WO2013029984A2 - Brennkammer für eine gasturbinenanlage - Google Patents

Brennkammer für eine gasturbinenanlage Download PDF

Info

Publication number
WO2013029984A2
WO2013029984A2 PCT/EP2012/065856 EP2012065856W WO2013029984A2 WO 2013029984 A2 WO2013029984 A2 WO 2013029984A2 EP 2012065856 W EP2012065856 W EP 2012065856W WO 2013029984 A2 WO2013029984 A2 WO 2013029984A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion chamber
resonator
wall
downstream
combustion
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/065856
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013029984A3 (de
Inventor
Sebastian Pfadler
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP12748204.0A priority Critical patent/EP2732215A2/de
Priority to US14/240,549 priority patent/US20140345282A1/en
Priority to CN201280042586.7A priority patent/CN103765107B/zh
Publication of WO2013029984A2 publication Critical patent/WO2013029984A2/de
Publication of WO2013029984A3 publication Critical patent/WO2013029984A3/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, 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
    • F23M20/00Details of combustion chambers, not otherwise provided for, e.g. means for storing heat from flames
    • F23M20/005Noise absorbing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators

Definitions

  • Combustion chamber for a gas turbine system The invention relates to a combustor for a gas turbine plant according to the preamble of claim 1 and an ent ⁇ speaking formed gas turbine plant according to claim. 6
  • Gas turbine plants essentially consist of a compressor, a combustion chamber with burner and an expansion turbine. Intake air is compressed in the compressor before it is mixed with fuel in the combustion chamber, which is arranged downstream of the burner and arranged in the compressor plenum, and this mixture is burned.
  • the expansion turbine connected downstream of the combustion chamber then extracts thermal energy from the combustion exhaust gases produced in the burner and converts them into mechanical energy.
  • a with for drinks ⁇ cycle turbine couplable generator may convert this mechanical power to generate electricity in electrical energy.
  • thermoacoustically induced vibrations deploy.
  • thermoacoustic oscillations in the combustion chamber pose a problem in the design and especially in the operation of gas turbine plants.
  • Helmholtz resonators consisting of at least one resonator tube and one resonator volume are used today for damping purposes.
  • Helmholtz resonators attenuate the amplitude of oscillations with the Helmholtz frequency as a function of the cross-sectional area and length of the resonator tube and of the resonator volume in certain frequency ranges.
  • Helmholtz resonators as damping devices for limiting thermoacoustic oscillations in combustion chambers are known, for example, from EP 1 605 209 A1 or US Pat
  • FIG 1 shows, for example, from US 2007/0125089 AI ⁇ be known array of Helmholtz resonators 20 on a ring of the combustion chamber 10 transverse to the flow direction.
  • the combustion chamber wall 10 is tubular and separates the combustion chamber 1 from the surrounding compressor plenum 2.
  • the openings 22 in the combustion chamber wall 10 between the resonator volume 21 and the combustion chamber 1 form the resonator tubes of the Helmholtz resonators.
  • Each Helmholtz resonator can - as shown in FIG 1 - have a plurality of resonator tubes or even a single Resonatorröhe.
  • comes with it at any entry of the hot combustion gases from the combustion chamber 1 into the Helmholtz resonators 20, additional openings for the supply of barrier air are provided.
  • these are arranged to ⁇ -openings 23 on the resonator tubes 22 opposite wall of the resonator 21st
  • These openings 23 make it possible for compressed air S to flow from the compressor plenum 2 surrounding the combustion chamber into the resonator volume 21 and from there via the resonator tubes 22 into the combustion chamber 1, thereby blocking the penetration of hot combustion gases into the resonator tubes 22.
  • the object of the invention is to provide a combustion chamber admirherstel ⁇ len, which overcomes the disadvantages described above. This object is achieved with the combustion chamber having the features of claim 1.
  • the resonator tubes become increasingly longer, which results in ever better convection cooling of the combustion chamber wall.
  • gas turbine plants can thus have the lowest possible pollutant emissions at maximum efficiency in all load ranges.
