EP2962039A1 - Dämpfungsvorrichtung für eine gasturbine, gasturbine und verfahren zur dämpfung thermoakustischer schwingungen - Google Patents

Dämpfungsvorrichtung für eine gasturbine, gasturbine und verfahren zur dämpfung thermoakustischer schwingungen

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EP2962039A1
EP2962039A1 EP14707733.3A EP14707733A EP2962039A1 EP 2962039 A1 EP2962039 A1 EP 2962039A1 EP 14707733 A EP14707733 A EP 14707733A EP 2962039 A1 EP2962039 A1 EP 2962039A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
resonator
damping device
housing
gas turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14707733.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Beck
Jaap Van Kampen
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2962039A1 publication Critical patent/EP2962039A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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

Definitions

  • Damping device for a gas turbine, gas turbine and method for damping thermoacoustic vibrations
  • the invention relates to a damping device for a gas turbine with at least one Helmholtz resonator and at least one channel with a channel casing.
  • the Helmholtz resonator comprises a resonator housing and at least one resonator neck tube, wherein the resonator housing encloses a resonance volume of the Helmholtz resonator into which acoustic oscillations can be coupled by means of the resonator neck tube.
  • the channel has at least one outlet opening.
  • the invention also relates to a gas turbine with at least one combustion chamber and at least one such damping device and to a method for damping thermoacoustic oscillations.
  • a gas turbine in the simplest case comprises a compressor, a combustion chamber and a turbine.
  • the compressor In the compressor there is a compression of sucked air, which is then admixed with a fuel.
  • a combustion of the mixture In the combustion chamber, a combustion of the mixture, whereby a hot Hägastrom arises, which is supplied to the turbine. This removes energy from the hot working gas and converts it into mechanical energy.
  • the combustion chamber there may be an interaction of acoustic oscillations and fluctuations in the heat release, which can swell each other.
  • Such thermoacoustic oscillations which occur in particular in the combustion chamber of the gas turbine, can lead to considerable damage to the components during operation of the gas turbine and force shutdown of the system.
  • Helmholtz resonators for vibration damping are used in the prior art, for example, which effectively dampen the amplitude of vibrations within a certain frequency band.
  • purge air is introduced into the resonator neck in the opposite direction of the hot gas intake direction.
  • EP 0 597 138 A1 discloses a gas turbine combustor. Helmholtz resonators purged with purging air are arranged in the area of the burners.
  • the Helmholtz resonators each comprise a resonator housing, which encloses the resonance volume and a damping tube, which also with
  • Resonator neck tube or resonator neck can be called.
  • the damping tube connects the resonance volume with the environment, so that acoustic vibrations can be coupled into the resonance volume.
  • a scavenging air introducing feed pipe opens into the resonator housing, so that the scavenging air is introduced into the resonance volume and flushes the damping tube opposite to the H disclosegaseinzug.
  • a disadvantage of this technique is that the performance of the Helmholtz resonator decreases with increasing speed of the purging air in the damping tube. Also, the compressor air used for purging is not available as combustion air, which adversely affects the achieved emissions of the gas turbine.
  • the invention has for its object to provide a damping device of the type mentioned and a gas turbine with such a damping device, which allows a particularly effective damping of thermoacoustic oscillations.
  • the object is achieved in a damping device of the type mentioned in that Acoustic vibrations of a fluid flow flowing through a burner plenum and a combustion chamber can be coupled into the outlet opening of the channel and the coolant can be acted upon by the channel, the at least one
  • Resonator neck tube on the hot gas side upstream of the at least one outlet opening in such a channel.
  • the resonator neck tube of the Helmholtz resonator is no longer flushed, but the hot gas side outlet of the resonator neck tube opens into a channel acted upon by cooling fluid.
  • the temperature of the transmission medium of the acoustic waves in the mouth region of the resonator neck tube is lowered relative to the temperatures prevailing in the combustion chamber or the burner plenum of the gas turbine.
  • the mouth of the resonator neck tube and the hot, thermoacoustic vibration producing source always separate a portion of the channel which is cooled by cooling fluid. Only the at least one outlet opening of the channel can be exposed to a hot gas intake.
  • the channel may be supplied with cooling fluid in such a way that it is flushed with purging air in the opposite direction to the hot gas intake direction.
  • the channel can also be cooled in a different way. Essential here is only that the channel is acted upon by cooling fluid, that cools the located inside the channel transmission medium of the acoustic vibrations from the outlet opening to the mouth of the resonator neck tube.
  • a direction is designated, which points from the outlet opening into the channel and in the direction of the mouth of the resonator neck tubes.
  • the speed of a scavenging air through the hot gas side outlet of the resonator neck tubes can be chosen to be substantially lower, or the scavenging air through the resonator neck tube can be dispensed with altogether, since the speed of the acoustic fluctuations in the resonator neck is eliminated.
  • Tubes is decoupled from the outlet opening into a chamber to be damped. With chamber here is the case of a
  • Combustion chamber or the like in which a volume is enclosed with vibrations to be damped.
  • the hot gas intake into the at least one resonator neck tube is thus prevented or mitigated by the application of the at least one channel with cooling fluid.
  • the performance of the Helmholtz resonator - i. how strong the resonator is able to attenuate - is no longer impaired in this way.
  • Both the opening into a channel resonator neck tubes with the channel and the channel with a chamber wall may be formed, for example, in whole or in part in one piece.
  • chamber wall here is the case of a combustion chamber or the like referred to, in which a volume is enclosed with vibrations to be damped.
  • the channel is designed such that acoustic vibrations can be coupled into the outlet opening. That is, at least in a frequency band propagate to the outlet opening acoustic vibrations at least partially in the channel.
  • the channel can be arranged on or in a gas turbine such that at least one frequency band of the acoustic oscillations of a fluid flow flowing through a burner plenum and a combustion chamber can propagate to the outlet opening of the channel.
  • the channel of the damping device according to the invention for example, with its at least one outlet opening open directly into the combustion chamber or in the Brennerplenum.
  • the channel is different from the Brennerplenum.
  • the channel does not have to be acoustically permeable to all the frequencies that build up inside the gas turbine. It is sufficient if it is acoustically permeable in a suitable frequency band and in this respect is tuned with the Helmholtz resonator in a suitable manner.
  • An advantageous embodiment of the invention can provide that at least one channel is designed as a scavenging air channel with at least one inlet opening and at least one outlet opening, so that the scavenging air channel can be flowed through by scavenging air.
  • the loading of the channel takes place in this embodiment of the invention with purge air, which is passed through the channel.
  • the purge air may be, for example, compressor air.
  • the amount of purge air, which is consumed here, can be chosen to be much lower than that of the purged with rinsing Helmholtz resonators according to the prior art. In addition, this scavenging air no longer affects the performance of the Helmholtz resonator.
  • At least one channel of the damping device is at least partially flowed around by cooling fluid.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the cooling fluid - eg compressor air - guesser combustion is available.
  • the channel can partially outside an inner combustion chamber housing by a
  • the channel could also be flushed with purge air in order to increase the cooling effect.
  • An advantageous embodiment of the invention can provide that the channel is at least partially surrounded by the resonator housing.
  • the resonator housing may have an annular cross-section.
  • Resonator neck tube inside the resonator housing opens into the channel.
  • the optionally provided with an inlet opening of the channel and the at least one outlet opening of the channel can be flush with the resonator housing in this embodiment of the invention.
