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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Brennkammer und eine Gasturbine.
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Eine Gasturbine ist mit einer Brennkammer und einer Turbine versehen, welche Verbrennungsgas, das durch Verbrennen von Brennstoff durch die Brennkammer erzeugt wird, verwendet, um eine Rotationskraft zu erzeugen. Die Brennkammer umfasst eine daran montierte Akustikvorrichtung, die Akustikauskleidung genannt wird (Verbrennungsoszillations-Reduzierungsvorrichtung). Eine Akustikauskleidung kann eine Verbrennungsoszillation einer vorbestimmten erzeugten Frequenz durch Kombinieren eines Akustikmodus und eines Verbrennungssystems dämpfen.
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Beispielsweise offenbart die
JP 2009-97 841 A eine Akustikauskleidung, welche einen mit der Innenseite des Übergangsstücks einer Brennkammer über ein Lüftungsloch kommunizierenden Gasraum definiert und welche Verbrennungsoszillation einer vorbestimmten Frequenz dämpfen kann.
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Aus der
US 2011/0 220 433 A1 ist eine Brennkammer für eine Gasturbine bekannt, auf der der Oberbegriff des Patentanspruches 1 basiert. Die Brennkammer weist eine an einer Außenseite einer Brennkammerauskleidung angebrachte Akustikvorrichtung auf, die einen ersten Raum und zwei durch Abdeckungen jeweils umschlossene zweite Räume aufweist, die mit dem ersten Raum über jeweils eine Öffnung kommunizieren. Die durch die Abdeckungen umschlossenen zweiten Räume haben jeweils dieselbe Höhe in der Radialrichtung der Brennkammerauskleidung.
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Die
US 2015/0 020 498 A1 offenbart eine Akustikvorrichtung für eine Brennkammer einer Gasturbine, bei der zwei Räume mit unterschiedlicher Höhe in der Radialrichtung jeweils durch eine Abdeckung umgrenzt sind, wobei der innere Raum bzw. zwei innere Räume mit gleicher Höhe vollständig innerhalb des zweiten Raums mit einem durchgehenden Volumen angeordnet sind.
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Die
US 2005/0 034 918 A1 offenbart eine Akustikvorrichtung, die miteinander kommunizierende und in Radialrichtung auf- bzw. übereinander angeordnete erste und zweite Räume besitzt.
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Die
US 2015/0 059 345 A1 offenbart eine Brennkammer mit einer Akustikvorrichtung, die einen radial innenliegenden ersten Gehäuseabschnitt oder Raum und zwei damit kommunizierende radial außerhalb angeordnete zweite Gehäuseabschnitte oder Räume besitzt, die miteinander kommunizieren und dieselbe Höhe in der Radialrichtung haben.
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Typischerweise ist eine Akustikauskleidung ausgebildet, um eine einzelne Abstimmfrequenz zu haben und kann Verbrennungsoszillation der Abstimmfrequenz oder einer Frequenz um die Abstimmfrequenz herum dämpfen.
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Jedoch können bei der Verbrennungsoszillation eine Vielzahl von Modi (Verbrennungsmodi) mit deutlich unterschiedlichen Frequenzen aufgrund vielfältiger Ursachen wie beispielsweise dem Verbrennungszustand auftreten. Während es wünschenswert ist, eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi während einem Betrieb einer Gasturbine zu dämpfen, können Verbrennungsoszillationsmodi mit einer von der Abstimmfrequenz deutlich unterschiedlichen Frequenz nicht mit einer einzelnen Akustikauskleidung gedämpft werden.
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Somit ist es nötig, um eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi mit deutlich unterschiedlichen Frequenzen zu dämpfen, eine Vielzahl von Akustikauskleidungen vorzusehen. Jedoch ist die Anzahl von installierbaren Akustikauskleidungen aufgrund des Installationsraums und der Kosten begrenzt. Während es also wünschenswert ist, eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi zu dämpfen, ist in Realität die Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi, die gedämpft werden können, abhängig von der Anzahl von Akustikauskleidungen, die vorgesehen werden können, begrenzt.
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In Anbetracht des Obigen ist es eine Aufgabe von zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Brennkammer und eine Gasturbine mit einer Akustikvorrichtung vorzuschlagen, die eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi dämpfen können.