  • the invention is not restricted to the fact that the inclination of the resonator tubes takes place exclusively in the flow direction of the combustion exhaust gases. Rather, without further limitation of the present invention, embodiments are conceivable in which the resonator tubes have an inclination relative to the surface normal of the combustion chamber inner wall, which inclination is composed both of an inclination component in the flow direction and an inclination component transverse thereto. So The resonator tubes can be optimally adapted to the local conditions of the internal combustion chamber flow.
  • the inventive concept for injecting sealing air S into the combustion chamber of the combustion chamber 1 of a gas turbine plant will be described below by way of example with reference to a torch based on a tubular combustion chamber in which the damping device 20 is essentially adapted on the outside of the combustion chamber wall 10.
  • the invention is equally suitable for use in burners in which the damping device 20 is fully integrated in the burner chamber wall 10, or in any other embodiment in which a supply of sealing air S via the damping device 20.
  • FIG. 2 shows a partial section of a combustion chamber 1 along the flow direction of the combustion gases G, with egg ⁇ ner purge air, in which, in contrast to the prior art, the sealing air S at an angle greater than zero degrees (here about 45 degrees) relative to the surface normal N the
  • the damping properties of the Helmholtz resonators can differ from those of the Helmholtz resonators with vertical injection known from the prior art by the oblique arrangement of the resonator tubes with otherwise the same resonator volume and kept constant number of resonator tubes, is usually an adaptation of the Dämpfungseigen- create the resonator parameters required. This can e.g. by changing the number of resonator tubes 22 'and / or the feed openings 23 and / or their diameter or by changing the resonator volume 21. In the event that an association with several Helmholtz
  • Resonators consisting of resonators with different Helmholtz frequencies and thus different damping characteristics is used, it is advisable to form subsets with Helmholtz resonators of different types. Shown in FIG. 3 is the case that Helmholtz resonators of different types are arranged at different axial positions of the combustion chamber. The variant shown here aims lichst a portion of the seal air S mög ⁇ upstream, that is to inject release towards the zone of heat (resonator type 1) and a portion of the seal air S downstream possible to inject (resonator type 2).
  • the Helmholtz resonators of the type 1 arranged on a first ring around the tubular combustion chamber have resonator tubes 22 '' whose axis A is inclined at an angle in the direction upstream of the surface normal N of the combustion chamber inner wall, and the Helmholtz resonators arranged in a second ring.
  • Resonators of type 2 have resonator tubes 22 'whose axes A are inclined at an angle in direction direction downstream of the surface normal N are inclined.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer (1) für eine Gasturbinenanlage, mit einer Brennkammerwandung (10), welche von Verbrennungsgasen (G) in Richtung einer nachgeschalteten Gasturbine durchströmt wird, wobei die Brennkammerwandung (10) eine Dämpfungseinrichtung (20) zum Dämpfen von, durch die Verbrennungsgase (G) bewirkten, thermoakustischen Schwingungen aufweist, und wobei die Dämpfungseinrichtung (20) zumindest einen Helmholtz-Resonator umfasst, der so ausgebildet ist, dass sein Resonatorvolumen (21) auf der einer Brennkammerinnenwand abgewandten Seite der Brennkammerwandung (10) zum Liegen kommt und zumindest eine mit dem Resonatorvolumen (21) zusammenwirkende Resonatorröhre (22, 22', 22' ' ) aufweist, die mit ihrer dem Resonatorvolumen (21) gegenüberliegenden Resonatorröhrenmündung (M) in der Brennkammerinnenwand in die Brennkammer (1) mündet, und wobei zumindest eine Zuführöffnung (23) vorgesehen ist, mit der Sperrluft (S) zum Sperren der Resonatorröhrenmündung (M) aus einem die Brennkammer umgebenden Verdichterplenum (2) eines vorschaltbaren Verdichters über das Resonatorvolumen (21) und die zumindest eine Resonatorröhre (22, 22', 22' ' ) in die Brennkammer (1) eingebracht wird. Die zumindest eine Resonatorröhre (22', 22'' ) ist dabei mit ihrer Resonatorröhrenachse (A) in der Brennkammerwandung (10) so angeordnet, dass am Ort der Resonatorröhrenmündung (M) die Resonatorröhrenachse (A) außerhalb einer Oberflächennormalen (N) der Brennkammerwandung (10) liegt.

