EP0576717A1 - Gas turbine combustor - Google Patents
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- EP0576717A1 EP0576717A1 EP92111346A EP92111346A EP0576717A1 EP 0576717 A1 EP0576717 A1 EP 0576717A1 EP 92111346 A EP92111346 A EP 92111346A EP 92111346 A EP92111346 A EP 92111346A EP 0576717 A1 EP0576717 A1 EP 0576717A1
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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
- F23R3/002—Wall structures
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- 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
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- F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
- F23R3/08—Arrangement of apertures along the flame tube between annular flame tube sections, e.g. flame tubes with telescopic sections
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05B2260/00—Function
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- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
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- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03044—Impingement cooled combustion chamber walls or subassemblies
Definitions
- the invention relates to a gas turbine combustion chamber with a flame tube, which delimits a combustion chamber and is exposed on its side facing away from the combustion chamber to an air stream supplied by the compressor of the gas turbine, the flame tube essentially being composed of wall parts, and the outer wall parts facing away from the combustion chamber each having a plurality , Have circumferentially distributed inlet openings through which the cooling air is introduced into an intermediate space arranged in the flame tube, from which the cooling air is introduced into the combustion chamber via outlet openings in the inner wall parts facing the combustion chamber.
- the invention has for its object in a gas turbine combustion chamber of the type mentioned at the minimum Cooling air consumption and a high pressure loss coefficient significantly increase the soundproofing of a combustion chamber wall.
- this object is achieved according to the invention in that the space between the wall parts is coupled to a large, closed additional volume to form a Helmholtz resonator that the inlet openings in the outer wall parts are designed as feed pipes and the outlet openings in the inner wall parts are designed as damping pipes.
- the damping system can thus be effectively integrated into the cooling system.
- adequate damping of the combustion chamber vibrations can also be achieved. Since the resonance and thus the damping become weaker with larger amounts of cooling air, only enough cooling air is allowed to flow through that a significant heating of the resonator is avoided.
- the turbine 1, of which the first axially flowed stages in the form of three guide rows 2 'and run rows 2' 'is shown in FIG. 1, essentially consists of the bladed turbine rotor 3 and the blade carrier 4 equipped with guide blades.
- the blade carrier is in the Turbine housing 5 suspended.
- the turbine housing 5 also includes the collecting space 6 for the compressed combustion air. From this plenum, the combustion air enters the annular combustion chamber 7, which in turn enters the turbine inlet, i.e. opens upstream of the first guide row 2 '.
- the compressed air arrives in the collecting space from the diffuser 8 of the compressor 9. Of the latter, only the last three stages are shown in the form of three guide rows 10 'and rows 10' '.
- the rotor blades of the compressor and the turbine sit on a common shaft 11, the central axis of which represents the longitudinal axis 12 of the gas turbine unit.
- the compressed combustion air enters the collecting chamber 6 in the direction of the arrow in the burner 13, which is only shown as an example, of which 36 pieces are evenly distributed around the circumference.
- the fuel is injected into the combustion chamber 15 via a fuel nozzle 14.
- the fuel nozzle In the plane of the primary air inlet, the fuel nozzle is surrounded by a swirl body 16 in the form of vortex blades.
- the air reaches the primary zone of the combustion chamber 15 through the vortex blades, in which the combustion process takes place.
- the vortex blades cause one Swirl flow with an air core directed against the burner, which anchors the flame to the burner so that it does not tear off despite the high air speed.
- the turbulent flow ensures rapid combustion.
- the annular combustion chamber 15 extends downstream of the burner orifices up to the turbine inlet. It is delimited both inside and outside by the flame tube 17.
- This flame tube can be designed as a self-supporting structure, it preferably consisting of a number of longitudinally arranged wall parts 18, 19 both on its inner ring and on its outer ring. These wall parts, which can be cast parts, are bent in the axial direction of the turbine in accordance with the course of the combustion chamber through which flow and extend over the entire axial length of the flame tube.
- the flame tube on its side facing away from the combustion chamber is exposed to the air flow in the collecting chamber 6 supplied by the compressor 9.
- the outer wall parts 18 have a plurality of inlet openings 20 distributed over the circumference, through which the cooling air is introduced into an intermediate space 21 formed in the flame tube.