  • the channel could also extend in another way through the resonator housing.
  • the channel may protrude from the resonator housing.
  • the resonator neck tubes can be
  • the resonator neck tubes can also be configured otherwise, for example, be screwed into the channel, so that the damping frequency of
  • Helmholtz resonator can easily be changed by replacing the resonator neck tubes.
  • the channel jacket of the channel can be referred to in the invention with channel wall.
  • At least one resonator neck tube is formed by perforation of the channel jacket of a channel.
  • This embodiment of the invention has particularly low manufacturing costs.
  • the resonator housing is cylindrical and surrounds a channel coaxially at least in sections.
  • This symmetrical design of the damping device can be particularly easily arranged on a gas turbine.
  • the height of the cylindrical resonator housing corresponds to 20-150% of the cylinder diameter of the resonator housing.
  • the height of the cylindrical resonator housing can in this case essentially correspond to the height of the cuboid resonators in the prior art.
  • the length of the coaxial in the surrounding channel opening resonator neck tubes is given by the dimensions of the resonator housing in limits.
  • This embodiment of the invention is particularly suitable for damping tube combustion chamber in which high-frequency thermoacoustic combustion vibrations can form.
  • the channel may be a cylindrical tube.
  • This embodiment of the channel is particularly easy to produce or has low manufacturing costs as a standard component.
  • the resonator neck tubes opening into the channel can, for example, discharge into this channel uniformly distributed over a section of the tube. But you could also, for example, only on one side of the tube along a in Open longitudinally of the tube running path in the channel.
  • Resonator neck tubes corresponds.
  • the acoustic permeability of the channel is adapted in this way particularly advantageous to the Helmholtz resonator.
  • a further advantageous embodiment of the invention can provide that the resonator housing is designed to rest with a housing wall of the resonator housing on a cold side of a chamber wall or to be integrally formed therewith, the chamber wall enclosing a volume with vibrations to be damped.
  • cooling air bores arranged at an angle can be introduced into the resonator housing such that an impingement cooling of the hot gas side housing wall is made possible.
  • a further advantageous embodiment of the invention can provide that the channel runs downstream of the at least one mouth of the opening into the channel Resonatorhals tubes outside the resonator housing, so that the damper tion device leaving a distance between the resonator housing and a chamber wall with an end of the channel on the chamber wall can be arranged, wherein the chamber wall enclosing a volume with vibrations to be damped.
  • This embodiment has the advantage that the channel can be cooled by means of compressor air flowing past. In this sense, the channel is at least partially flowed around with cooling fluid.
  • the embodiment has the further advantage that the impingement cooling of the housing wall of the resonator housing pointing in the direction of the hot side can be far smaller. It could be omitted altogether. Due to the spacing, the resonator housing can also by means of flowing past
  • Compressor air continues to be available for combustion.
  • it can further be provided that the
  • Damping device can be arranged detachably on the chamber wall.
  • the channel may have a thread in the region of the outlet opening, so that the channel can be screwed into an opening of the chamber wall.
  • the resonator housing for exchange with another
  • Resonator housing detachably connected to the channel.
  • a further object of the invention is to specify a gas turbine with at least one combustion chamber and at least one damping device of the type mentioned at the outset, which has a particularly effective damping of thermoacoustic
  • the damping device is designed according to one of claims 1 to 14. It can also be considered advantageous that the damping device is arranged substantially at the level of a combustion zone on a combustion chamber housing of the combustion chamber.
  • the damping device is arranged close to the acoustic source of the thermoacoustic oscillations. This leads to a further increase of the damping effect.
  • the resonator housing can surround a combustion chamber housing of the combustion chamber in an annular manner.
  • the average cross-sectional area of the channel between the outlet opening and the mouth region of the resonator neck tubes may be 2 to 10 times the sum of the cross-sectional areas of the resonator neck tubes connecting the channel to the resonant volume.
  • the channel will have a constant cross-section on this section so that this constant area can be used for the condition.
  • the channel does not behave as a resonator neck of the Helmholtz resonator and also has dimensions that allow for effective cooling.
  • the criterion is to be applied to at least one of the Helmholtz resonators, which is fluidically connected to the channel via the at least one resonator neck tube.
  • the channel is designed as a purge air channel with at least one of the resonator neck tubes different inlet opening and at least one outlet opening such that at least a portion of the purge air channel flowing through the cooling air omitting the resonant volume in the at least one Inlet opening and into the channel into conductive and can be conducted through the channel.
  • the channel may extend at least upstream of the outlet opening and upstream of the junction of the at least one resonator neck tube at least partially outside of the resonator housing and in this area at least partially flowed around by cooling air.
  • the damping device outside a combustion chamber and leaving a distance between the resonator housing and a combustion chamber wall with the at least one outlet opening comprehensive end of the channel can be arranged on the combustion chamber wall, so that the channel at least in sections can be flowed around by a compressor air stream flowing past the combustion chamber.
  • the cross section of the at least one inlet opening is smaller than the cross section of the scavenging air channel in the region of the inlet opening.
  • all opening into the purge air channel resonator neck tubes may have a smaller cross-section than the channel.
  • the channel may be substantially closed except for the at least one resonator neck tube and the at least one outlet opening.
  • the channel is thus primarily cooled by flowing around at least one channel section which can be arranged in the cooling air flow. If purge air is passed through the tubes at all, this amount can be reduced compared to the prior art.
  • Another object of the invention is to specify a method for damping thermoacoustic oscillations, in which at least one Helmholtz resonator dampens the vibrations and in this case the vibrations to be damped in at least one resonator neck of the Helmholtz resonator
  • the object is achieved in such a method in that the vibrations are first introduced into a channel and spread while cooling their transmission medium in this upstream and upstream in the opening resonator neck of the Helmholtz resonator
  • the transmission medium by means of
  • Rinsing air are cooled, so that the vibrations are first introduced into a purging air channel flushed opposite to its direction of propagation and upstream in the in the
  • Rinsing air channel opening resonator neck of the Helmholtz resonator are coupled.
  • the purge air may be compressor air.
  • the transmission medium can be cooled by flowing around the channel with a cooling fluid.
  • the channel can be additionally rinsed with purge air to increase the cooling effect.
  • sufficient cooling of the transmission medium can also be effected exclusively by means of the flow around the channel.
  • FIG. 2 shows schematically a first embodiment of a damping device according to the invention in one
  • FIG. 5 shows schematically a third embodiment of the damping device according to the invention in one
  • FIG. 6 shows a detail of a combustion chamber according to the invention with a damping device according to a fourth embodiment in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a gas turbine 1 according to the prior art in a schematically simplified representation.
  • the gas turbine 1 has in its interior a rotatably mounted about a rotation axis 2 rotor 3 with a shaft 4, which is also referred to as a turbine runner.
  • a turbine runner which is also referred to as a turbine runner.
  • an intake housing 6 a compressor 8
  • a combustion system 9 with a number of tube combustion chambers 10, each comprising a burner assembly 11 and a housing 12, a turbine 14 and an exhaust housing 15th
  • the combustion system 9 communicates with an annular hot gas duct, for example.
  • a plurality of successively connected turbine stages form the turbine 14.
  • Each turbine stage is formed of blade rings.
  • a row formed of rotor blades 18 follows in the hot runner of a row formed by vanes 17.
