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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf eine Brennkammer und insbesondere auf eine Brennkammer
für ein
Gasturbinentriebwerk.
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Um die gesetzlichen Emissionserfordernisse für industrielle
Gasturbinentriebwerke geringer Emission erfüllen zu können, ist eine stufenweise
Verbrennung erforderlich, um die Menge der erzeugten Stickoxide
(NOx) zu vermindern. Gegenwärtig
betragen die Emissionsvorschriften weniger als 25 volumetrische
Teile pro Million NOx für
die Abgase einer industriellen Gasturbine. Die fundamentale Möglichkeit
der Verminderung von Emissionen von Stickoxiden besteht darin, die
Verbrennungs-Reaktionstemperatur zu
vermindern, und dies erfordert eine Vormischung von Brennstoff und
der gesamten Verbrennungsluft, bevor die Verbrennung stattfindet.
Die Stickoxide (NOx) werden gewöhnlich
durch ein Verfahren reduziert, welches eine zweistufige Brennstoffeinspritzung
benutzt. Unser britisches Patent GB 1489339 beschreibt eine zweistufige
Brennstoffeinspritzung. Unsere internationale Patentanmeldung WO 92/07221
beschreibt zwei und drei Stufen einer Brennstoffeinspritzung. Bei
einer stufenweisen Verbrennung suchen alle Stufen der Verbrennung,
eine magere Verbrennung durchzuführen,
um niedrige Verbrennungstemperaturen zu erreichen, die zur Verminderung
des NOx-Ausstoßes
erforderlich sind. Der Ausdruck "magere Verbrennung" bedeutet eine Verbrennung
von Brennstoff in Luft, wobei das Brennstoff-Luft-Verhältnis niedrig
ist, d. h. niedriger als das stoichiometrische Verhältnis. Um
die niedrigen Emissionen von NOx und CO zu erreichen, ist es wesentlich,
Brennstoff und Luft gleichmäßig zu vermischen.
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Das industrielle Gasturbinentriebwerk,
das in unserer internationalen Patentanmeldung WO 92/07221 beschrieben
ist, benutzt mehrere rohrförmige
Brennkammern, deren Achsen allgemein in Radialrichtung verlaufen.
Die Einlässe
der rohrförmigen Brennkammern
befinden sich an ihren radial äußeren Enden
und Übergangskanäle verbinden
die Auslässe der
rohrförmigen
Brennkammern mit einer Reihe von Düsenleitschaufeln, um die heißen Gase
axial in die Turbinenabschnitte des Gasturbinentriebwerks einzuleiten.
Jede der rohrförmigen
Brennkammern besitzt zwei koaxiale radiale Strömungsverwirbler, die eine Mischung
von Brennstoff und Luft in eine Primär-Verbrennungszone einleiten.
Ein ringförmiger Sekundär- Brennstoff-Luft-Mischkanal
umgibt die Primär-Verbrennungszone
und liefert eine Mischung von Brennstoff und Luft in eine Sekundär-Verbrennungszone.
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Die
US
5235814 beschreibt eine Brennkammer mit einer Verbrennungszone,
die durch wenigstens eine Umfangswand definiert ist. Die Verbrennungszone
weist mehrere Brennstoff-Luft-Mischkanäle auf, um das Brennstoff-Luft-Gemisch
in die Verbrennungszone einzuleiten. Jeder Brennstoff-Luft-Mischkanal
besitzt einen Brennstoffinjektor, um Brennstoff in den Brennstoff-Luft-Mischkanal
einzuleiten. Die Brennstoffinjektoren in den Brennstoff-Luft-Mischkanälen für die Verbrennungszone sind
in mehreren umfangsmäßig angeordneten
Sektoren angeordnet. Die Brennstoff-Zuführungsmittel fördern den
Brennstoff nach den Brennstoffinjektoren und weisen mehrere Ventile
auf. Die Brennstoffzufuhr ist so ausgebildet, dass die Brennstoffzufuhr
nach einem oder mehreren der umfangsmäßig angeordneten Sektoren abgesperrt
wird und gleiche Mengen von Brennstoff nach den übrigen in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren geliefert wird, um die Emissionen von Kohlenmonoxid und
UHC zu reduzieren, wenn die Brennkammer unter verminderter Last
arbeitet.
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Ein den Gasturbinentriebwerken zugeordnetes
Problem wird durch Druckfluktuationen in der Luftströmung oder
der Gasströmung
durch das Gasturbinentriebwerk veranlasst. Druckfluktuationen in der
Luftströmung
oder der Gasströmung
durch das Gasturbinentriebwerk können
zu einer schwerwiegenden Beschädigung
oder dem Ausfall von Komponenten führen, wenn die Frequenz der
Druckschwankungen mit der. Eigenfrequenz eines Vibrationsmodus einer
oder mehrerer Komponenten zusammenfällt. Diese Druckfluktuationen
können
durch den Verbrennungsprozess verstärkt werden, und unter ungünstigen
Bedingungen kann eine Resonanzfrequenz eine so hohe Amplitude erreichen,
dass eine schwerwiegende Beschädigung
der Brennkammer und des Gasturbinentriebwerks eintritt.
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Es hat sich gezeigt, dass Gasturbinentriebwerke,
die bei einer mageren Verbrennung arbeiten, besonders durch dieses
Problem gefährdet
sind. Weiter hat es sich gezeigt, dass dann, wenn Gasturbinentriebwerke,
die mit magerer Verbrennung arbeiten, um die Emissionen auf einen
niedrigen Pegel zu bringen, indem eine gleichförmige Mischung von Brennstoff
und Luft stattfindet, die Amplitude der Resonanzfrequenz größer wird.
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Die Beziehung zwischen den Druckfluktuationen
und dem Verbrennungsprozess kann gekoppelt sein. Es kann eine anfängliche
Unstetigkeit im Verbrennungsprozess eintreten, wodurch die Druckfluktuationen
erzeugt werden. Diese Druckfluktuation bewirkt dann, dass der Verbrennungsprozess
oder die Wärmeabgabe
vom Verbrennungsprozess unstetig wird, wodurch weitere Druckfluktuationen
erzeugt werden. Dieser Prozess kann sich fortsetzen, bis Druckfluktuationen
mit hoher Amplitude erzeugt werden.