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(1) Eine Brennkammer gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Merkmale des Patentanspruches 1 umfassend: eine Brennkammerauskleidung mit einem ersten Bereich, in welchem zumindest eine erste Öffnung ausgebildet ist, eine Düse, die ausgestaltet ist, um einen Brennstoff in die Brennkammerauskleidung hinein einzuspritzen, und eine erste Akustikvorrichtung, die an der Brennkammerauskleidung montiert ist. Die erste Akustikvorrichtung umfasst: einen ersten Gehäuseabschnitt mit zumindest einer ersten Wand, welche dem ersten Bereich zugewandt an einer äußeren Seite der Brennkammerauskleidung angeordnet ist, und welche zumindest eine zweite daran ausgebildete Öffnung aufweist, wobei der erste Gehäuseabschnitt zwischen dem ersten Bereich und der zumindest einen ersten Wand zumindest einen ersten Raum definiert, der mit einer Innenseite der Brennkammerauskleidung durch die zumindest eine erste Öffnung kommuniziert, und einen zweiten Gehäuseabschnitt mit zumindest einer zweiten Wand, welche der zumindest einen ersten Wand zugewandt an einer äußeren Seite des ersten Gehäuseabschnitts angeordnet ist, wobei der zweite Gehäuseabschnitt zwischen der zumindest einen ersten Wand und der zumindest einen zweiten Wand zumindest einen zweiten Raum definiert, der mit dem zumindest einen ersten Raum durch die zumindest eine zweite Öffnung kommuniziert.
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Bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (1) befindet sich der zweite Raum außerhalb des ersten Raums und kommuniziert mit dem ersten Raum durch die erste Öffnung wodurch die erste Akustikvorrichtung eine Vielzahl von Abstimmfrequenzen aufweist. Somit kann eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi mit unterschiedlichen Frequenzen mit der ersten Akustikvorrichtung gedämpft werden.
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(2) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (1) sind die zumindest eine erste Öffnung und die zumindest eine zweite Öffnung an derselben Position oder an unterschiedlichen Positionen in einer Axialrichtung der Brennkammerauskleidung angeordnet.
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(3) Erfindungsgemäß umfasst der zumindest eine zweite Raum eine Vielzahl von zweiten Räumen die durch eine Trennwand voneinander getrennt sind und die unterschiedliche Höhen in einer Radialrichtung der Brennkammerauskleidung aufweisen.
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Bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (3) hat die Vielzahl von zweiten Räumen, die durch die Trennwand getrennt bzw. separiert sind, unterschiedliche Höhen, und dadurch kann die erste Akustikvorrichtung mehr Abstimmfrequenzen aufweisen. Somit können mehr Verbrennungsoszillationsmodi mit der ersten Akustikvorrichtung gedämpft werden.
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(4) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, bei der obigen Ausgestaltung (3) sind die Vielzahl von zweiten Räumen entlang einer Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung angeordnet.
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Bei der Brennkammer der obigen Ausgestaltung (4) sind die Vielzahl von zweitem Räume entlang der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung angeordnet und somit kann die Vielzahl von zweiten Räumen mit unterschiedlichen Höhen mit einer einfachen Ausgestaltung vorgesehen sein.
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(5) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, bei der obigen Ausgestaltung (3) oder (4), ist die Vielzahl von zweiten Räumen entlang einer Axialrichtung der Brennkammerauskleidung angeordnet.
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Bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (5) sind die Vielzahl von zweiten Räumen entlang der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung angeordnet und somit kann die Vielzahl von zweiten Räumen mit unterschiedlichen Höhen mit einer einfachen Ausgestaltung vorgesehen sein.
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(6) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen, bei der obigen Ausgestaltung (5) nehmen die Höhen der Vielzahl von zweiten Räumen stufenweise zu der Düse in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung ab.
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In der Nähe der Flamme, das heißt in der Nähe der Düse tritt eher ein Verbrennungsoszillationsmodus mit einer höheren Frequenz auf, verglichen mit einem Bereich weiter von der Flamme entfernt. Entsprechend dieser Tendenz verringern sich bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (6) die Höhen der zweiten Räume stufenweise zu der Düse in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung, wodurch der Verbrennungsoszillationsmodus einer höheren Frequenz in der Nähe der Flamme gedämpft werden kann.
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(7) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (6) ist die erste Akustikvorrichtung innerhalb eines Bereichs angeordnet, der einem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung von einem Außenende der Düse in einer Axialrichtung der Brennkammerauskleidung entspricht.
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Innerhalb des Bereichs, der dem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung von dem Außenende der Düse entspricht, treten eher eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi auf als außerhalb des Bereichs. Entsprechend dieser Tendenz ist mit der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (7) die erste Akustikvorrichtung innerhalb des Bereiches angeordnet, der dem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung entspricht und dadurch kann eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi effektiv gedämpft werden.
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(8) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen bei einer der obigen Ausgestaltungen (1) bis (7) umfasst die Brennkammer ferner eine zweite Akustikvorrichtung, die an der Brennkammer montiert ist. Die Brennkammerauskleidung weist ferner einen zweiten Bereich auf, in welchem zumindest eine dritte Öffnung ausgebildet ist. Die zweite Akustikvorrichtung umfasst eine dritte Wand, die dem zweiten Bereich zugewandt an einer äußeren Seite der Brennkammerauskleidung angeordnet ist, wobei die zweite Akustikvorrichtung zwischen dem zweiten Bereich und der dritten Wand zumindest einen dritten Raum definiert, der mit der Innenseite der Brennkammerauskleidung durch die zumindest eine dritte Öffnung kommuniziert.
