EP1524469A1 - Vormischbrenner einer Gasturbine - Google Patents

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Publication number
EP1524469A1
EP1524469A1 EP03023211A EP03023211A EP1524469A1 EP 1524469 A1 EP1524469 A1 EP 1524469A1 EP 03023211 A EP03023211 A EP 03023211A EP 03023211 A EP03023211 A EP 03023211A EP 1524469 A1 EP1524469 A1 EP 1524469A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
premix
gas turbine
gas
adjusting device
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Withdrawn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
EP03023211A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Maghon
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP03023211A priority Critical patent/EP1524469A1/de
Publication of EP1524469A1 publication Critical patent/EP1524469A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00—Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/02—Structural details of mounting
    • F23C5/06—Provision for adjustment of burner position during operation
    • 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
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/22—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants movable, e.g. to an inoperative position; adjustable, e.g. self-adjusting
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a premix burner of a gas turbine,
  • a gas turbine in heavy construction with a Combustion chamber, in particular an annular combustion chamber or a cylindrical combustion chamber, at least one burner is provided, and at the at a fuel gas outlet of the Brenners a Vormischgasbrennkanal is attached.
  • the invention further relates to the use of such a premix burner in a gas turbine, in particular a gas turbine in heavy construction, as well as a method for flame stabilization on a premix burner of a gas turbine.
  • Premix burners of modern gas turbines tend to be high Flame temperatures to a combustion instability, the For example, due to self-excited combustion oscillations can surrender and in a "drone" on Premix burner expresses.
  • the instability of combustion arises as has now been stated, by a Feedback between the power release in the flame and the acoustics in the (ring) combustion chamber of the burner.
  • the Combustion vibrations are associated with very high sound pressure amplitudes and a greatly increased heat transfer into the (ring) combustion chamber wall connected, resulting in a reinforced mechanical and thermal loading of the premix burner leads.
  • passive and active methods To eliminate such problems of combustion instability are known as “passive” and “active” methods.
  • the passive methods is characterized by a change of operating parameters (e.g., the air ratio) or the geometry of the premix burner tries to use the self-promotion mechanism disturb and by dissipative measures, such. silencer or obstacles, the occurring sound pressure amplitudes to reduce.
  • operating parameters e.g., the air ratio
  • dissipative measures such. silencer or obstacles, the occurring sound pressure amplitudes to reduce.
  • passive methods are a change of the Pilot gas mass flow, a use of different pilot gas orifices on adjacent burners and the use of Baffels in the fuel system of the premix burner known.
  • Active methods try to build a loop by one or more of the combustion oscillation characterizing Size - for example, pressure and / or power release in the (ring) combustion chamber - processed in a regulator be an actuation signal for one of the self-excited Vibrations exactly opposite or anticyclic Intervention in the oscillating combustion process receive.
  • Active methods are currently fuel side or intervened on the air side and for example by means of a specially adapted valve (a so-called direct drive Valve) the fuel supply to a pilot flame of the premix burner regulated.
  • a specially adapted valve a so-called direct drive Valve
  • actuators of such active systems essentially come valves or piezoelectric or magnetostrictive working components in question.
  • the invention is based on the object, a gas turbine, in particular, a gas turbine in heavy construction, so too to design and operate the aforementioned Combustion instabilities at relatively low cost and easy to handle manner are avoided.
  • the object is according to the invention with an aforementioned Premix burner of a gas turbine solved in which at least a section of the burner and / or at least a section the Vormischgasbrennkanals is movably mounted, an adjustment to move the at least one section the burner and / or the at least a portion of the Premix gas combustion channel is provided and with the adjustment the location of the at least one section of the Burner and / or the location of the at least one section the Vormischgasbrennkanals during operation of the gas turbine is changeable.
  • the invention is further by use of such a premix burner according to the invention in one Gas turbine solved.