Description

Beschreibung
Brennkammer für eine Gasturbinenanlage Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbinenanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine ent¬ sprechend ausgebildete Gasturbinenanlage gemäß Anspruch 6.
Gasturbinenanlagen bestehen im Wesentlichen aus einem Ver- dichter, einer Brennkammer mit Brenner und einer Entspannungsturbine. Im Verdichter wird angesaugte Luft verdichtet, bevor sie im nachgeschalteten und im Verdichterplenum angeordneten Brenner in der Brennkammer mit Brennstoff gemischt und dieses Gemisch verbrannt wird. Die der Brennkammer nach- geschaltete Entspannungsturbine entzieht dann den im Brenner entstandenen Verbrennungsabgasen thermische Energie und wandelt diese in mechanische Energie um. Ein mit der Entspan¬ nungsturbine koppelbarer Generator kann diese mechanische Energie zur Stromerzeugung in elektrische Energie umwandeln.
Heute müssen Gasturbinenanlagen, wie andere stromerzeugende Anlagen auch, in allen Lastbereichen möglichst geringe Schadstoffemissionen bei maximalem Wirkungsgrad aufweisen. Haupteinflussgrößen sind dabei, die in der Brennkammer des Bren- ners eingestellten Massenströme des Brennstoffs, der verdich¬ teten Luft sowie der zugeführten Kühlluft zur Kühlung der Brennerbauteile. Die Begrenzung von Schadstoffemissionen, insbesondere von NOx und unverbranntem Brennstoff meist in Form von CO, kann dabei aber zu einer Minimierung von Kühl- bzw. Leckageluftmenge in der Brennkammer und damit zu akus¬ tisch dämpfend wirkenden Parasitärströmungen führen. Darüber hinaus ist unter der Randbedingung der Begrenzung der Emissionen in der Regel mit einer Steigerung des Wirkungsgrades auch eine Steigerung der volumetrischen Wärmefreisetzungs- dichte in der Brennkammer verbunden. Beides zusammen, das heißt Reduzierung der akustischen Dämpfung und Steigerung der Wärmefreisetzungsdichte in der Brennkammer, führt zu einem erhöhten Risiko, dass thermoakustisch induzierte Schwingungen einsetzen. Derartige thermoakustische Schwingungen in der Brennkammer stellen aber ein Problem beim Entwurf und insbesondere im Betrieb von Gasturbinenanlagen dar. Zur Verringerung solcher thermoakustischen Schwingungen werden heute Helmholtz-Resonatoren, die aus zumindest einer Resonatorröhre und einem Resonatorvolumen bestehen, zur Dämpfung eingesetzt. Derartige Helmholtz-Resonatoren dämpfen in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche und Länge der Resona- torröhre und vom Resonatorvolumen in bestimmten Frequenzbereichen die Amplitude von Schwingungen mit der Helmholtzfre- quenz. Helmholtz-Resonatoren als Dämpfungseinrichtungen zur Begrenzung thermoakustischer Schwingungen in Brennkammern sind beispielsweise aus der EP 1 605 209 AI oder der US
2007/0125089 AI bekannt.
FIG 1 zeigt zum Beispiel die aus der US 2007/0125089 AI be¬ kannte Anordnung von Helmholtz-Resonatoren 20 auf einem Ring der Brennkammerwandung 10 quer zur Strömungsrichtung. Die Brennkammerwandung 10 ist dabei rohrförmig ausgebildet und trennt die Brennkammer 1 vom umgebenden Verdichterplenum 2. Die Durchbrüche 22 in der Brennkammerwandung 10 zwischen Resonatorvolumen 21 und Brennkammer 1 bilden die Resonatorröhren der Helmholtz-Resonatoren . Jeder Helmholtz-Resonator kann dabei - wie in FIG 1 dargestellt - mehrere Resonatorröhren oder aber auch nur eine einzige Resonatorröhe aufweisen. Da¬ mit es zu keinem Eintrag der heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer 1 in die Helmholtz-Resonatoren 20 kommt, sind zusätzliche Öffnungen zur Zuführung von Sperrluft vorgesehen. In dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Zu¬ führöffnungen 23 auf der den Resonatorröhren 22 gegenüberliegenden Wandung des Resonatorvolumens 21 angeordnet. Diese Öffnungen 23 ermöglichen, dass komprimierte Luft S aus dem die Brennkammer umgebenden Verdichterplenum 2 in das Resona- torvolumen 21 und von dort über die Resonatorröhren 22 in die Brennkammer 1 einströmen kann und so das Eindringen von heißen Verbrennungsgasen in die Resonatorröhren 22 sperrt. Helmholtz-Resonatoren mit SperrluftZuführungen über den Volumenkörper haben aber den Nachteil, dass die Sperrluft über die Resonatorröhren in die Brennkammer einströmt und damit das dort vorliegende Luft-Brennstoffgemisch beeinflusst. Ge- rade bei bekannten Ausbildungen, bei denen die