- these inlet openings 20 are impingement cooling bores through which the inflowing air reaches the inside of the inner wall part 19 impacts and performs its cooling function there. This is the first cooling stage.
- the second cooling stage is designed as film cooling.
- the requirement also applies to the outlet openings in the inner wall part 19 that the cooling air is introduced into the combustion chamber 15 in order to maintain cooling film in such a way that it not only coincides in the same direction, but also in its direction as closely as possible in the direction of flow of the combustion gases near the wall of the flame tube.
- these outlet openings 22 are shown as oblique bores for the sake of simplicity. It could also be overlapping bricks, as they are known from the combustion chamber construction.
- a rinsed Helmholtz resonator is now to be used for sound attenuation. It can easily be seen that the space 21 between the two wall parts 18 and 19 alone has too little volume for this to achieve the correct frequency. The intermediate space 21 is therefore coupled to a large, closed additional volume 23 at a suitable location.
- the inlet openings 20 in the outer wall parts 19 are designed as feed pipes and the outlet bores 22 in the inner wall parts 18 as damping pipes of the Helmholtz resonator.
- the feed pipes 20 are dimensioned such that they cause a relatively high pressure drop for the cooling air flow.
- the damping tubes 22, on the other hand, allow the cooling air to enter the interior of the combustion chamber with a low residual pressure drop.
- the limitation of the pressure drop in the damping tubes results from the requirement that even with uneven pressure distribution on the inside of the combustion chamber wall, an adequate cooling air flow into the combustion chamber is always guaranteed. Of course, no one is allowed to Place hot gas in reverse direction to enter the cooling system.
- the choice of the size of the additional volume 23 results from the requirement that the phase angle between the fluctuations in the cooling air mass flows through the openings of the outer and inner wall parts should be greater than or equal to ⁇ / 2.
- this requirement means that the compensation volume should be at least so large that the Helmholtz frequency of the Helmholtz resonator, which is formed by the additional volume, the volume of the space and the cooling air openings, is at least that Frequency of the combustion chamber vibration to be damped reached.
- the compensation volume of the Helmholtz resonator used is preferably designed for the lowest natural frequency of the combustion chamber. It is also possible to choose an even larger volume.
- the basic features of a flow through a Helmholtz resonator as can be used in a combustion chamber, but also everywhere else, are shown in FIG. 3.
- the resonator essentially consists of the feed tube 20a, the resonance volume 23a and the damping tube 22a.
- the feed pipe 20a determines the pressure drop.
- the speed at the end of the feed pipe, the dynamic pressure of the jet together with the losses corresponds to the pressure drop across the combustion chamber. Only enough air is supplied that the interior of the damper does not heat up. Heating by radiation from the area of the combustion chamber would result in the frequency not remaining stable. The flushing should therefore only dissipate the radiated heat. So far, Helmholtz resonators are known.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer mit einem Flammrohr, welches einen Verbrennungsraum begrenzt und auf seiner vom Verbrennungsraum abgewandten Seite einem vom Verdichter der Gasturbine gelieferten Luftstrom ausgesetzt ist, wobei das Flammrohr sich im wesentlichen aus Wandteilen zusammensetzt, und wobei die dem Verbrennungsraum abgewandten äusseren Wandteile jeweils mehrere, über dem Umfang verteilte Einlassöffnungen aufweisen, über die die Kühlluft in einen im Flammrohr angeordneten Zwischenraum eingeleitet wird, aus welchem die Kühlluft über Austrittsöffnungen in den dem Verbrennungsraum Zugewandten inneren Wandteilen in den Verbrennungsraum eingeleitet wird.The invention relates to a gas turbine combustion chamber with a flame tube, which delimits a combustion chamber and is exposed on its side facing away from the combustion chamber to an air stream supplied by the compressor of the gas turbine, the flame tube essentially being composed of wall parts, and the outer wall parts facing away from the combustion chamber each having a plurality , Have circumferentially distributed inlet openings through which the cooling air is introduced into an intermediate space arranged in the flame tube, from which the cooling air is introduced into the combustion chamber via outlet openings in the inner wall parts facing the combustion chamber.