  • the guide vanes 17 are fastened to an inner housing of a stator 19, whereas the rotor blades 18 of a row are attached to the rotor 3, for example by means of a turbine disk.
  • Coupled to the rotor 3 is, for example, a generator (not shown).
  • air is sucked in and compressed by the compressor 8 through the intake housing 6.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 8 is led to the combustion system 9 where it is mixed with a fuel in the area of the burner assembly 11.
  • the mixture is then burned by means of the burner assembly 11 to form a working gas stream in the combustion system 9.
  • the working gas stream flows along the hot gas channel past the guide vanes 17 and the rotor blades 18.
  • the working gas stream relaxes in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 18 drive the rotor 3 and this drives the generator (not shown) coupled to it.
  • 2 shows a first embodiment of a damping device 22 according to the invention in a schematic representation in a longitudinal section.
  • the damping device 22 comprises a Helmholtz resonator 23 and a channel in the form of a purge air channel 24 with a channel casing 25.
  • the Helmholtz resonator 23 has a cylindrical resonator housing 27, wherein the cylindrical purge air channel 24 through the resonator housing 27th extends through and is surrounded by the resonator housing 27 coaxially.
  • the resonator housing 27 encloses the resonance volume 30 of the Helmholtz resonator.
  • Resonator neck tubes 28 open into the interior of the resonator housing 27 in the purge air channel 24 a.
  • the resonator neck tubes 28 are arranged such that they have hot gas side - ie with their hot gas side outlet 33 downstream of an inlet opening 34 of the purge air channel and upstream of an outlet opening 35 of the
  • the resonator housing 27 comprises a housing wall 38, which is formed integrally with a chamber wall 39.
  • the chamber wall 39 in this case encloses a volume with vibrations to be damped, which is encompassed by the environment 32 of the Helmholtz resonator to be damped.
  • a combustion chamber housing In the illustrated chamber wall 39 is a combustion chamber housing, wherein in the combustion chamber, a hot working gas stream 40 flows.
  • the hot working gas flow 40 corresponds to a fluid flow passing through a burner plenum and a combustion chamber, which is referred to as the hot working gas flow 40 in the section of the combustion chamber.
  • cooling channels 41 may be introduced in the resonator housing 27.
  • thermoacoustic oscillations in the combustion chamber arising during the combustion couple through the resonator neck tubes 28 into the Helmholtz resonator 23 and are damped in the latter.
  • a hot gas intake is reliably avoided.
  • the speed of the purging air in the purging air channel 24 does not influence the speed of the coupled acoustic oscillations in the resonator neck tubes 28, so that the performance of the Helmholtz resonator 23 - ie its damping effect - is unaffected by the speed the exiting from the outlet opening 35 scavenging air.
  • the hot gas end of the scavenging air channel 24 is integrally formed with the chamber wall 39 in the region of the outlet opening 35.
  • the very compact construction of the damping device 22 can be further simplified in that the resonator neck tubes 28 are formed by means of perforation of the channel wall 25 of the purging air channel 24.
  • the height 45 of the cylindrical resonator housing 27 corresponds to 20-150% of the cylinder diameter 46 of the resonator housing 27.
  • Purge air channel 24 may be connected.
  • FIG. 3 shows the damping device 22 shown in FIG. 2 from a plan view.
  • the cylindrical resonator Gate housing 27 has on its upper side the inlet opening 34 of the scavenging air channel 24.
  • the course of the channel sheathing 25 of the purge air channel is indicated by dash-dotted lines.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a damping device 50 according to the invention.
  • This has a smaller cross-section of the outlet opening 52 of the purge air duct 53 than the embodiment shown in FIG.
  • the cross-sectional area of the outlet opening 52 of the scavenging air channel corresponds to 1 to 2 times the total cross-sectional area of the resonator neck tubes 28 opening into the scavenging air channel 53. This allows reliable avoidance of hot gas intake with low consumption of
  • FIG. 5 shows a third exemplary embodiment of a damping device 56 according to the invention with a Helmholtz resonator 58 and a channel 60.
  • the channel 60 runs downstream of the at least one confluence of the resonator neck tubes 28 opening into the purge air channel 60 outside of the resonator housing 27.
  • the damping device 56 is leaving a distance between the resonator housing 27 and a chamber wall 39 with an end 62 of the channel 60 on the chamber wall
  • the Helmholtz resonator can be cooled by, for example, 64 flowing compressor air.
  • the additionally arranged in the resonator housing 27 cooling channels 41 can in this way.
  • the damping device 56 may be releasably attached to the chamber wall 39. For example, by means of a thread formed on the channel 60 in the region of the end 62.
  • FIG. 6 shows a section of a gas turbine combustion chamber 65 with a damping device 66 according to the invention according to a fourth exemplary embodiment in a longitudinal direction. cut.
  • the figure is a simplified, schematic representation of the combustion chamber.
  • the gas turbine combustion chamber 65 comprises a rotationally symmetrical combustion chamber housing 68, at whose upstream end a pilot burner 70 and two main burners 71, 72 are arranged.
  • the damping device 66 is arranged at the level of a combustion zone 74 on the combustion chamber 65.
  • the resonator housing 76 of the damping device 66 extends annularly around the combustion chamber housing 68, wherein a plurality of channels 77a, 77b carry the resonator housing 76.
  • the channels 77a, 77b are flowed around by compressor air and thus acted upon by adefuid.

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Abstract

Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine, Gasturbine und Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen Die Erfindung betrifft eine Dämpfungsvorrichtung (50) für eine Gasturbine mit • - mindestens einem Helmholtz-Resonator (23) und • - mindestens einem Kanal (53), • - wobei der Helmholtz-Resonator ein Resonator-Gehäuse (27) und mindestens eine Resonatorhals-Röhre (28) aufweist und das Resonator-Gehäuse (27) ein Resonanzvolumen (30) des Helmholtz- Resonators (23) umschließt, in welches mittels der Resonatorhals- Röhre (28) akustische Schwingungen einkoppelbar sind. Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung ermöglicht eine besonders effektive Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen. Hierzu ist der Kanal (53) mit einer Kanalummantelung und mindestens einer Austrittsöffnung (52) ausgebildet. In die Austrittsöffnung sind akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms einkoppelbar. Der Kanal ist mit einem Kühlfluid beaufschlagbar und die mindestens eine Resonatorhals-Röhre mündet heißgasseitig stromauf der mindestens einen Austrittsöffnung in einen derartigen Kanal ein.

Description

Beschreibung
Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine, Gasturbine und Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine mit mindestens einem Helmholtz -Resonator und mindestens einem Kanal mit einer Kanalummantelung . Der Helmholtz -Resonator umfasst ein Resonator-Gehäuse und mindes- tens eine Resonatorhals-Röhre, wobei das Resonator-Gehäuse ein Resonanzvolumen des Helmholtz -Resonators umschließt, in welches mittels der Resonatorhals-Röhre akustische Schwingungen einkoppelbar sind.
Der Kanal weist mindestens eine Austrittsöffnung auf.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer und mindestens einer derartigen Dämpfungsvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen.
