterialien bzw. -beschichtungen zu lösen.The issue of corrosive erosive wear is a problem already existing in today's gas turbine generation and it is attempted to solve this by developing new ceramic heat shield materials or coatings.

Bekannt sind verschiedene Lösungen, bei denen mit einer sequentiellen Verbrennung bzw. einer axial gestuften Brennstoffeindüsung gearbeitet wird. Dabei kann der Brennstoff vorgemischt oder auch ohne Vormischung in die Brennkammer über Düsen eingebracht werden. Neben einer Verbesserung der Teillastfähigkeit haben diese das Ziel, mit der Eindüsung in dieser zweiten Stufe bei gleichen Stickoxid-Emissionen eine höhere Brennkammertemperatur zu erreichen, ermöglicht durch die geringe Verweilzeit des Heißgases bis zum Brennkammerende.Various solutions are known in which a sequential combustion or an axially stepped fuel injection is used. In this case, the fuel can be premixed or introduced without premix in the combustion chamber via nozzles. In addition to improving the partial load capacity, these have the goal of achieving a higher combustion chamber temperature with the injection in this second stage with the same nitrogen oxide emissions, made possible by the short residence time of the hot gas up to the combustion chamber end.

Die EP1062461 B1 offenbart beispielsweise für eine Ringbrennkammer mit Hitzeschildelementen ein solches Konzept mit auf den Hauptbrenner bezogen axial stromabwärtiger Brennstoffeindüsung. Insbesondere wird ein Hitzeschildelement als eine Art Porenbrenner offenbart, der ein mit Hohlräumen versehenes Material aufweist, wobei Brennstoff und Luft derart zugeführt werden, dass eine Verbrennung innerhalb dieses Materials erzeugbar ist, so dass sich das Material aufheizt, was zu einer Stabilisierung der Verbrennung führt. Zusätzlich wirkt eine Porenstruktur auf Verbrennnungsschwingungen stark dämpfend.The EP1062461 B1 discloses, for example, for a ring combustion chamber with heat shield elements such a concept with respect to the main burner axially downstream fuel injection. In particular, a heat shield element is disclosed as a type of pore burner having a voided material wherein fuel and air are supplied such that combustion is produceable within that material so that the material heats up resulting in combustion stabilization. In addition, a pore structure has a strong damping effect on combustion vibrations.

Auch die EP1493972 A1 offenbart eine Brennkammer mit Brennerstufen, die bezogen auf die Längsrichtung einer Gasturbine hintereinander angeordnet sind.Also the EP1493972 A1 discloses a combustion chamber with burner stages, which are arranged one behind the other with respect to the longitudinal direction of a gas turbine.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkammer bereitzustellen, bei der in allen Betriebszuständen eine ausreichende Kühlung der Hitzeschildelemente erfolgen kann, bei der eine weitgehend homogene Vormischung des Brennstoffes der stromabwärtigen axialen Stufe mit Luft erfolgen kann, wobei die Einstellung eines geeigneten Zeitverzugs möglich ist, so dass die zusätzliche Wärmezufuhr in der axialen Stufe nicht in thermoakustische Wechselwirkung mit entsprechenden akustischen Eigenfrequenzen der Brennkammer tritt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung bezieht sich auf ein entsprechendes Verfahren.The object of the present invention is to provide a combustion chamber in which a sufficient cooling of the heat shield elements can take place in all operating states, in which a largely homogenous premixing of the fuel of the downstream axial stage can take place with air, wherein the setting of a suitable time delay is possible, so that the additional heat input in the axial stage does not enter thermoacoustic interaction with corresponding acoustic natural frequencies of the combustion chamber. Another object of the invention relates to a corresponding method.

Die auf eine Brennkammer gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Brennkammer mit einer einen Brennraum umschließenden Tragstruktur und mit einer aus einer Vielzahl von an der Tragstruktur befestigten Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung, wobei mindestens ein Hitzeschildelement eine Wand mit einer mit einem heißen Medium beaufschlagbaren Heißseite, einer der Heißseite gegenüberliegenden Kaltseite und einen umlaufenden Randsteg aufweist, der sich über die Kaltseite hinaus in Richtung der Tragstruktur erstreckt und im Betrieb der Brennkammer unter Berücksichtigung von thermischen Dehnungen im Wesentlichen dicht auf der Tragstruktur aufliegt, so dass zwischen der Wand, dem umlaufenden Randsteg und der Tragstruktur ein Hohlraum gebildet ist, wobei in der Tragstruktur mehrere erste Öffnungen für die Zugabe von Luft in den Hohlraum angeordnet sind, wobei in der Wand mehrere zweite Öffnungen vom Hohlraum zum Brennraum in Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsgase der Brennkammer stromab der ersten Öffnungen angeordnet sind, wobei in der Tragstruktur mehrere dritte Öffnungen für die Zugabe von Brennstoff in den Hohlraum angeordnet sind, wobei die dritten Öffnungen in Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum stromab der ersten Öffnungen angeordnet sind.The object directed to a combustion chamber is achieved by a combustion chamber having a support structure enclosing a combustion chamber and having an inner lining formed from a multiplicity of heat shield elements attached to the support structure, wherein at least one heat shield element has a wall with a hot side which can be acted upon by a hot medium, one of the hot side opposite cold side and a peripheral edge web which extends beyond the cold side in the direction of the support structure and rests in the operation of the combustion chamber, taking into account thermal expansion substantially close to the support structure, so that between the wall, the peripheral edge web and the support structure a Cavity is formed, wherein in the support structure a plurality of first openings for the addition of air are arranged in the cavity, wherein in the wall a plurality of second openings from the cavity to the combustion chamber in the main flow direction of the combustion gases of Combustion chamber are arranged downstream of the first openings, wherein in the support structure a plurality of third openings for the addition of fuel are arranged in the cavity, wherein the third openings are arranged in the flow direction of the air through the cavity downstream of the first openings.