  • the invention is with a Process for flame stabilization in a premix burner solved a gas turbine, in which at a (ring) combustion chamber at least one burner and at the fuel gas outlet Premix gas combustion channel are provided, the method the following steps include: Mobile storage of at least a section of the burner and / or at least one Section of Vormischgasbrennkanals, providing an adjustment to move the at least one section the burner and / or the at least a portion of the Premix gas combustion channel and changing the position of at least a portion of the burner and / or the at least one Section of premix gas combustion channel during operation the gas turbine.
  • Premix burner has the adjustment at least one Element for transmitting a force or a moment.
  • the inventive movable portion of Burner and / or the Vormischgasbrennkanals from outside the gas turbine is movable. For the movement is therefore one Remote transmission of forces or moments by specifically for it provided elements useful.
  • the inventive Adjustment at least one element for reduction having an adjustment or a speed per unit time.
  • a reduction can according to the invention provided movable portion of the burner and / or the premix gas combustion channel also with the help of "gross motor” Tools are precisely positioned.
  • the adjusting device also knows at least advantageous an element for slidingly supporting the at least one Section of the burner and / or the at least one section of the premix gas combustion channel.
  • a slide bearing leads in contrast to a roller bearing even at strong changing temperature conditions to a permanently precise Positioning of the invention movable portion of Burner and / or the Vormischgasbrennkanals.
  • a sliding bearing can advantageously a translational plain bearings and / or a rotary plain bearing can be used. In this way, especially in interaction with a gear, a thread and / or a lever especially created varied to varying adjustment become.
  • the adjustment should eventually with at least an actuator provided for externally controlled actuation be.
  • an actuator for example, a hydraulic piston-cylinder arrangement, a hydraulic motor or an electric motor be provided.
  • the use of an actuator is especially advantageous with active flame stabilization, because with the help of the actuator short-term and accurate Adjustments to the geometry of the burner and / or the Vormischgasbrennkanals are possible.
  • Alternative to an actuator The adjusting device according to the invention can also be done manually be operated. Such a manual adjustment can For example, for a passive flame stabilization be cost-effective solution.
  • An intended actuator may be on the outside of the (ring) combustion chamber be held so that he is in front of the influence of high Temperatures protected and easily accessible from the outside.
  • the premix burner according to the invention can be comparatively be easily and inexpensively realized by its burner mounted in total movable and with the adjustment the location of the entire burner is changed.
  • an easy to implement Solution is that the Vormischgasbrennkanal total movably mounted and with the adjustment Location of the entire premix gas combustion channel is changed.
  • Fig. 1 is a first embodiment of a premix burner 10 of a stationary, not further illustrated Gas turbine shown.
  • the premix burner 10 is at a Ring combustion chamber 12 is arranged, the combustion chamber of a housing 14 is substantially enclosed.
  • left end face of the annular combustion chamber 12 are distributed over the circumference of several burners 16 arranged, of which in Fig. 1 one shown in section is.
  • the burner 16 is substantially rod-shaped and has at its the annular combustion chamber 12 end facing a burner nozzle 18.
  • the combustion nozzle 18 is of a Fuel gas outlet 20 surrounded by a gaseous fuel.
  • a substantially circular cylindrical premix gas combustion channel or a burner attachment 22 arranged by means of which the gas flow in the Ring combustion chamber 12 entering the fuel gas and influences so that the burning behavior of the burner 16 are changed can.
  • the premix gas combustion channel 22 is tubular, wherein one end of the tube protrudes into the annular combustion chamber 12 and the other end to the outside of the housing 14 of the annular combustion chamber 12 is guided.
  • the premix gas combustion channel 22 passes through So he is the case 14. He is movably mounted and by means of an adjusting device 24 in its position relative to the housing 14 of the annular combustion chamber 12 changeable.
  • the storage of the Vormischgasbrennkanals 22 is as sliding storage 26 designed a limited, sliding movement in the direction of the longitudinal axis of the rod-shaped burner 16 possible power.
  • the adjusting device 24 comprises a coupling element 28, which is the outer edge of the tubular Vormischgasbrennkanals 22 force-transmitting with a rocker lever 30 and movable connects.
  • the rocker lever 30 is centered pivotally mounted on a bearing 32, which in turn outside is arranged stationary on the housing 14.