Eine Gasturbine umfasst im einfachsten Fall einen Verdichter, eine Brennkammer sowie eine Turbine. Im Verdichter erfolgt ein Verdichten von angesaugter Luft, welcher anschließend ein Brennstoff beigemischt wird. In der Brennkammer erfolgt eine Verbrennung des Gemisches, wobei ein heißer Arbeitsgastrom entsteht, welcher der Turbine zugeführt wird. Diese entzieht dem heißen Arbeitsgas Energie und setzt diese in mechanische Energie um. In der Brennkammer kann es zu einer Wechselwirkung von akustischen Schwingungen und Schwankungen in der Wärmefreisetzung kommen, welche sich gegenseitig aufschaukeln können. Derartige thermoakustische Schwingungen, die insbesondere in der Brennkammer der Gasturbine auftreten, können beim Betrieb der Gasturbine zu erheblichen Schäden an den Bauteilen führen und eine Abschaltung der Anlage erzwingen. Zur Verringerung von thermoakustischen Schwingungen werden deshalb im Stand der Technik z.B. Helmholtz -Resonatoren zur Schwingungsdämpfung eingesetzt, die innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes die Amplitude von Schwingungen wirksam dämpfen.
Um Heißgaseinzug in den Helmholtz -Resonator zu verhindern, wird entgegensetzt der Heißgaseinzugsrichtung Spülluft in den Resonatorhals eingeleitet.
Die EP 0 597 138 AI offenbart eine Gasturbinenbrennkammer. Im Bereich der Brenner sind mit Spülluft gespülte Helmholtz- Resonatoren angeordnet. Die Helmholtz -Resonatoren umfassen jeweils ein Resonator-Gehäuse, welches das Resonanzvolumen umschließt und ein Dämpfungsrohr, welches auch mit
Resonatorhals-Röhre oder Resonatorhals bezeichnet werden kann. Das Dämpfungsrohr verbindet das Resonanzvolumen mit der Umgebung, so dass akustische Schwingungen in das Resonanzvolumen einkoppelbar sind. Ein Spülluft einleitendes Zuführrohr mündet in das Resonator-Gehäuse ein, so dass die Spülluft in das Resonanzvolumen eingeleitet wird und das Dämpfungsrohr entgegensetzt zum Heißgaseinzug spült.
Nachteilig an dieser Technik ist, dass die Performance des Helmholtz -Resonators mit zunehmender Geschwindigkeit der Spülluft im Dämpfungsrohr abnimmt. Auch steht die zum Spülen verwendete Verdichterluft nicht als Verbrennungsluft zur Verfügung, was sich nachteilig auf die erreichten Emissionswerte der Gasturbine auswirkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art und eine Gasturbine mit solch einer Dämpfungsvorrichtung anzugeben, welche eine besonders effektive Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen ermöglicht .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in die Austrittsöffnung des Kanals akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms einkoppelbar sind und der Kanal mit einem Kühl- fluid beaufschlagbar ist, wobei die mindestens eine
Resonatorhals-Röhre heißgasseitig stromauf der mindestens einen Austrittsöffnung in einen derartigen Kanal einmündet.
Erfindungsgemäß wird somit nicht mehr die Resonatorhals-Röhre des Helmholtz-Resonators gespült, sondern der heißgasseitige Ausgang der Resonatorhals-Röhre mündet in einen mit Kühlfluid beaufschlagten Kanal. Dadurch ist die Temperatur des Übertragungsmediums der akustischen Wellen im Mündungsbereich der Resonatorhals-Röhre abgesenkt gegenüber den Temperaturen, die in der Brennkammer oder dem Brennerplenum der Gasturbine herrschen. Es trennt somit die Einmündung der Resonatorhals- Röhre und die heiße, thermoakustische Schwingungen produzierende Quelle immer ein Abschnitt des Kanals, welcher mittels Kühlfluid gekühlt ist. Lediglich die mindestens eine Aus- trittsöffnung des Kanals kann einem Heißgaseinzug ausgesetzt sein. Beispielsweise kann der Kanal derart mit Kühlfluid beaufschlagt sein, dass er entgegengesetzt zur Heißgaseinzugs- richtung mit Spülluft gespült ist. Der Kanal kann aber auch in einer anderer Art und Weise gekühlt werden. Wesentlich hierbei ist nur, dass der Kanal derart mit Kühlfluid beaufschlagt ist, dass sich das im Inneren des Kanals befindende Übertragungsmedium der akustischen Schwingungen von der Austrittsöffnung bis zur Einmündung der Resonatorhals-Röhre abkühlt. Im Rahmen dieser Erfindung ist in Bezug auf den Kanal mit „stromauf" eine Richtung bezeichnet, die von der Aus- trittsöffnung ausgehend in den Kanal hinein und in Richtung der Mündung der Resonatorhals-Röhren weist.
Erfindungsgemäß kann die Geschwindigkeit einer Spülluft durch den heißgasseitigen Ausgang der Resonatorhals-Röhren wesentlich geringer gewählt werden oder die Spülluft durch die Resonatorhals-Röhre kann ganz entfallen, da die Geschwindigkeit der akustischen Fluktuationen in den Resonatorhals- Röhren entkoppelt ist von der Austrittsöffnung in eine zu dämpfende Kammer. Mit Kammer sei hier das Gehäuse einer
Brennkammer oder ähnliches bezeichnet, in welchem ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschlossen ist.
Der Heißgaseinzug in die mindestens eine Resonatorhals-Röhre wird somit durch die Beaufschlagung des mindestens einen Kanals mit Kühlfluid verhindert oder abgemildert. Die Performance des Helmholtzs-Resonators - d.h. wie stark der Resonator zu dämpfen vermag - wird auf diese Weise nicht mehr be- einträchtigt .
Dadurch lässt sich eine Dämpfung der thermoakustischen
Schwingungen mit weniger derartigen Dämpfungsvorrichtungen erreichen, wodurch sich zusätzliche Spülluft einsparen lässt.
Sowohl die in einen Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren mit dem Kanal als auch der Kanal mit einer Kammerwand können beispielsweise ganz oder teilweise einstückig ausgebildet sein. Mit Kammerwand sei hier das Gehäuse einer Brennkammer oder ähnliches bezeichnet, in welchem ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschlossen ist.
Erfindungsgemäß ist der Kanal derart ausgebildet, dass in die Austrittsöffnung akustische Schwingungen einkoppelbar sind. Das heißt, zumindest in einem Frequenzband breiten sich auf die Austrittsöffnung treffende akustische Schwingungen zumindest teilweise in dem Kanal aus. Der Kanal ist derart an bzw. in einer Gasturbine anordenbar, dass zumindest ein Frequenzband der akustischen Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms sich bis zu der Austrittsöffnung des Kanals ausbreiten können. Mit den akustischen Schwingungen sind die in Gasturbinen entstehenden und sich aufschaukelnden thermoakustischen Druckschwankungen bezeichnet, welche charakteristisch für eine Gasturbine sein können und in Abhängigkeit des Betriebspunktes bestimmte zu dämpfende Vorzugsfrequenzen ausbilden können. Die thermoakustischen Druckschwankungen können sich teilweise bis in das Brennerplenum und darüber hinaus ausbreiten und sind hier mit dem Begriff „akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluids" bezeichnet.
Der Kanal der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung kann beispielsweise mit seiner mindestens einen Austrittsöffnung direkt in die Brennkammer oder in das Brennerplenum münden. Insbesondere ist der Kanal vom Brennerplenum verschieden. Der Kanal muss nicht für alle sich im Inneren der Gasturbine aufschaukelnden Frequenzen akustisch durchlässig sein. Es genügt, wenn er in einem geeigneten Frequenzband akustisch durchlässig ist und diesbezüglich mit dem Helmholtz -Resonator in geeigneter Weise abgestimmt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, de- ren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass mindestens ein Kanal als Spülluft-Kanal ausgebildet ist mit mindestens einer Eintrittsöffnung und mindestens einer Austrittsöffnung, so dass der Spülluft-Kanal von Spülluft durchströmbar ist.
