WO1999056059A1 - Brennkammeranordnung - Google Patents

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WO1999056059A1
WO1999056059A1 PCT/DE1999/001150 DE9901150W WO9956059A1 WO 1999056059 A1 WO1999056059 A1 WO 1999056059A1 DE 9901150 W DE9901150 W DE 9901150W WO 9956059 A1 WO9956059 A1 WO 9956059A1
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WO
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combustion chamber
axis
burners
component
mouth
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PCT/DE1999/001150
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Inventor
Ulrich Adams
Klaus Raschke
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • 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 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M20/00—Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005—Noise absorbing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2206/00—Burners for specific applications
    • F23D2206/10—Turbines

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber arrangement with a combustion chamber in which at least two burners are arranged.
  • the combustion chamber is in particular an annular combustion chamber of a gas turbine.
  • DE 195 41 303 AI shows a combustion chamber arrangement of a gas turbine, into which a number of burners open.
  • the gas turbine has a turbine shaft with a main axis.
  • Each burner is directed along a major axis.
  • the main axis of each burner is tilted in relation to the main axis of the turbine shaft in order to generate a swirl of a working medium. By tilting the burner in this way, a swirl-generating structural part can be dispensed with.
  • thermoacoustic vibrations which are also called combustion vibrations. These not only represent an undesirable source of sound, but can also lead to excessive mechanical loads on the combustion chamber.
  • thermoacoustic oscillation is actively damped in that the location of the heat release fluctuation associated with the combustion is controlled by injecting a fluid.
  • the combustion chamber has a flame tube rear wall on which in the combustion zone protruding, nozzle-shaped evaporator tube bodies are arranged.
  • Each evaporator tube body is kinked at a right angle, the nozzle openings of immediately adjacent evaporator tube bodies being opposite one another. As a result, they meet each other
  • Vaporous fuel-air streams exiting nozzle openings face each other in exactly opposite directions. This results in a good mixing of fuel and air.
  • the object of the invention is to provide a combustion chamber arrangement which has favorable behavior, in particular with regard to the avoidance of thermoacoustic vibrations. According to the invention, this object is achieved by a combustion chamber arrangement with a combustion chamber in which at least two burners are arranged, each having a mouth for one
  • the combustion chamber being defined rotationally symmetrically about a combustion chamber axis and the respective mouth direction as a unit vector with a point in the mouth and with a unit length by three component vectors: a) an axis component that is parallel to the combustion chamber axis is, b) a plane component that is perpendicular to the combustion chamber axis and lies in a connecting plane that is spanned by the point of incidence and the combustion chamber axis, and c) an orthogonal component that is perpendicular to the combustion chamber axis and to the plane component, the respective points of the two burners passing through an imaginary line of sight is connected to one another, the orthogonal components of the two burners each have a line of sight line component along the line of sight and the line of sight line components are opposite to one another or one of the two line of sight lines is zero.
  • the fact that the line-of-sight components are directed towards one another means that the orthogonal components of the two burners point towards one another.
  • pointing the orthogonal components to one another means that the direction of the inflowing fuel gas flow is not in a common plane with the combustion chamber axis, but is rotated relative to the combustion chamber axis.
  • One of the two contact line components can be zero. This means that the fuel gas flow from this burner flows in at the connection level.
  • the other burner also has an inflow of fuel gas directed toward this fuel gas stream. The burner is therefore turned towards the other burner.
  • the respective axis components preferably have a length that is different from one another.
  • the different lengths of the axis components of the two burners ensure that the respective mouth directions of the two burners are inclined or tilted differently with respect to the combustion chamber axis.
  • the locations of the respective combustion can be set relative to one another in such a way that combustion vibrations emanating from these locations interfere with one another or even extinguish one another.
  • Such an arrangement can preferably be used for a combustion chamber with a plurality of burners. Only two or more burners can be tilted differently with respect to the combustion chamber axis.
  • the lengths of the axis components are preferably different from zero, so that there is a pulse of the fuel gas streams in the direction of the combustion chamber axis even when the fuel gas streams are juxtaposed. More preferably, the
  • Fuel gas flows, i.e. the unit vectors, an angle of less than 100 °, preferably less than 60 °.