Resonatorröhren in der Brennkammerwandung so angeordnet sind, dass am Ort an dem die Resonatorröhren in die Brennkammer münden, die Resonatorröhrenachse in der Oberflächennormalen der Brennkamme¬ rinnenwand zum Liegen kommt, wird Sperrluft mit einer maxima- len Eindringtiefe in den Verbrennungsraum der Brennkammer eingebracht. Dieser maximale Kreuzstrom relativ zur Brennkammerinnenströmung kann aber gerade im niedrigen Lastbereich der Gasturbinenanlage zu einer Teilverlöschung der Verbrennung und damit eine Erhöhung der CO-Schadstoffemission füh- ren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer bereitzustel¬ len, die die zuvor beschriebenen Nachteile überwindet. Diese Aufgabe wird mit der Brennkammer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass eine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aus¬ gebildete Brennkammer mit zumindest einem Helmholtz-Resonator zumindest eine Resonatorröhre aufweist, die so angeordnet ist, dass sie am Ort ihrer Resonatorröhrenmündung in die Brennkammer mit ihrer Resonatorröhrenachse außerhalb einer Oberflächennormalen der Brennkammerinnenwand liegt, wird die maximale Eindringtiefe der Sperrluft in den Verbrennungsraum der Brennkammer verringert, und dies umso mehr, je weiter die Resonatorröhrenachse relativ zur Oberflächennormalen geneigt ist. Dadurch wird die Verbrennung in der Brennkammer weniger stark beeinflusst, so dass eine Erhöhung der Schadstoffemis¬ sion, insbesondere der erhöhten CO-Emission bei Teillast der Gasturbinenanlage weitgehend vermieden werden kann.
Gleichzeitig wird mit zunehmendem Neigungswinkel durch die eingedüste Sperrluft an der Brennkammerinnenwand, zunehmend ein Bereich mit einer Filmkühlung ausgebildet. Da die aus dem Verdichterplenum über den Helmholtz-Resonator einströmende Luft kälter ist als die Verbrennungsgase in der Brennkammer kann somit eine verbesserte Kühlleistung der Brennkammerwan- dung erreicht werden. Bei größeren Neigungswinkeln, insbesondere bei Neigungswinkeln von ca. 45 Grad oder mehr, zwischen Oberflächennormalen der Innenseite der Brennkammerwandung und Resonatorröhrenachse in Richtung stromabwärts wird ein signi¬ fikanter Teil der über die Resonatorröhre einströmenden
Sperrluft von der Strömung im Inneren der Brennkammer mitgerissen und strömt stromabwärts über einen größeren Bereich kühlend wandnah entlang der Brennkammerinnenwand, bevor die Sperrluft mehr und mehr mit den Verbrennungsgasen vermischt wird und damit die gleiche Temperatur wie die Verbrennungsga- se annimmt. Mit zunehmendem Neigungswinkel werden zudem die Resonatorröhren zunehmend länger, wodurch eine immer bessere Konvektionskühlung der Brennkammerwandung erreicht wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele sind den Unteransprü- chen zu entnehmen. Wesentlich bei allen Brennkammerausführungen ist, in der Brennkammer eine Vermischungszone der kühle¬ ren Sperrluft mit den heißen Massenströmen so zu gestalten, dass insbesondere im niedrigen Lastbereich eine partielle Verlöschung der Verbrennung durch die kühlere Sperrluft un- terdrückt wird, ohne jedoch die Dämpfungseigenschaften der
Helmholtz-Resonatoren zu beeinflussen. Mit solchen Brennkammern ausgestattete Gasturbinenanlagen können somit in allen Lastbereichen möglichst geringe Schadstoffemissionen bei maximalem Wirkungsgrad aufweisen.
Die Erfindung ist dabei nicht darauf beschränkt, dass die Neigung der Resonatorröhren ausschließlich in Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase erfolgt. Vielmehr sind auch ohne weitere Einschränkung der vorliegenden Erfindung Ausführungen denkbar, bei denen die Resonatorröhren relativ zur Oberflächennormalen der Brennkammerinnenwand eine Neigung aufweisen, die sich sowohl aus einem Neigungsanteil in Strömungsrichtung als auch einem Neigungsanteil quer dazu zusammensetzt. So können die Resonatorröhren optimal an die lokalen Gegebenheiten der Brennkammerinnenströmung angepasst werden.
Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren bei- spielhaft erläutert werden. Es zeigen: schematisch eine aus dem Stand der Technik bekannte Dämpfungseinrichtung,
schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung,
schematisch eine zweite erfindungsgemäße Ausführung einer Dämpfungseinrichtung.