Die Beaufschlagung des Kanals erfolgt bei dieser Ausgestal- tung der Erfindung mit Spülluft, welche durch den Kanal geleitet wird. Bei der Spülluft kann es sich beispielsweise um Verdichterluft handeln. Der Betrag an Spülluft, der hierbei verbraucht wird, kann wesentlich geringer gewählt werden als der bei den mit Spülluft gespülten Helmholtz -Resonatoren nach dem Stand der Technik. Zudem beeinträchtigt diese Spülluft nicht mehr die Performance des Helmholtz -Resonators .
Es kann auch als vorteilhaft betrachtet werden, dass mindestens ein Kanal der Dämpfungsvorrichtung zumindest abschnitt- weise von Kühlfluid umströmbar ist.
Diese Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass das Kühlfluid - z.B. Verdichterluft -weiterhin der Verbrennung zur Verfügung steht. Der Kanal kann hierzu abschnittsweise außerhalb eines inneren Brennkammergehäuses durch einen
Verdichterluftstrom geführt sein, so dass die Luft an dem Kanal vorbeistreicht. Unabhängig hiervon könnte der Kanal aber auch zusätzlich mit Spülluft durchströmt werden, um den Abkühlungseffekt zu erhöhen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kanal zumindest abschnittsweise von dem Resonator- Gehäuse umgeben ist.
Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Dämpfungsvorrichtung. Beispielsweise kann das Resonator-Gehäuse einen ringförmigen Querschnitt aufweisen.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass der Kanal sich zumindest abschnittsweise durch das Resonator-Gehäuse erstreckt und die mindestens eine in den Kanal mündende
Resonatorhals-Röhre im Inneren des Resonator-Gehäuses in den Kanal einmündet.
Der gegebenenfalls mit einer Eintrittsöffnung versehende Beginn des Kanals und die mindestens eine Austrittsöffnung des Kanals können bei dieser Ausgestaltung der Erfindung bündig mit dem Resonator-Gehäuse abschließen. Der Kanal könnte sich aber auch in anderer Weise durch das Resonator-Gehäuse erstrecken. Beispielsweise kann der Kanal aus dem Resonator- Gehäuse herausragen. Die Resonatorhals-Röhren können
einstückig mit der Ummantelung des Kanals ausgebildet sein, beispielsweise indem es sich um Öffnungen in der Kanalumman- telung handelt. Die Resonatorhals-Röhren können aber auch anderweitig ausgestaltet sein, beispielsweise in den Kanal eingeschraubt sein, so dass sich die Dämpfungsfrequenz des
Helmholz -Resonators durch Austausch der Resonatorhals-Röhren leicht verändern lässt. Die Kanalummantelung des Kanals kann im Rahmen der Erfindung auch mit Kanalwand bezeichnet werden.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens eine Resonatorhals-Röhre mittels Perforation der Kanalummantelung eines Kanals ausgebildet ist.
Diese Ausbildung der Erfindung weist besonders geringe Her- Stellungskosten auf.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Resonator-Gehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und einen Kanal zumindest abschnittsweise koaxial umgibt.
Diese symmetrische Bauweise der Dämpfungsvorrichtung lässt sich besonders einfach an einer Gasturbine anordnen.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Höhe des zylinderförmigen Resonator-Gehäuses 20-150% des Zylinderdurchmessers des Resonator-Gehäuses entspricht.
Die Höhe des zylinderförmigen Resonator-Gehäuses kann hierbei im Wesentlichen der Höhe der quaderförmigen Resonatoren im Stand der Technik entsprechen. Bei dem angegebenen Verhältnis von Zylinderdurchmesser und Zylinderhöhe lassen sich mit den üblichen Resonatorhöhen in Gasturbinen auftretende Frequenzen über 1000 Hz dämpfen, wobei die Länge der in den koaxial umgebenen Kanal einmünden Resonatorhals-Röhren durch die Abmes- sungen des Resonator-Gehäuses in Grenzen vorgegeben ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich besonders zur Dämpfung von Rohrbrennkammer, in welchen sich hochfrequente thermoakustische VerbrennungsSchwingungen ausbilden können. Vorteilhafterweise kann der Kanal eine zylinderförmige Röhre sein .
Diese Ausgestaltung des Kanals ist besonders einfach herstellbar bzw. weist als Standardbauteil geringe Herstellungs- kosten auf. Die in den Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren können beispielsweise über einen Abschnitt der Röhre gleichmäßig verteilt in diese einmünden. Sie könnten aber auch beispielsweise nur auf einer Seite der Röhre entlang eines in Längsrichtung der Röhre verlaufenden Pfades in den Kanal einmünden .
Vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Fläche der Austrittsöffnung eines Kanals dem 1 bis 2fachen der
Gesamtquerschnittsfläche der in den Kanal einmündenden
Resonatorhals-Röhren entspricht.
Die akustische Durchlässigkeit des Kanals ist in dieser Weise besonders vorteilhaft an den Helmholtz -Resonator angepasst.
Zudem ist gewährleistet, dass bei Beaufschlagung des Kanals mit Spülluft sich mit einer geringen Menge an Spülluft ein Heißgaseinzug in den Spülluft-Kanal und somit in die mindes- tens eine Resonatorhals-Röhre besonders effektiv vermeiden lässt .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das Resonator-Gehäuse dazu ausgebildet ist mit einer Gehäusewand des Resonator-Gehäuses auf einer Kaltseite einer Kammerwand aufzuliegen oder mit dieser einstückig ausgebildet zu sein, wobei die Kammerwand ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Zur Kühlung der auf der Kammerwand aufliegenden Gehäusewand des Resonator-Gehäuses können unter einem Winkel angestellte Kühlluftbohrungen derart in das Resonator-Gehäuse eingebracht sein, dass eine Prallkühlung der heißgasseitigen Gehäusewand ermöglicht ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kanals stromab der mindestens einen Einmündung der in den Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren außerhalb des Resonator-Gehäuses verläuft, so dass die Dämp- fungsvorrichtung unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse und einer Kammerwand mit einem Ende des Kanals an der Kammerwand anordenbar ist, wobei die Kammerwand ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Kanal mittels vorbeiströmender Verdichterluft gekühlt werden kann. In diesem Sinne ist der Kanal zumindest abschnittsweise mit Kühl- fluid umströmbar.
Die Ausgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass die Prallkühlung der in Richtung Heißseite weisenden Gehäusewand des Resonator-Gehäuses weitaus geringer ausfallen kann. Sie könn- te auch ganz entfallen. Aufgrund der Beabstandung kann das Resonator-Gehäuse auch mittels vorbeiströmender
Verdichterluft ausreichend gekühlt werden, wobei die
Verdichterluft weiterhin der Verbrennung zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die
Dämpfungsvorrichtung lösbar an der Kammerwand anordenbar ist.
Beispielsweise kann der Kanal ein Gewinde im Bereich der Austrittsöffnung aufweisen, so dass der Kanal in eine Öffnung der Kammerwand einschraubbar ist.
