WO2016038016A1 - Brenner für eine gasturbine und gasturbine - Google Patents

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WO2016038016A1
WO2016038016A1 PCT/EP2015/070463 EP2015070463W WO2016038016A1 WO 2016038016 A1 WO2016038016 A1 WO 2016038016A1 EP 2015070463 W EP2015070463 W EP 2015070463W WO 2016038016 A1 WO2016038016 A1 WO 2016038016A1
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fuel
interaction chamber
region
chamber
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PCT/EP2015/070463
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Kirsten OGROWSKY
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03281—Intermittent fuel injection or supply with plunger pump or other means therefor

Definitions

  • Burner for a gas turbine and gas turbine The invention relates to a burner for a gas turbine with at least one burner lance and / or Brennernabe and at least one burner lance and / or Brennernabe ⁇ at least partially encloses the burner passage.
  • the burner also includes a fuel supply assembly having at least one fuel nozzle and at least one fuel channel.
  • the burner serves to introduce fuel into one
  • the fuel can be introduced to generate a diffusion flame directly in the output region of the burner in the combustion chamber.
  • the fuel is introduced into the combustion chamber adjacent to a stream of air flowing out of a burner passage of the burner or is injected into the air stream.
  • the burner may introduce premixed fuel into the combustion chamber by injecting the fuel into a burner passage formed as a premix passage (by means of fuel nozzles opening into the premix passage) and mixing in the premix passage with an airflow passing through the premix passage.
  • the fuel / air mixture emerging from the premix passage is burned in the combustion chamber after it has left the burner and allows a combustion that is particularly low in emissions.
  • Derar ⁇ term premix flames tend to Verbrennungsinsta ⁇ bilticianen, which is why such burners for stabilization, for example, pilot burner or other fuel passages um ⁇ grasp.
  • the burner comprises a fuel supply system.
  • the fuel supply system includes a fuel supply assembly having at least one fuel passage via which the fuel nozzles of the burner are supplied with fuel. It can be with the fuel nozzle For example, be a pressure-swirl nozzle. However, it may also be, for example, a burner passage exit.
  • the generic burner comprises at least one burner lance and / or one burner hub.
  • the burner lance may for example be a central lance ei ⁇ nes pilot burner or cone burner with nozzles for a diffusion operation.
  • the burner lance can also be arranged centrally in egg ⁇ ner Vormischpassage or project into this stream of ⁇ on.
  • the burner lance may serve the flow guidance or additionally comprise fuel nozzles, which
  • the nozzles of the burner lance can be supplied with fuel via at least one fuel channel of the fuel supply arrangement extending in the burner lance.
  • At the burner lance may be arranged around the lance around Brennstoffinj ector - for example, in the form of a swirl blades comprehensive swirl generator - be arranged, which also includes in the premix passage Mün ⁇ dende fuel nozzles.
  • the fuel supply assembly may extend along the burner lance to the nozzles of the fuel injector.
  • the burner hub designates a component which delimits a burner passage radially inward and in which runs at least one fuel passage of the fuel supply arrangement, which supplies fuel to the hub arranged fuel nozzles with fuel and / or feed channels, up to arranged in the Bren ⁇ nerpassage fuel nozzles extend.
  • the Brennernabe may be disposed between the burner passage and a radially inwardly disposed fuel supply unit, so that the Brennernabe at least partially surrounds the radially further inwards ⁇ arranged feed unit.
  • pressure swirl nozzles are used for this purpose.
  • the invention has for its object to provide a burner of the type mentioned and a gas turbine with at least ei ⁇ nem such burner, with which a reduction of pollutant emissions is made possible and additionally ensures improved reliability.
  • the object is achieved with a burner of the type a ⁇ initially mentioned that the Brennstoffzu- driving arrangement at least one fluidic oscillator includes a interaction chamber, the interaction ⁇ chamber at least one inlet for entry of fuel and opposite an exit region with at least ei ⁇ NEM output channel has to exit fuel, wherein at least one feedback line opens with its one end in the region of the input into the interaction chamber and with its other end in the output region or in an output channel, the two ends of the remindplungslei ⁇ tion with respect to the interaction chamber with each a flexible membrane are sealed.
  • Different types of fluidic oscillators are known which differ in their construction. All these types have in common that they have an interaction chamber into which a pressurized fluid jet enters through an entrance.
  • the jet periodically abuts different sidewalls of the interaction chamber so as to speak of an interaction of the beam with the sidewalls of the chamber, thereby exciting oscillation of the beam so that the beam passes through the chamber in different ways flows therethrough and consequently leaves periodically through different outputs of the interaction chamber in the output region or leaves a central outlet of the interaction chamber in different directions.
  • the beam thus defines at least at two opposite ⁇ opposite side wall portions periodically or peels off again, which is caused by deceleration of the flow.
  • the periodic application of the jet to the sidewalls / sidewall regions can additionally be stabilized by the pressure of the respective beam
  • the beam is fed back to the input area via comparatively thin feedback lines so that the beam receives a pulse pushing away from the sidewall / sidewall area to which it is currently resting.