  • a tilting of a burner or several burners with respect to the combustion chamber axis which manifests itself in a different length of the axis components of the burners, can also be combined with a twist.
  • Such a twist corresponds to an orthogonal component with a length other than zero, as already mentioned above.
  • Tilting offers a wide range of options for relocating the place of combustion. This results in a large number of configurations from which one can be selected which ensures optimum acoustic detuning of the acoustic system comprising the combustion chamber and burner, i.e. with which a particularly large suppression of thermoacoustic vibrations is achieved. Such a selection can e.g. by trying different configurations and choosing the one with the best thermoacoustic behavior.
  • the object is further achieved by a combustion chamber arrangement with a combustion chamber in which at least two burners are arranged, each of which has an opening for a flow of fuel gas to flow into the combustion chamber along an opening direction, the combustion chamber being rotationally symmetrical about a combustion chamber axis and the respective mouth direction is defined as a vector with a unit length by three components: a) an axis component that is parallel to the combustion chamber axis, b) a plane component that is perpendicular to the combustion chamber axis and lies in a common plane with the combustion chamber axis, and c) an orthogonal component , which is perpendicular to the combustion chamber axis and to the plane component, the respective axis components having a different length from one another.
  • the different lengths of the axis components mean a different tilting of the mouth directions of the two burners with respect to the combustion chamber axis, with the advantages already set out.
  • the combustion chamber is preferably designed as an annular combustion chamber for a gas turbine, a plurality of burners arranged along a circumferential direction of the combustion chamber opening into the combustion chamber.
  • the orthogonal components of two torches which are directly adjacent to one another further preferably point to one another. This means that the point line components of the orthogonal components defined above are directed towards each other. Two burners are immediately adjacent if there is no other burner between them.
  • thermoacoustic vibrations are particularly difficult to predict or even to estimate.
  • the acoustic system consisting of combustion chambers and burners can be detuned so well that no thermoacoustic oscillation occurs.
  • FIG. 1 shows an annular combustion chamber of a gas turbine
  • FIG. 2 shows an illustration of a component division for a mouth direction
  • FIG. 3 shows an illustration corresponding to FIG. 4 from a different viewing direction
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through an annular combustion chamber of a gas turbine
  • FIG. 6 shows two adjacent, juxtaposed burners
  • FIG. 1 shows a combustion chamber arrangement 1 in perspective, consisting of a combustion chamber 11 designed as an annular combustion chamber for a gas turbine (not shown in more detail) and burners 3, 39 arranged therein along a circumferential direction U.
  • Each burner 3, 39 mouths at a mouth 13, 40 along a respective mouth direction 19, 41 into the combustion chamber 11.
  • fuel gas 14 also flows into the combustion chamber 11.
  • the combustion chamber 11 is rotationally symmetrical about a combustion chamber axis 25 and has an outer wall 21 and an inner wall 23.
  • the outer wall 21 and the inner wall 23 enclose an annular combustion chamber 24.
  • the inner surface of the outer wall 21 and the outer surface of the inner wall 23 are provided with a refractory inner lining 27. 7
  • FIG. 2 shows how each mouth direction 19, 41 is defined as a unit vector with a point A, B in the mouth 13, 40 and with the unit length L by three component vectors 33, 34, 35, 36, 37, 38 by:
  • the orthogonal component 37, 38 is shown as a circle with a cross to show that it points into the plane of the drawing.
  • FIG. 3 shows the representation of FIG. 4 from a viewing direction along the combustion chamber axis 25.
  • the orthogonal component 37, 38 is visible in its long OL.
  • the axis component 35, 36 points out of the plane of the drawing.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a combustion chamber 11 designed as an annular combustion chamber for a gas turbine (not shown).
  • a burner 3 opens into the combustion chamber 11 at a mouth 13 along a mouth direction 19.
  • the orthogonal component 37 of the mouth direction 19 is zero, so that the mouth direction 19 intersects the combustion chamber axis 25 and an angle 46 forms with the combustion chamber axis 25.
  • a further burner 39 flows into the combustion chamber 11 at a further mouth 40 along a further mouth direction 41.