Dies ermöglicht einen einfachen Austausch der Dämpfungsvorrichtung .
Zur Veränderung der Resonanzfrequenz der Dämpfungsvorrichtung kann das Resonator-Gehäuse zum Austausch gegen ein anderes
Resonator-Gehäuse lösbar mit dem Kanal verbunden sein.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer und mindestens einer Dämp- fungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine besonders effektive Dämpfung von thermoakustischen
Schwingungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Dämpfungsvorrichtung im Wesentlichen auf Höhe einer Verbrennungszone an einem Brennkammergehäuse der Brennkammer angeordnet ist .
Dadurch ist die Dämpfungseinrichtung nahe der akustischen Quelle der thermoakustischen Schwingungen angeordnet. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des Dämpfungseffektes. Gemäße einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Resonator-Gehäuse ein Brennkammergehäuse der Brennkammer ringförmig umgeben.
Vorteilhafter Weise sind bei dieser Ausgestaltung der Erfin- dung mehrere Kanäle vorgesehen, welche beispielsweise in regelmäßigen Abständen entlang des Umfanges der Brennkammer angeordnet sind und das ringförmige Resonator-Gehäuse von der Brennkammer beabstandet tragen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die durchschnittliche Querschnittsfläche des Kanals zwischen Austrittsöffnung und Mündungsbereich der Resonatorhals-Röhren dem 2- bis 10 -fachen der Summe der Querschnittsflächen der Resonatorhals-Röhren entspricht, die den Kanal mit dem Reso- nanzvolumen verbinden.
Im Allgemeinen wird der Kanal auf diesem Streckenabschnitt einen konstanten Querschnitt aufweisen, so dass diese konstante Fläche für die Bedingung verwendet werden kann.
Aufgrund dieser Bedingung verhält sich der Kanal nicht als Resonatorhals des Helmholtzresonators und weist zudem Abmessungen auf, die eine effektive Kühlung ermöglichen. Das Kriterium ist gemäß der Ausgestaltung auf mindestens einen der Helmholtzresontoren anzuwenden, der mit dem Kanal über die mindestens eine Resonatorhals-Röhre fluidisch verbunden ist. Es kann aber auch gemäß einer Ausführungsbei - spiels auf alle Helmholtzresonatoren angewendet werden, die mit dem Kanal über die mindestens eine Resonatorhals-Röhre fluidisch verbunden sind. In diesem Fall beeinflusst der Kanal bei allen der Resonatoren nicht den Frequenzbereich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal als Spülluft-Kanal ausgebildet ist mit mindestens einer von den Resonatorhals-Röhren verschiedenen Eintrittsöffnung und mindestens einer Austrittsöffnung derart, dass mindestens ein Anteil der den Spülluft-Kanal durchströmenden Kühlluft unter Auslassung des Resonanzvolumens in die mindestens eine Eintrittsöffnung und in den Kanal hinein leitbar und durch den Kanal hindurch leitbar ist. Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal mindestens stromauf der Austrittsöffnung und strom- ab der Einmündung der mindestens einen Resonatorhals-Röhre zumindest abschnittsweise außerhalb des Resonator-Gehäuses verläuft und in diesem Bereich mindestens abschnittsweise von Kühlluft umströmbar ist. Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Dämpfungsvorrichtung außerhalb einer Brennkammer und un- ter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse und einer Brennkammerwand mit einem die mindestens eine Aus- trittsöffnung umfassenden Ende des Kanals an der Brennkammerwand anordenbar ist, so dass der Kanal zumindest abschnittsweise von einem an der Brennkammer vorbeiströmenden Verdichterluftstrom umströmbar ist.
Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Querschnitt der mindestens einen Eintrittsöffnung kleiner ist als der Querschnitt des Spülluft-Kanals im Bereich der Eintrittsöffnung.
Dadurch lässt sich die Spülluftmenge auf ein geeignetes Maß begrenzen . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können alle in den Spülluft-Kanal einmündenden Resonatorhals-Röhren einen kleineren Querschnitt aufweisen als der Kanal.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal bis auf die mindestens eine Resonatorhals-Röhre und die mindestens eine Austrittsöffnung im Wesentlichen geschlossen ist.
Der Kanal wird somit vorrangig durch umströmen zumindest ei- nes im Kühlluftstrom anordenbaren Kanalabschnitts gekühlt. Sofern überhaupt Spülluft durch die Röhren geleitet wird, kann diese Menge gegenüber dem Stand der Technik reduziert sein . Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen anzugeben, bei welchem mindestens ein Helmholtz -Resonator die Schwingungen dämpft und hierbei die zu dämpfenden Schwingungen in mindestens einen Resonatorhals des Helmholtz -Resonators
eingekoppelt werden, wobei das Verfahren eine besonders effektive Dämpfung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem derartigen Verfahren dadurch gelöst, dass die Schwingungen zunächst in einen Kanal eingeleitet und unter Abkühlung ihres Übertragungsmediums sich in diesem stromauf ausbreiten und stromauf in den einmündenden Resonatorhals des Helmholtz -Resonators
eingekoppelt werden. Eine Spülung des Resonatorhalses kann dadurch entfallen, wodurch die Dämpfungswirkung des Helmholtz -Resonators verbessert ist.
Vorteilhafter Weise kann das Übertragungsmedium mittels
Spülluft gekühlt werden, so dass die Schwingungen zunächst in einen entgegengesetzt zu ihrer Ausbreitungsrichtung gespülten Spülluft-Kanal eingeleitet und stromauf in den in den
Spülluft-Kanal einmündenden Resonatorhals des Helmholtz- Resonators eingekoppelt werden.
Die Spülluft kann Verdichterluft sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Übertragungsmedium mittels Umströmen des Kanals mit einem Kühlfluid gekühlt werden.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal zur Er- höhung des Kühlungseffektes zusätzlich noch mit Spülluft gespült werden. Ein ausreichendes Abkühlen des Übertragungsmediums lässt sich aber auch ausschließlich mittels des Umströmens des Kanals bewirken. Weiter zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen. Dabei zeigt die
Fig.l eine Gasturbine nach dem Stand der Technik,
Fig.2 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem
Längsschnitt , Fig.3 das Ausführungsbeispiel der Fig.2 in einer Draufsicht ,
Fig.4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der er- findungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem
Längsschnitt ,
Fig.5 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem
Längsschnitt, und
Fig.6 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkammer mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitts.
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer Gasturbine 1 nach dem Stand der Technik in schematisch vereinfachter Darstellung. Die Gasturbine 1 weist in ihrem Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 6, ein Verdichter 8, ein Verbrennungssystem 9 mit einer Anzahl an Rohrbrennkammern 10, die jeweils eine Brenneranordnung 11 und ein Gehäuse 12 umfassen, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15.