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Mit der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (8) können noch mehr Verbrennungsoszillationsmodi durch Vorsehen der zweiten Akustikvorrichtung zusätzlich zu der ersten Akustikvorrichtung gedämpft werden.
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(9) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (8) ist eine Summe einer Höhe des ersten Raums und einer Höhe des zweiten Raums in einer Radialrichtung der Brennkammerauskleidung größer als eine Höhe des dritten Raums, und die Höhe des ersten Raums kleiner ist als die Höhe des dritten Raums.
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Bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (9) hat die erste Akustikvorrichtung eine Abstimmfrequenz, die der Höhe des ersten Raums entspricht und eine Abstimmfrequenz, die der Summe der Höhe des ersten Raumes und der Höhe des zweiten Raumes entspricht. Die zweite Akustikvorrichtung hat eine Abstimmfrequenz, die der Höhe des dritten Raumes entspricht, und die Abstimmfrequenz der zweiten Akustikvorrichtung ist zwischen den zwei Frequenzen der ersten Akustikvorrichtung. Somit können Verbrennungsoszillationsmodi kontinuierlich über einen großen Frequenzbereich gedämpft werden.
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(10) Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen bei der obigen Ausgestaltung (8) oder (9) ist die erste Akustikvorrichtung in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung näher an der Düse angeordnet als die zweite Akustikvorrichtung.
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Umso näher an der Düse desto eher tritt eine große Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi auf. Entsprechend dieser Tendenz ist bei der Brennkammer mit der obigen Ausgestaltung (10) die erste Akustikvorrichtung in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung näher an der Düse angeordnet als die zweite Akustikvorrichtung und dadurch kann eine große Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi effektiv gedämpft werden.
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(11) Eine Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Merkmale des Patentanspruches 10 und umfasst die Brennkammer gemäß der Erfindung, und eine Turbine, die ausgestaltet ist, um eine Rotationskraft von einem Verbrennungsgas zu erzeugen, das durch Verbrennen des Brennstoffs durch die Brennkammer erzeugt wird.
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Bei der Gasturbine mit der obigen Ausgestaltung (11) befindet sich der zweite Raum außerhalb des ersten Raums und kommuniziert mit dem ersten Raum durch die erste Öffnung und dadurch hat die erste Akustikvorrichtung eine Vielzahl von Abstimmfrequenzen. Somit können eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi mit unterschiedlichen Frequenzen mit der ersten Akustikvorrichtung gedämpft werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine Brennkammer und eine Gasturbine, die mit einer Akustikvorrichtung versehen ist, die in der Lage sind eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi zu dämpfen, vorgeschlagen werden.
- 1 ist ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Umfangsausgestaltung einer Brennkammer einer Gasturbine.
- 3 ist eine vertikale Schnittansicht, die schematisch eine erste Akustikvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Brennkammerauskleidung einer Brennkammer und ihrer Umfangsstruktur darstellt.
- 4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Bereichs IV aus 3.
- 5 ist ein schematische Längsschnittansicht entlang einer Linie V-V aus 3.
- 6 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung, die in 3 bis 5 dargestellt ist, darstellt.
- 7 ist eine 5 entsprechende Längsschnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 8 ist eine 4 entsprechende vertikale Schnittansicht, die die erste Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 9 ist eine 4 entsprechende vertikale Schnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 10 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung, die in 7 bis 9 dargestellt ist, darstellt.
- 11 ist eine 4 entsprechende vertikale Schnittansicht, die die zweite Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit der ersten Akustikvorrichtung darstellt.
- 12 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung und der zweiten Akustikvorrichtung, die in 11 dargestellt ist, dargestellt.
- 13 ist eine 5 entsprechende Längsschnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 14 ist eine 5 entsprechende Längsschnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 15 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels einer Form und einer Gestaltung einer zweiten Öffnung, die bei der ersten Akustikvorrichtung angewendet werden kann.
- 16 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels einer Form und einer Gestaltung der zweiten Öffnung, die bei der ersten Akustikvorrichtung angewendet sein kann.
- 17 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels der Form und der Gestaltung der zweiten Öffnung, die bei der ersten Akustikvorrichtung angewendet sein kann.
- 18 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels der Form und der Gestaltung der zweiten Öffnung, die bei der ersten Akustikvorrichtung angewendet sein kann.
- 19 ist ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels der Form und der Gestaltung der zweiten Öffnung, die bei der ersten Akustikvorrichtung angewendet sein kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist es beabsichtigt, dass, wenn nicht speziell spezifiziert, Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und ähnliches von Komponenten, die bei den Ausführungsformen beschrieben werden, nur als illustrativ interpretiert werden sollen und nicht dazu gedacht sind den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen.
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Beispielsweise soll ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie beispielsweise „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „mittig“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur die Anordnung in einem strikt wörtlichen Sinne beschreibt, sondern auch einen Zustand umfasst, wo die Anordnung mit einer Toleranz oder durch einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
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Beispielsweise soll ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie beispielsweise „gleich“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so ausgelegt werden, dass er nur den Zustand beschreibt, in welchem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in welchem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, der immer noch dieselbe Funktion erzielen kann.