Durch diese relative Anordnung der ersten, zweiten und dritten Öffnungen, insbesondere der Eindüsung des Brennstoffs stromab der Luftzufuhröffnungen, wird sichergestellt, dass die Verbrennung innerhalb der Brennkammer und keinesfalls innerhalb des Hitzeschildelementes erfolgt. Es ist erwünscht, dass der umlaufende Randsteg des Hitzeschildelements im Betrieb der Brennkammer unter Berücksichtigung von thermischen Dehnungen weitgehend dicht auf der Tragstruktur aufliegt. Wenn dies nicht direkt erreicht werden kann, können in den Randsteg Dichtungen z.B. Riffle Seals eingesetzt werden. Die Höhe eines Randstegs liegt im Bereich von ca. 5 bis 15mm.This relative arrangement of the first, second and third openings, in particular the injection of the fuel downstream of the air supply openings, ensures that the combustion takes place within the combustion chamber and in no way within the heat shield element. It is desirable that the peripheral edge web of the heat shield element rests in the operation of the combustion chamber, taking into account thermal expansions largely tightly on the support structure. If this can not be achieved directly, seals such as riffle seals can be used in the edge web become. The height of an edge ridge is in the range of about 5 to 15mm.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten Öffnungen bezogen auf den Hohlraum diametral angeordnet, so dass die Durchströmung des Hohlraums mit einer fast direkten Querströmung der Luft erfolgt. Dies sorgt sowohl für eine gute Kühlung des Hitzeschildelements als auch für eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft.In an advantageous embodiment of the invention, the first and second openings are arranged diametrically relative to the cavity, so that the flow through the cavity takes place with an almost direct transverse flow of the air. This ensures both good cooling of the heat shield element and good mixing of fuel and air.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Hitzeschildelement eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des Hitzeschildelementes an der Tragstruktur auf und die dritten Öffnungen sind in Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum stromab der Befestigungsvorrichtung angeordnet. Dadurch wird das Risiko von unkontrollierten Brennstoffleckagen vermindert.In a further advantageous embodiment, the heat shield element has a fastening device for fastening the heat shield element to the support structure, and the third openings are arranged in the flow direction of the air through the hollow space downstream of the fastening device. This reduces the risk of uncontrolled fuel leaks.

Es ist vorteilhaft, wenn auf der Kaltseite des Hitzeschildelements Stege im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sind, wobei ihr stromabwärtiges Ende am stromabwärtigen Teil des umlaufenden Randstegs angeordnet ist, und die zweiten Öffnungen zwischen je zwei Stegen angeordnet sind.It is advantageous if webs are arranged substantially parallel to the main flow direction on the cold side of the heat shield element, wherein its downstream end is arranged on the downstream part of the peripheral edge web, and the second openings are arranged between two webs.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Höhe der weitgehend parallelen Stege mindestens 90% der Höhe des Hohlraums beträgt, so dass sie sich wie der umlaufende Randsteg fast bis zur Tragstruktur erstrecken. Durch diese Stege wird der Luftstrom in Teilströme geteilt. Dadurch kann Brennstoff in Teilströme der querströmenden Luft eingedüst werden.It is expedient if the height of the substantially parallel webs is at least 90% of the height of the cavity, so that they extend as the peripheral edge web almost to the support structure. Through these webs of the air stream is divided into partial streams. As a result, fuel can be injected into partial streams of the transverse air.

Durch die Stege werden Kanäle zwischen Hitzeschildelement und Tragstruktur gebildet. Deren Länge ist durch die Länge benachbarter Stege, deren Breite durch den Abstand benachbarter Stege und deren Höhe durch die Höhe des Hohlraums definiert. Eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der Luft wird erreicht, wenn ein Verhältnis von Länge zum hydraulischen Durchmesser eines Kanals größer als 7 ist. Der hydraulische Durchmesser ist definiert durch ein gleiches Verhältnis von Querschnittsfläche zum Umfang, d.h. durch [4 * (Höhe * Breite)] / [2 * (Höhe + Breite)].Channels are formed between the heat shield element and the support structure by the webs. Their length is defined by the length of adjacent webs whose width is defined by the distance between adjacent webs and their height by the height of the cavity. A good mixing of the fuel with the air is achieved when a ratio of length to the hydraulic diameter of a channel is greater than 7. The hydraulic diameter is defined by an equal ratio of cross-sectional area to circumference, i. by [4 * (height * width)] / [2 * (height + width)].

Im Nachlauf der Befestigungsvorrichtung kann evtl. eine Verringerung in der Luftströmung zu den Kanälen vorliegen. Es ist daher zweckmäßig, wenn im Nachlauf der Befestigungsvorrichtung die Kanäle an ihrem Eintritt eine größere Breite aufweisen als die übrigen Kanäle oder insgesamt eine geringere Länge.In the wake of the fastening device may possibly be present a reduction in the flow of air to the channels. It is therefore expedient if, in the wake of the fastening device, the channels at their inlet have a greater width than the remaining channels or, overall, a shorter length.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die zweiten Öffnungen Austritte der Kanäle darstellen und die dritten Öffnungen an jeweils den Austritten gegenüberliegenden Eintritten der Kanäle angeordnet sind.It is expedient if the second openings constitute outlets of the channels and the third openings are arranged on each of the outlets opposite inlets of the channels.