Das Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hintereinander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 14. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrich- tung eines Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißkanal einer aus Leitschaufeln 17 gebildeten Reihe eine aus Laufschaufeln 18 gebildete Reihe. Die Leitschaufeln 17 sind dabei an einem Innengehäuse eines Stators 19 befestigt, wohingegen die Lauf- schaufeln 18 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbi- nenscheibe am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 angekoppelt ist beispielsweise ein Generator (nicht dargestellt) . Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 8 durch das Ansauggehäuse 6 Luft angesaugt und verdichtet . Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 8 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenneranordnung 11 mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe der Brenneranordnung 11 unter Bildung eines Arbeitsgasstromes im Verbrennungssystem 9 verbrannt. Von dort strömt der Arbeitsgasstrom entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 17 und den Laufschaufeln 18 vorbei. An den Laufschaufeln 18 entspannt sich der Arbeitsgasstrom impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 18 den Rotor 3 antreiben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) . Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 22 in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt. Die Dämpfungsvorrichtung 22 umfasst einen Helmholtz -Resonator 23 und einen Kanal in Form eines Spülluft-Kanals 24 mit einer Kanalummantelung 25. Der Helmholtz -Resonator 23 weist ein zylinderförmiges Resonator- Gehäuse 27 auf, wobei sich der zylinderförmige Spülluftkanal 24 durch das Resonator-Gehäuses 27 hindurch erstreckt und vom Resonator-Gehäuse 27 koaxial umgeben ist. Das Resonator- Gehäuse 27 umschließt das Resonanzvolumen 30 des Helmholtz- Resonators. Durch die Kanalummantelung 25 des Spülluft-Kanals 24 hindurch verlaufen eine Vielzahl an zylinderförmigen
Resonatorhals-Röhren 28. Die Resonatorhals-Röhren 28 münden im Inneren des Resonator-Gehäuses 27 in den Spülluft-Kanal 24 ein. Hierbei sind die Resonatorhals-Röhren 28 derart angeord- net, dass sie heißgasseitig - also mit ihrem heißgasseitigen Ausgang 33 -stromab einer Eintrittsöffnung 34 des Spülluft- Kanals und stromauf der einen Austrittsöffnung 35 des
Spülluft-Kanals 24 in den Spülluft-Kanal 24 einmünden.
Das Resonator-Gehäuse 27 umfasst eine Gehäusewand 38, welche einstückig mit einer Kammerwand 39 ausgebildet ist. Die Kammerwand 39 umschließt hierbei ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen, welches von der zu dämpfenden Umgebung 32 des Helmholtz-Resonators umfasst ist. Bei der dargestellten Kammerwand 39 handelt es sich um ein Brennkammergehäuse, wobei in der Brennkammer ein heißer Arbeitsgasstrom 40 strömt. Der heiße Arbeitsgasstrom 40 entspricht einem ein Brennerplenum und eine Brennkammer durch- strömenden Fluidstroms, der im Abschnitt der Brennkammer als heißer Arbeitsgasstrom 40 bezeichnet ist. Zur Kühlung der Gehäusewand 38 können Kühlkanäle 41 im Resonator-Gehäuse 27 eingebracht sein. Die bei der Verbrennung entstehenden ther- moakustischen Schwingungen in der Brennkammer koppeln durch die Resonatorhals-Röhren 28 in den Helmholtz -Resonator 23 ein und werden in diesem gedämpft. Durch die in dem Spülluft- Kanal 24 in Richtung 42 strömende Spülluft ist ein Heißgaseinzug sicher vermieden. Die Geschwindigkeit der Spülluft in dem Spülluft-Kanal 24 beeinflusst hierbei nicht die Geschwin- digkeit der eingekoppelten akustischen Schwingungen in den Resonatorhals-Röhren 28, so dass die Performance des Helm- holtz -Resonators 23 - also seine Dämpfungswirkung - unbeein- flusst durch die Geschwindigkeit der aus der Austrittsöffnung 35 austretenden Spülluft ist. Bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel der Dämpfungsvorrichtung 22 ist das heißgassei- tige Ende des Spülluft-Kanals 24 im Bereich der Austrittsöffnung 35 einstückig mit der Kammerwand 39 ausgebildet. Der sehr kompakte Aufbau der Dämpfungsvorrichtung 22 lässt sich weiter dadurch vereinfachen, dass die Resonatorhals-Röhren 28 mittels Perforation der Kanalwand 25 des Spülluft-Kanals 24 ausgebildet sind. Durch diese einstückige Ausgestaltung der Resonatorhals-Röhren mit dem Spülluft-Kanal 24 können die Herstellungskosten der Dämpfungsvorrichtung 22 weiter reduziert werden. Die Höhe 45 des zylinderförmigen Resonator- Gehäuses 27 entspricht 20-150% des Zylinderdurchmessers 46 des Resonator-Gehäuses 27. Um das Resonator-Gehäuse 27 bzw. das von ihm umschlossene Resonanzvolumen 30 an ein Frequenzband von zu dämpfenden Schwingungen anpassen zu können, kann das Resonator-Gehäuse 27 im Bereich 48 lösbar mit dem
Spülluft-Kanal 24 verbunden sein.
Die Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellte Dämpfungsvorrichtung 22 aus einer Draufsicht. Das zylinderförmige Resona- tor-Gehäuse 27 weist auf seiner Oberseite die Eintrittsöffnung 34 des Spülluft-Kanals 24 auf. Der Verlauf der Kanalum- mantelung 25 des Spülluft-Kanals ist strichpunktiert angedeutet .
Die Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 50. Diese weist gegenüber dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen kleineren Querschnitt der Austrittsöffnung 52 des Spülluft- Kanals 53 auf. Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 52 des Spülluft-Kanals entspricht hierbei dem 1 bis 2fachen der Gesamtquerschnittsfläche der in den Spülluft-Kanal 53 einmündenden Resonatorhals-Röhren 28. Dies ermöglicht eine sichere Vermeidung von Heißgaseinzug bei geringem Verbrauch von
Spülluft.
Die Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung 56 mit einem Helmholtz- Resonator 58 und einem Kanal 60. Abweichend von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verläuft der Kanal 60 stromab der mindestens einen Einmündung der in den Spülluft-Kanal 60 mündenden Resonatorhals-Röhren 28 außerhalb des Resonator- Gehäuses 27. Die Dämpfungsvorrichtung 56 ist unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse 27 und einer Kam- merwand 39 mit einem Ende 62 des Kanals 60 an der Kammerwand
39 angeordnet, wobei die Kammerwand 39 ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Auf diese Weise kann der Helmholtz -Resonator durch beispielsweise in Richtung 64 strömende Verdichterluft gekühlt werden. Die zusätzlich im Reso- nator-Gehäuse 27 angeordneten Kühlkanäle 41 können in diesem
Fall auch entfallen. Die Dämpfungsvorrichtung 56 kann lösbar an der Kammerwand 39 befestigt sein. Beispielsweise mittels eines am Kanal 60 ausgebildeten Gewindes im Bereich des Endes 62.
Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Gasturbinenbrennkammer 65 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 66 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel in einem Längs- schnitt. Die Figur ist eine vereinfachte, schematische Darstellung der Brennkammer. Die Gasturbinenbrennkammer 65 um- fasst ein rotationssymmetrisches Brennkammergehäuse 68, an dessen aufstromseitigen Ende ein Pilotbrenner 70 und zwei Hauptbrenner 71, 72 angeordnet sind. Die Dämpfungsvorrichtung 66 ist auf Höhe einer Verbrennungszone 74 an der Brennkammer 65 angeordnet. Das Resonator-Gehäuse 76 der Dämpfungsvorrichtung 66 verläuft ringförmig um das Brennkammergehäuse 68 herum, wobei eine Vielzahl an Kanälen 77a, 77b das Resonator- Gehäuse 76 tragen. Die Kanäle 77a, 77b sind von Verdichterluft umströmt und somit mit einem Kühlfuid beaufschlagt.