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Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer zu schaffen, bei der die oben
erwähnten
Probleme vermindert oder minimiert werden.
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Die Erfindung geht aus von einer
Brennkammer mit mehreren in Strömungsrichtung
hintereinander angeordneten Verbrennungszonen, die durch wenigstens
eine Umfangswand definiert werden, wobei jede Verbrennungszone wenigstens
einen Brennstoff-Luft-Mischkanal aufweist, um ein Brennstoff-Luft-Gemisch
in jeweils eine der Verbrennungszonen einzuleiten und jeder Brennstoff-Luft-Mischkanal
wenigstens einen Brennstoffinjektor aufweist, um Brennstoff in jeweils
einen Brennstoff-Luft-Mischkanal
zu fördern
und wobei die Brennstoffinjektoren in dem wenigstens einen Brennstoff-Luft-Mischkanal für wenigstens
eine Verbrennungszone in mehreren in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren angeordnet sind und Brennstoff-Zuführungsmittel
vorgesehen sind, um Brennstoff den Brennstoffinjektoren zuzuführen, wobei
die Brennstoff-Zuführungsmittel mehrere
Brennstoffventile aufweisen, und löst die gestellte Aufgabe dadurch,
dass Wandlermittel akustisch mit der Brennkammer gekoppelt sind,
um Druckoszillationen in der Brennkammer festzustellen und der Wandler
ein Signal aussendet, das den Pegel der Druckoszillationen in der
Brennkammer einem Steuergerät
liefert, dass das Steuergerät
Signale nach den Brennstoffventilen sendet, um einem oder mehreren
der in Umfangsrichtung angeordneten Sektoren mehr Brennstoff zuzuführen als
den übrigen
in Umfangsrichtung angeordneten Sektoren, um Druckoszillationen
in der Brennkammer zu vermindern, wenn die Druckoszillationen über einem vorbestimmten
Wert liegen und um gleiche Brennstoffmengen sämtlichen in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren zuzuführen,
um die Emissionen zu vermindern, wenn die Druckoszillationen unter dem
vorbestimmten Pegel liegen.
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Die Brennkammer kann eine Primär-Verbrennungszone
und eine Sekundär-Verbrennungszone
stromab der Primär-Verbrennungszone
aufweisen.
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Die Brennkammer kann eine Primär-Verbrennungszone,
eine Sekundär-Verbrennungszone stromab
der Primär-Verbrennungszone
und eine Tertiär-Verbrennungszone
aufweisen, die stromab der Sekundär-Verbrennungszone angeordnet
ist.
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Vorzugsweise sind die Brennstoffinjektoren im
Brennstoff-Luft-Mischkanal, die Brennstoff und Luft in die Sekundär-Verbrennungszone
einspritzen, in Sektoren angeordnet, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen.
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Die Brennstoffinjektoren in dem Brennstoff-Luft-Mischkanal,
die Brennstoff und Luft in die Tertiär-Verbrennungszone einspritzen,
können
in Sektoren angeordnet sein, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen.
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Die Brennstoffinjektoren in dem Brennstoff-Luft-Mischkanal,
die Brennstoff und Luft in die Primär-Verbrennungszone einspritzen,
können
in Sektoren angeordnet sein, die in Umfangsrichtung aufeinanderfolgen.
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Der wenigstens eine Brennstoff-Luft-Mischkanal
kann mehrere Brennstoff-Luft-Mischkanäle aufweisen.
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Vorzugsweise sind zwei in Umfangsrichtung angeordnete
Sektoren vorgesehen. Vorzugsweise sind die beiden in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren über
die Hälfte
angeordnet bzw. erstrecken sich über
180°.
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Stattdessen können drei in Umfangsrichtung angeordnete
Sektoren vorgesehen werden. Diese drei in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren können
jeweils ein Drittel des Umfangs einnehmen und sich über 120° erstrecken.
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Stattdessen können vier in Umfangsrichtung angeordnete
Sektoren vorgesehen werden. Diese vier in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren können
jeweils ein Viertel des Umfangs einnehmen und sich über 90° erstrecken.
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Stattdessen können sechs in Umfangsrichtung
angeordnete Sektoren vorgesehen werden. Diese sechs in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren können
jeweils ein Sechstel des Umfangs einnehmen und sich über 60° erstrecken.
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Stattdessen können acht in Umfangsrichtung angeordnete
Sektoren vorgesehen werden. Diese acht in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren können
jeweils ein Achtel des Umfangs einnehmen und sich über 45° erstrecken.
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Vorzugsweise besteht der wenigstens
eine Brennstoff-Luft-Mischkanal aus einem einzigen ringförmigen Brennstoff-Luft-Mischkanal.
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Vorzugsweise umfasst die Brennstoff-Zuführungseinrichtung
mehrere Brennstoff-Ringleitungen und
mehrere Brennstoffventile, wobei jede Brennstoff-Ringleitung Brennstoff
nach den Brennstoffinjektoren in jeweils einen der in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren fördert
und jedes Brennstoffventil die Brennstoffzufuhr nach jeweils einer
Brennstoff-Ringleitung einstellt.