  • the rocker arm 30 engages this a cylinder-piston device 34, as the pivot drive the rocker lever 30th move and move the Vormischgasbrennkanal 22 in this meadow can.
  • the displacement of the Vormischgasbrennkanals 22nd is during the ongoing operation of the gas turbine or of the premix burner 10 possible, so that a fast and Situational variation of the geometry at the premix gas combustion channel 22 becomes possible.
  • Fig. 2 is a second embodiment of a premix burner
  • Fig. 10 illustrates that with respect to the burner 16 and the Vormischgasbrennkanals 22 substantially as the premix burner 10 shown in Fig. 1 is constructed.
  • the premix burner 10 shown in FIG. 2 is different constructed.
  • the premix gas combustion channel 22 according to FIG. 2 is with a thread 36 rotatably in the housing 14 of the annular combustion chamber 12 stored, according to the pitch of the threads of the thread 36 when rotating in the direction of the longitudinal axis of the rod-shaped burner 16 shifts.
  • the rotational movement of the premix gas combustion channel is driven 22 via a sprocket 38, a pinion 40, a shaft 42 and an electric motor 44.
  • the ring gear 38 is at the of the Ring combustion chamber 12 opposite end portion of the tubular Premix gas combustion channel 22 is formed.
  • the pinion 40 engages in this sprocket 38 and is rotatably connected to the shaft 42nd connected, which out into another stationary housing section 46 of the premix burner 10 leads.
  • the electric motor 44 is arranged as a rotary drive on the shaft 42 and stationary the further housing portion 46 is supported.
  • Fig. 3 is finally an embodiment of a premix burner 10, in which by means of a single Adjustment device 24 Vormischgasbrennkanäle 22 at several Burners 16 can be adjusted.
  • the premix gas combustion channel 22 again by means of a sliding bearing 26th slidably mounted.
  • a lever mechanism 48 engages the side facing away from the annular combustion chamber 12 edge region the tubular Vormischgasbrennkanals 22 force transmitting at.
  • the lever mechanism 48 can via an adjusting ring 50 are moved, the (similar to an adjustment mechanism at a Vorleitgitter a gas turbine compressor) radially outside and parallel to the annular combustion chamber 12 to all burners 16 is guided around.
  • the adjusting ring 50 is at a Ring bearing 52 mounted and can by a not shown Drive or manually twisted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)

Abstract

Ein Vormischbrenner (10) einer Gasturbine ist mit einer (Ring-)Brennkammer (12) versehen, an der mindestens ein Brenner (16) vorgesehen ist, und an der an einem Brenngasaustritt (20) des Brenners (16) ein Vormischgasbrennkanal (22) angebracht ist. Damit Verbrennungsinstabilitäten auf vergleichsweise kostengünstige und leicht zu handhabende Weise vermieden werden können, ist mindestens ein Abschnitt des Brenners (16) und/oder mindestens ein Abschnitt des Vormischgasbrennkanals (22) beweglich gelagert, eine Verstelleinrichtung (24) zum Bewegen des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) vorgesehen und mit der Verstelleinrichtung (24) ist die Lage des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder die Lage des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) während des Betriebs der Gasturbine veränderbar. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine in Schwerbauweise, mit einer Brennkammer, insbesondere einer Ringbrennkammer oder einer zylindrischen Brennkammer, an der mindestens ein Brenner vorgesehen ist, und an der an einem Brenngasaustritt des Brenners ein Vormischgasbrennkanal angebracht ist. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines derartigen Vormischbrenners in einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine in Schwerbauweise, sowie ein Verfahren zur Flammen-Stabilisierung an einem Vormischbrenner einer Gasturbine.