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Ferner soll beispielsweise ein Ausdruck einer Form wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form nicht so ausgelegt werden, dass er nur die strikt geometrische Form beschreibt, sondern auch eine Form umfasst, welche Unebenheiten oder abgeflachte Ecken innerhalb dem Bereich, in welchem derselbe Effekt erzielt werden kann, umfasst.
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Demgegenüber ist ein Ausdruck wie beispielsweise „umfassend“, „mit“, „aufweisend“, „beinhaltend“ und „bildend“ nicht dazu gedacht andere Komponenten auszuschließen.
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1 ist ein schematisches Ausgestaltungsdiagramm einer Gasturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt hat die Gasturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Kompressor (Kompressorteil) 2, eine Brennkammer (Brennkammerteil) 3 und eine Turbine (Turbinenteil) 4, und treibt beispielsweise eine externe Vorrichtung wie beispielsweise einen Generator 6 an.
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Der Kompressor 2 saugt an und komprimiert eine Atmosphäre, welche externe Luft ist, und führt die komprimierte Luft zumindest einer Brennkammer 3 zu.
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Die Brennkammer 3 verbrennt Brennstoff, der von außerhalb zugeführt wird, unter Verwendung von durch den Kompressor 2 komprimierter Luft, wodurch Gas mit hoher Temperatur (Verbrennungsgas) erzeugt wird.
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Die Turbine 4 erzeugt eine Rotationsantriebskraft als Reaktion der Zufuhr von Gas mit hoher Temperatur, das durch die Brennkammer 3 erzeugt wird, und gibt die erzeugte Rotationsantriebsenergie zu dem Kompressor 2 und einer externen Vorrichtung aus.
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2 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Umfangsausgestaltung der Brennkammer 3 der Gasturbine 1. Wie in 2 dargestellt ist ein Brennkammerinstallationsraum 8 innerhalb des Gehäuses 7 der Gasturbine 1 angeordnet und der Brennkammerinstallationsraum 8 befindet sich zwischen einem Auslass des Kompressors 2 und einem Einlass der Turbine 4. Die Brennkammer 3 ist in dem Brennkammerinstallationsraum 8 angeordnet und die komprimierte Luft strömt von einer Endseite der Brennkammer 3 in die Brennkammer 3 hinein. Die Brennkammer 3 wird mit Brennstoff von außerhalb versorgt.
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Genauer gesagt umfasst die Brennkammer 3 einen Düsenabschnitt 10, eine Brennkammerauskleidung 12 und ein Übergangsstück 14. Der Düsenabschnitt 10 hat zumindest eine Düse 16, welche von außerhalb zugeführten Brennstoff in die Brennkammerauskleidung 12 hinein einspritzt. Beispielsweise umfasst die Düse 16 eine Pilotdüse 16a und eine Vielzahl von Hauptdüsen 16b, die konzentrisch um die Pilotdüse 16a herum angeordnet sind.
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Die Brennkammerauskleidung 12 hat eine schlauchartige Form bzw. Gestalt und hat beispielsweise eine zylindrische Form. Der Düsenabschnitt 10 ist mit einer Endseite (stromaufwärtige Endseite) der Brennkammerauskleidung 12 verbunden und ein Innenraum (Verbrennungsraum) 18 ist innerhalb der Brennkammerauskleidung 12 definiert, wo von der Düse 16 eingespritzter Brennstoff verbrannt wird. Der Innenraum 18 wird mit komprimierter Luft über Spalten bzw. Zwischenräumen zwischen den Düsen 16 versorgt, und dadurch reagiert der Brennstoff mit der komprimierten Luft, um verbrannt zu werden wodurch Verbrennungsgas erzeugt wird.
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Das Übergangsstück 14 hat eine schlauchartige Form und ist mit der anderen Endseite (stromabwärtige Endseite) der Brennkammerauskleidung 12 verbunden. Die Querschnittsform des Übergangsstück 14 ändert sich allmählich in der Axialrichtung der Brennkammer 3, das heißt in der Strömungsrichtung des Verbrennungsgases. Das Übergangsstück 14 verbindet die Brennkammerauskleidung 12 mit dem Einlass der Turbine 4. Beispielsweise ist die Brennkammerauskleidung 12 und das Übergangsstück 14 durch eine Platte mit einer Vielzahl von darin ausgebildeten Kühlstrom-Durchgängen ausgebildet.
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Die Gasturbine 1 umfasst die erste Akustikvorrichtung (erste Akustikauskleidung) 20, die an der Brennkammer 3 montiert ist.
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3 ist eine vertikale Schnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung 20a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Brennkammerauskleidung 12 der Brennkammer 3 und ihrer Umgebungsstruktur darstellt. 4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Bereichs IV aus 3. 5 ist eine schematische Längsschnittansicht entlang einer Linie V-V aus 3. 6 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung 20a darstellt.