  • the angle 46 of the mouth direction 19 with the combustion chamber axis 25 is different from the angle 48 of the further mouth direction 41 with the combustion chamber axis 25. This is equivalent to that the axis component 35 of the
  • Mouth direction 19 has a different length AL than the further axis component 36 of the further mouth direction 41.
  • the burner 3 and the further burner 39 thus have mouthing directions 19, 41 tilted differently against the combustion chamber axis 25.
  • combustion vibrations which originate from the respective locations of the combustion of fuel gas from burner 3 or of fuel gas from further burner 39 are superimposed in such a way that thermoacoustic vibrations are suppressed.
  • the case shown here that the orthogonal component 37 or the further orthogonal component 38 are zero serves for a simplified illustration.
  • the orthogonal component 37 and / or the further orthogonal component 38 can also be different from zero, which corresponds to an additional rotation of the mouth direction 19 or the further mouth direction 41.
  • FIG. 5 shows a cross section through a combustion chamber 11 of a gas turbine designed as an annular combustion chamber.
  • a plurality of burners 3, 39 are arranged along a circumferential direction U.
  • the mouth directions 19, 41 are oriented such that the respective orthogonal components 37, 38 point towards one another. This is shown in more detail below in FIG. 6.
  • Combustion of the fuel gas emerging from the burners 3, 39 in a column-like manner takes place in energy columns 47, 49.
  • these energy columns 47, 49 overlap by the orthogonal components 37, 38 being shown in pairs.
  • FIG. 6 shows two immediately adjacent burners 3, 39. Their respective points A, B are connected by an imaginary point line LA.
  • the respective orthogonal components 37, 38 of the respective mouth directions 19, 41 each have a line-of-sight component 37A, 38A, which are directed along the line-of-point LA.
  • the dash line components 37A, 38A face each other. This characterizes that the orthogonal components 37, 38 point towards one another.
  • One of the dotted line components 37A, 38A or one of the two orthogonal components 37, 38 can also be zero.
  • FIG. 7 shows the mouth directions 19, 41 of two immediately adjacent burners 3, 39.
  • the mouth directions 19, 41 form an angle ⁇ with one another.
  • This angle ⁇ is less than 100 °, preferably less than 60 °, so that the fuel gas flows of the burners 3, 39 overlap one another, but are not opposed to one another to such an extent that they would largely reduce one another an axial pulse.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammeranordnung (1) mit mindestens zwei Brennern (3, 39), insbesondere eine Ringbrennkammeranordnung für eine Gasturbine. Die Brenner (3, 39) sind aufeinander zu gedreht, so daß sich die in die Brennkammeranordnung (1) einströmenden jeweiligen Brenngasströme (14) überlagern. In einer weiteren Ausgestaltung sind die Brenner (3, 39) gegenüber einer Brennkammerachse (25) verkippt. Dadurch wird eine akustische Verstimmung erreicht, wodurch die Ausbildung einer Verbrennungsschwingung unterdrückt wird.

Description

Beschreibung
Brennkammeranordnung
Die Erfindung betrifft eine Brennkammeranordnung mit einer Brennkammer, in der mindestens zwei Brenner angeordnet sind. Die Brennkammer ist insbesondere eine Ringbrennkammer einer Gasturbine.
Aus der DE 195 41 303 AI geht eine Brennkammeranordnung einer Gasturbine hervor, in die eine Anzahl von Brennern mündet. Die Gasturbine weist eine Turbinenwelle mit einer Hauptachse auf. Jeder Brenner ist entlang einer Hauptachse gerichtet. Zur Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrades ist die Hauptachse jedes Brenners zur Erzeugung eines Dralls eines Arbeitsmittels gegenüber der Hauptachse der Turbinenwelle verkippt. Durch eine solche Verkippung der Brenner kann von einem drallerzeugenden Strukturteil abgesehen werden.