Vormischbrenner von modernen Gasturbinen neigen bei hohen Flammentemperaturen zu einer Verbrennungsinstabilität, die sich beispielsweise aufgrund von selbst erregten Verbrennungsschwingungen ergeben kann und sich in einem "Brummen" am Vormischbrenner äußert. Die Verbrennungsinstabilität entsteht, wie inzwischen festgestellt worden ist, durch eine Rückkopplung zwischen der Leistungsfreisetzung in der Flamme und der Akustik in der (Ring-)Brennkammer des Brenners. Die Verbrennungsschwingungen sind mit sehr hohen Schalldruckamplituden und einem stark erhöhten Wärmeübergang in die (Ring-)Brennkammerwand verbunden, was zu einer verstärkten mechanischen und thermischen Belastung des Vormischbrenners führt.
Zur Beseitigung solcher Probleme von Verbrennungsinstabilität sind so genannte "passive" und "aktive" Methoden bekannt. Bei den passiven Methoden wird durch eine Änderung von Betriebsparametern (z.B. der Luftzahl) oder der Geometrie des Vormischbrenners versucht, den Selbsterregungsmechanismus zu stören und durch dissipative Maßnahmen, wie z.B. Schalldämpfer oder Hindernisse, die auftretenden Schalldruckamplituden zu reduzieren. Als passive Methoden sind eine Änderung des Pilotgasmassenstroms, eine Verwendung unterschiedlicher Pilotgasblenden an benachbarten Brennern und der Einsatz von Baffels im Brennstoffsystem des Vormischbrenners bekannt.
Aktive Methoden versuchen hingegen einen Regelkreis aufzubauen, indem eine oder mehrere die Verbrennungsschwingung kennzeichnende Größe - beispielsweise Druck oder/und Leistungsfreisetzung in der (Ring-)Brennkammer - in einem Regler verarbeitet werden, um ein Stellsignal für einen der selbst erregten Schwingungen genau entgegengerichteten oder antizyklischen Eingriff in den oszillierenden Verbrennungsvorgang zu erhalten. Bei aktiven Methoden wird derzeit kraftstoffseitig oder luftseitig eingegriffen und beispielsweise mittels eines speziell angepassten Ventils (eines so genannten Direct Drive Valve) die Brennstoffzufuhr zu einer Pilotflamme des Vormischbrenners geregelt. Als Aktuaktoren solcher aktiven Systeme kommen im Wesentlichen Ventile oder piezoelektrisch bzw. magnetostrigtiv arbeitende Bauteile in Frage.
Wie in Untersuchungen des Flammenverhaltens im Gas-Vormischbetrieb festgestellt werden konnte, hat die Pilotflamme an einer Gasturbine einen ausgeprägten Einfluss auf die Hauptverbrennung. Die Leistungsfreisetzung in der Hauptflamme zeigte sich deutlich abhängig von der Leistungsfreisetzung in den wesentlich kleineren Pilotflammen. Eine Modulation der Verbrennungsleistung der Pilotgasflammen bewirkt also eine entsprechende Schwankung in der Verbrennungsleistung der Hauptverbrennung und ermöglicht es auf die eingangs genannte Verbrennungsinstabilität Einfluss zu nehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine, insbesondere eine Gasturbine in Schwerbauweise, derart zu gestalten und zu betreiben, dass die eingangs genannten Verbrennungsinstabilitäten auf vergleichsweise kostengünstige und leicht zu handhabende Weise vermieden sind.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem eingangs genannten Vormischbrenner einer Gasturbine gelöst, bei dem mindestens ein Abschnitt des Brenners und/oder mindestens ein Abschnitt des Vormischgasbrennkanals beweglich gelagert ist, eine Verstelleinrichtung zum Bewegen des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals vorgesehen ist und mit der Verstelleinrichtung die Lage des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder die Lage des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals während des Betriebs der Gasturbine veränderbar ist. Die Erfindung ist ferner durch Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Vormischbrenners in einer Gasturbine gelöst. Darüber hinaus ist die Erfindung mit einem Verfahren zur Flammen-Stabilisierung in einem Vormischbrenner einer Gasturbine gelöst, bei der an einer (Ring-)Brennkammer mindestens ein Brenner und an dessen Brenngasaustritt ein Vormischgasbrennkanal vorgesehen sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewegliches Lagern von mindestens einem Abschnitt des Brenners und/oder mindestens einem Abschnitt des Vormischgasbrennkanals, Vorsehen einer Verstelleinrichtung zum Bewegen des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals und Verändern der Lage des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals während des Betriebs der Gasturbine.