  • the feedback is not mandatory for the oscillation of the beam.
  • At least one fluidic oscillator in a To integrate fuel supply arrangement of a burner for a gas turbine, wherein at least one fuel nozzle is connected downstream of the at least one output channel of the fluidic oscillator, so that in operation, the at least one fuel nozzle due to the periodically fueled output channel expels a pulsed fuel jet.
  • Downstream is connected to the respective at least one fuel nozzle
  • the frequency can be determined by the geometry of the fluidic oscillator, in particular by the size of the chamber, inserted ⁇ represents.
  • the fuel nozzle connected to the output port may be formed by the output port itself. Example ⁇ way by the output channel is designed as a full jet nozzle.
  • the fluidic oscillator according to the invention is particularly suitable for admission with fuel.
  • the two ends of the at least one feedback line are sealed with respect to the interaction chamber, each with a flexible membrane.
  • the feedback line serves to stabilize the oscillation and works by feeding back a pressure in the output area to the input area.
  • these feedback lines to the interaction chamber are open, so that a part of the fluid flowing through the chamber fills the return ⁇ coupling line and is moved back and forth in this.
  • the flexible membranes serve to transfer the pressure without the fuel being able to penetrate into the feedback line.
  • the forwarding of the pressure takes over the trapped between the membranes in the feedback line air or a specially filled fluid or gel. As a result, no region is formed in the feedback lines, in which fuel remains for a long time and, in the case of oil, coked as fuel, which would clog up the feedback lines. This increases the operational safety of the burner designed according to the invention.
  • the flexible membrane is made of a material resistant to the fuel.
  • the membrane may be fixed in the end region of the feedback line in this. But they could be attached to the inside of the interaction chamber also, for example in the area of confluence of the feedback line and thereby cover the mouth of the feedback ⁇ line.
  • the membrane could be analogously mounted on the inside of the output channel and thereby cover the A ⁇ mouth of the feedback line.
  • the membrane consists of egg ⁇ nem-temperature-resistant stainless steel or a nickel- consists sismaterial.
  • This material is flexible, holds the temperatures in the Be ⁇ rich, the fuel lines of gas turbine combustors stand and is corrosion resistant to fuel.
  • the feedback line is filled with a fluid or gel for the transmission of a pressure.
  • the fluid may be an inert gas which may be in contact with fuel upon failure of the membrane behaves unproblematically.
  • the gel can be ⁇ example, be airgel, which is particularly heat resistant. It can also be regarded as advantageous that the Minim ⁇ an output channel of the interaction chamber is formed as maximum of the fuel nozzle in the form of a full jet.
  • This embodiment has a simple construction and reduces the manufacturing costs.
  • the interaction chamber for exciting the oscillation comprises at least two oppositely arranged side wall regions which diverge diffusely from each other at least in the input region of the interaction chamber in the direction of the exit region.
  • the embodiment of the invention relates to a fluidic oscillator which, due to the wall regions diverging at least in the input region in the direction of the output, ignites an incoming beam for oscillating.
  • the term is referred to in the context of this application also with side wall.
  • the pressurized jet settles at the
  • the opening angle of the walls is suitably chosen here. It can be chosen, for example, greater than 7.5 degrees. Suitable opening angles are known from the prior art.
  • the chamber may be conical, for example, with the outputs in the base area.
  • the side-walls / side wall portions may extend from the entrance area to the opposite output portion, the chamber may have a circular cross section, for example in a curv ⁇ NEN course.
  • the only important thing is that the Beam is excited due to the diverging towards the exit side walls in the entrance area to an oscillation, in which he leaves the chamber periodically alternately through different outputs.
  • An advantageous embodiment of the invention may provide that the two side wall portions diverge such that at least an angle of 7.5 degrees is formed between an inflow direction and the side wall portion.
  • the interaction chamber is substantially rotationally symmetrical and the axis of rotation extends through the entrance and the opposite exit area, with the interaction chamber expanding in a diffuser-like manner at least in the entrance area towards the exit.
  • the input is arranged on one side of the chamber and the output region on the opposite side of the interaction chamber.
  • Another object of the invention is to provide a combustion chamber with at least one burner and a gas turbine with at least one such combustion chamber, with which in the
  • the combustion chamber comprises at least one burner, which is designed according to one of claims 1 to 8, and the gas turbine ⁇ turbine at least one combustion chamber according to claim 14.
  • the combustion chamber may be, for example, an annular combustion chamber, at whose head end one or more circumferential rows of burners are arranged. At least one of the burners may be designed according to one of claims 1 to 8.
  • the combustion chamber may, for example, also be a crude oxygen silo combustion chamber.
  • the combustion chamber may comprise at its head end a burner assembly with circularly arranged main burners. One or more circuits may be arranged on main burners. It can be centrally located in the middle of a pilot burner. Each or only one or one of the burners may be designed according to one of claims 1 to 8.
  • the gas turbine may be a turbomachine having a plurality of combustion chambers, for example ring combustion chambers, the combustion chambers being arranged consecutively in the flow direction.