Das erfindungsgemäße Konzept zur Eindüsung von Sperrluft S in den Brennraum der Brennkammer 1 einer Gasturbinenanlage wird im Nachfolgenden beispielhaft anhand eines rohrbrennkammerba- sierten Brenners beschrieben, bei dem die Dämpfungseinrichtung 20 im Wesentlichen auf der Außenseite der Brennkammerwandung 10 adaptiert ist. Die Erfindung ist aber genauso auch für den Einsatz in Brennern geeignet, bei denen die Dämpfungseinrichtung 20 vollständig in der Brennerkammerwandung 10 integriert ist, oder auch in jeder anderen Ausführung, bei der eine Zufuhr von Sperrluft S über die Dämpfungseinrichtung 20 erfolgt.
In FIG 2 dargestellt ist ein Teilausschnitt einer Brennkammer 1 längs der Strömungsrichtung der Verbrennungsgase G, mit ei¬ ner Sperrluftführung, bei der im Gegensatz zum Stand der Technik die Sperrluft S in einem Winkel größer Null Grad (hier ca. 45 Grad) relativ zur Oberflächennormalen N der
Brennkammerinnenwand der Brennkammer 10 in den Brennraum 1 geführt wird. Dadurch lässt sich die Eindringtiefe der Sperr¬ luft S in die Brennkammer 1 signifikant reduzieren und zudem wird die Mischungszone der Sperrluft S mit den Verbrennungs- gasen G axial entzerrt. Infolgedessen wird der Bereich der Brennkammerinnenströmung, der mit kühlerer Sperrluft durchmischt wird verkleinert, was insgesamt zu einer deutlichen Reduktion der Schadstoffemission führt. Gleichzeitig wird durch die oberflächennahe Strömungsführung auf der Brennkammerinnenwand ein Bereich B ausgebildet, in dem noch keine signifikante Mischung zwischen kühlerer Sperrluft S und den Verbrennungsgasen G stattgefunden hat, so dass zudem die Filmkühleigenschaften der eingedüsten Sperrluft S verbessert werden können, wodurch sich die thermische Belastung der Brennkammerwandungen reduziert lässt.
Da die Dämpfungseigenschaften der Helmholtz-Resonatoren durch die schräge Anordnung der Resonatorröhren bei sonst gleichem Resonatorvolumen und konstant gehaltenen Anzahl an Resonatorröhren von denen der aus den Stand der Technik bekannten Helmholtz-Resonatoren mit senkrechter Eindüsung abweichen kann, ist in aller Regel eine Anpassung der Dämpfungseigen- schaffen der Resonatorparameter erforderlich. Dies kann z.B. durch eine Veränderung der Anzahl der Resonatorröhren 22' und/oder der Zuführöffnungen 23 und/oder deren Durchmesser oder durch eine Änderung des Resonatorvolumens 21 erfolgen. Für den Fall, dass ein Verbund mit mehreren Helmholtz-
Resonatoren, bestehend aus Resonatoren mit unterschiedlichen Helmholtzfrequenzen und damit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften zum Einsatz kommt, empfiehlt es sich Teilmengen mit Helmholtz-Resonatoren unterschiedlichen Typs zu bilden. In FIG 3 dargestellt ist der Fall, dass an unterschiedlichen axialen Positionen der Brennkammer Helmholtz-Resonatoren unterschiedlichen Typs angeordnet sind. Die hier dargestellte Variante zielt darauf ab, einen Teil der Sperrluft S mög¬ lichst stromauf, das heißt in Richtung der Zone der Wärme- freisetzung einzudüsen (Resonator Typ 1) und einen Teil der Sperrluft S möglichst stromabwärts einzudüsen (Resonator Typ 2) . Dazu weisen die auf einem ersten Ring um die rohrförmige Brennkammer angeordneten Helmholtz-Resonatoren des Typ 1 Resonatorröhren 22 ' ' auf, deren Achse A um einen Winkel in Richtung stromaufwärts zur Oberflächennormalen N der Brennkammerinnenwand geneigt sind, und die in einem zweiten Ring angeordneten Helmholtz-Resonatoren des Typ 2 weisen Resonatorröhren 22' auf, deren Achsen A um einen Winkel in Rieh- tung stromabwärts zur Oberflächennormalen N geneigt sind. Da durch lässt sich zum Einen durch den Ring mit Typ 2 Resonato ren eine möglichst wandnahe Strömung zur verstärkten Filmküh lung B erzielen und gleichzeitig mit dem Ring mit Typ 1 Reso natoren eine weitere überlagernde Filmkühlung B' erreichen, was insgesamt zu einer Reduzierung an Sperrluft führen kann. Die Erfindung ist dabei aber nicht nur auf die in FIG 2 dar¬ gestellte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr sollen auch Ausführungen umfasst sein, die beispielsweise nur aus Typ 1 oder Typ 2 Resonatoren, oder auch aus Resonatorentypen mit unterschiedlichem Neigungswinkeln bestehen. Genauso ist es denkbar, dass ein Ring schon über den Umfang der Brennkammer wand verschiedene Resonatorentypen aufweist um so eine opti¬ male Anpassung an die lokalen Gegebenheiten der Brennkammerinnenströmung zu erreichen.