Gasturbinen mit derartigen, luftgekühlten Flammrohren sind bekannt, bspw. aus der US 4,077,205 oder der US 3,978,662. Dort sind Kühlsysteme für Flammrohre gezeigt und beschrieben, die aus sich in Turbinenachsrichtung überlappenden Wandteilen aufgebaut sind. Das jeweilige Flammrohr weist eine Lippe auf, die sich über den Schlitz erstreckt, durch den der Kühlluftfilm austritt. Dieser Kühlluftfilm soll an der Wand des Flammrohres haften, um für dieses eine kühlende Sperrschicht zu bilden.Gas turbines with such air-cooled flame tubes are known, for example from US 4,077,205 or US 3,978,662. There, cooling systems for flame tubes are shown and described, which are constructed from wall parts that overlap in the turbine axial direction. The respective flame tube has a lip which extends over the slot through which the cooling air film emerges. This cooling air film should adhere to the wall of the flame tube in order to form a cooling barrier layer for it.
Moderne hochbelastete Gasturbinen erfordern zunehmend komplexere und wirkungsvollere Kühlmethoden. Um niedrige NOx-Emissionen zu erzielen, wird versucht, einen zunehmenden Anteil der Luft durch die Brenner selbst zu leiten. Dieser Zwang zur Reduktion der Kühlluftströme ergibt sich aber auch aus Gründen, die mit der zunehmenden Heissgastemperatur beim Eintritt einer modernen Gasturbine in Zusammenhang stehen. Weil auch die Kühlung der übrigen Anlagenteile wie Beschaufelung, Maschinenwelle etc. immer schärferen Anforderungen genügen muss, und weil die Heissgastemperaturen, die im Interesse eines hohen thermischen Wirkungsgrades immer weiter gesteigert werden, auch direkt zu einer stark erhöhten thermischen Belastung der Brennkammerwände führen, muss mit der Brennkammerkühllluft sehr sparsam umgegangen werden. Diese Anforderungen führen in aller Regel zu mehrstufigen Kühltechniken, wobei der Druckverlustbeiwert, d.h. der durch die Kühlung verursachte Gesamtdruckabfall dividiert durch einen Staudruck beim Kühllufteintritt in die Brennkammer, recht hoch sein kann.Modern, highly loaded gas turbines require increasingly complex and effective cooling methods. In order to achieve low NO x emissions, an attempt is made to pass an increasing proportion of the air through the burners themselves. This compulsion to reduce the cooling air flows also arises for reasons related to the increasing hot gas temperature when a modern gas turbine enters. Because the cooling of the other parts of the system, such as blading, machine shaft etc., must also meet increasingly stringent requirements, and because the hot gas temperatures, which are constantly increasing in the interest of high thermal efficiency, also directly lead to a greatly increased thermal load on the combustion chamber walls, must also be included the combustion chamber cooling air can be used very sparingly. These requirements generally lead to multi-stage cooling techniques, whereby the pressure loss coefficient, ie the total pressure drop caused by the cooling divided by a dynamic pressure when the cooling air enters the combustion chamber, can be quite high.
Bei konventionellen Brennkammern spielt die Kühlung in der Regel eine äusserst wichtige Rolle für die Schalldämpfung der Brennkammer. Die oben erwähnte Reduktion des Kühlluftmassenstroms gepaart mit einem stark erhöhten Druckverlustbeiwert der gesamten Brennkammerwandkühlung führt nun zu einer fast völligen Unterdrückung der Schalldämpfung. Die Folge dieser Entwicklung ist ein zunehmender Vibrationspegel in modernen LOW-NOx-Brennkammern.In conventional combustion chambers, cooling generally plays an extremely important role in the soundproofing of the combustion chamber. The above-mentioned reduction of the cooling air mass flow paired with a greatly increased pressure loss coefficient of the entire combustion chamber wall cooling now leads to an almost complete suppression of the sound insulation. The consequence of this development is an increasing vibration level in modern LOW-NO x combustion chambers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinenbrennkammer der eingangs genannten Art bei minimalstem Kühlluftverbrauch und hohem Druckverlustbeiwert die Schalldämpfung einer Brennkammerwand wesentlich zu verstärken.The invention has for its object in a gas turbine combustion chamber of the type mentioned at the minimum Cooling air consumption and a high pressure loss coefficient significantly increase the soundproofing of a combustion chamber wall.