Im Gegensatz zur Vorgehensweise bei bekannten aktiven Methoden zur Flammenstabilisierung an einem Vormischbrenner einer Gasturbine wird erfindungsgemäß nicht in das Brennstoffsystem des Vormischbrenners eingegriffen, um beispielsweise kraftstoffseitig oder luftseitig die Brenngaszusammensetzung am Brenner zu verändern, sondern es wird eine variable Geometrie des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals vorgeschlagen, die mit Hilfe einer Verstelleinrichtung z.B. über Verstellmechanismen auch während des Betriebs der Gasturbine verändert werden kann. Eine Änderung der Geometrie von Brenner oder Vormischgasbrennkanal war bisher nur durch Austauschen von Wechselteilen am Vormischbrenner möglich, sodass aufgrund der vergleichsweise langen Montagezeiten und hohen Kosten nur sehr wenige Varianten wirklich getestet werden konnten. Erfindungsgemäß können hingegen an der Geometrie des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals selbst kleinste Veränderungen vorgenommen werden und dieses Vorgehen kann sowohl für eine passive als auch für eine aktive Flammen-Stabilisierung genutzt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Vormischbrenners weist die Verstelleinrichtung mindestens ein Element zum Übertragen einer Kraft oder eines Momentes auf. Da am Brenner und am Vormischgasbrennkanal einer Gasturbine verhältnismäßig hohen Temperaturen vorherrschen und die Platzverhältnisse vergleichsweise beengt sind, ist es vorteilhaft, wenn der erfindungsgemäß bewegliche Abschnitt des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals von außerhalb der Gasturbine bewegbar ist. Für die Bewegung ist daher eine Fernübertragung von Kräften oder Momenten durch speziell dafür vorgesehene Elemente sinnvoll.
Als Elemente zum Übertragen einer Kraft oder eines Moments sollten vorteilhaft mechanische und/oder hydraulische Glieder verwendet werden, mittels denen im Gegensatz zu elektrischen Gliedern auch hohe Kräfte und Momente unter den vorliegenden, widrigen Umgebungsbedingungen dauerhaft und wartungsarm übertragen werden können.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung mindestens ein Element zum Untersetzen eines Verstellweges oder einer Drehzahl pro Zeiteinheit aufweist. Mit Hilfe einer Untersetzung kann der gemäß der Erfindung vorgesehene bewegliche Abschnitt des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals auch mit Hilfe von "grobmotorischen" Hilfsmitteln präzise positioniert werden.
Als Untersetzung eignen sich an der Verstelleinrichtung besonders ein Getriebe, ein Gewinde und/oder ein Hebel. Mit solchen rein mechanischen Bauelementen können große Untersetzungsverhältnisse hergestellt und die bestehenden Raumverhältnisse vorteilhaft genutzt werden. Insgesamt kann damit eine leichtgängige und präzise zu positionierende Verstelleinrichtung geschaffen werden.
Die Verstelleinrichtung weißt darüber hinaus vorteilhaft mindestens ein Element zum gleitenden Lagern des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals auf. Eine Gleitlagerung führt im Gegensatz zu einem Rollenlager selbst bei stark wechselnden Temperaturbedingungen zu einer dauerhaft präzisen Positionierung des erfindungsgemäß beweglichen Abschnitts des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals.
Als gleitendes Lager kann vorteilhaft ein Translations-Gleitlager und/oder ein Rotations-Gleitlager verwendet werden. Auf diese Weise können insbesondere im Zusammenspiel mit einem Getriebe, einem Gewinde und/oder einem Hebel besonders vielfältig zu variierende Verstellmöglichkeiten geschaffen werden.