Um die Gefahr von Selbstzündungen aufgrund einer ungleichförmige Luftströmung im Nachlauf der Befestigungsvorrichtung zu verringern, ist es zweckmäßig, wenn die dritten Öffnungen für Brennstoff unterschiedlich groß sind bzw. entsprechend angepasst werden.In order to reduce the risk of auto-ignition due to a non-uniform air flow in the wake of the fastening device, it is expedient if the third openings for fuel are of different sizes or be adapted accordingly.

Um die Mischung weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn an den Eintritten der Kanäle oder in den Kanälen zumindest teilweise turbulenzerzeugende Einbauten angeordnet sind. Diese können Teil des Hitzeschildelementes oder auch der Tragstruktur sein. Die Anordnung solcher turbulenzerzeugender Einbauten erfolgt bevorzugt stromauf der dritten Öffnungen, also stromauf der Öffnungen für die Zugabe von Brennstoff.In order to further improve the mixture, it is advantageous if at least partially turbulence-generating internals are arranged at the inlets of the channels or in the channels. These may be part of the heat shield element or the support structure. The arrangement of such turbulence-generating internals is preferably carried out upstream of the third openings, ie upstream of the openings for the addition of fuel.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die dritten Öffnungen, also diejenigen für Brennstoff, derart versetzt angeordnet sind, dass über die Kanäle einander zuordenbare zweite und dritte Öffnungen unterschiedlich voneinander beabstandet sind. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Mischstrecken und damit unterschiedliche Verzugszeiten bis zum Austritt in den Brennraum durch die zweiten Öffnungen, was eine mögliche Kopplung mit thermoakustischen Schwingungen vermindert.Furthermore, it is advantageous if the third openings, that is to say those for fuel, are arranged offset in such a way that second and third openings, which can be assigned to one another, are spaced apart from one another by way of the channels. This results in different mixing distances and thus different delay times up to the exit into the combustion chamber through the second openings, which reduces a possible coupling with thermoacoustic oscillations.

Um ein unkontrolliertes Ausströmen von Brennstoff über Leckagen in den Spalt zwischen zwei Hitzeschildelementen weitgehend zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn die äußersten, durch je einen Steg und den Randsteg gebildeten Randkanäle frei von zweiten und dritten Öffnungen sind, d.h. wenn die Kanäle, die sich an den beiden Rändern des Hitzeschildelementes befinden, nicht mit Brennstoff versorgt werden.In order to largely prevent uncontrolled leakage of fuel via leaks in the gap between two heat shield elements, it is expedient if the outermost edge channels formed by a respective web and the edge web are free of second and third openings, i. when the channels located at the two edges of the heat shield element are not fueled.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der umlaufende Randsteg vierte Öffnungen auf. So können benachbarte Hitzeschildelementseiten und der Spalt zwischen benachbarten Hitzeschildelementen gekühlt bzw. gegen Heißgaseinzug gesperrt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the peripheral edge web fourth openings. Thus, adjacent heat shield element sides and the gap between adjacent heat shield elements can be cooled or locked against hot gas injection.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Hitzeschildelement 4 so in der Brennkammer angeordnet, dass die zweiten Öffnungen ein bis 4 mal soweit von einem Brennkammerausgang entfernt sind, wie der Brennkammerausgang hoch ist. Im Teillastbetrieb, in dem kein Brennstoff den Brennstoffbohrungen, also den dritten Öffnungen zugeführt wird, kann das Hitzeschildelement als Luftbypass dienen, so dass die Gasturbine über einen zu tiefer Teillast erweiterten schadstoffarmen Betriebsbereich verfügt. Bei hoher Last, also bei Einspritzung von Brennstoff, ist dadurch zwar noch ein vollständiges Abbrennen des Gemisches sichergestellt, jedoch ist die Verweilzeit der entstehenden Heißgase vergleichsweise sehr klein, so dass nur vergleichsweise geringe Mengen an Stickoxiden entstehen.In a further advantageous embodiment of the invention, the at least one heat shield element 4 is arranged in the combustion chamber such that the second openings are one to four times as far away from a combustion chamber exit as the combustion chamber exit is high. In part-load operation, in which no fuel is supplied to the fuel bores, ie the third openings, the heat shield element can serve as an air bypass, so that the gas turbine has an extended low-partial load low-emission operating range. At high load, ie at injection of Fuel, although this still ensures complete burning of the mixture, however, the residence time of the resulting hot gases is comparatively very small, so that only relatively small amounts of nitrogen oxides.