Ausgehend von einem System von aufeinanderfolgenden Kühltechniken, hier Prallkühlung mit anschliessender Filmkühlung, welches System aufgrund der "Sandwichbauweise" mit Zwischenräumen arbeitet, wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Zwischenraum zwischen den Wandteilen zwecks Bildung eines Helmholtzresonators an ein grosses, abgeschlossenes Zusatzvolumen angekoppelt ist, dass die Einlassöffnungen in den äusseren Wandteilen als Zuführrohre und die Austrittsöffnungen in den inneren Wandteilen als Dämpfungsrohre ausgebildet sind.Starting from a system of successive cooling techniques, here impingement cooling with subsequent film cooling, which system works with spaces due to the "sandwich construction", this object is achieved according to the invention in that the space between the wall parts is coupled to a large, closed additional volume to form a Helmholtz resonator that the inlet openings in the outer wall parts are designed as feed pipes and the outlet openings in the inner wall parts are designed as damping pipes.
Das Dämpfungssystem kann damit wirkungsvoll in das Kühlsystem integriert werden. Mit der neuen, sehr einfachen Massnahme ist ausser einer effizienten Prall/Filmkühlung mit einer möglichst kleinen Kühlluftmenge auch eine hinreichende Dämpfung der Brennkammerschwingungen erreichbar. Da mit grösseren Kühlluftmengen die Resonanz und somit die Dämpfung schwächer werden, wird nur gerade soviel Kühlluft durchströmen lassen, dass ein nennenswertes Aufheizen des Resonators vermieden wird.The damping system can thus be effectively integrated into the cooling system. With the new, very simple measure, in addition to efficient impact / film cooling with the smallest possible amount of cooling air, adequate damping of the combustion chamber vibrations can also be achieved. Since the resonance and thus the damping become weaker with larger amounts of cooling air, only enough cooling air is allowed to flow through that a significant heating of the resonator is avoided.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine mit einer ringförmigen Brennkammer dargestellt.
Es zeigen:
- Fig.1
- einen Teillängsschnitt der Gasturbine;
- Fig.2
- einen Teillängschnitt durch das Flammrohr;
- Fig.3
- das Prinzip des Helmholtzresonators.
Show it:
- Fig. 1
- a partial longitudinal section of the gas turbine;
- Fig. 2
- a partial longitudinal section through the flame tube;
- Fig. 3
- the principle of the Helmholtz resonator.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise das Abgasgehäuse der Gasturbine mit Abgasrohr und Kamin sowie die Eintrittspartien des Verdichterteils. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The system does not show, for example, the exhaust gas casing of the gas turbine with the exhaust pipe and chimney, and the inlet parts of the compressor part. The direction of flow of the work equipment is indicated by arrows.
Die Turbine 1, von der in Fig.1 die ersten axialdurchströmten Stufen in Form von je drei Leitreihen 2' und Laufreihen 2'' dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus dem beschaufelten Turbinenrotor 3 und dem mit Leitschaufeln bestückten Schaufelträger 4. Der Schaufelträger ist im Turbinengehäuse 5 eingehängt. Im dargestellten Fall umfasst das Turbinengehäuse 5 ebenfalls den Sammelraum 6 für die verdichtete Brennluft. Aus diesem Sammelraum gelangt die Brennluft in die Ringbrennkammer 7, welche ihrerseits in den Turbineneinlass, d.h. stromaufwärts der ersten Leitreihe 2' mündet. In den Sammelraum gelangt die verdichtete Luft aus dem Diffusor 8 des Verdichters 9. Von letzterem sind lediglich die drei letzten Stufen in Form von je drei Leitreihen 10' und Laufreihen 10'' dargestellt. Die Laufbeschaufelungen des Verdichters und der Turbine sitzen auf einer gemeinsamen Welle 11, deren Mittelachse die Längsachse 12 der Gasturbineneinheit darstellt.The turbine 1, of which the first axially flowed stages in the form of three guide rows 2 'and run rows 2' 'is shown in FIG. 1, essentially consists of the