In der DE 43 39 094 AI ist ein Verfahren zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen in der Brennkammer einer Gasturbine beschrieben. Bei der Verbrennung von Brennstoffen in der Brennkammer einer stationären Gasturbine, eines Flugzeugtriebwerks oder dergleichen kann es aufgrund der Verbren- nungsvorgänge zu Instabilitäten oder Druckschwankungen kommen, die unter ungünstigen Verhältnissen thermoakustische Schwingungen anregen, die auch Verbrennungsschwingungen genannt werden. Diese stellen nicht nur eine unerwünschte Schallquelle dar, sondern können zu unlässig hohen mechani- sehen Belastungen der Brennkammer führen. Eine solche thermoakustische Schwingung wird aktiv dadurch gedämpft, daß durch Eindüsen eines Fluides der Ort der mit der Verbrennung verbundenen Wärmefreisetzungsschwankung gesteuert wird.
Die DE 28 15 916 AI zeigt eine Brennkammer für
Gasturbinentriebwerke. Die Brennkammer weist eine Flammrohrrückwand auf, an der in die Verbrennungszone hineinragende, dusenformig endende Verdampferrohrkorper angeordnet sind. Jeder Verdampferrohrkorper ist in einem rechten Winkel geknickt, wobei die Dusenoffnungen einander unmittelbar benachbarter Verdampferrohrkorper einander gegenüberliegen. Dadurch treffen die aus den jeweiligen
Dusenoffnungen austretenden dampfförmigen Brennstoff-Luft- Strome einander genau entgegengerichtet aufeinander. Dies hat eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft zur Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammeranordnung anzugeben, die insbesondere hinsichtlich der Vermeidung thermo- akustischer Schwingungen ein gunstiges Verhalten aufweist. Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe gelost durch eine Brennkammeranordnung mit einer Brennkammer, n der mindestens zwei Brenner angeordnet sind, die jeweils eine Mundung für ein
Einstromen eines Brenngasstromes entlang einer Mundungsrichtung in die Brennkammer aufweisen, wobei die Brennkammer rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse und die jeweilige Mundungsrichtung als ein Einheitsvektor mit einem Aufpunkt in der Mundung und mit einer Einheitslange durch drei Komponentenvektoren definiert ist: a) eine Achsenkomponente, die zur Brennkammerachse parallel ist, b) eine Ebenenkomponente, die senkrecht zur Brennkammerachse ist und in einer Verbindungsebene liegt, die durch den Aufpunkt und die Brennkammerachse aufgespannt ist und c) eine Orthogonalkomponente, die senkrecht zur Brennkammerachse und zur Ebenenkomponente ist, wobei die jeweiligen Aufpunkte der beiden Brenner durch eine ge- dachte Aufpunktslinie miteinander verbunden sind, die Orthogonalkomponenten der beiden Brenner jeweils eine Aufpunktslinienkomponente entlang der Aufpunktslinie aufweisen und wobei die Aufpunktslinienkomponenten einander entgegengerichtet sind oder eine der beiden Aufpunktslinienkomponenten Null ist. 3
Daß die Aufpunktslinienkomponenten einander entgegengerichtet sind bedeutet, daß die Orthogonalkomponenten der beiden Brenner aufeinander zu weisen. Das Aufeinanderzuweisen der Orthogonalkomponenten bedeutet mit anderen Worten, daß die Rich- tung des einströmenden Brenngasstromes nicht in einer gemeinsamen Ebene mit der Brennkammerachse liegt, sondern gegenüber der Brennkammerachse verdreht ist. Eine der beiden Aufpunktslinienkomponenten kann Null sein. Das bedeutet, daß der Brenngasstrom dieses Brenners in der Verbindungsebene ein- strömt. Der andere Brenner weist gleichzeitig eine auf diesen Brenngasstrom zu gerichtete Einströmung von Brenngas auf. Der Brenner ist also auf den anderen Brenner zu gedreht. In beiden Fallen, also sowohl bei aufeinander zu gedrehten Brennern als auch bei dem Fall, daß einer der Brenner zum anderen Brenner gedreht ist, kommt es zu einer Überlagerung der Verbrennungen der jeweils saulenartig aus den Brennern austretenden Brenngasstrome. Durch diese gegenseitige Überlagerung oder Störung überlagern sich auch Druck- oder Dichteschwankungen in den Verbrennungssaulen, welche Schwankungen die Ur- sache für eine Verbrennungsschwingung sein können. Durch die geeignete Überlagerung der Schwankungen wird eine Ausbildung einer thermoakustischen Schwingung unterdruckt.
