EP0590338A1 - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

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Publication number
EP0590338A1
EP0590338A1 EP93114040A EP93114040A EP0590338A1 EP 0590338 A1 EP0590338 A1 EP 0590338A1 EP 93114040 A EP93114040 A EP 93114040A EP 93114040 A EP93114040 A EP 93114040A EP 0590338 A1 EP0590338 A1 EP 0590338A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas turbine
combustion chamber
convective
turbine combustion
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93114040A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Dr. Althaus
Burkhard Schulte-Wrening
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Publication of EP0590338A1 publication Critical patent/EP0590338A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine combustor in which combinations of convective heat transfer mechanisms are used for cooling, the basic principle of which is the heat dissipation by flow.
  • Such gas turbine combustors are known.
  • the to implement the above The basic principle of the necessary cooling air speed is caused by a drop in pressure. Due to the friction effects in the cooling channels, part of the kinetic energy of the cooling medium is irreversibly converted into heat, thereby reducing the total pressure.
  • the invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task of designing the transition from the convective cooling duct to the plenum of the burner in a gas turbine combustion chamber in such a way that the total pressure loss in the overall system is reduced. Furthermore, it is based on the additional task of creating an increased design scope for convective cooling measures of the combustion chamber walls, so that the efficiency of the gas turbine is improved compared to the prior art.
  • Fig. 1 part of the gas turbine combustor is shown. It consists of the outer jacket 1, which has to absorb the pressure forces and the inner jacket 2, which is directly exposed to the hot combustion gases. Between the outer jacket 1 and the inner jacket 2, the cooling air flows, which keeps the inner jacket 2 at the temperature necessary for strength and cools it slightly.
  • the fuel nozzle 3 atomizes the fuel under pressure.
  • the transition from the convective cooling duct 4 to the plenum in front of the environmentally friendly burner 5 is formed by the small diffuser 6, which serves to delay the cooling air flow and to recover part of the pressure.
  • the small diffuser 6 has a channel height of 10 mm at the end of the cooling section.
  • the usual diffuser design diagrams for optimal pressure recovery result in an opening angle of 4.3 ° and a length of 40 mm. These sizes can easily be realized in a conventional combustion chamber design.
  • the advantage of the invention is that, compared to the prior art, the total pressure loss in the overall system is reduced. This leads to an improved efficiency of the gas turbine plant. No cooling measures are required in the extended room, since there is no heat input from the combustion.

Landscapes

  • 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)

Abstract

Bei einer Gasturbinenbrennkammer, bei welcher zur Kühlung Kombinationen von konvektiven Wärmeübertragungsmechanismen verwendet werden, deren Grundprinzip die Wärmeabfuhr durch Strömung ist, ist der Übergang vom Konvektivkühlkanal (4) zum Plenum vor den Brennern (5) als Kleindiffusor (6) ausgebildet. Dadurch wird der Totaldruckverlust im Gesamtsystem vermindert, was zu einem verbesserten Wirkungsgrad führt. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenbrennkammer, bei welcher zur Kühlung Kombinationen von konvektiven Wärmeübertragungsmechanismen verwendet werden, deren Grundprinzip die Wärmeabfuhr durch Strömung ist.
    • Stand der Technik
  • Derartige Gasturbinenbrennkammern sind bekannt. Die zur Realisierung des o.g. Grundprinzips notwendige Kühlluftgeschwindigkeit wird dabei durch einen Druckabfall hervorgerufen. Auf Grund der Reibungseffekte in den Kühlkanälen wird grundsätzlich ein Teil der kinetischen Energie des Kühlmediums irreversibel in Wärme umgewandelt und dadurch der Totaldruck reduziert.
  • Für hohe Wärmeübertragungseigenschaften der Kühlluft sind grosse Geschwindigkeiten und damit überproportional hohe dynamische Drücke im Strömungskanal erforderlich.
  • Der Übergang vom Konvektivkühlkanal zum Plenum vor den Brennern erfolgte bisher durch unstetige Erweiterung des Strömungsquerschnittes. Der Nachteil an diesem Stand der Technik ist, dass damit ein fast vollständiger Verlust des dynamischen Druckes verbunden ist. Das führt zu einem entsprechenden prozesswirksamen Totaldruckverlust. Das schlägt sich in einer Reduzierung von Wirkungsgrad und Leistung der Gasturbinenanlage 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 Übergang vom Konvektivkühlkanal zum Plenum vor den Brennern als Kleindiffusor ausgebildet ist.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem in der Reduzierung 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 Wirkungsgrades 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 wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • In Fig. 1 ist ein Teil der Gasturbinenbrennkammer dargestellt. Sie besteht aus dem äusseren Mantel 1, der die Druckkräfte 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 Kühlluft, welche den inneren Mantel 2 auf der für die Festigkeit notwendigen Temperatur hält und geringfügig kühlt. Die Brennstoffdüse 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 Brennkammerkonstruktion 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 Kühlmassnahmen erforderlich, da keine Wärmezufuhr durch die Verbrennung 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, deren Grundprinzip die Wärmeabfuhr durch Strömung ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang vom Konvektivkühlkanal (4) zum Plenum vor den Brennern (5) als Kleindiffusor (6) ausgebildet ist.
EP93114040A 1992-09-28 1993-09-02 Gasturbinenbrennkammer Withdrawn EP0590338A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4232442 1992-09-28
DE19924232442 DE4232442A1 (de) 1992-09-28 1992-09-28 Gasturbinenbrennkammer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0590338A1 true EP0590338A1 (de) 1994-04-06

Family

ID=6469012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP93114040A Withdrawn EP0590338A1 (de) 1992-09-28 1993-09-02 Gasturbinenbrennkammer

Country Status (3)

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EP (1) EP0590338A1 (de)
JP (1) JPH06221555A (de)
DE (1) DE4232442A1 (de)

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Also Published As

Publication number Publication date
JPH06221555A (ja) 1994-08-09
DE4232442A1 (de) 1994-03-31

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Effective date: 19941007