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7 ist eine 5 entsprechende Längsschnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung 20b gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 8 und 9 sind jeweils eine 4 entsprechende vertikale Schnittansicht, die schematisch die erste Akustikvorrichtung 20c, 20d gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 10 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung 20b, 20c, 20d darstellt.
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11 ist eine 4 entsprechende vertikale Schnittansicht, die schematisch die zweite Akustikvorrichtung 50 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammen mit der ersten Akustikvorrichtung 20a darstellt. 12 ist ein schematischer Graph, der die Geräuschabsorptionseigenschaft der ersten Akustikvorrichtung 20a und der zweiten Akustikvorrichtung 50 darstellt.
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13 und 14 sind jeweils 5 entsprechende Längsschnittansichten, die schematisch die erste Akustikvorrichtung 20e, 20f gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
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Wie in 3 bis 5, 7 bis 9, 11, 13 und 14 dargestellt, umfasst die erste Akustikvorrichtung 20a (20a bis 20f) den ersten Gehäuseabschnitt 22 und den zweiten Gehäuseabschnitt 24. Die Brennkammerauskleidung 12 hat den ersten Bereich 26, der mit dem ersten Gehäuseabschnitt 22 abgedeckt ist, und der erste Bereich 26 hat zumindest eine darin ausgebildete erste Öffnung 28. Beispielsweise ist eine Vielzahl von ersten Öffnungen 28 in dem ersten Bereich 26 ausgebildet und jede erste Öffnung 28 hat eine kreisförmige Querschnittsform. Beispielsweise ist die Öffnungsfläche der ersten Öffnung 28 nicht größer als 5 % der Fläche des ersten Bereichs 26.
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Der erste Gehäuseabschnitt 22 hat zumindest eine erste Wand 30, die dem ersten Bereich 26 zugewandt an der äußeren Seite der Brennkammerauskleidung 12 angeordnet ist. Zumindest ein erster Raum 32 ist zwischen dem ersten Bereich 26 und der Wand 30, die einander mit einem Abstand in der Radialrichtung zugewandt sind, in der Brennkammerauskleidung 12 definiert. Der erste Raum 32 ist mit dem inneren Raum 18 durch die erste Öffnung 28 in Kommunikation bzw. damit verbunden. Die erste Wand 30 hat zumindest eine darauf ausgebildete zweite Öffnung 34. Beispielsweise hat der erste Gehäuseabschnitt 22 zwei erste Seitenwände 35, die in einem Schnitt orthogonal zu der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 ein U-Form aufweisen, und die mit beiden Seiten der ersten Wand 30 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 verbunden sind. Der erste Gehäuseabschnitt 22 ist beispielsweise durch Schweißen an der Brennkammerauskleidung 12 befestigt.
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Der zweite Gehäuseabschnitt 24 hat zumindest eine zweite Wand 36 (36a, 36b, 36c), die der ersten Wand 30 zugewandt an der äußeren Seite des ersten Gehäuseabschnitts 22 angeordnet ist. Zumindest ein zweiter Raum 38 (38a, 38b, 38c) ist zwischen der ersten Wand 30 und der zweiten Wand 36 (36a, 36b, 36c), die einander mit einem Abstand in der Radialrichtung zugewandt sind, in der Brennkammerauskleidung 12 definiert. Der zweite Raum 38 (38a, 38b, 38c) ist mit dem ersten Raum 32 durch die zweite Öffnung 34 in Kommunikation.
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Bei der obigen Gastrubine 1 befindet sich zumindest ein zweiter Raum 38 (38a, 38b, 38c) an der äußeren Seite des ersten Raums 32 und ist mit dem ersten Raum 32 durch die erste Öffnung 28 in Kommunikation und dadurch hat die erste Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) eine Vielzahl von Abstimmfrequenzen v1, v2 (v2a, v2b, v2c), wie in 6, 10 und 12 dargestellt. Somit kann eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi mit unterschiedlichen Frequenzen mit der ersten Akustikvorrichtung 20 gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Akustikvorrichtung 20a, 20e, 20f ferner einen einzelnen zweiten Raum 38a, wie in 4, 5, 11, 13 und 14 dargestellt. Beispielsweise weist der zweite Gehäuseabschnitt 24 zwei zweite Seitenwände 40 auf, die in einem Schnitt orthogonal zu der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 eine U-Form aufweisen, und die mit beiden Seiten der zweiten Wand 36 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 verbunden sind. Beispielsweise ist der zweite Gehäuseabschnitt 24 an dem ersten Gehäuseabschnitt 22 durch Schweißen befestigt.
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Die erste Akustikvorrichtung 20a hat eine Geräuschabsorptionseigenschaft wie in 6 dargestellt und die zweite Akustikvorrichtung 20a hat zwei Abstimmfrequenzen v1, v2, bei welchen sich der Geräuschabsorptionskoeffizient erhöht. Somit kann eine Vielzahl von Verbrennungsoszillationsmodi mit unterschiedlichen Frequenzen mit der ersten Akustikvorrichtung 20 gedämpft werden.