Bevorzugt weisen die jeweiligen Achsenkomponenten eine von- einander verschiedene Lange auf. Durch die unterschiedlichen Langen der Achsenkomponenten der beiden Brenner wird erreicht, daß die jeweiligen Mundungsrichtungen der beiden Brenner unterschiedlich zur Brennkammerachse geneigt oder gekippt sind. Durch eine solche unterschiedliche Neigung oder Verkippung der Mundungsrichtung sind die Orte der jeweiligen Verbrennung zueinander so einstellbar, daß von diesen Orten ausgehende Verbrennungsschwingungen sich gegenseitig stören oder gar ausloschen. Bevorzugt kann eine solche Anordnung für eine Brennkammer mit einer Vielzahl von Brennern Verwendung finden. Dabei können nur zwei oder auch mehrere Brenner unterschiedlich gegenüber der Brennkammerachse gekippt sein. Unter Umstanden ist es auch vorteilhaft, den größten Teil oder alle Brenner unterschiedlich zur Brennkammerachse zu kippen. Dadurch wird eine asymmetrische Anordnung der Einströmrichtungen erreicht, die zu einer akustischen Verstimmung und damit zur Verhinderung einer Ausbildung einer Ver- brennungsschwingung führt.
Vorzugsweise sind die Längen der Achsenkomponenten von Null verschieden, so daß auch bei einem Gegeneinanderstellen der Brenngasströme ein Impuls der Brenngasströme in Richtung der Brennkammerachse besteht. Weiter bevorzugt schließen die
Brenngasströme, also die Einheitsvektoren, einen Winkel von weniger als 100°, vorzugsweise weniger als 60°, ein.
Eine Verkippung eines Brenners oder mehrerer Brenner gegen- über der Brennkammerachse, welche sich in einer unterschiedlichen Länge der Achsenkomponenten der Brenner äußert, kann auch mit einer Verdrehung kombiniert werden. Eine solche Verdrehung entspricht einer Orthogonalkomponente mit einer von Null verschiedenen Länge, wie bereits weiter oben angespro- chen. Die Möglichkeit eines gleichzeitigen Verdrehens und
Verkippens bietet eine breite Auswahlmöglichkeit für die Verlagerung der Ortes der Verbrennung. Es ergibt sich somit eine Vielzahl von Konfigurationen, aus denen eine solche ausgewählt werden kann, die eine optimale akustische Verstimmung des akustischen Systems aus Brennkammer und Brenner gewährleistet, d.h. mit der eine besonders große Unterdrückung von thermoakustischen Schwingungen erreicht wird. Eine solche Auswahl kann z.B. dadurch erfolgen, daß verschiedene Konfigurationen ausprobiert und jene mit dem thermoakustisch besten Verhalten ausgewählt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin gelöst durch eine Brennkammeranordnung mit einer Brennkammer, in der mindestens zwei Brenner angeordnet sind, die jeweils eine Mündung für ein Einströmen eines Brenngasstromes entlang einer Mündungsrichtung in die Brennkammer aufweisen, wobei die Brennkammer rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse und die jeweilige Mundungsrichtung als ein Vektor mit einer Einheitslange durch drei Komponenten definiert ist: a) eine Achsenkomponente, die zur Brennkammerachse parallel ist, b) eine Ebenenkomponente, die senkrecht zur Brennkammerachse ist und in einer gemeinsamen Ebene mit der Brennkammerachse liegt und c) eine Orthogonalkomponente, die senkrecht zur Brennkammerachse und zur Ebenenkomponente ist, wobei die jeweiligen Achsenkomponenten eine voneinander verschiedene Lange aufweisen.
Wie weiter oben ausgeführt bedeuten die unterschiedlichen Langen der Achsenkomponenten eine unterschiedliche Verkippung der Mundungsrichtungen der beiden Brenner gegenüber der Brennkammerachse mit den bereits dargelegten Vorteilen.
