DE4232442A1 - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

Gasturbinenbrennkammer

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DE4232442A1
DE4232442A1 DE19924232442 DE4232442A DE4232442A1 DE 4232442 A1 DE4232442 A1 DE 4232442A1 DE 19924232442 DE19924232442 DE 19924232442 DE 4232442 A DE4232442 A DE 4232442A DE 4232442 A1 DE4232442 A1 DE 4232442A1
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cooling
convective
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Rolf Dr Althaus
Burkhard Schulte-Werning
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
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Asea Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer, bei wel­ cher zur Kühlung Kombinationen von konvektiven Wärmeübertra­ gungsmechanismen verwendet werden, deren Grundprinzip die Wärmeabfuhr durch Strömung ist.
Stand der Technik
Derartige Gasturbinenbrennkammern sind bekannt. Die zur Rea­ lisierung des o.g. Grundprinzips notwendige Kühlluftgeschwin­ digkeit wird dabei durch einen Druckabfall hervorgerufen. Auf Grund der Reibungseffekte in den Kühlkanälen wird grundsätz­ lich ein Teil der kinetischen Energie des Kühlmediums irre­ versibel in Wärme umgewandelt und dadurch der Totaldruck re­ duziert.
Für hohe Wärmeübertragungseigenschaften der Kühlluft sind große Geschwindigkeiten und damit überproportional hohe dy­ namische Drücke im Strömungskanal erforderlich.
Der Übergang vom Konvektivkühlkanal zum Plenum vor den Bren­ nern erfolgte bisher durch unstetige Erweiterung des Strö­ mungsquerschnittes. Der Nachteil an diesem Stand der Technik ist, daß damit ein fast vollständiger Verlust des dynami­ schen Druckes verbunden ist. Das führt zu einem entsprechen­ den prozeßwirksamen Totaldruckverlust. Das schlägt sich in einer Reduzierung von Wirkungsgrad und Leistung der Gastur­ binenanlage nieder.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinenbrennkammer den Übergang vom Konvektivkühlkanal zum Plenum des Brenners so zu gestalten, daß der Totaldruckverlust im Gesamtsystem vermindert wird. Desweiteren liegt ihr noch die zusätzliche Aufgabe zugrunde, einen erweiterten Gestaltungsspielraum für konvektive Kühlmaßnahmen der Brennkammerwände zu schaffen, so daß der Wirkungsgrad der Gasturbine im Vergleich zum Stand der Technik verbessert wird.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Über­ gang vom Konvektivkühlkanal zum Plenum vor den Brennern als Kleindiffusor ausgebildet ist.
Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem in der Reduzie­ rung des bisher üblichen fast vollständigen dynamischen Druckverlustes zu sehen. Die erfindungsgemäße Gestaltung des Übergangs vom Konvektivkühlkanal zum Plenum vor den Brennern in Form eines Kleindiffusors führt gleichzeitig zu einem größeren Gestaltungsspielraum für konvektive Kühlmaßnahmen der Brennkammerwände und damit zu einer Erhöhung des Wir­ kungsgrades der Gasturbinenanlage.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Teillängsschnitt durch die Gasturbinenbrennkammer.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmit­ tels ist mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist ein Teil der Gasturbinenbrennkammer darge­ stellt. Sie besteht aus dem äußeren Mantel 1, der die Druck­ kräfte aufzunehmen hat und dem inneren Mantel 2, der den heißen Verbrennungsgasen direkt ausgesetzt ist. Zwischen dem äußeren Mantel 1 und dem inneren Mantel 2 fließt die Kühl­ luft, welche den inneren Mantel 2 auf der für die Festigkeit notwendigen Temperatur hält und geringfügig kühlt. Die Brenn­ stoffdüse 3 zerstäubt den unter Druck stehenden Brennstoff.
Den Übergang vom Konvektivkühlkanal 4 zum Plenum vor dem umweltfreundlichen Brenner 5 bildet erfindungsgemäß der Kleindiffusor 6, welcher zur Verzögerung der Kühlluftströmung und zum Rückgewinn eines Teils des Druckes dient.
Mit der Forderung eines minimalen Rückgewinns von 50% des dynamischen Druckes gibt eine einfache Überschlagsrechnung die geometrische Auslegung des Kleindiffusors 6 an.
In einem Ausführungsbeispiel hat der Kleindiffusor 6 eine Kanalhöhe von 10 mm am Ende der Kühlstrecke. Bei einem vorgegebenen Erweiterungsverhältnis von 1,6 ergibt sich aus den üblichen Diffusorauslegungsdiagrammen für optimalen Druckrückgewinn ein Öffnungswinkel von 4,3° und eine Länge von 40 mm. Diese Größen sind in einer üblichen Brennkammer­ konstruktion ohne weiteres zu realisieren.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Vergleich zum Stand der Technik der Totaldruckverlust im Gesamtsystem vermindert wird. Das führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage. Im erweiterten Raum sind keine Kühl­ maßnahmen erforderlich, da keine Wärmezufuhr durch die Ver­ brennung auftritt.
Bezugszeichenliste
1 äußerer Mantel
2 innerer Mantel
3 Brennstoffdüse
4 Konvektivkühlkanal
5 Brenner
6 Kleindiffusor

Claims (1)

  1. Gasturbinenbrennkammer, bei welcher zur Kühlung Kombinationen von konvektiven Wärmeübertragungsmitteln angeordnet sind, de­ ren Grundprinzip die Wärmeabfuhr durch Strömung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Konvektivkühlkanal (4) zum Plenum vor den Brennern (5) als Kleindiffusor (6) ausge­ bildet ist.
DE19924232442 1992-09-28 1992-09-28 Gasturbinenbrennkammer Withdrawn DE4232442A1 (de)

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JP23962493A JPH06221555A (ja) 1992-09-28 1993-09-27 ガスタービン燃焼室
US08/310,393 US5490388A (en) 1992-09-28 1994-09-22 Gas turbine combustion chamber having a diffuser

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JPH06221555A (ja) 1994-08-09
EP0590338A1 (de) 1994-04-06

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