  • the gas turbine may also include a circular arrangement of combustion chambers - for example, tube combustion chambers - whose outputs are arranged in the form of a ring segment at a common annular turbine inlet.
  • the invention also relates to a fluidic oscillator having an interaction chamber, the interaction chamber passage having at least an input for entry of a fluid and against ⁇ opposite an exit region with at least an off ⁇ for exit of the fluid, wherein the stabilizer ⁇ capitalization a stimulable through the interaction chamber oscillation of the fluid jet at least one feedback line opens with its one end in the region of the input into the interaction chamber and with its other end in the output region or in an output channel.
  • Another object of the invention is to provide a fluidic oscillator of the above type, which is particularly suitable for operation with fuel.
  • the ends of the feedback line are sealed with respect to the interaction chamber, each with a flexible membrane.
  • these feedback lines are open to the interaction chamber so that a portion of the fluid flowing through the chamber fills and is reciprocated in the feedback line.
  • the flexible membranes serve to transfer the pressure without the fuel being able to penetrate into the feedback line. According to the invention, the forwarding of the pressure takes over the trapped between the membranes in the feedback line air or a specially filled fluid or gel.
  • the fluidic oscillator according to the invention is suitable for integration into a fuel supply arrangement, wherein it increases the operational reliability of the burner.
  • the flexible membrane is made of a fuel-resistant material.
  • the membrane may be fixed in the end region of the feedback line in this. But they could be attached to the inside of the interaction chamber also, for example in the area of confluence of the feedback line and thereby cover the mouth of the feedback ⁇ line. If the feedback line opens into the output channel, the membrane could be attached analogously to the in ⁇ nenseite of the output channel and thereby cover the junction of the feedback line.
  • the membrane consists of a temperature-resistant stainless steel or a nickel base material. It may also be considered advantageous that the feedback line is filled with a fluid or gel to transmit a pressure.
  • An advantageous embodiment of the invention can provide that the interaction chamber to kindling of oscillation comprises at least two oppositely disposed sowandberei- che, the manner of a diffuser diverging at least in the entrance region of the changeover ⁇ reaction chamber in the direction of the output range of each other.
  • At least one output channel of the fluidic oscillator can be designed as a fuel nozzle in the form of a full-jet nozzle.
  • FIG. 2 schematically shows a first type of fluidic oscillator according to the prior art in a longitudinal ⁇ section
  • FIG. 5 schematically shows a burner of the combustion chamber shown in Figure 4 in a longitudinal section
  • 6 shows schematically a fluidic oscillator according to the invention according to a first embodiment in a longitudinal section
  • Figure 7 shows schematically a burner according to the invention according to a second 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 shaft 4 which is also referred to as a turbine runner.
  • the rotor 3 successively follow an intake housing 6, a compressor 8, a combustion system 9 with one or more
  • Combustion chambers 10 each comprising a burner assembly with burners 11, a fuel supply system for the burner (not shown) and a combustion chamber housing 12, a turbine 14 and an exhaust housing 15.
  • the combustion chamber 10 may be, for example, an annular combustion chamber.
  • the invention may also relate to gas turbines, which is designed as a turbomachine with a plurality of annular combustion chambers.
  • the invention may also relate to gas turbines with one or more tube or Silobrennhuntn.
  • the tube combustion chambers can be arranged, for example, annularly on the turbine inlet.
  • the combustion system 9 shown in FIG. 1 communicates with an annular hot gas duct, for example. There, several turbine stages connected in series form the
  • Turbine 14 Each turbine stage is formed of blade rings gebil ⁇ det. Viewed in the flow direction of a working medium follows in the hot runner formed by a number 17 vanes row formed from blades 18 row.
  • the guide vanes 17 are fastened to an inner housing of a stator 19, whereas the moving blades 18 of a row are attached to the rotor 3, for example by means of a turbine disk.
  • a generator (not shown) is coupled to the rotor 3.
  • the working gas stream flows past along the hot gas channel to the guide vanes 17 and the rotor blades 18th at the rotor blades 18, the working gas flow relaxed pulse-transmitting, so that the blades 18 of the rotor 3 antrei ⁇ ben and that the coupled to it generator (not shown).
  • FIG. 2 shows a fluidic oscillator of a first type according to the prior art in a longitudinal section.
  • the oscillator 24a includes an interaction chamber 26 having just one input 28 with an input region 30 and an oppositely-disposed output region 32 having a first output channel 34 and a second output channel 36.
  • a relatively thin feedback line 38 is arranged connecting the input region to the output region , wherein the feedback line opens in the dargestell ⁇ th example with one end in the output channel.
  • the sidewall regions 40 diverge in the direction of Cinbe ⁇ rich 32, so that the interaction chamber 26 has a triangular longitudinal section.
  • the oscillator 24a is not constructed rotationally symmetrical, but has normal to the plane of a constant longitudinal section.
  • FIG. 3 schematically shows a burner 90 according to the prior art in a longitudinal section.
  • the burner 90 includes a central burner axis 66 and at least from ⁇ cut, the burner axis 66 surrounding the burner passage 100.