Vorzugsweise ist die Brennkammer als Ringbrennkammer für eine Gasturbine ausgeführt, wobei eine Vielzahl von entlang einer Umfangsrichtung der Brennkammer angeordneten Brennern in die Brennkammer munden. Weiter bevorzugt weisen die Orthogonalkomponenten von jeweils zwei zueinander unmittelbar benachbarten Brennern aufeinander zu. Dies bedeutet, daß die oben definierten Aufpunktslinienkomponenten der Orthogonalkompo- nenten einander entgegen gerichtet sind. Zwei Brenner sind dann unmittelbar benachbart, wenn kein weiterer Brenner zwischen ihnen liegt.
Thermoakustische Schwingungen sind in einer Ringbrennkammer mit vielen Brennern besonders schwer vorhersagbar oder auch nur abschatzbar. Durch die Verdrehung und/oder Verkippung mehrerer Brenner gegeneinander, vorzugsweise aller Brenner, läßt sich das akustische System aus Brennkammern und Brenner besonders gut so verstimmen, daß keine thermoakustische Schwingung auftritt. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft und teilweise schematisch naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ringbrennkammer einer Gasturbine,
Figur 2 eine Darstellung einer Komponentenaufteilung für eine Mundungsrichtung,
Figur 3 eine der Figur 4 entsprechende Abbildung aus ei- ner anderen Blickrichtung,
Figur 4 einen Längsschnitt durch eine Ringbrennkammer einer Gasturbine,
Figur 5 einen Querschnitt durch eine Ringbrennkammer einer Gasturbine, und
Figur 6 zwei benachbarte, gegeneinandergestellte Brenner
Die gleichen Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Figur 1 zeigt perspektivisch eine Brennkammeranordnung 1, bestehend aus einer als Ringbrennkammer ausgeführten Brennkam- mer 11 für eine nicht naher dargestellte Gasturbine und darin entlang einer Umfangsrichtung U angeordneten Brennern 3, 39. Jeder Brenner 3, 39 mundet an einer Mundung 13, 40 entlang einer jeweiligen Mundungsrichtung 19, 41 in die Brennkammer 11. Entlang dieser Mundungsrichtung 19, 41 strömt auch Brenn- gas 14 in die Brennkammer 11. Die Brennkammer 11 ist rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse 25 und weist eine äußere Wand 21 und eine innere Wand 23 auf. Die äußere Wand 21 und die innere Wand 23 umschließen einen ringförmigen Brennraum 24. Die Innenflache der Außenwand 21 und die Außenflache der Innenwand 23 sind mit einer feuerfesten Innenauskleidung 27 versehen. 7
In Figur 2 ist dargestellt, wie jede Mundungsrichtung 19, 41 als ein Einheitsvektor mit einem Aufpunkt A, B in der Mundung 13, 40 und mit der Einheitslange L durch drei Komponentenvektoren 33, 34, 35, 36, 37, 38 definiert ist und zwar durch:
1. eine Achsenkomponente 35, 36, welche parallel zur Brennkammerachse 25 ist,
2. eine Ebenenkomponente 33, 34, welche senkrecht auf der Achsenkomponente 35, 36 steht und in einer Verbindungs- ebene 31, 31A liegt, die durch den Aufpunkt A, B und die Brennkammerachse 25 aufgespannt ist,
3. eine Orthogonalkomponente 37, 38, welche senkrecht sowohl auf der Achsenkomponente 35, 36 als auch auf der Ebenenkomponente 33, 34 steht.
Die Orthogonalkomponente 37, 38 ist als ein Kreis mit Kreuz dargestellt, um zu verdeutlichen, daß sie in die Zeichenebene hineinweist .
Figur 3 zeigt die Darstellung der Figur 4 aus einer Blickrichtung entlang der Brennkammerachse 25. In dieser Darstellung ist die Orthogonalkomponente 37, 38 in ihrer Lange OL sichtbar. Die Achsenkomponente 35, 36 weist aus der Zeichenebene heraus .