Die Verstelleinrichtung sollte schließlich auch mit mindestens einem Aktuator zum fremdgesteuerten Betätigen versehen sein. Als Aktuator kann beispielsweise eine hydraulische Kolben-Zylinder-Anordnung, ein Hydraulikmotor oder ein Elektromotor vorgesehen sein. Die Verwendung eines Aktuators ist insbesondere bei einer aktiven Flammen-Stabilisierung vorteilhaft, weil mit Hilfe des Aktuators kurzfristige und präzise Verstellungen an der Geometrie des Brenners und/oder des Vormischgasbrennkanals möglich sind. Alternativ zu einem Aktuator kann die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung auch manuell betätigt werden. Eine solche manuelle Verstellung kann beispielsweise für eine passive Flammen-Stabilisierung eine kostengünstige Lösung sein.
Ein vorgesehener Aktuator kann an der Außenseite der (Ring-)Brennkammer gehaltert sein, sodass er vor dem Einfluss hoher Temperaturen geschützt und von außen leicht zugänglich ist. Durch die oben erwähnten Elemente zum Übertragen und Untersetzen können dann Kräfte oder Momente des Aktuators an den jeweiligen verstellbaren Abschnitt von Brenner und/oder Vormischgasbrennkanal übertragen werden.
Der erfindungsgemäße Vormischbrenner kann vergleichsweise leicht und kostengünstig realisiert werden, indem sein Brenner insgesamt beweglich gelagert und mit der Verstelleinrichtung die Lage des gesamten Brenners verändert wird.
Alternativ oder zusätzlich kann eine leicht zu realisierende Lösung darin bestehen, dass der Vormischgasbrennkanal insgesamt beweglich gelagert und mit der Verstelleinrichtung die Lage des gesamten Vormischgasbrennkanals verändert wird.
Für eine erfolgreiche Flammen-Stabilisierung kann es schließlich auch sinnvoll sein, dass der Brenner und der Vormischgasbrennkanal gemeinsam beweglich gelagert und ihre Lage gemeinsam veränderbar ist.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • Fig. 1 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners,
  • Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners und
  • Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend Fig. 1 eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vormischbrenners.
    • In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Vormischbrenners 10 einer weiter nicht veranschaulichten stationären Gasturbine dargestellt. Der Vormischbrenner 10 ist an einer Ringbrennkammer 12 angeordnet, deren Brennraum von einem Gehäuse 14 im Wesentlichen umschlossen ist.
    An der bezogen auf Fig. 1 oberen, linken Stirnseite der Ringbrennkammer 12 sind über deren Umfang verteilt mehrere Brenner 16 angeordnet, von denen in Fig. 1 einer im Schnitt dargestellt ist. Der Brenner 16 ist im Wesentlichen stabförmig und weist an seinem der Ringbrennkammer 12 zugewandten Endbereich eine Brennerdüse 18 auf. Die Brenndüse 18 ist von einem Brenngasaustritt 20 für einen gasförmigen Brennstoff umgeben.
    Um den Brenngasaustritt 20 herum ist ein im Wesentlichen kreiszylindrischer Vormischgasbrennkanal bzw. ein Brenneraufsatz 22 angeordnet, mittels dem die Gasströmung des in die Ringbrennkammer 12 eintretenden Brenngases beeinflusst und damit das Brennverhalten des Brenners 16 verändert werden kann. Durch eine entsprechende Gestaltung der Geometrie des Vormischgasbrennkanals 22 kann dabei verhindert werden, dass die Verbrennung am Vormischbrenner 10 insbesondere bei hohen Flammentemperaturen instabil wird.
    Der Vormischgasbrennkanal 22 ist rohrförmig gestaltet, wobei ein Ende des Rohres in die Ringbrennkammer 12 hineinragt und das andere Ende zur Außenseite des Gehäuses 14 der Ringbrennkammer 12 geführt ist. Der Vormischgasbrennkanal 22 durchsetzt also das Gehäuse 14. Er ist dabei beweglich gelagert und mittels einer Verstelleinrichtung 24 in seiner Lage relativ zum Gehäuse 14 der Ringbrennkammer 12 veränderbar.