  • the burner passage 100 is passage 92 formed as an annular chamber shaped premix and delimited radially outwardly by a wall 70 with a centrally disposed burner scar 94, the Burner passage 100 bounded radially inward.
  • a diagonal grid 96 is arranged, wel ⁇ ches of the air flowing in the Vormischpassage compressor air L "imposes a swirl.
  • the diagonal grid consists of a number around the hub circumferentially arranged Brennstoffinj ectodermal ren 98, which is arranged in the Vormischpassage base body of passing compressor air L "a. in the circumferential passage tung oriented speed component aufgar ⁇ gene in the Brennernabe 94 a Brennstoffzuchtan- does not proceed order 73 (the fuel nozzle 80, the fuel channel 82 (which may be formed circumferentially in the cone of the Brennernabe) and supply pipes shown), wherein the supply lines branch off from the fuel channel 82 and extend to the fuel nozzles 80 to supply the fuel nozzles.
  • FIG. 4 schematically shows a section of a prior art combustion chamber 10 with a burner assembly 48 at a head end of the combustion chamber.
  • the combustor includes a combustor wall having a combustion zone include ⁇ the flame tube 50 and a flame tube adjoining the transition piece 52, which extends to a turbine inlet of the gas turbine.
  • thermoacoustic oscillations resonators 54 are arranged on the combustion chamber wall at the level of the flame.
  • the burner assembly 48 includes a central pilot burner 56 having a central burner lance 58 and a burner passage 60 formed as a pilot burner premix passage. Of the Pilot burner 56 comprises a conically widening pilot cone 62 in the flow direction.
  • Main burner 64 is arranged around the central pilot burner in a circular manner.
  • the main burners 64 each have a burner axis 66, and a KOA xial to the burner axis burners arranged passage 68, which is bounded radially outwards by a wall 70 at the burner passage 68 ⁇ and operation of compressor air L "
  • a mixing of fuel and air L "is used wherein in the burner passage 68 a central burner lance 72 and a number Brennstoffinj ectors angeord ⁇ net, which extend from the burner lance in the direction of the wall 70 and fluidly with an at least teilwei ⁇
  • the fuel injectors are connected as fuel supply assemblies (not shown) extending in the burner lance 72 and having fuel nozzles
  • Swirl blades of a swirl generator 74 are formed, wherein fuel nozzles are arranged on the swirl blades.
  • FIG. 5 shows a main burner 64 of the burner arrangement of FIG. 4 schematically in longitudinal section.
  • the burner 64 has a central burner axis 66 and a coaxial with Bren ⁇ nerachse 66 arranged burner passage 68, wherein the torch ⁇ passage is bounded radially outwardly by a wall 70 and in the operation of compressor air L "is flowed through and a mixing of fuel and air is used.
  • a central burner lance 72 and a number of reflectors Brennstoffinj 79 is disposed.
  • the Brennstoffinj reflectors 79 each comprise a Vormischpassage arranged in the base body 71, which swirl vanes 76 as a
  • Swirl generator 74 is formed. Fuel injectors
  • the nozzles 80 are for supplying fuel
  • FIG. 6 schematically shows a fluidic oscillator 25 according to the invention in a longitudinal section according to a first exemplary embodiment.
  • the fluidic oscillator 25 comprises an interaction chamber 26 which is rotationally symmetrical about a rotation axis 31.
  • the input 28 to input portion 30 is disposed at one end of the chamber and opposite to the output region 32 with two From ⁇ -channels 34 and 36.
  • the sidewall portions 27 extend from the input to the output portion, diverge at least in the entrance area 30 towards the exit.
  • Each output channel is provided with a feedback line 38a, 38b which opens into the interaction chamber with its one end in the region of the input 28 and with its other end into the output region 32, wherein the two ends of the feedback line 38 each have one opposite the interaction chamber flexible membrane 37 are sealed.
  • An entering in the inflow direction 29 under pressure into the interaction chamber 26 fuel jet lies down preferably to the side walls 27 on, whereby an oscillation of the beam is fanned due to the diverging in a ⁇ transition area 30 side wall portions 27, so that the beam PE riodisch at different side wall portions applies and the two output channels 34 and 36 periodically acted upon with fuel ⁇ material.
  • the feedback lines are sealed at their ends to the flexible membranes 37, which transmit pressure to a respective fluid 35 or gel trapped in the feedback line, which may be, for example, air or an inert gas. If the output channel 34 applied in the course of the oscillation with fuel, the rich ⁇ arranged in toastbe membrane 37 presses the feedback channel 38a as shown in the line 38a into it, so that the diaphragm 37 at the other end of the feedback line 38a in the input area 30 is pushed out. The two are opposite ⁇ de feedback line 38b sealing membranes 37 are essentially non-loaded at this time with pressure.
  • the fluidic oscillator 25 is suitable to be traversed by fuel and fuel the fuel jet ⁇ to the oscillation, with a security risk by standing fuel in the feedback ⁇ lines is reliably avoided.
  • FIG. 7 schematically shows a burner 84 according to the invention in longitudinal section according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the fuel supply arrangement 73 has at least one fluidic oscillator 85 with an interaction chamber 26, an input 28 of the interaction chamber communicating with the fuel channel 82 of FIG.