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Die vorliegende Erfindung schafft
auch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer, die mehrere Verbrennungszonen
aufweist, welche in Strömungsrichtung
angeordnet sind, die durch wenigstens eine Umfangswand definiert
ist, wobei jede Verbrennungszone wenigstens einen Brennstoff-Luft-Mischkanal aufweist,
um Brennstoff und Luft in jeweils eine der Verbrennungszonen zu
fördern
und jeder Brennstoff-Luft-Mischkanal wenigstens einen Brennstoffinjektor
aufweist, um Brennstoff in die jeweiligen Brennstoff-Luft-Mischkanäle einzuleiten,
und wobei die Brennstoffinjektoren in dem wenigstens einen Brennstoff-Luft-Mischkanal für wenigstens
eine der Verbrennungszonen in mehreren in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren angeordnet sind und eine Brennstoffzufuhr Brennstoff nach den
Brennstoffinjektoren fördert,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: es wird der
Pegel der Druckoszillationen in der Brennkammer bestimmt; es wird
bestimmt, ob die Druckoszillationen über einem vorbestimmten Pegel
liegen; es wird dem einen oder mehreren der in Umfangsrichtung angeordneten
Sektoren eine größere Menge
Brennstoff zugeführt
als den übrigen
in Umfangsrichtung angeordneten Sektoren, um die Druckoszillationen
in der Brennkammer zu reduzieren, wenn die Druckoszillationen über dem
vorbestimmten Pegel liegen, oder es werden allen in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren gleiche Brennstoffmengen zugeführt, um
die Emissionen zu vermindern, wenn die Druckoszillationen unter
dem vorbestimmten Pegel liegen.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks mit einer
Brennkammer gemäß der Erfindung;
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2 ist
in größerem Maßstab gezeichnet ein
Längsschnitt
durch die Brennkammer gemäß 1;
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3 ist
eine Ansicht der Brennkammer in Richtung des Pfeiles A gemäß 2 betrachtet, wobei diese
Figur die Primär-Brennstoff-Ringleitung,
die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung
und die Tertiär-Brennstoff-Ringleitung
zeigt;
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4 ist
eine schematische Ansicht des Brennstoff-Steuersystems für die Brennkammer
gemäß 2 und 3;
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5 ist
eine graphische Darstellung, die das Brennstoff-Luft-Verhältnis in
der Primär-Verbrennungszone
in Abhängigkeit
von dem Brennstoff-Luft-Verhältnis
mit Geräusch-Amplituden-Konturen
zeigt.
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Ein industrielles Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 weist in axialer Strömungsrichtung
hintereinander einen Einlass 12, einen Kompressorteil 14, eine
Brennkammeranordnung 16, einen Turbinenabschnitt 18,
einen Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 und
einen Auslass 22 auf. Der Turbinenabschnitt 20 treibt
den Kompressor 14 über
eine oder mehrere nicht dargestellte Wellen. Der Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 treibt
einen elektrischen Generator 26 über eine Welle 24 an.
Die Nutzleistungs-Turbine 20 kann jedoch auch zum Antrieb
anderer Maschinen dienen. Die Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerks 10 ist
die übliche
und wird daher nicht im Einzelnen beschrieben.
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Die Brennkammeranordnung 16 ist
deutlicher aus den 2 und 3 ersichtlich. Die Brennkammeranordnung 16 weist
mehrere, beispielsweise neun, im gleichen Winkelabstand umfangsmäßig beabstandete
rohrförmige
Brennkammern 28 auf. Die Achsen der rohrförmigen Brennkammern 28 erstrecken
sich allgemein in Radialrichtung. Die Einlässe der rohrförmigen Brennkammern 28 befinden
sich am radial äußeren Ende
und ihre Auslässe
am radial inneren Ende.
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Jede der rohrförmigen Brennkammern 28 weist
eine stromaufwärtige
Wand 30 auf, die am stromaufwärtigen Ende mit einer Ringwand 32 verbunden
ist. Ein erster stromaufwärtiger
Abschnitt 34 der Ringwand 32 definiert eine Primär-Verbrennungszone 36.
Ein zweiter Mittelabschnitt der Ringwand 32 definiert eine
Sekundär-Verbrennungszone 40 und
ein dritter stromabwärtiger
Abschnitt 42 der Ringwand 32 definiert eine Tertiär-Verbrennungszone 44.
Der zweite Abschnitt 38 der Ringwand 32 hat einen
größeren Durchmesser
als der erste Abschnitt 34 der Ringwand 32, und
in gleicher Weise hat der dritte Abschnitt 42 der Ringwand 32 einen
größeren Durchmesser
als der zweite Abschnitt 38 der Ringwand 32. Das
stromaufwärtige
Ende des ersten Abschnitts 34 besitzt einen ersten kegelstumpfförmigen Abschnitt 46,
der im Durchmesser auf eine Einschnürung 48 hin vermindert
ist. Ein zweiter kegelstumpfförmiger
Abschnitt 50 verbindet die Einschnürung 48 mit dem stromaufwärtigen Ende
des zweiten Abschnitts 38. Das stromabwärtige Ende des zweiten Abschnitts 38 hat
einen dritten kegelstumpfförmigen Abschnitt 52,
der sich im Durchmesser auf eine Einschnürung 54 hin verjüngt. Ein
vierter kegelstumpfförmiger
Abschnitt 56 verbindet die Einschnürung 54 mit dem stromaufwärtigen Ende
des dritten Abschnitts 42.
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Es sind mehrere umfangsmäßig im Winkelabstand
angeordnete Übergangskanäle vorgesehen,
und jeder der Übergangskanäle besitzt
an seinem stromaufwärtigen
Ende einen kreisförmigen Querschnitt.
Das stromaufwärtige
Ende eines jeden Übergangskanals
ist koaxial zu dem stromabwärtigen
Ende einer der rohrförmigen
Brennkammern 28 verbunden, und jeder Übergangskanal ist mit einem Winkelabschnitt
von Düsenleitschaufeln
verbunden und gegenüber
diesem abgedichtet.
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Die stromaufwärtige Wand 30 einer
jeden rohrförmigen
Brennkammer 28 besitzt eine Öffnung 58, um Luft
und Brennstoff in die Primär-Verbrennungszone 36 einzuleiten.
Ein erstes radiales Strömungsverwirbelungsglied 60 ist
koaxial zu der Öffnung 58 angeordnet,
und ein zweites radiales Strömungsverwirbelungsglied 62 ist
koaxial zu der Öffnung 58 in
der stromaufwärtigen
Wand 30 angeordnet. Das erste radiale Strömungsverwirbelungsglied 60 liegt
axial stromab des zweiten radialen Strömungsverwirbelungsgliedes 62 bezüglich der
Achse der rohrförmigen
Brennkammer 28 betrachtet. Das erste radiale Strömungsverwirbelungsglied 60 weist mehrere
Brennstoffinjektoren 64 auf, von denen jeder in einem Kanal
befindlich ist, der zwischen zwei Schaufeln des radialen Strömungsverwirbelungsgliedes 60 liegt.