In den lediglich beispielsweise dargestellten Brenner 13, von denen 36 Stück am Umfang gleichmässig verteilt angeordnet sind, tritt die verdichtete Brennluft in Pfeilrichtung aus dem Sammelraum 6 ein. Der Brennstoff wird über eine Brennstoffdüse 14 in den Verbrennungsraum 15 eingespritzt. Die Brennstoffdüse ist in der Ebene der Primärlufteinführung von einem Drallkörper 16 in Form von Wirbelschaufeln umgeben. Durch die Wirbelschaufeln gelangt die Luft in die Primärzone des Verbrennungsraumes 15, in welcher sich der Verbrennungsvorgang abspielt. Die Wirbelschaufeln bewirken eine Drallströmung mit einem gegen den Brenner gerichteten Luftkern, welcher die Flamme am Brenner verankert, damit sie trotz der hohen Luftgeschwindigkeit nicht abreisst. Gleichsam wird durch die turbulente Strömung eine schnelle Verbrennung gesichert. Anlässlich dieser Verbrennung erreichen die Verbrennungsgase sehr hohe Temperaturen, was besondere Anforderungen an die zu kühlenden Wandungen des Flammrohres 17 darstellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn statt des gezeigten Diffusionsbrenners sogenannte Low NOx-Brenner, beispielsweise Vormischbrenner zur Anwendung gelangen, welche grosse Flammrohroberflächen und relativ bescheidene Kühlluftmengen erfordern.The compressed combustion air enters the collecting chamber 6 in the direction of the arrow in the
Stromabwärts der Brennermündungen erstreckt sich der ringförmige Verbrennungsraum 15 bis zum Turbineneintritt. Er ist sowohl innen als auch aussen begrenzt durch das Flammrohr 17. Dieses Flammrohr kann als selbsttragende Struktur konzipiert sein, wobei es vorzugsweise sowohl an seinem Innenring als auch an seinem Aussenring aus einer Anzahl von längs angeordneten Wandteilen 18, 19 besteht. Diese Wandteile, welche Gussteile sein können, sind in Turbinenachsrichtung entsprechend dem Verlauf des durchströmten Verbrennungsraums gebogen und erstrecken sich über die ganze axiale Länge des Flammrohres.The
Wie in Fig.1 anhand der das Flammrohr umgebenden Pfeile ersichtlich, ist das Flammrohr an seiner vom Verbrennungsraum abgewandten Seite dem vom Verdichter 9 gelieferten Luftstrom im Sammelraum 6 ausgesetzt. Die äusseren Wandteile 18 weisen mehrere, über dem Umfang verteilte Einlassöffnungen 20 auf, über die die Kühlluft in einen im Flammrohr gebildeten Zwischenraum 21 eingeleitet wird.As can be seen in FIG. 1 on the basis of the arrows surrounding the flame tube, the flame tube on its side facing away from the combustion chamber is exposed to the air flow in the collecting chamber 6 supplied by the
Wie aus der Prinzipskizze in Fig. 2 ersichtlich, handelt es sich bei diesen Einlassöffnungen 20 um Prallkühlungsbohrungen, durch welche die einströmende Luft auf die Innenseite des inneren Wandteils 19 aufprallt und dort ihre Kühlfunktion ausübt. Dies gilt als erste Kühlungsstufe.As can be seen from the schematic diagram in FIG. 2, these
Die zweite Kühlungsstufe ist als Filmkühlung ausgelegt. Somit gilt für die Austrittsöffnungen im inneren Wandteil 19 ferner die Forderung, dass die Kühlluft zwecks Kühlfilmerhaltung so in den Verbrennungsraum 15 eingeführt wird, dass sie nicht nur gleichsinnig, sondern in ihrer Richtung möglichst mit der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase in Wandnähe des Flammrohres übereinstimmt.