Um ein Eindringen von Brennstoff in den Spalt am bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsgase in der Brennkammer stromabwärtigen Ende des Hitzeschildelements zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn im Spalt in der Tragstruktur fünfte Öffnungen vorgesehen sind.In order to avoid penetration of fuel into the gap at the downstream end of the heat shield element with respect to a main flow direction of the combustion gases in the combustion chamber, it is expedient if fifth openings are provided in the gap in the support structure.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn das Hitzeschildelement ein metallisches Hitzeschildelement ist, weil metallische Platten wegen der einfachen Gießbarkeit bzw. Möglichkeit einer maschinellen Herstellung mit den entsprechenden Geometrien am besten für die Herstellung solcher Hitzeschildelemente geeignet sind.Finally, it is advantageous if the heat shield element is a metallic heat shield element, because metallic plates are most suitable for the production of such heat shield elements because of the ease of casting or the possibility of machining with the corresponding geometries.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer mit einer einen Brennraum umschließenden Tragstruktur und mit einer aus einer Vielzahl von an der Tragstruktur befestigten Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Hitzeschildelemente Brennstoff und Luft für eine Verbrennung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoff und Luft im Hitzeschildelement vorgemischt werden und als Brennstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum zur dortigen Verbrennung abgegeben werden.The object directed to a method is achieved by a method for operating a combustion chamber having a support structure enclosing a combustion chamber and having an inner lining formed from a plurality of heat shield elements attached to the support structure, characterized in that at least one of the heat shield elements comprises fuel and air for combustion be fed, characterized in that fuel and air are premixed in the heat shield element and discharged as a fuel-air mixture into the combustion chamber for local combustion.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der konkreten Gestaltung eines Hitzeschildelements, das kontrolliert beströmte, berandete Kanäle zur Einmischung von Brennstoff zur Verfügung stellt. Gleichzeitig wird durch das vorgeschlagene Design ermöglicht, dass das Hitzeschildelement während des gesamten Betriebs ausreichend gekühlt ist. Das Hitzeschildelement weist Stege auf, die die strömende Kühlluft in kleine Kanäle teilt, in denen trotz kleiner absoluter Kanallänge bzw. Baugröße eine gute Mischung wegen der großen relativen Kanallänge erreicht wird.The advantages achieved by the invention are in particular in the specific design of a heat shield element, the controlled flows, bounded channels for mixing fuel provides. At the same time, the proposed design allows the heat shield element to be sufficiently cooled throughout its operation. The heat shield element has webs, which divides the flowing cooling air into small channels, in which, despite small absolute channel length or size, a good mixture is achieved because of the large relative channel length.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

  • 1 einen Längsschnitt durch eine Ringbrennkammer einer Gasturbine und
  • 2 die Kaltseite eines Hitzeschildelements nach der Erfindung.
The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Shown schematically and not to scale:
  • 1 a longitudinal section through an annular combustion chamber of a gas turbine and
  • 2 the cold side of a heat shield element according to the invention.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Brennkammer 1, insbesondere eine Ringbrennkammer für eine Gasturbine. Die Brennkammer 1 liegt rotationssymmetrisch um eine Achse 27. Der Übersichtlichkeit halber ist nur eine Hälfte des Längsschnittes gezeigt. Die Brennkammer 1 weist eine Tragstruktur 3 auf. Die Tragstruktur 3 umschließt einen Brennraum 2. Die Innenwand der Tragstruktur 3 ist mit einer Innenauskleidung ausgekleidet. Die Innenauskleidung wird durch eine Vielzahl von Hitzeschildelementen 4,35 gebildet. Solche Hitzeschildelemente bestehen z.B. aus feuerfester Keramik 35 oder Metall 4. In die Brennkammer 1 mündet ein Brennersystem 28. Dieses wird gebildet durch einen Pilotbrenner 29 und einen Hauptbrenner 30 (typischer Weise ein Vormischbrenner), welcher den Pilotbrenner 29 in Form eines Ringkanals umgibt. Das Brennersystem 28 ist an einem brennerseitigen Ende 31 der Brennkammer 1 angeordnet. An einem dem brennerseitigen Ende 31 gegenüberliegenden turbinenseitigen Ende 32 schließt sich eine schematisch dargestellte Gasturbine 33 an. 1 shows a longitudinal section through a combustion chamber 1 , in particular an annular combustion chamber for a gas turbine. The combustion chamber 1 is rotationally symmetric about an axis 27 , For the sake of clarity, only one half of the longitudinal section is shown. The combustion chamber 1 has a support structure 3 on. The supporting structure 3 encloses a combustion chamber 2 , The inner wall of the supporting structure 3 is lined with an inner lining. The inner lining is formed by a plurality of heat shield elements 4, 35. Such heat shield elements consist for example of refractory ceramic 35 or metal 4 , In the combustion chamber 1 opens a burner system 28 , This is made by a pilot burner 29 and a main burner 30 (typically a premix burner), which is the pilot burner 29 surrounds in the form of an annular channel. The burner system 28 is at a burner end 31 the combustion chamber 1 arranged. At one end of the burner 31 opposite turbine end 32 closes a schematically illustrated gas turbine 33 at.

Bei Verwendung einer solchen Brennkammer 1 in einer hier nicht dargestellten Gasturbinenanlage wird dem Pilotbrenner 29 Brennstoff und Luft zugeführt. Der Brennstoff und die Luft werden beispielsweise über einen Diffusionsbetrieb des Pilotbrenners 29 im Brennraum 2 der Brennkammer 1 verbrannt. An der am Pilotbrenner 29 stabilisierten Flamme dieser Verbrennung entzündet sich ein Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft, welches dem Hauptbrenner 30 zugeführt wird. Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas tritt aus dem turbinenseitigen Ende 32 der Brennkammer 1 durch den Brennkammerausgang 38 aus und treibt die Gasturbine 33 an.When using such a combustion chamber 1 in a gas turbine plant, not shown here is the pilot burner 29 Fuel and air supplied. The fuel and the air, for example, via a diffusion operation of the pilot burner 29 in the combustion chamber 2 the combustion chamber 1 burned. At the pilot burner 29 stabilized flame of this combustion ignites a mixture of fuel and combustion air, which is the main burner 30 is supplied. The exhaust gas produced by the combustion exits from the turbine end 32 the combustion chamber 1 through the combustion chamber exit 38 off and drives the gas turbine 33 at.