Das zweite radiale Strömungsverwirbelungsglied 62 besitzt
mehrere Brennstoffinjektoren 66, von denen jeder in einem
Kanal angeordnet ist, der zwischen zwei Schaufeln des radialen Strömungsverwirbelungsgliedes 62 ausgeformt
ist. Das erste und das zweite radiale Strömungsverwirbelungsglied 60 und 62 sind
derart angeordnet, dass sie die Luft in entgegengesetzten Richtungen
verwirbeln. Das erste und das zweite radiale Strömungsverwirbelungsglied 60 und 62 benutzen
gemeinsam eine Seitenplatte 70, und die Seitenplatte 70 besitzt
eine zentrale Öffnung
72, die koaxial zur Öffnung 58 in
der stromaufwärtigen
Wand 30 liegt. Die Seitenplatte 70 weist eine
angeformte Ringlippe 74 auf, die sich in Richtung stromab
in die Öffnung 58 hinein
erstreckt. Die Lippe 74 definiert einen inneren Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 76 für die Strömung des
Brennstoff-Luft-Gemischs aus dem ersten radialen Strömungsverwirbelungsglied 60 in
die erste Primär-Verbrennungszone 36 und
einen äußeren Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 78 für die Strömung des
Brennstoff-Luft-Gemischs von dem zweiten radialen Strömungsverwirbelungsglied 62 in
die Primär-Verbrennungszone 36.
Die Lippe 74 wendet das Brennstoff-Luft-Gemisch, welches von den ersten und zweiten
radialen Strömungsverwirbelungsgliedern 60 und 62 strömt, aus
einer Radialrichtung in eine Axialrichtung. Das Primär-Brennstoff-Luft-Gemisch
wird in den Kanälen
zwischen den Schaufeln von ersten und zweiten radialen Strömungsverwirbelungsgliedern 60 und 62 und
in den Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanälen 76 und 78 vermischt.
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Ein ringförmiger Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 ist
für jede
rohrförmige Brennkammer 28 vorgesehen.
Jeder Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 ist
in Umfangsrichtung um die Primär-Verbrennungszone 36 der entsprechenden
rohrförmigen
Brennkammer 28 angeordnet. Jeder der Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanäle 80 wird
zwischen einer zweiten Ringwand 82 und einer dritten Ringwand 84 definiert.
Die zweite Ringwand 82 definiert das innere Ende des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80,
und die dritte Ringwand 84 definiert das äußere Ende
des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80.
Das axial stromaufwärtige
Ende 86 der zweiten Ringwand 82 ist an einer Seitenplatte
des ersten radialen Strömungsverwirbelungsgliedes 60 befestigt.
Die axial stromaufwärtigen
Enden von zweiter und dritter Ringwand 82 und 84 liegen
im Wesentlichen in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der rohrförmigen Brennkammer 28.
Der Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 weist
einen Sekundär-Lufteinlass 88 auf,
der radial zwischen dem stromaufwärtigen Ende der zweiten Ringwand 82 und
dem stromaufwärtigen
Ende der dritten Ringwand 84 gebildet ist.
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Am stromabwärtigen Ende des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 sind
die zweite und dritte Ringwand 82 bzw. 84 an dem
zweiten kegelstumpfförmigen
Abschnitt 50 befestigt, und der zweite kegelstumpftörmige Abschnitt 50 ist
mit mehreren Öffnungen 90 versehen.
Die Öffnungen 90 sind so
angeordnet, dass sie das Brennstoff-Luft-Gemisch in die Sekundär-Verbrennungszone 50 in
Richtung stromab nach der Achse der rohrförmigen Brennkammer 28 richten.
Die Öffnungen 90 können kreisförmig oder
als Schlitze ausgebildet sein, und sie haben eine gleiche Strömungsfläche.
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Die Querschnittsfläche des
Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 vermindert
sich vom Einlass 88 am stromaufwärtigen Ende nach der Öffnung 90 am
stromabwärtigen
Ende. Die Form des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 erzeugt
eine beschleunigte Strömung
durch den Kanal 80, ohne dass irgendwelche Bereiche vorhanden
wären,
wo eine Rezirkulationsströmung
auftreten kann.
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Ein ringförmiger Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 92 ist
für jede
rohrförmige Brennkammer 28 vorgesehen.
Jeder Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 92 ist
in Umfangsrichtung um die Sekundär-Verbrennungszone 40 der
entsprechenden rohrförmigen
Brennkammer 28 angeordnet. Jeder der Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanäle 92 wird
zwischen einer vierten Ringwand 94 und einer fünften Ringwand 96 definiert.
Die vierte Ringwand 94 definiert das innere Ende des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92,
und die fünfte
Ringwand 96 definiert das äußere Ende des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92.
Die axial stromaufwärtigen Enden
von vierter und fünfter
ringförmiger
Wand 94 und 96 liegen im Wesentlichen in der gleichen
Ebene senkrecht zur Achse der rohrförmigen Brennkammer 28.
Der Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 92 hat
einen tertiären
Lufteinlass 98, der radial zwischen dem stromaufwärtigen Ende
der vierten Ringwand 94 und dem stromaufwärtigen Ende
der fünften
Ringwand 96 definiert ist.
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Am stromabwärtigen Ende des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 sind
die vierte und fünfte
Ringwand 94 und 96 an dem vierten kegelstumpfförmigen Abschnitt 56 befestigt,
und der vierte kegelstumpfförmige
Abschnitt 56 ist mit mehreren Öffnungen 100 versehen.
Die Öffnungen 100 richten das
Brennstoff-Luft-Gemisch in die Tertiär-Verbrennungszone 44 in
Richtung stromab nach der Achse der rohrförmigen Brennkammer 28.
Die Öffnung 100 kann
kreisförmig
oder schlitzförmig
sein und die gleiche Strömungsfläche aufweisen.
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Die Querschnittsfläche des
Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 vermindert
sich vom Einlass 98 am stromaufwärtigen Ende nach der Öffnung 100 am
stromabwärtigen
Ende. Die Form des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 erzeugt
eine beschleunigte Strömung
durch den Kanal 92, ohne dass irgendwelche Bereiche vorhanden
wären,
wo eine Rezirkulationsströmung
auftreten kann.