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Bei der ersten Akustikvorrichtung 20a wird unter den zwei Abstimmfrequenzen v1, v2 in 6 die niedrigere Abstimmfrequenz v2 durch die Summe (H1 + H2) der Höhe H1 des ersten Raums 32 und der Höhe H2 des zweiten Raums 38 bestimmt und die höhere Abstimmfrequenz v1 wird durch die Höhe H1 des ersten Raums 32 bestimmt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Höhe H1 des ersten Raums 32 gleich der Höhe H2 des zweiten Raums 38 (H1 = H2).
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Höhe H1 des ersten Raums 32 größer als die Höhe H2 des zweiten Raums 38 (H1 > H2) .
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Höhe H1 des ersten Raumes 32 geringer als die Höhe H2 des zweiten Raums 38 (H1 < H2) .
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst wie in 7 bis 9 dargestellt zumindest ein zweiter Raum 38 eine Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c). Die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) sind voneinander durch Trennwände 42 getrennt und haben in der Radialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 unterschieidliche Höhen H2a, H2b, H2c.
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Bei der obigen Gasturbine haben die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c), die durch die Trennwände 42 getrennt sind, unterschiedliche Höhen, H2a, H2b, H2c und dadurch kann die erste Akustikvorrichtung 20b, 20c, 20d mehr Abstimmfrequenzen v1, v2 (v2a, vbB, v2c) haben. Somit können mehr Verbrennungsoszillationsmodi mit der ersten Akustikvorrichtung 20b, 20c, 20d gedämpft werde.
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In 7 bis 9 weist der zweite Raum 38 drei Höhen H2a bis H2c auf aber der eingestellte Wert der Höhe H2 kann zwei oder vier oder mehr sein.
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Darüber hinaus kann die Trennwand 42 integral mit der zweiten Wand 36 (36a, 36b, 36c) ausgebildet sein oder kann mit der zweiten Wand 36 (36a, 36b, 36c) durch Schweißen oder ähnliches verbunden sein. Mit anderen Worten kann der zweite Gehäuseabschnitt 24 integral ausgebildet sein oder kann aus einer Vielzahl von Elementen gebildet sein.
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Darüber hinaus kann, selbst in einem Fall, bei welchem der zweite Raum 38 eine konstante Höhe H2 aufweist wie in 3 bis 5, 13 und 14 dargestellt die Trennwand 42 innerhalb des zweiten Gehäuses 24 vorgesehen sein, um die Vielzahl von zweiten Räumen 38 zu definieren.
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Bei einigen Ausführungsformen sind wie in 7 dargestellt die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) entlang der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 vorgesehen. In diesem Fall erstrecken sich die Trennwände 42 entlang der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12.
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Bei der obigen Gasturbine 1 ist die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b,38c) entlang der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 angeordnet und somit kann die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c), die unterschiedliche Höhen H2 (H2a, H2b, H2c) aufweisen, mit einer einfachen Ausgestaltung vorgesehen sein.
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Bei einigen Ausführungsformen sind wie in 8 und 9 dargestellt die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) entlang der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 angeordnet. In diesem Fall erstrecken sich die Trennwände 42 entlang der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12.
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Bei der obigen Gasturbine 1 sind die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) entlang der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 angeordnet, und somit kann die Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) aufweisen, die unterschiedlichen Höhen H2 (H2a, H2b, H2c), mit einer einfachen Ausgestaltung vorgesehen sein.
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Bei einigen Ausführungsformen nehmen wie in 9 dargestellt die Höhen H2 (H2a, H2b, H2c) der Vielzahl von zweiten Räumen 38 (38a, 38b, 38c) stufenweise zu der Düse 16 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 ab.
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In der Nähe der Flamme, das heißt in der Nähe der Düse 16 tritt eher ein Verbrennungsoszillationsmodus mit einer höheren Frequenz auf, verglichen mit einem Bereich weiter von der Flamme entfernt. Entsprechend dieser Tendenz nehmen bei der obigen Gastrubine 1 die Höhen H2 (H2a, H2b, H2c) der zweiten Räume 38 stufenweise zu der Düse 16 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 ab und dadurch kann der Verbrennungsoszillationsmodus einer hohen Frequenz in der Nähe der Flamme gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 3 dargestellt die erste Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) innerhalb eines Bereichs angeordnet, der dem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung 12 von dem Außenende der Düse 16 hinsichtlich der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 entspricht, angeordnet.
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Innerhalb des Bereichs, der dem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung 12 von dem Außenende der Düse 16 entspricht, tritt eher eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi auf als außerhalb des Bereichs. Entsprechend dieser Tendenz ist mit der obigen Gasturbine 1 die erste Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) innerhalb des Bereichs angeordnet, der dem inneren Durchmesser der Brennkammerauskleidung 12 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 entspricht, und dadurch kann eine große Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi effektiv gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen umfasst wie in 11 dargestellt die Gasturbine 1 ferner die zweite Akustikvorrichtung 50, die an der Brennkammer 3 zusätzlich zu der ersten Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) montiert ist.