  • Fuel supply assembly 73 is connected.
  • the interaction chamber 26 has, opposite the input region 30, an output region 32 with two output channels 34 and
  • a first output channel 34 extends up to ei ⁇ ner first group of fuel nozzles 80a in a first Brennstoffinj ector 79a.
  • a second output channel 36 extends to a second group of fuel nozzles 80b in an oppositely disposed Brennstoffinj ector 79b, wherein the fluidic oscillator for each output channel comprises 85 is a rear Kopp ⁇ lung line 38a, 38b, wherein the feedback line 38a, 38b each in its one end Outlet channel 34, 36 downstream of the fuel nozzles 80a, 80b encompassed by the output channel and opens at the other end in the input region 30 of the interaction chamber 26th
  • the feedback lines 38a, 38b couple the pressure prevailing at the end of the outlet channel back to the input region 30 of the interaction chamber.
  • the diaphragms 37 seal the feedback lines against the fuel, with a pressure on the diaphragms from one end to the other. Re end of the feedback line is transmitted via a trapped in the feedback line fluid or gel.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner für eine Gasturbine mit einer Brennerlanze (58, 72) und/oder Brennernabe (94), einer die Brennerlanze und/oder Brennernabe zumindest abschnittsweise umgebenden Brennerpassage (60, 68, 100), einer Brennstoffzufuhranordnung (73) mit mindestens einer Brennstoffdüse (80, 80a, 80b) und mindestens einem Brennstoffkanal (82). Der Brenner ermöglicht eine Reduzierung von Schadstoffemissionen und weist eine hohe Betriebssicherheit auf. Hierzu umfasst die Brennstoffzufuhranordnung einen fluidischen Oszillator (24a, 25, 85) mit einer Wechselwirkungskammer (26), wobei die Wechselwirkungskammer mindestens einen Eingang (28) und gegenüberliegend einen Ausgangsbereich (32) mit mindestens einem Ausgangskanal (34, 36), wobei mindestens eine Rückkopplungsleitung mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs in die Wechselwirkungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich oder in einen Ausgangskanal (34, 36), wobei die beiden Enden der Rückkopplungsleitung gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran (37) abgedichtet sind.

Description

Beschreibung
Brenner für eine Gasturbine und Gasturbine Die Erfindung betrifft einen Brenner für eine Gasturbine mit mindestens einer Brennerlanze und/oder Brennernabe und mindestens einer die Brennerlanze und/oder Brennernabe zumin¬ dest abschnittsweise umgebenden Brennerpassage. Der Brenner umfasst auch eine Brennstoffzufuhranordnung mit mindestens einer Brennstoffdüse und mindestens einem Brennstoffkanal .
Der Brenner dient der Einleitung von Brennstoff in eine
Brennkammer der Gasturbine. Der Brennstoff kann zur Erzeugung einer Diffusionsflamme direkt im Ausgangsbereich des Brenners in die Brennkammer eingeleitet werden. Beispielsweise indem der Brennstoff benachbart zu einem, aus einer Brennerpassage des Brenners strömenden Luftstrom in die Brennkammer eingeleitet wird oder in den Luftstrom eingedüst wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Brenner vorgemischten Brennstoff in die Brennkammer einleiten, indem der Brennstoff in eine als Vormischpassage ausgebildete Brennerpassage eingedüst wird (mittels sich in die Vormischpassage öffnenden Brennstoffdü- sen) und sich in der Vormischpassage mit einem die Vormischpassage durchströmenden Luftstrom mischt. Das aus der Vor- mischpassage austretende Brennstoff/Luft-Gemisch wird nach Austreten aus dem Brenner in der Brennkammer verbrannt und ermöglicht eine besonders Schadstoffarme Verbrennung. Derar¬ tige Vormischflammen neigen allerdings zu Verbrennungsinsta¬ bilitäten, weshalb derartige Brenner zur Stabilisierung bei- spielsweise Pilotbrenner oder weitere Brennstoffpassagen um¬ fassen .
Zur Versorgung des Brenners mit einem oder im Allgemeinen mehreren Brennstoffarten umfasst der Brenner ein Brennstoff- Versorgungssystem. Das BrennstoffVersorgungssystem umfasst eine Brennstoffzufuhranordnung mit mindestens einem Brennstoffkanal, über welches die Brennstoffdüsen des Brenners mit Brennstoff versorgt werden. Bei der Brenstoffdüse kann es sich beispielsweise um eine Druck-Drall-Düse handeln. Es kann sich aber auch beispielsweise um einen Brennerpassagenausgang handeln .
Der gattungsgemäße Brenner umfasst mindestens eine Brenner- lanze und/oder eine Brennernabe.