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Mehrere Primär-Brennstoffsysteme 67 sind vorgesehen,
um Brennstoff den Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanälen 76 und 78 jeder
rohrförmigen Brennkammer 28 zuzuführen, wie
dies in den 2, 3 und 4 dargestellt ist. Das Primär-Brennstoffsystem 67 für jede rohrförmige Brennkammer 28 besteht
aus mehreren Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B,
mehreren Primär-Brennstoffventilen 69A und 69B,
mehreren Primär-Brennstoff-Zumesseinheiten 71A, 71B und
mehreren Primär-Brennstoffleitungen 73A und 73B.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B, zwei
Primär-Brennstoffventile 69A und 69B,
zwei Primär-Brennstoff-Zumesseinheiten 71A und 71B und zwei
Primär-Brennstoftleitungen 73A und 73B vorgesehen.
Die Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B befinden
sich am stromaufwärtigen
Ende der rohrförmigen
Brennkammer 28.
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Jede der Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B ist
an ein Primär-Brennstoffventil 69A und 69B und
an eine Primär-Brennstoff-Zumesseinheit 71A und 71B über Primär-Brennstoffleitungen 73A und 73B angeschlossen,
so dass der Brennstoff unabhängig
nach den beiden Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B gelangen
kann.
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Jede der Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B besitzt
mehrere, beispielsweise sechzehn, im gleichen Umfangsabstand angeordnete
Primär-Brennstoffinjektoren 64 und
mehrere, beispielsweise sechzehn, im gleichen Umfangsabstand zueinander
angeordnete Primär-Brennstoffinjektoren 66. Demgemäß gibt es
insgesamt zweiunddreißig
Primär-BrennstoffinjektoreN 64 und
zweiunddreißig Brennstoffinjektoren 66.
Jede der Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B fördert Brennstoff nach
einem jeweiligen Umfangssektor der Brennstoff-Luft-Mischkanäle 76 und 78 und
demgemäß der Primär-Verbrennungszone 36,
wobei sich jeder Sektor bei diesem Beispiel über die Hälfte oder über 180° erstreckt.
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Die Brennstoffinjektoren 64 und 66 werden aus
den Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B mit
Brennstoff gespeist.
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Es sind mehrere Sekundär-Brennstoffsysteme 102 vorgesehen,
um Brennstoff den Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanälen 80 jeder
rohrförmigen
Brennkammer 28 zuzuführen.
Das Sekundär-Brennstoffsystem 102 für jede ringförmige Brennkammer 28 besteht
aus mehreren Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B,
aus mehreren Sekundär-Brennstoffventilen 105A und 105B,
aus mehreren Sekundär-Brennstoff-Zumesseinheiten 107A und 107B und
mehreren Sekundär-Brennstoffleitungen 111A und 111B.
Bei diesem Beispiel gibt es zwei Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B,
zwei Sekundär-Brennstoffventile 105A und 105B,
zwei Sekundär-Brennstoff-Zumesseinheiten 107A und 107B und
zwei Sekundär-Brennstoffleitungen 111A und 111B.
Die Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B sind
um die rohrförmige Brennkammer 28 am
stromaufwärten
Ende der rohrförmigen
Brennkammer 28 angeordnet.
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Jede der Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B ist
an eines der Sekundär-Brennstoffventile 105A und 105B und
eine Sekundär-Brennstoff-Zumesseinheit 107A und 107B über jeweils
eine Sekundär-Brennstoffleitung 111A und 111B angeschlossen,
so dass der Brennstoff unabhängig
nach den beiden Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B gefördert wird.
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Jede der Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B besitzt
mehrere, beispielsweise sechzehn, im gleichen Umfangsabstand angeordnete
Sekundär-Brennstoffinjektoren 106.
Demgemäß gibt es
insgesamt zweiunddreißig
Sekundär-Brennstoffinjektoren 106.
Jede der Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B fördert Brennstoff nach
einem Umfangssektor, und jeder Sektor nimmt bei diesem Ausführungsbeispiel
die Hälfte
oder 180° des
Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 und demgemäß der Sekundär-Verbrennungszone 40 ein.
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Jeder der Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 besteht
aus einem Hohlkörper 108,
der sich axial bezüglich
der rohrförmigen
Brennkammer 28 von der Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104 in
Richtung stromab durch den Einlass 88 des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 und
in den Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 hinein
erstreckt.
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Jeder Hohlkörper 108 erstreckt
sich in Richtung stromab längs
des Sekundär- Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 nach
einer Stelle, die genügend
weit vom Einlass 88 entfernt liegt, wo keine Rezirkulationsströmung im
Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 infolge
der Luftströmung
in den Kanal 80 hinein stattfindet. Der Hohlkörper 108 besitzt
mehrere Öffnungen 109,
um Brennstoff in Umfangsrichtung nach den benachbarten Hohlkörpern 108 zu
richten. Der Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 80 und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 werden
im Einzelnen in unserer europäischen
Patentanmeldung EP0687864A beschrieben.
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Es sind mehrere Tertiär-Brennstoffsysteme 110 vorgesehen,
um Brennstoff den Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanälen 92 einer
jeden rohrförmigen Brennkammer 28 zuzuführen. Das
Tertiär-Brennstoffsystem 110 für jede rohrförmige Brennkammer 28 weist
mehrere Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D,
mehrere Tertiär-Brennstoffventile 113A, 113B, 113C und 113D,
mehrere Tertiär-Brennstoff-Zumesseinheiten 115A, 115B, 115C und 115D und
mehrere Tertiär-Brennstoffleitungen 119A, 119B, 119C und 119D auf.
Bei diesem Beispiel sind vier Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D,
vier Tertiär-Brennstoffventile 113A, 113B, 113C und 113D,
vier Tertiär-Brennstoff-Zumesseinheiten 115A, 11513, 115C und 115D und
vier Tertiär-Brennstoffleitungen 119A, 119B, 119C und 119D vorgesehen.
Die Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D sind um
die rohrförmige
Brennkammer 28 herum angeordnet; sie können jedoch auch innerhalb
des Gehäuses 118 liegen.
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Jede der Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D ist
mit jeweils einem der Tertiär-Brennstoffventile 113A, 113B, 113C und 113D und
jeweils einer Tertiär-Brennstoff-Zumesseinheit 115A, 115B, 115C und 115D über jeweils
eine der Tertiär-Brennstoffleitungen 119A, 119B, 119C und 119D verbunden,
so dass der Brennstoff unabhängig nach
den vier Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D gefördert wird.