In Figur 4 ist ein Längsschnitt durch eine als Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 11 für eine nicht dargestellte Gasturbine gezeigt. In der oberen Hälfte des Längsschnittes mündet ein Brenner 3 an einer Mundung 13 entlang einer Mun- dungsrichtung 19 in die Brennkammer 11. Im hier dargestellten Fall ist die Orthogonalkomponente 37 der Mundungsrichtung 19 Null, so daß die Mundungsrichtung 19 die Brennkammerachse 25 schneidet und einen Winkel 46 mit der Brennkammerachse 25 bildet. In der unteren Hälfte des Längsschnittes mundet ein weiterer Brenner 39 an einer weiteren Mundung 40 entlang einer weiteren Mundungsrichtung 41 in die Brennkammer 11. Im hier gezeigten Beispiel schneidet auch die weitere Mundungs- richtung 41 die Brennkammerachse 25, und zwar unter einem Winkel 48. Der Winkel 46 der Mundungsrichtung 19 mit der Brennkammerachse 25 ist verschieden von dem Winkel 48 der weiteren Mundungsrichtung 41 mit der Brennkammerachse 25. Dies ist äquivalent dazu, daß die Achsenkomponente 35 der
Mundungsrichtung 19 eine andere Lange AL als die weitere Achsenkomponente 36 der weiteren Mundungsrichtung 41 aufweist. Der Brenner 3 und der weitere Brenner 39 weisen also unterschiedlich gegen die Brennkammerachse 25 gekippte Mundungs- richtungen 19, 41 auf. Durch diese unterschiedliche Verkippung wird erreicht, daß Verbrennungsschwingungen, die von den jeweiligen Orten der Verbrennung von Brenngas aus dem Brenner 3 bzw. von Brenngas aus dem weiteren Brenner 39 stammen, sich so überlagern, daß eine Unterdrückung thermoakustischer Schwingungen erfolgt. Der hier gezeigte Fall, daß die Orthogonalkomponente 37 bzw. die weitere Orthogonalkomponente 38 Null sind, dient einer vereinfachten Darstellung. Die Orthogonal omponente 37 und/oder die weitere Orthogonalkomponente 38 können auch von Null verschieden sein, was einer zusatzli- chen Verdrehung der Mundungsrichtung 19 bzw. der weiteren Mundungsrichtung 41 entspricht.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine als Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 11 einer Gasturbine. Entlang ei- ner Umfangsrichtung U sind eine Vielzahl von Brennern 3, 39 angeordnet. Für jeweils zwei benachbarte Brenner 3, 39 sind die Mundungsrichtungen 19, 41 so ausgerichtet, daß die jeweiligen Orthogonalkomponenten 37, 38 aufeinander zu weisen. Dies ist genauer weiter unten in Fig. 6 dargestellt. Eine Verbrennung des saulenartig aus den Brennern 3, 39 austretenden Brenngases erfolgt in Energiesaulen 47, 49. Für je zwei benachbarte Brenner 3, 39 überlagern sich diese Energiesaulen 47, 49 durch das Aufeinanderzuweisen der Orthogonalkomponenten 37, 38 paarweise. Durch eine solche Überlagerung sind die in den jeweiligen Energiesaulen 47, 49 erzeugbaren thermoaku- stischen Schwingungen so uberlagerbar, daß sich eine Unter- druckung dieser thermoakustischen Schwingungen ergibt. Figur 6 zeigt zwei unmittelbar benachbarte Brenner 3, 39. Ihre jeweiligen Aufpunkte A, B sind durch eine gedachte Aufpunktslinie LA verbunden. Die jeweiligen Orthogonalkomponen- ten 37, 38 der jeweiligen Mündungsrichtungen 19, 41 weisen jeweils eine Aufpunktslinienkomponente 37A, 38A auf, die entlang der Aufpunktslinie LA gerichtet sind. Die Aufpunktslinienkomponenten 37A, 38A sind einander entgegengerichtet. Dies charakterisiert, daß die Orthogonalkomponenten 37, 38 aufein- ander zu weisen. Eine der Aufpunktslinienkomponenten 37A, 38A bzw. Eine der beiden Orthogonalkomponenten 37, 38 kann auch Null sein.
Figur 7 zeigt die Mündungsrichtungen 19, 41 zweier unmittel- bar benachbarter Brenner 3, 39. Die Mündungsrichtungen 19, 41 schließen miteinander einen Winkel α ein. Dieser Winkel α ist kleiner als 100°, vorzugsweise kleiner als 60°, so daß die Brenngasströme der Brenner 3, 39 einander zwar überlappen, aber nicht einander so weit entgegengerichtet sind, daß sie sich gegenseitig zu einem großen Teil einen Axialimpuls abbauen würden .