2 zeigt, wie die in 1 dargestellte, konventionelle einstufige Verbrennung in besonders einfacher Weise durch eine zweite Stufe einer Verbrennung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Hitzeschildelements 4 ergänzt werden kann. 2 shows how the in 1 illustrated, conventional single-stage combustion in a particularly simple manner by a second stage of combustion using a heat shield element according to the invention 4 can be supplemented.

Insbesondere zeigt die 2 das Schema eines Hitzeschildelements 4 sowie gestrichelt dargestellte Elemente, die auf der Tragstruktur 3 angeordnet sind.In particular, the shows 2 the scheme of a heat shield element 4 and dashed lines shown on the support structure 3 are arranged.

Das Hitzeschildelement 4 umfasst eine Wand 5 mit einer mit einem heißen Medium beaufschlagbaren Heißseite 6 (Rückseite in der Darstellung der 2), einer der Heißseite 6 gegenüberliegenden Kaltseite 7 und einen umlaufenden Randsteg 8, der sich über die Kaltseite 7 hinaus in Richtung der Tragstruktur 3 erstreckt. Im Betrieb der Brennkammer 1 liegt der Randsteg 8 unter Berücksichtigung von thermischen Dehnungen im Wesentlichen dicht auf der Tragstruktur 3 auf, so dass zwischen der Wand 5, dem umlaufenden Randsteg 8 und der Tragstruktur 3 ein Hohlraum 9 gebildet ist.The heat shield element 4 includes a wall 5 with a can be acted upon with a hot medium hot side 6 (Back side in the illustration of the 2 ), one of the hot side 6 opposite cold side 7 and a peripheral edge bar 8th that goes over the cold side 7 out in the direction of the support structure 3 extends. In operation of the combustion chamber 1 lies the edge bridge 8th taking into account thermal expansions substantially close to the support structure 3 on, so that between the wall 5 , the peripheral edge bridge 8th and the support structure 3 a cavity 9 is formed.

In der Tragstruktur 3 sind mehrere erste Öffnungen 10 für die Zugabe von Luft in den Hohlraum 9 angeordnet. Das können Löcher oder eventuell auch Schlitze sein, welche auch zur Prallkühlung des Hitzeschildelements 4 dienen können. Diese ersten Öffnungen 10 sind, bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung 12 der Verbrennungsgase in der Brennkammer 1, in einem stromaufwärtigen Teil des Hohlraums 9 angeordnet.In the supporting structure 3 are several first openings 10 for the addition of air into the cavity 9 arranged. That can be holes or maybe Slits, which also for impact cooling of the heat shield element 4 can serve. These first openings 10 are, based on a main flow direction 12 the combustion gases in the combustion chamber 1 in an upstream part of the cavity 9 arranged.

Weiter sind in der Wand 5, diametral zu den ersten Öffnungen 10 im Hohlraum 9 mehrere zweite Öffnungen 11 vom Hohlraum 9 zum Brennraum 2 in Hauptströmungsrichtung 12 der Verbrennungsgase der Brennkammer 1 stromab der ersten Öffnungen 10 angeordnet.Next are in the wall 5 diametrically opposite the first openings 10 in the cavity 9 several second openings 11 from the cavity 9 to the combustion chamber 2 in the main flow direction 12 the combustion gases of the combustion chamber 1 downstream of the first openings 10 arranged.

Schließlich sind in der Tragstruktur 3 mehrere dritte Öffnungen 13 für die Zugabe von Brennstoff in den Hohlraum 9 angeordnet und zwar so, dass sie in Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum 9 nicht nur stromab der ersten Öffnungen 10 angeordnet sind, sondern auch stromab einer Befestigungsvorrichtung 14 zur Befestigung des Hitzeschildelementes 4 an der Tragstruktur 3. Auf der kaltseitigen Wand der Tragstruktur 3 befindet sich ein abgeschlossener brennstoffführender Verteiler (nicht gezeigt).Finally, in the support structure 3 several third openings 13 for the addition of fuel into the cavity 9 arranged in such a way that they in the flow direction of the air through the cavity 9 not just downstream of the first openings 10 are arranged, but also downstream of a fastening device 14 for fixing the heat shield element 4 on the supporting structure 3 , On the cold side wall of the support structure 3 there is a closed fuel delivery manifold (not shown).