Claims

Patentansprüche
1. Brennkammer (1) für eine Gasturbinenanlage, mit einer Brennkammerwandung (10), welche von Verbrennungsgasen (G) in Richtung einer nachgeschalteten Gasturbine durchströmt wird, wobei die Brennkammerwandung (10) eine Dämpfungseinrichtung
(20) zum Dämpfen von, durch die Verbrennungsgase (G) bewirk¬ ten, thermoakustischen Schwingungen aufweist, und wobei die Dämpfungseinrichtung (20) zumindest einen Helmholtz-Resonator umfasst, der so ausgebildet ist, dass sein Resonatorvolumen
(21) auf der einer Brennkammerinnenwand abgewandten Seite der Brennkammerwandung (10) zum Liegen kommt und zumindest eine mit dem Resonatorvolumen (21) zusammenwirkende Resonatorröhre (22 , 22 ' , 22 ' ' ) aufweist, die mit ihrer dem Resonatorvolumen (21) gegenüberliegenden Resonatorröhrenmündung (M) in der
Brennkammerinnenwand in die Brennkammer (1) mündet, und wobei zumindest eine Zuführöffnung (23) vorgesehen ist, mit der Sperrluft (S) zum Sperren der Resonatorröhrenmündung (M) aus einem die Brennkammer umgebenden Verdichterplenum (2) eines vorschaltbaren Verdichters über das Resonatorvolumen (21) und die zumindest eine Resonatorröhre (22, 22' , 22' ' ) in die Brenn¬ kammer (1) eingebracht wird,
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 zumindest eine Resonatorröhre (22', 22'') mit ihrer Reso- natorröhrenachse (A) in der Brennkammerwandung (10) so ange¬ ordnet ist, dass am Ort der Resonatorröhrenmündung (M) die Resonatorröhrenachse (A) außerhalb einer Oberflächennormalen (N) der Brennkammerinnenwand liegt.
2. Brennerkammer 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
die Resonatorröhrenachse (A) der Resonatorröhre (22) weg von der Oberflächennormalen (N) in Richtung stromaufwärts oder stromabwärts der die Brennkammer (1) durchströmenden Verbren- nungsgase geneigt ist.
3. Brennkammer nach Anspruch 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 Resonatorröhrenachsen von stromaufwärts liegenden Resonatorröhren des Helmholtz-Resonators in Richtung stromaufwärts ge¬ neigt sind und Resonatorröhrenachsen von dazu stromabwärts liegenden Resonatorröhren diese Helmholtz-Resonators in Rich- tung stromabwärts geneigt sind.
4. Brennkammer nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, 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 Dämpfungseinrichtung eine Vielzahl von Helmholtz- Resonatoren (20) umfasst, die über den Umfang der Brennkammerwandung (10), auf zumindest einem Ring quer zu den durchströmenden Verbrennungsgasen (G) verteilt, angeordnet sind.
5. Brennkammer nach Anspruch 4,
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
stromaufwärts geneigte Resonatorenröhren den Helmholtz- Resonatoren eines ersten Rings zugeordnet sind und stromab¬ wärts geneigte Resonatorröhren den Helmholtz-Resonatoren eines zweiten stromabwärts liegenden Rings zugeordnet sind.
6. Gasturbinenanlage mit einem Verdichter zum Verdichten von angesaugter Luft, eine dem Verdichter nachgeschaltete Brennkammer mit Brenner zum Beimischen von Brennstoff und zum Verbrennen des Brennstoff-Luft-Gemischs und einer dem Brenner nachgeschalteten Entspannungsturbine, die die Verbrennungsab¬ gase des verbrannten Brennstoff-Luft-Gemischs in mechanische Energie umsetzt, wobei der Brenner zur Vermeidung thermoakus- tischer Schwingungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
PCT/EP2012/065856 2011-09-01 2012-08-14 Brennkammer für eine gasturbinenanlage WO2013029984A2 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12748204.0A EP2732215A2 (de) 2011-09-01 2012-08-14 Brennkammer für eine gasturbinenanlage
US14/240,549 US20140345282A1 (en) 2011-09-01 2012-08-14 Combustion chamber for a gas turbine plant
CN201280042586.7A CN103765107B (zh) 2011-09-01 2012-08-14 用于燃气轮机设备的燃烧室