Die Brennerlanze kann beispielsweise eine zentrale Lanze ei¬ nes Pilotbrenners oder Kegelbrenners sein mit Düsen für einen Diffusionsbetrieb. Die Brennerlanze kann auch zentral in ei¬ ner Vormischpassage angeordnet sein bzw. in diese von strom¬ auf hineinragen. Die Brennerlanze kann der Strömungsführung dienen oder zusätzlich Brennstoffdüsen umfassen, welche
Brennstoff in die Vormischpassage eindüsen. Die Düsen der Brennerlanze können über mindestens einen in der Brennerlanze verlaufenden Brennstoffkanal der Brennstoffzufuhranordung mit Brennstoff versorgt werden. An der Brennerlanze kann ein um die Lanze herum angeordneter Brennstoffinj ektor - beispielsweise in Form eines Drallschaufeln umfassenden Drallerzeugers - angeordnete sein, der ebenfalls in die Vormischpassage mün¬ dende Brennstoffdüsen umfasst. In diesem Fall kann die Brennstoffzufuhranordnung sich entlang der Brennerlanze bis zu den Düsen des Brennstoffinj ektors erstrecken.
Die Brennernabe bezeichnet ein Bauteil, welches eine Brenner- passage nach radial innen begrenzt und in welchem mindestens ein Brennstoffkanal der Brennstoffzufuhranordnung verläuft, welche an der Nabe angeordnete Brennstoffdüsen mit Brennstoff versorgt und/oder Zufuhrkanäle, die sich bis zu in der Bren¬ nerpassage angeordnete Brennstoffdüsen erstrecken. Die Bren- nernabe kann zwischen der Brennerpassage und einer radial weiter innen angeordneten Brennstoffzufuhreinheit angeordnet sein, so dass die Brennernabe die radial weiter innen ange¬ ordnete Zufuhreinheit zumindest abschnittsweise umgibt. Um Schadstoffemissionen beim Betrieb des Brenners zu reduzieren, wird eine möglichst feine und homogene Vermischung des eingedüsten Brennstoffs mit der vorbeiströmenden Luft angestrebt. Beispielsweise werden hierzu im Stand der Technik Druck-Drall-Düsen verwendet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Brenner der eingangs genannten Art und eine Gasturbine mit mindestens ei¬ nem solchen Brenner anzugeben, mit welchem eine Reduzierung von Schadstoffemissionen ermöglicht wird und der zusätzlich eine verbesserte Betriebssicherheit gewährleistet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Brenner der ein¬ gangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Brennstoffzu- fuhranordnung mindestens einen fluidischen Oszillator umfasst mit einer Wechselwirkungskammer, wobei die Wechselwirkungs¬ kammer mindestens einen Eingang zum Eintritt von Brennstoff und gegenüberliegend einen Ausgangsbereich mit mindestens ei¬ nem Ausgangskanal zum Austritt von Brennstoff aufweist, wobei mindestens eine Rückkopplungsleitung mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs in die Wechselwirkungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich oder in einen Ausgangskanal, wobei die beiden Enden der Rückkopplungslei¬ tung gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran abgedichtet sind.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, in die
Brennstoffzufuhranordung mindestens einen fluidischen Oszillator zu integrieren. Mit anderen Worten ist mindestens eine Brennstoffdüse des Brenners fluidisch mit einem Ausgangskanal des fluidischen Oszillators verbunden, wobei der Eingang des fluidischen Oszillators fluidisch mit einem Brennstoffkanal der Brennstoffzufuhranordnung verbunden ist. Es wird somit eine Fluktuation der BrennstoffVersorgung der an den fluidischen Oszillator angeschlossenen Brennstoffdüse bewirkt, wo- durch zwischen, aus der Brennstoffdüse austretendem Brennstoff und der vorbeiströmenden Verbrennungsluft stärkere Tur¬ bulenzen auftreten. Dies begünstigt eine bessere Durchmischung. Dadurch werden Schadstoffemissionen reduziert. Fluidische Oszillatoren sind seit langem bekannt als fluid¬ ische Steuerelemente, die ohne teure Ventile auskommen. Bei¬ spielsweise werden diese zur Zufuhr von Luft in die Grenz- Schicht von Tragflächen eingesetzt zur Vermeidung einer Ablösung der Grenzschicht.
Es sind unterschiedliche Typen von fluidischen Oszillatoren bekannt, welche sich in ihrem Aufbau unterscheiden. All diesen Typen ist gemein, dass diese eine Wechselwirkungskammer aufweisen, in die ein unter Druck stehender Fluidstrahl durch einen Eingang eintritt. Der Strahl legt sich periodisch an unterschiedliche Seitenwände bzw. Seitenwandbereiche der Wechselwirkungskammer an, so dass man von einer Wechselwirkung des Strahls mit den Seitenwänden der Kammer sprechen kann, wobei eine Oszillation des Strahls angefacht wird, so dass der Strahl periodisch auf unterschiedlichen Wegen durch die Kammer hindurch strömt und im Ausgangsbereich folglich periodisch durch unterschiedliche Ausgänge der Wechselwirkungskammer diese verlässt bzw. in unterschiedlichen Richtungen einen zentralen Ausgang der Wechselwirkungskammer verlässt. Der Strahl legt sich somit mindestens an zwei gegen¬ überliegende Seitenwandbereiche periodisch an bzw. löst sich wieder ab, was durch Verzögerung der Strömung hervorgerufen wird .