Im vorliegenden Fall sind diese Austrittsöffnungen 22 der Einfachheit halber als schräge Bohrungen dargestellt. Es könnte sich dabei auch um sich überlappende Ziegel handeln, wie diese aus dem Brennkammerbau bekannt sind.The second cooling stage is designed as film cooling. Thus, the requirement also applies to the outlet openings in the
In the present case, these
Soweit sind Flammrohre bekannt. Gemäss der Erfindung soll nunmehr zur Schalldämpfung ein gespülter Helmholtzresonator zur Anwendung gelangen. Es ist ohne weiteres erkennbar, dass der Zwischenraum 21 zwischen den beiden Wandteilen 18 und 19 hierfür allein zu wenig Volumen aufweist, um die richtige Frequenz zu erreichen. Der Zwischenraum 21 wird deshalb an einer hierfür geeigneten Stelle an ein grosses, abgeschlossenes Zusatzvolumen 23 angekoppelt. Die Einlassöffnungen 20 in den äusseren Wandteilen 19 werden als Zuführrohre und die Austrittsbohrungen 22 in den inneren Wandteilen 18 als Dämpfungsrohre des Helmholtzresonators ausgebildet.So far, flame tubes are known. According to the invention, a rinsed Helmholtz resonator is now to be used for sound attenuation. It can easily be seen that the
Zur Funktionsfähigkeit des Helmholtzresonator sind die Zuführrohre 20 so dimensioniert, dass sie für die Kühlluftströmung einen relativ hohen Druckabfall verursachen. Durch die Dämpfungsrohre 22 hingegen gelangt die Kühlluft bei niedrigem Restdruckabfall in das Brennkammerinnere. Die Begrenzung des Druckabfalls in den Dämpfungsrohren ergibt sich aus der Forderung, dass auch bei ungleichmässiger Druckverteilung auf der Innenseite der Brennkammerwand stets eine ausreichende Kühlluftströmung in die Brennkammer hinein gewährleistet bleibt. Selbstverständlich darf an keiner Stelle Heissgas in umgekehrter Richtung in das Kühlsystem eindringen.For the functionality of the Helmholtz resonator, the
Die Wahl der Grösse des Zusatzvolumens 23 ergibt sich aus der Forderung, dass der Phasenwinkel zwischen den Schwankungen der Kühlluftmassenströme durch die Öffnungen der äusseren und inneren Wandteile grösser oder gleich π/2 sein soll. Für eine harmonische Schwingung mit vorgegebener Frequenz auf der Innenseite der Brennkammerwand bedeutet diese Forderung, dass das Ausgleichvolumen mindestens so gross sein soll, dass die Helmholtz-Frequenz des Helmholtzresonators, der durch das Zusatzvolumen, das Volumen des Zwischenraumes und die Kühlluftöffnungen gebildet wird, mindestens die Frequenz der zu dämpfenden Brennkammerschwingung erreicht. Daraus folgt ausserdem, dass das Ausgleichvolumen des verwendeten Helmholtzresonators vorzugsweise auf die tiefste Eigenfrequenz der Brennkammer ausgelegt wird. Möglich ist auch die Wahl eines noch grösseren Volumens. Dadurch wird erreicht, dass eine Druckschwankung auf der Innenseite der Brennkammer zu einer stark gegenphasigen Schwankung des Kühlluftmassenstromes führt, weil ja jetzt die Schwankungen der Kühlluftmassenströme durch die äusseren und inneren Wandteile nicht mehr phasengleich sind. Ausserdem erlaubt der geringe Druckabfall über die Austrittsöffnungen, d.h. die Dämpfungsrohre des Resonators, die Anwendung von grossen offenen Querschnittsflächen für die Kühlluftströmung. Dies gilt auch für den Fall, dass der mittlere Kühlluftmassenstrom sehr klein ist. Beide Faktoren tragen zu einer massiven Verstärkung der schalldämpenden Wirkung der gekühlten Brennkammer bei.The choice of the size of the
Die grundsätzlichen Merkmale eines durchströmten Helmholtzresonators, wie er in einer Brennkammer, aber auch überall sonst, Anwendung finden kann, sind in Fig 3. dargestellt. Der Resonator besteht im wesentlichen aus dem Zuführrohr 20a, dem Resonazvolumen 23a und dem Dämpfungsrohr 22a. Das Zuführrohr 20a bestimmt den Druckabfall. Die Geschwindigkeit am Ende des Zuführrohres stellt sich so ein, dass der dynamische Druck des Strahles zusammen mit den Verlusten dem Druckabfall über der Brennkammer entspricht. Es wird nur so viel Luft zugeführt, dass das Dämpferinnere sich nicht aufheizt. Eine Aufheizung durch Strahlung aus dem Bereich der Brennkammer hätte zur Folge, dass die Frequenz nicht stabil bleibt. Die Durchspülung soll deshalb lediglich die eingestrahlte Wärmemenge abführen. Soweit sind Helmholtzresonatoren bekannt.The basic features of a flow through a Helmholtz resonator, as can be used in a combustion chamber, but also everywhere else, are shown in FIG. 3. The resonator essentially consists of the feed tube 20a, the