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011081963.0 2011-09-01
DE102011081963 2011-09-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013029984A2 true WO2013029984A2 (de) 2013-03-07
WO2013029984A3 WO2013029984A3 (de) 2013-12-27

Family

ID=46690502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2012/065856 WO2013029984A2 (de) 2011-09-01 2012-08-14 Brennkammer für eine gasturbinenanlage

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20140345282A1 (de)
EP (1) EP2732215A2 (de)
CN (1) CN103765107B (de)
WO (1) WO2013029984A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2865947A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-29 Alstom Technology Ltd Dämpfer für Gasturbine
WO2016032434A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Siemens Energy, Inc. Film cooling hole arrangement for acoustic resonators in gas turbine engines

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9410484B2 (en) * 2013-07-19 2016-08-09 Siemens Aktiengesellschaft Cooling chamber for upstream weld of damping resonator on turbine component
JP6623485B2 (ja) * 2014-09-25 2019-12-25 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃焼器、及びこれを備えるガスタービン
EP3048370A1 (de) * 2015-01-23 2016-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Brennkammer für einen Gasturbinenmotor
JP6815735B2 (ja) * 2016-03-03 2021-01-20 三菱パワー株式会社 音響装置、ガスタービン
JP6797728B2 (ja) * 2017-03-24 2020-12-09 三菱パワー株式会社 ガスタービン燃焼器の共鳴吸音装置並びにこれを備えたガスタービン燃焼器及びガスタービン
CN115682033A (zh) * 2021-07-28 2023-02-03 北京航空航天大学 防振燃烧室以及燃烧室防振方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1605209A1 (de) 2004-06-07 2005-12-14 Siemens Aktiengesellschaft Brennkammer mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen
US20070125089A1 (en) 2000-09-21 2007-06-07 Siemens Power Generation, Inc. Method of suppressing combustion instabilities using a resonator adopting counter-bored holes