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In diesem Fall umfasst die Brennkammerauskleidung 12 ferner den zweiten Bereich 54, der zumindest eine darauf ausgebildete dritte Öffnung 52 aufweist. Die zweite Akustikvorrichtung 50 hat die dritte Wand 56, die dem zweiten Bereich 54 zugewandt an der Außenseite der Brennkammerauskleidung 12 angeordnet ist, und zwischen dem zweiten Bereich 54 und der dritten Wand 56 zumindest einen dritten Raum 58 definiert, der mit dem Inneren der Brennkammerauskleidung 12 durch die zumindest eine dritte Öffnung 53 kommuniziert.
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Wie in 12 dargestellt hat die zweite Akustikvorrichtung 50 eine Abstimmfrequenz v3, die der Höhe H3 des dritten Raums 58 entspricht. Somit kann bei der obigen Gasturbine 1 noch mehr Verbrennungsoszillationsmodi durch Vorsehen der zweiten Akustikvorrichtung 50 zusätzlich zu der ersten Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 11 dargestellt die Summe (H1 + H2) der Höhe H1 des ersten Raums 32 und die Höhe H2 des zweiten Raums 38 in der Radialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 größer als die Höhe H3 des dritten Raums 58 während die Höhe H1 des ersten Raums 32 kleiner ist als die Höhe H3 des dritten Raums.
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Bei der Gasturbine 1 der obigen Ausgestaltung befindet sich die Abstimmfrequenz v3 der zweiten Akustikvorrichtung 50 zwischen den zwei Frequenzen v1, v2 der ersten Akustikvorrichtung 20a. Somit können Verbrennungsoszillationsmodi kontinuierlich über einen weiten Frequenzbereich gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Summe (H1 + H2) der Höhe H1 des ersten Raums 32 und der Höhe H2 des zweiten Raums 38 der ersten Akustikvorrichtung 20 in der Radialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 gleich der Höhe H3 des dritten Raums 48 der zweiten Akustikvorrichtung 50. Bei dieser Ausgestaltung sind die Abstimmfrequenzen v2 und v3 gleich und dadurch kann der Geräuschabsorptionskoeffizient in der Nähe der Abstimmfrequenzen v2, v3 verbessert sein.
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Bei einigen Ausführungsformen ist die Summe (H1+H2) der Höhe H1 des ersten Raums 32 und der Höhe H2 des zweiten Raums 38 der ersten Akustikvorrichtung 20 in der Radialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 kleiner als die Höhe H3 des dritten Raums 58 der zweiten Akustikvorrichtung 50. Bei dieser Ausgestaltung ist die Abstimmfrequenz v3 niedriger bzw. geringer als die Abstimmfrequenz v2 und es kann der Verbrennungsoszillationsmodus einer relativ hohen Frequenz mit der ersten Akustikvorrichtung 20 gedämpft werden während der Verbrennungsoszillationsmodus einer relativ niedrigen Frequenz mit der zweiten Akustikvorrichtung 50 vermieden ist.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 11 dargestellt die erste Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 näher an der Düse 16 angeordnet als die zweite Akustikvorrichtung 50.
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Umso Näher an der Düse 16 desto eher tritt eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi auf. Entsprechend dieser Tendenz ist mit der obigen Gasturbine 1 die erste Akustikvorrichtung 20 in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 näher an der Düse 16 angeordnet als die zweite Akustikvorrichtung 50, und dadurch kann eine größere Anzahl von Verbrennungsoszillationsmodi effektiv gedämpft werden.
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Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich wie in 13 dargestellt die erste Wand 30 und die zweite Wand 36 nicht über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12, sondern deckt die Brennkammerauskleidung 12 teilweise ab.
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Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich wie in 14 dargestellt die erste Wand 30 über den gesamten Umfang in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12, während die zweite Wand die erste Wand 30 teilweise abdeckt.
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 5, 7 und 13 dargestellt, ist der Zentralwinkel θ1, der Existenzbereich der ersten Wand 30 um die Achse der Brennkammerauskleidung 12 darstellt, derselbe wie der Zentralwinkel θ2, der den Existenzbereich der zweiten Wand 36 darstellt (θ1 = θ2).
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Bei einigen Ausführungsformen ist wie in 14 dargestellt der Zentralwinkel θ1, der den Existenzbereich der ersten Wand 30 um die Achse der Brennkammerauskleidung 12 darstellt, größer als der Zentralwinkel θ2, der den Existenzbereich der zweiten Wand 36 darstellt (θ1 > θ2).