Auf der Kaltseite 7 des Hitzeschildelements 4 sind Stege 15 angeordnet, die sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 12 in etwa von den dritten Öffnungen 13 bis zu den zweiten Öffnungen 11 erstrecken. D.h., ein stromabwärtiges Ende 36 der Stege 15 ist am stromabwärtigen Teil 37 des umlaufenden Randstegs 8 angeordnet, und die zweiten Öffnungen 11 sind zwischen je zwei Stegen 15 angeordnet. Die Höhe der Stege 15 beträgt mindestens 90% der Höhe des Hohlraums 9. Durch die Stege 15 werden Kanäle 16 zwischen Hitzeschildelement 4 und Tragstruktur 3 gebildet, im Bereich deren Eintritte 20 somit die dritten Öffnungen 13 (für das Eindüsen von Brennstoff in die querströmende Luft) und als deren Austritte 19, möglichst nah am stromabwärtigen Teil 37 des Randstegs 8, die zweiten Öffnungen 11 für die Abgabe des Brennstoff-Luft-Gemischs in die querströmenden heißen Abgase (>1000°C) im Brennraum 2 angeordnet sind und deren Länge 17 durch die Länge benachbarter Stege 15, deren Breite 18 durch den Abstand benachbarter Stege 15 und deren Höhe durch die Höhe des Hohlraums 9 definiert sind. Eine gute Vermischung des Brennstoffes mit der Luft wird erreicht, wenn ein Verhältnis von Länge 17 zum hydraulischen Durchmesser eines Kanals 16 größer als 7 ist. Der hydraulische Durchmesser ist definiert durch ein gleiches Verhältnis von Querschnittsfläche zum Umfang, d.h. durch [4 * (Höhe * Breite)] / [2 * (Höhe + Breite)] bei einem rechteckigen Querschnitt.On the cold side 7 of the heat shield element 4 are webs 15 arranged substantially parallel to the main flow direction 12 in about the third openings 13 to the second openings 11 extend. That is, a downstream end 36 of the bridges 15 is at the downstream part 37 of the peripheral edge web 8th arranged, and the second openings 11 are between two bars each 15 arranged. The height of the walkways 15 is at least 90% of the height of the cavity 9 , Through the bars 15 become channels 16 between heat shield element 4 and support structure 3 formed, in the area of their entrances 20 thus the third openings 13 (for injecting fuel into the cross-flow air) and as their outlets 19 as close as possible to the downstream part 37 of the edge bridge 8th , the second openings 11 for the delivery of the fuel-air mixture in the transversely flowing hot exhaust gases (> 1000 ° C) in the combustion chamber 2 are arranged and their length 17 by the length of adjacent bars 15 whose width 18 by the distance between adjacent webs 15 and their height through the height of the cavity 9 are defined. Good mixing of the fuel with the air is achieved when a ratio of length 17 to the hydraulic diameter of a canal 16 is greater than 7. The hydraulic diameter is defined by an equal ratio of cross-sectional area to circumference, ie by [4 * (height * width)] / [2 * (height + width)] for a rectangular cross-section.

In der Ausführungsform der 2 sind an den Eintritten 20 der Kanäle 16 turbulenzerzeugende Einbauten 21 angeordnet. Diese können aber auch in den Kanälen 16 angeordnet sein. In beiden Fällen ist die Anordnung der turbulenzerzeugenden Einbauten 21 im Hinblick auf eine gute Durchmischung von Luft und Brennstoff stromauf der dritten Öffnungen 13 für Brennstoff bevorzugt.In the embodiment of the 2 are at the entrances 20 of the channels 16 turbulence-generating internals 21 arranged. These can also be in the channels 16 be arranged. In both cases, the arrangement of the turbulence-generating internals 21 with a view to a good mixing of air and fuel upstream of the third openings 13 preferred for fuel.

Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die dritten Öffnungen 13 nicht auf einer Linie sondern derart versetzt angeordnet, dass über die Kanäle 16 einander zuordenbare zweite 11 und dritte Öffnungen 13 unterschiedlich voneinander beabstandet sind.In the embodiment of 2 are the third openings 13 not on a line but staggered that over the channels 16 each other assignable second 11 and third openings 13 are spaced differently from each other.

Außerdem zeigt die 2, dass die äußersten durch je einen Steg 15 und den Randsteg 8 gebildeten Randkanäle 34 frei von zweiten 11 und dritten Öffnungen 13 sind.In addition, the shows 2 that the outermost through each a jetty 15 and the edge bridge 8th formed edge channels 34 free from second 11 and third openings 13 are.

Hinsichtlich Kühl- bzw. Sperrluft sind beim Hitzeschildelement 4 der 2 sowohl vierte Öffnungen 22 in Teilen des umlaufenden Randstegs 8 vorgesehen, sowie im Spalt 24 am bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung 12 der Verbrennungsgase in der Brennkammer 1 stromabwärtigen Ende 25 des Hitzeschildelements 4, d.h. in der 2 rechts mit gestrichelten Löchern gekennzeichnet, in der Tragstruktur 3 fünfte Öffnungen 26.Regarding cooling or sealing air are the heat shield element 4 of the 2 both fourth openings 22 in parts of the peripheral edge web 8th provided, as well as in the gap 24 with respect to a main flow direction 12 the combustion gases in the combustion chamber 1 downstream end 25 of the heat shield element 4 ie in the 2 marked on the right with dashed holes, in the supporting structure 3 fifth openings 26 ,

Gemäß der Erfindung ist ein solches Hitzeschildelement 4 so angeordnet, dass die zweiten Öffnungen 11 ein bis 4 mal soweit von einem Brennkammerausgang 38 entfernt sind, wie der Brennkammerausgang 38 hoch ist. Das entspricht üblicherweise einer Anordnung in einer der beiden in Hauptströmungsrichtung 12 der Verbrennungsgase letzten durch am Umfang der Brennkammer 1 nebeneinander angeordneten Hitzeschildelemente gebildeten Hitzeschildreihen 23 der Brennkammer 1 (s. 1).According to the invention, such a heat shield element 4 arranged so that the second openings 11 one to four times as far from a combustion chamber exit 38 are removed, such as the combustion chamber exit 38 is high. This usually corresponds to an arrangement in one of the two in the main flow direction 12 the combustion gases last by at the periphery of the combustion chamber 1 Hitzeschildreihen formed side by side arranged heat shield elements 23 the combustion chamber 1 (S. 1 ).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1062461 B1 [0006]EP 1062461 B1 [0006]
  • EP 1493972 A1 [0007]EP 1493972 A1 [0007]