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Jede Tertiär-Brennstoff-Ringleitung 112A, 112B, 112C und 112D besitzt
mehrere, beispielsweise acht, im gleichen Umfangsabstand angeordnete Tertiär-Brennstoffinjektoren 114.
Demgemäß gibt es insgesamt
zweiunddreißig
Tertiär-Brennstoffinjektoren 114.
Jede der Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D fördert den
Brennstoff nach einem Umfangssektor, und zwar in diesem Beispiel
nach einem 90°-Sektor
des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 und
demgemäß der Tertiär-Verbrennungszone 44.
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Jeder der Tertiär-Brennstoftinjektoren 114 weist
einen Hohlkörper 116 auf,
der sich anfangs radial und dann axial bezüglich der rohrförmigen Brennkammer 28 von
den Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112 in
Richtung stromab durch den Einlass 98 des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 und
in den Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 92 hinein
erstreckt. Jeder Hohlkörper 116 erstreckt
sich stromab längs
des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 nach
einer Stelle, die so weit vom Einlass 98 entfernt ist, dass dort
keine Rezirkulationsströmung
im Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanal 92 infolge
der Luftströmung
in den Kanal 92 auftreten kann. Der Hohlkörper 116 besitzt
eine Vielzahl von Öffnungen 117,
um Brennstoff in Umfangsrichtung auf die benachbarten Hohlkörper 117 zu
richten.
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Ein Wandler 120 oder mehrere
Wandler sind akustisch mit den Brennkammern 28 gekoppelt,
um Druckoszillationen in der Brennkammer 28 festzustellen.
Die Wandler 120 sind über
elektrische Leitungen 124 mit einem Steuergerät 122 verbunden,
damit elektrische Signale, die dem Pegel oder der Amplitude der
Druckoszillationen entsprechen, auf das Steuergerät 122 übertragen
werden können.
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Das Steuergerät 122 ist mit jedem
Primär-Brennstoffventil 69A und 69B,
mit den Sekundär-Brennstoffventilen 105A und 105B und
mit den Tertiär-Brennstoffventilen 113A, 113B, 113C und 113D über elektrische
Verbindungen 126 verbunden. Das Steuergerät 122 ist
elektrisch mit jeder Primär-Brennstoff-Zumesseinheit 71A und 71B,
mit den Sekundär-Brennstoff-Zumesseinheiten 107A und 107B und
den Tertiär-Brennstoff-Zumesseinheiten 115A, 115B, 115C und 115D über elektrische
Leitungen 127 verbunden.
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Das Steuergerät 122 analysiert das
elektrische Signal, das dem Wandler 120 zugeführt wird, um
festzustellen, ob die Druckoszillationen über einem vorbestimmten Pegel
oder einer vorbestimmten Amplitude liegen. Das Steuergerät 122 analysiert
außerdem
die elektrischen Signale, die die Brennstoffmenge anzeigen und durch
die Primär-Brennstoff-Zumesseinheiten 71A und 71B,
die Sekundär-Brennstoff-Zumesseinheiten 107A und 107B und die
Tertiär-Brennstoff-Zumesseinheiten 115A, 115B, 115C und 115D zugeführt werden.
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Wie weiter oben erläutert, wird
das Brennstoff-Luft-Gemisch, das den Verbrennungszonen 36, 40 und 44 zugeführt wird,
vorgemischt und jede der Verbrennungszonen 36, 40 und 44 ist
so angeordnet, dass eine magere Verbrennung stattfindet, um den NOx-Gehalt
zu vermindern. Die Produkte der Verbrennung aus der Primär-Verbrennungszone 36 strömen durch
die Einschnürung 48 in
die Sekundär-Verbrennungszone 40,
und die Verbrennungsprodukte aus der Sekundär-Verbrennungszone 40 strömen durch
die Einschnürung 54 in
die Tertiär-Verbrennungszone 44,
Infolge der Druckfluktuationen in der Luftströmung in die rohrförmigen Brennkammern 28 verstärkt der
Verbrennungsprozess die Druckfluktuationen aus den oben angegebenen
Gründen,
und es können
dadurch Bauteile des Gasturbinentriebwerks 10 beschädigt werden,
wenn deren Eigenfrequenz des Vibrationsmodus mit der Frequenz der
Druckfluktuationen übereinstimmt.
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Im Betrieb detektieren die Wandler 120 die Druckoszillationen
in der Brennkammer 28 und senden elektrische Signale an
das Steuergerät 122.
Das Steuergerät 122 stellt
fest, ob die Druckoszillationen über
der vorbestimmten Amplitude liegen.
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Wenn das Steuergerät 122 feststellt,
dass die Druckoszillationen unter der vorbestimmten Amplitude liegen,
dann sendet das Steuergerät 122 Signale
an die beiden Primär-Brennstoffventile 69A und 69A,
so dass gleiche Brennstoffmengen von den beiden Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B in die
beiden Hälften
der Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanäle 76 und 78 und
demgemäß in die
Primär-Verbrennungszone 36 eingeleitet
werden.
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In gleicher Weise sendet das Steuergerät 122 Signale
nach den beiden Sekundär-Brennstoffventilen 105A und 105B derart,
dass gleiche Brennstoffmengen von den beiden Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B in
die beiden Hälften
des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 und
demgemäß in die
Sekundär-Verbrennungszone 40 eingeleitet
werden.
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Außerdem sendet das Steuergerät 122 Signale
an alle vier Tertiär-Brennstoffventile 113A, 113B, 113C und 113D,
so dass gleiche Brennstoffmengen von den vier Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D in
die vier Viertel des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 und
demgemäß in die
Tertiär-Verbrennungszone 44 eingeleitet
werden.
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Dies gewährleistet, dass geringe Emissionen von
Stickoxiden und Kohlenmonoxid auftreten, wenn die Druckoszillationen
innerhalb annehmbarer Grenzen liegen.