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Bei einigen Ausführungsformen weist die zweite Öffnung 34, die auf der ersten Wand 30 ausgebildet ist, eine kreisförmige Form auf, wie in 15 und 16 dargestellt, oder eine Schlitzform oder eine Langlochform, wie in 17 bis 19 dargestellt. Die Form der auf der ersten Wand 30 ausgebildeten zweiten Öffnung 34 ist nicht auf die Obige begrenzt und kann ovalförmig oder eine Kombination von mehr als einer Form sein.
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Bei einigen Ausführungsformen ist das Verhältnis (Öffnungsverhältnis) der Gesamtfläche der zweiten Öffnungen 34 zu der Fläche der ersten Wand 30 eingestellt bzw. gewählt, um nicht größer als 5 % zu sein.
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Bei einigen Ausführungsformen ist der Durchmesser oder die Weite der zweiten Öffnung 34 eingestellt, um kleiner zu sein als die Höhe H2 des zweiten Raums 38.
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15 bis 19 sind jeweils ein Diagramm zum Beschreiben eines Beispiels der Form und der Gestaltung der zweiten Öffnung 34, die bei der ersten Akustikvorrichtung 20 (20a bis 20f) angewendet sein kann. 15 bis 19 sind jeweils schematische Ansichten eines Teils der ersten Wand 30, die auf einer Ebenen entwickelt bzw. ausgebildet ist.
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Bei einigen Ausführungsformen sind die zweiten Öffnungen 34 in einer gestaffelten bzw. versetzten (zig-zag) Form wie in 15 dargestellt oder in einer Gitterform wie in 16 dargestellt, angeordnet.
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Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich die zweite Öffnung 34 in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 wie in 17 dargestellt in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 wie in 18 dargestellt oder schräg hinsichtlich der Umfangsrichtung und der Axialrichtung der Brennkammerausrichtung 12 wie in 19 dargestellt.
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Die Gestaltung der auf der ersten Wand 30 ausgebildeten zweiten Öffnungen 34 ist nicht auf die in den 15 bis 19 dargestellten Beispiele begrenzt.
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Bei einigen Ausführungsformen kann ein Spülloch bzw. eine Spülöffnung mit einer Öffnung an der Außenfläche der ersten Akustikvorrichtung 20 auf dem ersten Gehäuseabschnitt 22 oder dem zweiten Gehäuseabschnitt 24 zum Kühlen des ersten Raums 32 oder des zweiten Raums 38 ausgebildet sein. In diesem Fall bringt das Spülloch den ersten Raum 32 oder den zweiten Raum 38 und die Außenseite der ersten Akustikvorrichtung 20 in Kommunikation miteinander, so dass komprimierte Luft, die um die erste Akustikvorrichtung 20 herum strömt, in den ersten Raum 32 oder in den zweiten Raum 38 während einem Betrieb der Gasturbine 1 hineinströmt. Während einem Betrieb der Gasturbine 1 ist der Druck um die erste Akustikvorrichtung 20 herum höher als der Druck innerhalb der Brennkammerauskleidung 12 und somit strömt kein Verbrennungsgas von dem Innenraum 18 durch die erste Öffnung 28.
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Bei einigen Ausführungsformen erstrecken sich die erste Wand 30 und die zweite Wand 36 entlang der Axialrichtung und der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12, so dass die Höhe H1 des ersten Raums 32 in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 konstant ist, und die Höhe H2 (H2a, H2b, H2c) von jedem Raum 38 in der Axialrichtung und in der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12 konstant ist.
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Bei einigen Ausführungsformen weist der zweite Raum 38 eine rechteckige Form in einem Schnitt orthogonal zu der Umfangsrichtung der Brennkammerauskleidung 12, und eine ringförmige oder eine sektorförmige Form in einem Schnitt orthogonal zu der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12 auf.
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Bei einigen Ausführungsformen sind die ersten Öffnungen 28 und die zweiten Öffnungen 34 an unterschiedlichen oder denselben Positionen in der Axialrichtung der Brennkammerauskleidung 12.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbine
- 2
- Kompressor
- 3
- Brennkammer
- 4
- Turbine
- 6
- Generator (externe Vorrichtung)
- 7
- Gehäuse
- 8
- Brennkammerinstallationsraum
- 10
- Düsenabschnitt
- 12
- Brennkammerauskleidung
- 14
- Übergangsstück
- 16
- Düse
- 16A
- Pilotdüse
- 16B
- Hauptdüse
- 18
- Innenraum
- 20 (20a bis 20f)
- erste Akustikvorrichtung
- 22
- erster Gehäuseabschnitt
- 24
- zweiter Gehäuseabschnitt
- 26
- erster Bereich
- 28
- erste Öffnung
- 30
- erste Wand
- 32
- erster Raum
- 34
- zweite Öffnung
- 35
- erste Seitenwand
- 36 (36a bis 36c)
- zweite Wand
- 38 (38a bis 38c)
- zweiter Raum
- 40
- zweite Seitenwand
- 42
- Trennwand
- 50
- zweite Akustikvorrichtung
- 52
- dritte Öffnung
- 54
- zweiter Bereich
- 56
- dritte Wand
- 58
- dritter Raum