    Die Lagerung des Vormischgasbrennkanals 22 ist als Schieblagerung 26 gestaltet, die eine begrenzte, gleitende Bewegung in Richtung der Längsachse des stabförmigen Brenners 16 möglich macht. Die Verstelleinrichtung 24 umfasst ein Koppelelement 28, das den außenliegenden Rand des rohrförmigen Vormischgasbrennkanals 22 mit einem Wippenhebel 30 kraftübertragend und beweglich verbindet. Der Wippenhebel 30 ist mittig an einem Lager 32 schwenkbar gelagert, das seinerseits außen am Gehäuse 14 ortsfest angeordnet ist.
    An dem vom Vormischgasbrennkanal 22 abgewandten Endbereich des Wippenhebels 30 greift an diesem eine Zylinder-Kolben-Einrichtung 34 an, die als Schwenkantrieb den Wippenhebel 30 bewegen und auf diese Wiese den Vormischgasbrennkanal 22 verschieben kann. Die Verschiebung des Vormischgasbrennkanals 22 ist dabei während des laufenden Betriebs der Gasturbine bzw. des Vormischbrenners 10 möglich, so dass eine schnelle und situationsbezogene Variation der Geometrie am Vormischgasbrennkanal 22 möglich wird. Ein Austausch des Brenners 16 oder des Vormischgasbrennkanals 22 mit den damit verbundenen langen Montagezeiten- und kosten wird hingegen vermieden.
    In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiels eines Vormischbrenners 10 veranschaulicht, der hinsichtlich des Brenners 16 und des Vormischgasbrennkanals 22 im Wesentlichen wie der in Fig. 1 dargestellte Vormischbrenner 10 aufgebaut ist.
    Hinsichtlich der Verstellung des Vormischgasbrennkanals 22 ist der in Fig. 2 gezeigte Vormischbrenner 10 hingegen anders konstruiert. Der Vormischgasbrennkanal 22 gemäß Fig. 2 ist mit einem Gewinde 36 drehbar im Gehäuse 14 der Ringbrennkammer 12 gelagert, wobei er sich gemäß der Steigung der Gewindegänge des Gewindes 36 beim Drehen in Richtung der Längsachse des stabförmigen Brenners 16 verschiebt.
    Angetrieben wird die Drehbewegung des Vormischgasbrennkanals 22 über einen Zahnkranz 38, ein Ritzel 40, eine Welle 42 und einen Elektromotor 44. Der Zahnkranz 38 ist an dem von der Ringbrennkammer 12 abgewandten Endbereich des rohrförmigen Vormischgasbrennkanals 22 ausgebildet. Das Ritzel 40 greift in diesen Zahnkranz 38 ein und ist drehfest mit der Welle 42 verbunden, die hinaus in einen weiteren ortsfesten Gehäuseabschnitt 46 des Vormischbrenners 10 führt. Der Elektromotor 44 ist als Drehantrieb an der Welle 42 angeordnet und ortfest an dem weiteren Gehäuseabschnitt 46 gehaltert.
    In Fig. 3 ist schließlich ein Ausführungsbeispiel eines Vormischbrenners 10 dargestellt, bei dem mit Hilfe einer einzigen Verstelleinrichtung 24 Vormischgasbrennkanäle 22 an mehreren Brennern 16 verstellt werden können.
    Bei der Verstelleinrichtung 24 gemäß Fig. 3 ist der Vormischgasbrennkanal 22 wiederum mittels einer Schieblagerung 26 gleitend verschiebbar gelagert. Ein Hebelmechanismus 48 greift an dem von der Ringbrennkammer 12 abgewandten Randbereich des rohrförmigen Vormischgasbrennkanals 22 kraftübertragend an. Der Hebelmechanismus 48 kann über einen Verstellring 50 bewegt werden, der (ähnlich einem Verstellmechanismus an einem Vorleitgitter eines Gasturbinen-Verdichters) radial außen und parallel zur Ringbrennkammer 12 um sämtliche Brenner 16 herum geführt ist. Der Verstellring 50 ist an einer Ringlagerung 52 gelagert und kann durch einen nicht dargestellten Antrieb oder auch manuell verdreht werden.