Das periodische Anlegen des Strahls an den Seitenwän- den/Seitenwandbereichen kann zusätzlich dadurch stabilisiert werden, dass der Druck des jeweils mit dem Strahl
beaufschlagten Ausgangs mittels vergleichbar dünnen Rückkopplungsleitungen auf den Eingangsbereich zurückgekoppelt wird, so dass der Strahl einen von der Seitenwand/Seitenwandbereich wegdrückenden Impuls erhält, an der er gerade anliegt. Die Rückkopplung ist allerdings für das Oszillieren des Strahls nicht zwingend erforderlich.
Die Funktionsweise fluidischer Oszillatoren ist Stand der Technik, so dass die fluidischen Oszillatoren hier nur kurz erläutert sind.
Bei der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß vorge¬ schlagen, mindestens einen fluidischen Oszillator in eine Brennstoffzufuhranordnung eines Brenners für eine Gasturbine zu integrieren, wobei an den mindestens einen Ausgangskanal des fluidischen Oszillators mindestens eine Brennstoffdüse stromab angeschlossen ist, so dass im Betrieb die mindestens eine Brennstoffdüse aufgrund des periodisch mit Brennstoff beaufschlagten Ausgangskanals einen gepulsten Brennstoffstrahl ausdüst. Umfasst der fluidische Oszillator mehrere Ausgangskanäle (an die jeweils mindestens eine Brennstoffdüse stromab angeschlossen ist) , erfolgt die Ausdüsung des Brenn- Stoffs der mindestens zwei Brennstoffdüsen zeitversetzt zuei¬ nander. Die Frequenz kann durch die Geometrie des fluidischen Oszillators, insbesondere durch die Größe der Kammer, einge¬ stellt werden. Die an den Ausgangskanal angeschlossene Brennstoffdüse kann durch den Ausgangskanal selbst ausgebildet sein. Beispiels¬ weise indem der Ausgangskanal als Vollstrahldüse ausgebildet ist .
Der erfindungsgemäße fluidische Oszillator eignet sich beson- ders für eine Beaufschlagung mit Brennstoff. Hierzu sind die beiden Enden der mindestens einen Rückkopplungsleitung gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran abgedichtet . Die Rückkopplungsleitung dient wie bereits weiter oben beschrieben einer Stabilisierung der Oszillation und funktioniert durch Rückkopplung eines Drucks im Ausgangsbereich auf den Eingangsbereich. Im Stand der Technik sind diese Rückkopplungsleitungen zur Wechselwirkungskammer hin offen, so dass ein Teil des die Kammer durchströmende Fluids die Rück¬ kopplungsleitung füllt und in dieser hin und her bewegt wird. Die flexiblen Membranen dienen der Weiterleitung des Drucks, ohne dass der Brennstoff in die Rückkopplungsleitung eindringen kann. Erfindungsgemäß übernimmt die Weiterleitung des Drucks die zwischen den Membranen in der Rückkopplungsleitung eingeschlossene Luft oder ein speziell eingefülltes Fluid oder Gel. Dadurch bildet sich in den Rückkopplungsleitungen kein Bereich aus, in dem Brennstoff über eine längere Zeit verbleibt und im Fall von Öl als Brennstoff verkokt, wodurch sich die Rückkopplungsleitungen zusetzen würden. Dies erhöht die Be- triebssicherheit des erfindungsgemäß ausgebildeten Brenners.
Die flexible Membran besteht aus einem gegen den Brennstoff beständigen Material. Die Membran kann im Endbereich der Rückkopplungsleitung in dieser befestigt sein. Sie könnte aber auch beispielsweise im Bereich der Einmündung der Rückkopplungsleitung an der Innenseite der Wechselwirkungskammer befestigt sein und hierbei die Einmündung der Rückkopplungs¬ leitung überdecken. Sofern die Rückkopplungsleitung in den Ausgangskanal mündet, könnte die Membran analog an der Innen- seite des Ausgangskanals befestigt sein und hierbei die Ein¬ mündung der Rückkopplungsleitung überdecken.
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.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Membran aus ei¬ nem temperaturbeständigen Edelstahl oder aus einem Nickelba- sismaterial besteht.
Dieses Material ist flexibel, hält den Temperaturen im Be¬ reich der Brennstoffleitungen von Gasturbinenbrennern stand und ist korrosionsbeständig gegenüber Brennstoff. Das Nickel- basismaterial kann auch mit Werkstoff auf Nickelbasis be¬ zeichnet werden.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Rückkopplungsleitung zur Übertragung eines Drucks mit einem Fluid oder Gel befüllt ist.
Bei dem Fluid kann es sich um ein Inertgas handeln, welches sich bei einem Versagen der Membran im Kontakt mit Brennstoff unproblematisch verhält. Bei dem Gel kann es sich beispiels¬ weise um Aerogel handeln, welches besonders hitzebeständig ist . Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass mindes¬ tens ein Ausgangskanal der Wechselwirkungskammer als Brennstoffdüse in Form einer Vollstrahldüse ausgebildet ist.
Diese Ausgestaltung weist einen einfachen Aufbau auf und re- duziert die Herstellungskosten.