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0576717A1 (de) * 1992-07-03 1994-01-05 Abb Research Ltd. Gasturbinen-Brennkammer
US6145319A (en) * 1998-07-16 2000-11-14 General Electric Company Transitional multihole combustion liner
JP3962554B2 (ja) * 2001-04-19 2007-08-22 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃焼器及びガスタービン
US7104065B2 (en) * 2001-09-07 2006-09-12 Alstom Technology Ltd. Damping arrangement for reducing combustion-chamber pulsation in a gas turbine system
US7219498B2 (en) * 2004-09-10 2007-05-22 Honeywell International, Inc. Waffled impingement effusion method
US7413053B2 (en) * 2006-01-25 2008-08-19 Siemens Power Generation, Inc. Acoustic resonator with impingement cooling tubes
US7628020B2 (en) * 2006-05-26 2009-12-08 Pratt & Whitney Canada Cororation Combustor with improved swirl
US8413443B2 (en) * 2009-12-15 2013-04-09 Siemens Energy, Inc. Flow control through a resonator system of gas turbine combustor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070125089A1 (en) 2000-09-21 2007-06-07 Siemens Power Generation, Inc. Method of suppressing combustion instabilities using a resonator adopting counter-bored holes
EP1605209A1 (de) 2004-06-07 2005-12-14 Siemens Aktiengesellschaft Brennkammer mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2865947A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-29 Alstom Technology Ltd Dämpfer für Gasturbine
US10036327B2 (en) 2013-10-28 2018-07-31 Ansaldo Energia Switzerland AG Damper with bent neck for gas turbine
WO2016032434A1 (en) * 2014-08-26 2016-03-03 Siemens Energy, Inc. Film cooling hole arrangement for acoustic resonators in gas turbine engines
JP2017525927A (ja) * 2014-08-26 2017-09-07 シーメンス エナジー インコーポレイテッド ガスタービンエンジン内の音響共鳴器用のフィルム冷却孔配列
US10359194B2 (en) 2014-08-26 2019-07-23 Siemens Energy, Inc. Film cooling hole arrangement for acoustic resonators in gas turbine engines

Also Published As

Publication number Publication date
EP2732215A2 (de) 2014-05-21
WO2013029984A3 (de) 2013-12-27
US20140345282A1 (en) 2014-11-27
CN103765107A (zh) 2014-04-30
CN103765107B (zh) 2016-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013029984A2 (de) Brennkammer für eine gasturbinenanlage
EP2732214A1 (de) Brennkammer für eine gasturbinenanlage
DE102005038395B4 (de) Brennkammerkühlung mit geneigten segmentierten Flächen
DE602005001682T2 (de) Helmholtzresonator für eine Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks
DE69006861T2 (de) Brenner und Brennstoffinjektor-Anordnung.
EP1801504B1 (de) Magervormischbrenner mit einer Zerstäuberlippe
EP1738112B1 (de) Raketentriebwerk mit dämpfung von schwingungen der brennkammer durch resonatoren
DE102014117621A1 (de) Brennstoffinjektor mit Vormisch-Pilotdüse
DE102008037480A1 (de) Mager vorgemischte Dual-Fuel-Ringrohrbrennkammer mit Radial-Mehrring-Stufendüse
DE102007042059A1 (de) Einspritzanordnung für eine Brennkammer
DE112008001448T5 (de) Kraftstoffinjektor mit Helmholtz-Resonatoren für einen Turbinenmotor
WO2014191495A1 (de) Gasturbinen-ringbrennkammer mit tangentialeindüsung als späte mager-einspritzung
WO2009109454A1 (de) Verfahren und brenneranordnung zum erzeugen von heissgas sowie anwendung des verfahrens
DE102008016931A1 (de) System zur Reduktion der Brennkammerdynamik
EP0687860A2 (de) Brennkammer mit Selbstzündung
EP2808611B1 (de) Injektor zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in eine Brennkammer
CH702556A2 (de) Düse und Verfahren zur Brennstoffzufuhr durch eine mit gegenläufigem Drall arbeitende Düse.
EP1605209B1 (de) Brennkammer mit einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen
DE102011052159A1 (de) Kraftstoffdüse und Kraftstoffdüsenanordnung und damit ausgestatte Gasturbine
EP1934523B1 (de) Brennkammer und gasturbinenanlage
EP2187125A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Dämpfung von Verbrennungsschwingungen
DE102013112162A1 (de) Mikromischerdüse
DE102019219697B4 (de) Gasturbinenbrennkammer und gasturbine
EP2295858A1 (de) Stabilisierung der Flamme eines Brenners
WO2006015968A1 (de) Brenner, gasturbine und betrieb eines brenners

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201280042586.7

Country of ref document: CN

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2012748204

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012748204

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12748204

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14240549

Country of ref document: US