    Beim Drehen des Verstellringes 50 wird dessen Verstellbewegung über den jeweils an den Brennern 16 vorgesehenen Hebelmechanismus 48 entsprechend einer speziell gewählten Untersetzung in eine Translationsbewegung gewandelt und auf den zugehörigen Vormischgasbrennkanal 22 übertragen.

    Claims (14)

    1. Vormischbrenner (10) einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine in Schwerbauweise, mit einer Brennkammer (12), an der mindestens ein Brenner (16) vorgesehen ist, und an der an einem Brenngasaustritt (20) des Brenners (16) ein Vormischgasbrennkanal (22) angebracht ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt des Brenners (16) und/oder mindestens ein Abschnitt des Vormischgasbrennkanals (22) beweglich gelagert ist, eine Verstelleinrichtung (24) zum Bewegen des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) vorgesehen ist und mit der Verstelleinrichtung (24) die Lage des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder die Lage des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) während des Betriebs der Gasturbine veränderbar ist.
    2. Vormischbrenner nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (24) mindestens ein Element (28, 30, 38, 40, 42, 48, 50) zum Übertragen einer Kraft oder eines Momentes aufweist.
    3. Vormischbrenner nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element (28, 30, 38, 40, 42, 48, 50) zum Übertragen einer Kraft oder eines Momentes ein mechanisches und/oder ein hydraulisches Glied ist.
    4. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (24) mindestens ein Element (30; 38, 40; 48, 50) zum Untersetzen eines Verstellweges oder einer Drehzahl pro Zeiteinheit aufweist.
    5. Vormischbrenner Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element (30; 38, 40; 48, 50) zum Untersetzten eines Verstellweges oder einer Drehzahl pro Zeiteinheit ein Getriebe, ein Gewinde und/oder ein Hebel ist.
    6. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung mindestens ein Element (26, 36) zum gleitenden Lagern des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals aufweist.
    7. Vormischbrenner nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Element zum gleitenden Lagern des mindestens einen Abschnitts des Brenners und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals ein Translations-Gleitlager (26) und/oder ein Rotations-Gleitlager (36) ist.
    8. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung mit mindestens einem Aktuator (34, 44) zum fremdgesteuerten Betätigen der Verstelleinrichtung versehen ist.
    9. Vormischbrenner nach Anspruch 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (34, 44) an der Außenseite der Brennkammer (12) gehaltert ist.
    10. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (16) insgesamt beweglich gelagert ist und mit der Verstelleinrichtung (24) die Lage des gesamten Brenners (16) während des Betriebs der Gasturbine veränderbar ist.
    11. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischgasbrennkanal (22) insgesamt beweglich gelagert ist und mit der Verstelleinrichtung (24) die Lage des gesamten Vormischgasbrennkanals (22) während des Betriebs der Gasturbine veränderbar ist.
    12. Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (16) und der Vormischgasbrennkanal (22) gemeinsam beweglich gelagert sind und mit der Verstelleinrichtung (24) die Lage des Brenners (16) sowie die Lage des Vormischgasbrennkanals (22) während des Betriebs der Gasturbine veränderbar ist.
    13. Verwendung eines Vormischbrenners (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Gasturbine, insbesondere in einer Gasturbine in Schwerbauweise.
    14. Verfahren zur Flammen-Stabilisierung an einem Vormischbrenner (10) einer Gasturbine, insbesondere einer Gasturbine in Schwerbauweise, bei der an einer Brennkammer (12) mindestens ein Brenner (16) und an dessen Brenngasaustritt (20) ein Vormischgasbrennkanal (22) vorgesehen sind,
      gekennzeichnet durch die Schritte: Bewegliches Lagern von mindestens einem Abschnitt des Brenners (16) und/oder mindestens einem Abschnitt des Vormischgasbrennkanals (22), Vorsehen einer Verstelleinrichtung (24) zum Bewegen des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) und Verändern der Lage des mindestens einen Abschnitts des Brenners (16) und/oder des mindestens einen Abschnitts des Vormischgasbrennkanals (22) während des Betriebs der Gasturbine.
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