Um die Leistung des Helmholtzresonators wesentlich zu steigern, hat es sich als zweckmässig erwiesen, die beiden Enden des Dämpfungsrohres 22a nicht scharfkantig auszuführen. Gewählt wird eine Abrundung, deren Krümmungsradius folgende Bedingung erfüllt:
Darin bedeuten:
- Str
- die Strouhalzahl
- R
- der Krümmungradius der Abrundung
- f
- die Frequenz
- u
- die Strömungsgeschwindigkeit
Where:
- Str
- the Strouhal number
- R
- the radius of curvature of the fillet
- f
- the frequency
- u
- the flow rate
- 11
- Turbineturbine
- 2'2 '
- TurbinenleitreiheTurbine guide series
- 2''2 ''
- TurbinenlaufreiheTurbine run row
- 33rd
- TurbinenrotorTurbine rotor
- 44th
- SchaufelträgerShovel carrier
- 55
- TurbinengehäuseTurbine casing
- 66
- SammelraumGathering room
- 77
- BrennkammerCombustion chamber
- 88th
- DiffusorDiffuser
- 99
- Verdichtercompressor
- 10'10 '
- VerdichterleitreiheCompressor guide series
- 10''10 ''
- VerdichterlaufreiheCompressor run series
- 1111
- Wellewave
- 1212th
- LängsachseLongitudinal axis
- 1313
- Brennerburner
- 1414
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 1515
- VerbrennungsraumCombustion chamber
- 1616
- DrallkörperSwirl body
- 1717th
- FlammrohrFlame tube
- 1818th
- äusseres Wandteilouter wall part
- 1919th
- inneres Wandteilinner wall part
- 20, 20a20, 20a
- Einlassöffnung, ZuführrohrInlet opening, feed pipe
- 2121
- ZwischenraumSpace
- 22, 22a22, 22a
- Austrittsbohrung, DämpfungsrohrExit bore, damping tube
- 23, 23a23, 23a
- ZusatzvolumenAdditional volume
Claims (2)
dadurch gekennzeichnet,
dass der Zwischenraum (21) zwischen den Wandteilen (18, 19) zwecks Bildung eines Helmholtzresonators an ein grosses, abgeschlossenes Zusatzvolumen (23) angekoppelt ist, dass die Einlassöffnungen (20) in den äusseren Wandteilen (19) als Zuführrohre und die Austrittsbohrungen (22) in den inneren Wandteilen (18) als Dämpfungsrohre des Helmholtzresonators ausgebildet sind.Gas turbine combustion chamber with a flame tube (17) which delimits a combustion chamber and is exposed on its side facing away from the combustion chamber (15) to an air flow supplied by the compressor (11) of the gas turbine, the flame tube essentially being composed of wall parts (18, 19), and the outer wall parts (18) facing away from the combustion chamber each have a plurality of inlet openings (20) distributed over the circumference, via which the cooling air is introduced into an intermediate space (21) arranged in the flame tube, from which the cooling air via outlet bores (22) the inner wall parts (19) facing the combustion chamber are introduced into the combustion chamber,
characterized,
that the space (21) between the wall parts (18, 19) is coupled to a large, closed additional volume (23) in order to form a Helmholtz resonator, that the inlet openings (20) in the outer wall parts (19) as feed pipes and the outlet bores (22 ) are formed in the inner wall parts (18) as damping tubes of the Helmholtz resonator.
dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsrohr (22a) eintrittsseitig und austrittsseitig abgerundet ist.Flow-through Helmholtz resonator for a gas turbine combustion chamber, consisting essentially of a feed pipe (20a), a resonance volume (23a) and a damping pipe (22a),
characterized in that the damping tube (22a) is rounded on the inlet side and outlet side.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP92111346A EP0576717A1 (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Gas turbine combustor |
DE19934316475 DE4316475C2 (en) | 1992-07-03 | 1993-05-17 | A gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP92111346A EP0576717A1 (en) | 1992-07-03 | 1992-07-03 | Gas turbine combustor |
Publications (1)
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