Claims

Patentansprüche
1. Dämpfungsvorrichtung (20, 50, 56, 66) für eine Gasturbine mit
- mindestens einem Helmholtz -Resonator (23, 58) und
- mindestens einem Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b),
- wobei der Helmholtz -Resonator ein Resonator-Gehäuse (27, 76) und mindestens eine Resonatorhals-Röhre (28) aufweist und das Resonator-Gehäuse (27, 76) ein Resonanzvolumen (30) des Helmholtz -Resonators (23, 58) umschließt, in welches mittels der Resonatorhals-Röhre (28) akustische Schwingungen
einkoppelbar sind, und
- der Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) mit einer Kanalummantelung (25) und mindestens einer Austrittsöffnung (35, 52) ausgebil- det ist, wobei in die Austrittsöffnung akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms einkoppelbar sind und
-der Kanal mit einem Kühlfluid beaufschlagbar ist,
- wobei die mindestens eine Resonatorhals-Röhre heißgasseitig stromauf der mindestens einen Austrittsöffnung in einen derartigen Kanal einmündet.
2. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens ein Kanal als Spülluft-Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) ausgebildet ist mit mindestens einer Eintrittsöffnung (34) und mindestens einer Austrittsöffnung (35, 52), so dass der Spülluft-Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) von Spülluft durchströmbar ist.
3. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens ein Kanal zumindest abschnittweise von Kühlfluid umströmbar ist.
4. Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) zumindest abschnittsweise von dem Resonator-Gehäuse (27, 76) umgeben ist.
5. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) sich zumindest abschnittsweise durch das Resonator-Gehäuse (27, 76) erstreckt und die mindestens eine in den Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) mündende Resonatorhals-Röhre (28) im Inneren des Resonator-Gehäuses (27, 76) in den Kanal einmündet.
6. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens eine Resonatorhals-Röhre (28) mittels Perforation der Kanalummantelung (25) eines Kanals (24, 53, 60, 77a, 77b) ausgebildet ist.
7. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Resonator-Gehäuse (27) zylinderförmig ausgebildet ist und einen Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) zumindest abschnittsweise koaxial umgibt .
8. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach Anspruch 7 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Höhe des zylinderförmigen Resonator-Gehäuses (27) 20-150% des Zylinderdurchmessers des Resonator-Gehäuses (27) entspricht .
9. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) eine zylinderförmige Röhre ist .
10. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Fläche der Austrittsöffnung (35, 52) eines Kanals (24, 53, 60, 77a, 77b) dem 1 bis 2fachen der
Gesamtquerschnittsfläche der in den Kanal einmündenden
Resonatorhals-Röhren (28) entspricht.
11. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Resonator-Gehäuse (27, 76) dazu ausgebildet ist mit einer Gehäusewand (38) des Resonator-Gehäuses (27) auf einer Kaltseite einer Kammerwand (39) aufzuliegen oder mit dieser einstückig ausgebildet zu sein, wobei die Kammerwand (39) ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt.
12. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) stromab der mindestens einen Einmündung der in den Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) mündenden Resonatorhals-Röhren (28) außerhalb des Resonator-Gehäuses (27, 76) verläuft, so dass die Dämpfungsvorrichtung (20, 50, 56, 66) unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator- Gehäuse (27, 76) und einer Kammerwand (39) mit einem Ende des Kanals (24, 53, 60, 77a, 77b) an der Kammerwand anordenbar ist, wobei die Kammerwand ein Volumen mit zu dämpfenden
Schwingungen umschließt.
13. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Dämpfungsvorrichtung lösbar an der Kammerwand (39) anordenbar ist.
14. Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) für eine Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Resonator-Gehäuse (27, 76) lösbar mit dem Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) verbunden ist.
15. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die durchschnittliche Querschnittsfläche des Kanals zwischen Austrittsöffnung und Mündungsbereich der Resonatorhals-Röhren dem 2- bis 10 -fachen der Summe der Querschnittsflächen der Resonatorhals-Röhren entspricht, die den Kanal mit dem Resonanzvolumen verbinden.
16. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal als Spülluft-Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) ausgebil- det ist mit mindestens einer von den Resonatorhals-Röhren verschiedenen Eintrittsöffnung (34) und mindestens einer Austrittsöffnung (35, 52) derart, dass mindestens ein Anteil der den Spülluft-Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) durchströmenden Kühlluft unter Auslassung des Resonanzvolumens in die mindes- tens eine Eintrittsöffnung und in den Kanal hinein leitbar und durch den Kanal hindurch leitbar ist.
17. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal mindestens stromauf der Austrittsöffnung und stromab der Einmündung der mindestens einen Resonatorhals-Röhre zumindest abschnittsweise außerhalb des Resonator-Gehäuses verläuft und in diesem Bereich mindestens abschnittsweise von Kühlluft umströmbar ist.
18. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Dämpfungsvorrichtung (20, 50, 56, 66) außerhalb einer Brennkammer und unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse (27, 76) und einer Brennkammerwand (39) mit einem die mindestens eine Austrittsöffnung umfassenden Ende des Kanals (24, 53, 60, 77a, 77b) an der Brennkammerwand anordenbar ist, so dass der Kanal zumindest abschnittsweise von einem an der Brennkammer vorbeiströmenden
Verdichterluftstrom umströmbar ist.
19. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Querschnitt der mindestens einen Eintrittsöffnung kleiner ist als der Querschnitt des Spülluft-Kanals im Bereich der Eintrittsöffnung .
20. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s alle in den Spülluft-Kanal einmündenden Resonatorhals-Röhren einen kleineren Querschnitt aufweisen als der Kanal.
21. Dämpfungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kanal bis auf die mindestens eine Resonatorhals-Röhre und die mindestens eine Austrittsöffnung im Wesentlichen geschlossen ist.
22. Gasturbine (1) mit mindestens einer Brennkammer (65) und mindestens einer Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , d a s s die Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgebildet ist.
23. Gasturbine (1) nach Anspruch 22,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Dämpfungsvorrichtung (22, 50, 56, 66) im Wesentlichen auf Höhe einer Verbrennungszone (74) an einem Brennkammergehäuse (68) der Brennkammer (65) angeordnet ist.
24. Gasturbine (1) nach einem der Ansprüche 22 oder 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Resonator-Gehäuse (76) ein Brennkammergehäuse (68) der Brennkammer (65) ringförmig umgibt.
25. Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen, bei welchem mindestens ein Helmholtz -Resonator (23, 58) die Schwingungen dämpft und hierbei die zu dämpfenden Schwingungen in mindestens einen Resonatorhals des Helmholtz- Resonators (23, 58) eingekoppelt werden,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Schwingungen zunächst in einen Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) eingeleitet und unter Abkühlung ihres Übertragungsmediums sich in diesem stromauf ausbreiten und stromauf in den einmündenden Resonatorhals des Helmholtz-Resonators (23, 58) eingekoppelt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Übertragungsmedium mittels Spülluft gekühlt wird, so dass die Schwingungen zunächst in einen entgegengesetzt zu ihrer Ausbreitungsrichtung gespülten Spülluft-Kanal (24, 53, 60, 77a, 77b) eingeleitet und stromauf in den in den Spülluft- Kanal einmündenden Resonatorhals des Helmholtz-Resonators (23, 58) eingekoppelt werden.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Übertragungsmedium mittels Umströmen des Kanals (24, 53, 60, 77a, 77b) mit einem Kühlfluid gekühlt wird.
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