Claims (17)

Brennkammer (1) mit einer einen Brennraum (2) umschließenden Tragstruktur (3) und mit einer aus einer Vielzahl von an der Tragstruktur (3) befestigten Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung, wobei mindestens ein Hitzeschildelement (4) eine Wand (5) mit einer mit einem heißen Medium beaufschlagbaren Heißseite (6), einer der Heißseite (6) gegenüberliegenden Kaltseite (7) und einen umlaufenden Randsteg (8) aufweist, der sich über die Kaltseite (7) hinaus in Richtung der Tragstruktur (3) erstreckt und im Betrieb der Brennkammer (1) unter Berücksichtigung von thermischen Dehnungen im Wesentlichen dicht auf der Tragstruktur (3) aufliegt, so dass zwischen der Wand (5), dem umlaufenden Randsteg (8) und der Tragstruktur (3) ein Hohlraum (9) gebildet ist, wobei in der Tragstruktur (3) mehrere erste Öffnungen (10) für die Zugabe von Luft in den Hohlraum (9) angeordnet sind, wobei in der Wand (5) mehrere zweite Öffnungen (11) vom Hohlraum (9) zum Brennraum (2) in Hauptströmungsrichtung (12) der Verbrennungsgase der Brennkammer (1) stromab der ersten Öffnungen (10) angeordnet sind, wobei in der Tragstruktur (3) mehrere dritte Öffnungen (13) für die Zugabe von Brennstoff in den Hohlraum (9) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Öffnungen (13) stromab der ersten Öffnungen (10) angeordnet sind.Combustion chamber (1) having a support structure (3) enclosing a combustion chamber (2) and having an inner lining formed from a plurality of heat shield elements attached to the support structure (3), wherein at least one heat shield element (4) has a wall (5) with one hot medium can be acted upon hot side (6), one of the hot side (6) opposite cold side (7) and a peripheral edge web (8) extending beyond the cold side (7) in the direction of the support structure (3) and during operation of the combustion chamber (1) rests substantially tightly on the support structure (3), taking into account thermal expansions, so that a cavity (9) is formed between the wall (5), the peripheral edge web (8) and the support structure (3), wherein the support structure (3) a plurality of first openings (10) for the addition of air in the cavity (9) are arranged, wherein in the wall (5) a plurality of second openings (11) from the cavity (9) to the combustion chamber (2) in the main flow (12) of the combustion gases of the combustion chamber (1) are arranged downstream of the first openings (10), wherein in the support structure (3) a plurality of third openings (13) for the addition of fuel in the cavity (9) are arranged, characterized in that the third openings (13) are arranged downstream of the first openings (10). Brennkammer (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten (10) und zweiten Öffnungen (11) bezogen auf den Hohlraum (9) diametral angeordnet sind.Combustion chamber (1) after Claim 1 wherein the first (10) and second openings (11) are diametrically opposed with respect to the cavity (9). Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hitzeschildelement (4) eine Befestigungsvorrichtung (14) zur Befestigung des Hitzeschildelementes (4) an der Tragstruktur (3) aufweist und wobei die dritten Öffnungen (13) in Strömungsrichtung der Luft durch den Hohlraum (9) stromab der Befestigungsvorrichtung (14) angeordnet sind.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein the heat shield element (4) has a fastening device (14) for fastening the heat shield element (4) to the support structure (3) and wherein the third openings (13) in the flow direction of the air through the cavity (9) are arranged downstream of the fastening device (14). Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Kaltseite (7) des Hitzeschildelements (4) Stege (15) im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung (12) angeordnet sind, wobei ihr stromabwärtiges Ende (36) am stromabwärtigen Teil (37) des umlaufenden Randstegs (8) angeordnet ist, und die zweiten Öffnungen (11) zwischen je zwei Stegen (15) angeordnet sind.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein on the cold side (7) of the heat shield element (4) webs (15) are arranged substantially parallel to the main flow direction (12), wherein its downstream end (36) at the downstream part (37) of the peripheral edge web (8) is arranged, and the second openings (11) between each two webs (15) are arranged. Brennkammer (1) nach Anspruch 4, wobei die Höhe der Stege (15) mindestens 90% der Höhe des Hohlraums (9) beträgt.Combustion chamber (1) after Claim 4 , wherein the height of the webs (15) is at least 90% of the height of the cavity (9). Brennkammer (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei durch die Stege (15) Kanäle (16) zwischen Hitzeschildelement (4) und Tragstruktur (3) gebildet werden, deren Länge (17) durch die Länge benachbarter Stege (15), deren Breite (18) durch den Abstand benachbarter Stege (15) und deren Höhe (38) durch die Höhe des Hohlraums (9) definiert sind, wobei ein Verhältnis von Länge (17) zum hydraulischen Durchmesser eines Kanals (16) größer als 7 ist.Combustion chamber (1) according to one of Claims 4 or 5 in that channels (16) are formed between heat shield element (4) and support structure (3) by the webs (15) whose length (17) is determined by the length of adjacent webs (15) whose width (18) is defined by the distance between adjacent webs ( 15) and their height (38) are defined by the height of the cavity (9), wherein a ratio of length (17) to the hydraulic diameter of a channel (16) is greater than 7. Brennkammer (1) nach den Ansprüchen 3 und 6, wobei im Nachlauf der Befestigungsvorrichtung (14) die Kanäle (16) an ihrem Eintritt (20) eine größere Breite aufweisen oder eine geringere Länge aufweisen als die übrigen Kanäle (16) .Combustion chamber (1) after the Claims 3 and 6 , wherein in the wake of the fastening device (14), the channels (16) at its inlet (20) have a greater width or a shorter length than the other channels (16). Brennkammer (1) nach Anspruch 6, wobei die zweiten Öffnungen (11) Austritte (19) der Kanäle (16) darstellen und die dritten Öffnungen (13) an jeweils den Austritten (19) gegenüberliegenden Eintritten (20) der Kanäle (16) angeordnet sind.Combustion chamber (1) after Claim 6 in that the second openings (11) represent outlets (19) of the channels (16) and the third openings (13) are arranged on inlets (20) of the channels (16) which are opposite to the outlets (19). Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritten Öffnungen (13) für Brennstoff unterschiedlich groß sind.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein the third openings (13) are of different sizes for fuel. Brennkammer (1) nach Anspruch 8, wobei an den Eintritten (20) der Kanäle (16) oder in den Kanälen (16) zumindest teilweise turbulenzerzeugende Einbauten (21) angeordnet sind.Combustion chamber (1) after Claim 8 , wherein at the entrances (20) of the channels (16) or in the channels (16) at least partially turbulence generating internals (21) are arranged. Brennkammer (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die dritten Öffnungen (13) derart versetzt angeordnet sind, dass über die Kanäle (16) einander zuordenbare zweite (11) und dritte Öffnungen (13) unterschiedlich voneinander beabstandet sind.Combustion chamber (1) according to one of Claims 6 to 10 , wherein the third openings (13) are arranged offset in such a way that on the channels (16) each other assignable second (11) and third openings (13) are spaced from each other differently. Brennkammer (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die äußersten durch je einen Steg (15) und den Randsteg (8) gebildeten Randkanäle (34) frei von zweiten (11) und dritten Öffnungen (13) sind.Combustion chamber (1) according to one of Claims 6 to 11 , wherein the outermost by one web (15) and the edge web (8) formed edge channels (34) are free of second (11) and third openings (13). Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der umlaufende Randsteg (8) vierte Öffnungen (22) aufweist.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein the peripheral edge web (8) has fourth openings (22). Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Hitzeschildelement (4) so angeordnet ist, dass die zweiten Öffnungen (11) ein bis 4 mal soweit von einem Brennkammerausgang (39) entfernt sind, wie der Brennkammerausgang (38) hoch ist.A combustor (1) according to any one of the preceding claims, wherein the at least one heat shield element (4) is arranged such that the second openings (11) are one to four times far from a combustor exit (39) as the combustor exit (38) is high is. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Spalt (24) am bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung (12) der Verbrennungsgase in der Brennkammer (1) stromabwärtigen Ende (25) des Hitzeschildelements (4) in der Tragstruktur (3) fünfte Öffnungen (26) vorgesehen sind.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein in the gap (24) in relation to a main flow direction (12) of the combustion gases in the combustion chamber (1) downstream end (25) of the heat shield element (4) in the support structure (3) fifth openings (26) are provided. Brennkammer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Hitzeschildelement (4) ein metallisches Hitzeschildelement ist.Combustion chamber (1) according to one of the preceding claims, wherein the heat shield element (4) is a metallic heat shield element. Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer (1) mit einer einen Brennraum (2) umschließenden Tragstruktur (3) und mit einer aus einer Vielzahl von an der Tragstruktur (3) befestigten Hitzeschildelementen gebildeten Innenauskleidung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem der Hitzeschildelemente (4) Brennstoff und Luft für eine Verbrennung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Brennstoff und Luft im Hitzeschildelement (4) vorgemischt werden und als Brennstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum (2) zur dortigen Verbrennung abgegeben werden. Method for operating a combustion chamber (1) with a support structure (3) surrounding a combustion chamber (2) and with an inner lining formed from a multiplicity of heat shield elements attached to the support structure (3), characterized in that at least one of the heat shield elements (4) is fuel and air are supplied for combustion, characterized in that fuel and air in the heat shield element (4) are premixed and discharged as fuel-air mixture into the combustion chamber (2) for local combustion.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1062461B1 (en) * 1998-03-10 2003-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Combustion chamber and method for operating a combustion chamber
US7010921B2 (en) * 2004-06-01 2006-03-14 General Electric Company Method and apparatus for cooling combustor liner and transition piece of a gas turbine
DE102014214981B3 (en) * 2014-07-30 2015-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Side-coated heat shield element with impingement cooling on open spaces

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1467151A1 (en) * 2003-04-10 2004-10-13 Siemens Aktiengesellschaft Heat shield element
EP1493972A1 (en) 2003-07-04 2005-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Burner unit for a gas turbine and gas turbine
EP1847684A1 (en) * 2006-04-21 2007-10-24 Siemens Aktiengesellschaft Turbine blade

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1062461B1 (en) * 1998-03-10 2003-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Combustion chamber and method for operating a combustion chamber
US7010921B2 (en) * 2004-06-01 2006-03-14 General Electric Company Method and apparatus for cooling combustor liner and transition piece of a gas turbine
DE102014214981B3 (en) * 2014-07-30 2015-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Side-coated heat shield element with impingement cooling on open spaces

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