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Wenn das Steuergerät 122 bestimmt,
dass die Druckoszillationen über
dem vorbestimmten Amplitudenwert liegen, dann sendet das Steuergerät 122 an
beide Primär-Brennstoffventile 69A und 6913 Signale,
so dass eine größere Brennstoffmenge
von den Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A zugeführt wird
als die Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68B in die
beiden Hälften
von Primär-Brennstoff-Luft-Mischkanälen 76 und 78 und
demgemäß in die
Primär-Verbrennungszone 36 einleiten.
Dies bewirkt, dass die eine Hälfte
der Primär-Verbrennungszone
mit einer höheren
Temperatur arbeitet als die andere Hälfte der Primär-Verbrennungszone 36,
wobei die Temperatur auch noch höher
ist als die Durchschnittstemperatur der Primär-Verbrennungszone 36.
Die beiden Hälften
der Primär-Verbrennungszone 36 arbeiten dann
auf einer unterschiedlichen Temperatur, so dass die Durchschnittstemperatur
der Primär-Verbrennungszone 36 und
demgemäß die Druckoszillationen
vermindert und vorzugsweise minimiert werden.
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Wenn stattdessen das Steuergerät 122 bestimmt,
dass die Druckoszillationen über
der vorbestimmten Amplitude liegen, dann sendet das Steuergerät 122 Signale
an beide Sekundär-Brennstoffventile 105A und 105B,
so dass eine größere Brennstoffmenge
aus der Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A zugeführt wird
als die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B in
die beiden Hälften
des Sekundär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 80 und
demgemäß in die
Sekundär-Verbrennungszone 40 fördert. Dies
verursacht, dass die eine Hälfte
der Sekundär-Verbrennungszone 40 mit
einer höheren
Temperatur arbeitet als die andere Hälfte der Sekundär-Verbrennungszone 40 und
auch mit einer höheren
Temperatur als die Durchschnittstemperatur der Sekundär-Verbrennungszone 40.
Die beiden Hälften
der Sekundär-Verbrennungszone 40 arbeiten
dann mit einer von der Durchschnittstemperatur der Sekundär-Verbrennungszone 40 unterschiedlichen
Temperatur, und daher werden die Druckoszillationen vermindert und
vorzugsweise minimiert.
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Stattdessen sendet das Steuergerät 122 Signale
an alle vier Tertiär-Brennstoftventile 113A, 113B, 113C und 113D,
so dass eine größere Brennstoffmenge
aus den Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A geliefert
wird als aus den Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112B, 112C und 112D in
die vier Viertel des Tertiär-Brennstoff-Luft-Mischkanals 92 und
demgemäß in die
Tertiär-Verbrennungszone 44. Dies
bewirkt, dass ein Viertel der Tertiär-Verbrennungszone 44 mit
einer höheren
Temperatur arbeitet als die anderen drei Viertel der Tertiär-Verbrennungszone 44 und
auch mit einer höheren
Temperatur als die Durchschnittstemperatur der Tertiär-Verbrennungszone 44.
Die vier Viertel der Tertiär-Verbrennungszone 44 arbeiten
dann mit einer anderen Temperatur als die Durchschnittstemperatur
der Tertiär-Verbrennungszone 44,
und daher werden die Druckoszillationen vermindert und vorzugsweise
minimiert. Eine weitere Alternative besteht darin, eine größere Brennstoffmenge
den drei Vierteln der Tertiär-Verbrennungszone 44 zuzuführen als
dem verbleibenden Viertel. Eine zusätzliche Alternative besteht darin,
eine größere Brennstoffmenge
zwei benachbarten oder zwei diametral gegenüberliegenden Vierteln zuzuführen als
den beiden anderen Vierteln.
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Eine weitere Alternative besteht
darin, der einen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A mehr
Brennstoff zuzuführen
als der anderen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
außerdem
der einen der Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A mehr Brennstoff
zuzuführen
als der anderen Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B.
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Eine weitere Alternative besteht
darin, der einen Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A mehr Brennstoff
zuzuführen
als der anderen Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B und
der einen Tertiär-Brennstoff-Ringleitung 112A mehr
Brennstoff zuzuführen
als den anderen Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112B, 112C und 112D.
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Eine weitere Alternative besteht
darin, der einen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A mehr
Brennstoff zuzuführen
als der anderen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
der einen Tertiär-Brennstoff-Ringleitung 112A mehr
Brennstoff zuzuführen als
den anderen Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112B, 112C und 112D.
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Eine weitere Alternative besteht
darin, der einen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A mehr
Brennstoff zuzuführen
als der anderen Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
der einen Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A mehr
Brennstoff zuzuführen als
der anderen Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B und
der einen Tertiär-Brennstoff-Ringleitung 112A mehr
Brennstoff zuzuführen
als den anderen Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112B, 112C und 112D.
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Die Wirkung der Erfindung wird unter
Bezugnahme auf 5 erklärt. Die
destruktiven Druckoszillationen treten auf, wenn das Brennstoff-Luft-Verhältnis an
allen Stellen einer Verbrennungszone und demgemäß die Temperatur an allen Teilen
der Verbrennungszone gleich dem Durchschnitts-Brennstoff-Luft-Verhältnis oder
gleich der Durchschnittstemperatur ist.
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Nach der Erfindung wird der einen
Hälfte
der Primär-Verbrennungszone 36 eine
größere Menge von
Brennstoff zugeführt
als der anderen Hälfte
der Primär-Verbrennungszone 36,
so dass die eine Hälfte
der Primär-Verbrennungszone 36 mit
einem Brennstoff-Luft-Verhältnis
arbeitet, das kleiner ist als das Durchschnitts-Brennstoff-Luft-Verhältnis und die andere Hälfte der
Primär-Verbrennungszone 36 mit einem
Brennstoff-Luft-Verhältnis
arbeitet, das größer ist
als das Durchschnitts-Brennstoff-Luft-Verhältnis. Durch
die Erfindung wird das Brennstoff-Luft-Verhältnis und demgemäß die Temperatur
in verschiedenen Sektoren der Primär-Verbrennungszone verändert, so dass die Druckoszillationen
vermindert werden.