Claims

10 Patentansprüche
1. Brennkammeranordnung (1)
- mit einer Brennkammer (11), in der - mindestens zwei Brenner (3, 39) angeordnet sind, die jeweils
- eine Mundung (13, 40) für ein Einstromen eines Brenngasstromes (14) entlang einer Mundungsrichtung (19, 41) in die Brennkammer (11) aufweisen, wobei - die Brennkammer (11) rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse (25) und
- die jeweilige Mundungsrichtung (19, 41) als ein Einheitsvektor mit einem Aufpunkt (A, B) in der Mundung und mit einer Einheitslange (L) durch drei Komponentenvektoren (33, 34, 35, 36, 37, 38) definiert ist:
- a) eine Achsenkomponente (35, 36) , die zur Brennkammerachse (25) parallel ist,
- b) eine Ebenenkomponente (33, 34) , die senkrecht zur Brennkammerachse (25) ist und in einer Verbindungsebene (31, 31A) liegt, die durch den Aufpunkt (A) und die Brennkammerachse (25) aufgespannt ist und
- c) eine Orthogonalkomponente (37, 38), die senkrecht zur Brennkammerachse (25) und zur Ebenenkomponente (33, 34) ist, wobei - die jeweiligen Aufpunkte (A, B) der beiden Brenner (3, 39) durch eine gedachte Aufpunktslinie (LA) miteinander verbunden sind,
- die Orthogonalkomponenten (37, 38) der beiden Brenner (3, 39) jeweils eine Aufpunktslinienkomponente (37A, 38A) ent- lang der Aufpunktslinie (LA) aufweisen und wobei
- die Aufpunktslinienkomponenten (37A, 38A) einander entgegengerichtet sind oder eine der beiden Aufpunktslinienkomponenten (37A, 38A) Null ist.
2. Brennkammeranordnung (1) nach Anspruch 1, bei der die jeweiligen Achsenkomponenten (35, 36) eine voneinander verschiedene Lange (AL, BL) aufweisen. 11
3. Brennkammeranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Langen (AL, BL) der Achsenkomponenten (35, 36) von Null verschieden sind.
4. Brennkammeranordnung (1)
- mit einer Brennkammer (11), m der
- mindestens zwei Brenner (3, 39) angeordnet sind, die jeweils
- eine Mundung (13, 40) für ein Einströmen eines Brenngas- Stromes (14) entlang einer Mundungsrichtung (19, 41) in die Brennkammer aufweisen, wobei
- die Brennkammer (11) rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse (25) und
- die jeweilige Mundungsrichtung (19, 41) als ein Einheits- vektor mit einem Aufpunkt (A, B) m der Mundung und mit einer Einheitslange (L) durch drei Komponentenvektoren (33, 34, 35, 36, 37, 38) definiert ist:
- a) eine Achsenkomponente (35, 36) , die zur Brennkammerachse (25) parallel ist, - b) eine Ebenenkomponente (33, 34) , die senkrecht zur
Brennkammerachse (25) ist und m einer Verbindungsebene (31) liegt, die durch den Aufpunkt (A) und die Brennkammerachse (25) aufgespannt ist und
- c) eine Orthogonalkomponente (37, 38), die senkrecht zur Brennkammerachse (25) und zur Ebenenkomponente (33, 34) ist, wobei
- die jeweiligen Achsenkomponenten (35, 36) eine voneinander verschiedene Lange (AL, BL) aufweisen.
5. Brennkammeranordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die Brennkammer (11) als Ringbrennkammer für eine Gasturbine, insbesondere eine stationäre Gasturbine, ausgeführt ist, wobei eine Vielzahl von entlang einer Umfangsπch- tung (U) der Brennkammer (11) angeordneten Brennern (3, 39) m die Brennkammer (11) munden. 12
6. Brennkammeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die beiden Brenner (3, 39) zueinander unmittelbar benachbart sind.
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