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Der Primär-Verbrennungszone 36 wird
durch die Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 eine
vorbestimmte Brennstoffmenge zugeführt. Das Steuergerät 122 stellt
die Brennstoffzufuhr so ein, dass ein größerer Anteil von Brennstoff
durch die Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A und
die Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 der
einen Hälfte der
Primär-Verbrennungszone 36 zugeführt wird
und ein geringerer Anteil von Brennstoff durch die Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
die Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 nach
der anderen Hälfte
der Primär-Verbrennungszone 36 gelangt, um
die Druckoszillationen zu vermindern.
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Wenn das Steuergerät 122 bestimmt,
dass immer noch Druckoszillationen über dem vorbestimmten Amplitudenwert
vorhanden sind, dann erhöht
das Steuergerät 122 den
Anteil von Brennstoff, der der Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A und
den Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 zugeführt wird und
vermindert gleichzeitig den Anteil von Brennstoff, der durch die
Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und die
Brennstoffinjektoren 64 und 66 in die Primär-Verbrennungszone 36 eingeleitet
wird.
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Wenn das Steuergerät 122 bestimmt,
dass die Druckoszillationen unter der vorbestimmten Amplitude liegen,
dann vermindert das Steuergerät 122 den
Brennstoffanteil, der durch die Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A und
die Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 zugeführt wird,
und es wird der Anteil von Brennstoff erhöht, der durch die Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
die Brennstoffinjektoren 64 und 66 in die Primär-Verbrennungszonge 36 eingeführt wird.
Das Steuergerät 122 vermindert
den Anteil von Brennstoff, der durch die Primär-Brennstoff-Ringleitung 68A und
die Primär-Brennstoffinjektoren 64 und 66 zugeführt wird
und erhöht
den Anteil von Brennstoff, der der Primär-Brennstoff-Ringleitung 68B und
den Brennstoffinjektoren 64 und 66 in die Primär-Verbrennungszone 36 geleitet
wird, solange die Druckoszillationen unter dem vorbestimmten Pegel
verbleiben oder bis gleiche Brennstoffmengen von beiden Primär-Brennstoff-Ringleitungen 68A und 68B zugeführt werden.
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Der Sekundär-Verbrennungszone 40 wird durch
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 eine vorbestimmte
Brennstoffmenge zugeführt.
Das Steuergerät 122 stellt
die Brennstoffzufuhr so ein, dass ein größerer Anteil von Brennstoff
durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 der
einen Hälfte
der Sekundär-Verbrennungszone 40 zugeführt wird
und ein geringerer Anteil des Brennstoffs durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 der
anderen Hälfte
der Sekundär-Verbrennungszone 40 zugeführt wird,
um die Druckoszillationen zu vermindern.
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Wenn das Steuergerät 122 bestimmt,
dass immer noch Druckoszillationen über der vorbestimmten Amplitude
vorhanden sind, dann erhöht
das Steuergerät 122 den
Brennstoffanteil weiter, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 zugeführt wird,
und es vermindert den Anteil des Brennstoffs, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104B und
die Brennstoffinjektoren 106 in die Sekundär-Verbrennungszone 40 eingeleitet
wird, weiterhin.
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Wenn das Steuergerät 122 bestimmt,
dass die Druckoszillationen unter der vorbestimmten Amplitude liegen,
dann vermindert das Steuergerät 122 den
Brennstoffanteil, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 zugeführt wird
und erhöht
den Brennstoffanteil, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B und
die Brennstoffinjektoren 106 in die Sekundär-Verbrennungszone 40 eingeleitet
wird. Das Steuergerät 122 vermindert
den Brennstoffanteil, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104A und
die Sekundär-Brennstoffinjektoren 106 zugeführt wird
und erhöht
den Anteil von Brennstoff, der durch die Sekundär-Brennstoff-Ringleitung 104B und
die Brennstoffinjektoren 106 in die Sekundär-Verbrennungszone 40 eingeführt wird,
wenn die Druckoszillationen unter dem vorbestimmten Pegel verbleiben
oder bis gleiche Brennstoffmengen von den beiden Sekundär-Brennstoff-Ringleitungen 104A und 104B zugeführt werden.
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Der Tertiär-Verbrennungszone 44 wird
durch die Tertiär-Brennstoffinjektoren 114 eine
vorbestimmte Brennstoffmenge zugeführt. Ein ähnliches Verfahren bewirkt
die Zuführung
von Brennstoff durch die Tertiär-Brennstoff-Ringleitungen 112A, 112B, 112C und 112D.
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Demgemäß schafft die Erfindung die
Möglichkeit,
eine Brennkammer mit einem mageren Brennstoff-Luft-Verhältnis bei
einem vorbestimmten Betriebs-Leistungspegel
zu betreiben, der normalerweise Druckoszillationen bewirken würde, wobei durch
die Erfindung die Amplitude der Druckoszillationen vermindert wird.
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Dadurch wird es möglich, die Brennkammer so zu
betreiben, dass ein weiterer Bereich von Triebwerks-Leistungspegeln
und Emissionen eingestellt werden kann, ohne Druckoszillationswerte
zu erzeugen, die die Brennkammer oder das Gasturbinentriebwerk beschädigen. Demgemäß wird durch
die Erfindung in Umfangsrichtung die Brennstoffzufuhr nach einer
oder mehreren Brennzonen eingestellt. Die in Umfangsrichtung erfolgte
unterschiedliche Brennstoffzufuhr kann bewirken, dass der Anteil
des Brennstoffs in einem oder mehreren der Umfangssektoren relativ
zu den verbleibenden Umfangssektoren erhöht wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend beschrieben
unter Bezugnahme auf Brennstoffleitungen, die den Brennstoff nach
zwei oder vier in Umfangsrichtung angeordneten Sektoren zuführen, jedoch
ist jede weitere Zahl von Sektoren denkbar, beispielsweise können drei,
sechs, acht, zehn usw. Sektoren angeordnet werden. Die in Umfangsrichtung
angeordneten Sektoren können
in ihrer Winkelerstreckung gleich oder ungleich sein.
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Die Erfindung ist anwendbar für Brennkammern,
auch für
andere Maschinen mit Verbrennungsstufen, die in Strömungsrichtung
hintereinander angeordnet sind.
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Die Brennkammer kann ringförmig oder
mit ringförmig
angeordneten Flammrohren ausgebildet sein. Der Brennstoff kann ein
gasförmiger
oder ein flüssiger
Brennstoff sein.