Bevorzugt umfasst die Wechselwirkungskammer zum Anfachen der Oszillation mindestens zwei gegenüberliegend angeordnete Sei- tenwandbereiche, die mindestens im Eingangsbereich der Wech- selwirkungskammer in Richtung Ausgangsbereich diffusorartig voneinander divergieren.
Die Ausgestaltung der Erfindung betrifft einen fluidischen Oszillator, der aufgrund der mindestens im Eingangsbereich in Richtung Ausgang divergierenden Wandbereiche einen eintretenden Strahl zum Oszillieren anfacht. Der Begriff Seitenwandbe- reich kann im Rahmen dieser Anmeldung auch mit Seitenwand bezeichnet sein. Der unter Druck eintretende Strahl legt sich bei den
diffusorartig divergierenden Wänden im Eingangsbereich von selbst periodisch an gegenüberliegende Seitenwände an bzw. löst sich wieder von diesen ab. Der Öffnungswinkel der Wände ist hierbei geeignet gewählt. Er kann beispielsweise größer als 7,5 Grad gewählt sein. Geeignete Öffnungswinkel sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Die Kammer kann beispielsweise kegelförmig ausgebildet sein mit den Ausgängen in der Basisfläche. Die Seitenwän- de/Seitenwandbereiche können beispielsweise in einem geboge¬ nen Verlauf vom Eingangsbereich zum gegenüberliegenden Ausgangsbereich verlaufen, wobei die Kammer einen runden Querschnitt aufweisen kann. Wesentlich hierbei ist nur, dass der Strahl aufgrund der in Richtung Ausgang divergierenden Seitenwände im Eingangsbereich zu einer Oszillation angeregt wird, bei der er die Kammer periodisch abwechselnd durch unterschiedliche Ausgänge verlässt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die beiden Seitenwandbereiche derart divergieren, dass zwischen einer Einströmrichtung und dem Seitenwandbereich mindestens ein Winkel von 7,5 Grad ausgebildet ist.
Es kann auch als vorteilhaft betrachtet werden, dass die bei¬ den gegenüberliegenden Seitenwandbereiche sich in einer gebogenen Form von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich er- strecken.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Wechselwirkungskammer im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Rotationsachse durch den Eingang und den gegen- überliegenden Ausgangsbereich verläuft, wobei sich die Wechselwirkungskammer mindestens im Eingangsbereich in Richtung Ausgang diffusorartig erweitert.
Der Eingang ist dabei an einer Seite der Kammer angeordnet und der Ausgangsbereich auf der gegenüberliegenden Seite der Wechselwirkungskammer .
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer mit mindestens einem Brenner und eine Gasturbine mit mindes- tens einer derartigen Brennkammer anzugeben, mit welcher im
Betrieb eine Verringerung von Schadstoffemissionen ermöglicht wird und die zusätzlich eine verbesserte Betriebssicherheit gewährleistet . Hierzu umfasst die Brennkammer mindestens einen Brenner, der nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und die Gas¬ turbine mindestens eine Brennkammer nach Anspruch 14. Bei der Brennkammer kann es sich beispielsweise um eine Ringbrennkammer handeln, an deren Kopfende eine oder mehrere umlaufende Reihen an Brennern angeordnet sind. Mindestens einer der Brenner kann nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sein. Die Brennkammer kann beispielsweise auch eine Rohroder Silobrennkammer sein. Die Brennkammer kann an ihrem Kopfende eine Brenneranordnung umfassen mit kreisförmig angeordneten Hauptbrennern. Es können ein oder mehrere Kreise an Hauptbrennern angeordnet sein. Es kann zentral in der Mitte ein Pilotbrenner angeordnet sein. Jeder oder nur einer oder einzelne der Brenner kann nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sein.
Bei der Gasturbine kann es sich um eine Turbomaschine mit mehreren Brennkammern - beispielsweise Ringbrennkammern - handeln, wobei die Brennkammern in Strömungsrichtung aufeinander folgend angeordnet sind. Die Gasturbine kann auch eine kreisförmige Anordnung an Brennkammern - beispielsweise Rohrbrennkammern - umfassen, deren Ausgänge ringsegmentförmig an einem gemeinsamen ringförmigen Turbineneingang angeordnet sind .
Die Erfindung betrifft auch einen fluidische Oszillator mit einer Wechselwirkungskammer, wobei die Wechselwirkungskammer mindestens einen Eingang zum Eintritt eines Fluids und gegen¬ überliegend einen Ausgangsbereich mit mindestens einem Aus¬ gangskanal zum Austritt des Fluids aufweist, wobei zur Stabi¬ lisierung einer durch die Wechselwirkungskammer anregbaren Oszillation des Fluidstrahls mindestens eine Rückkopplungs- leitung mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs in die Wechselwirkungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich oder in einen Ausgangskanal.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen fluidischen Oszillator der oben genannten Art anzugeben, welcher sich für den Betrieb mit Brennstoff besonders eignet. Hierzu sind die Enden der Rückkopplungsleitung gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran abgedichtet . Im Stand der Technik sind diese Rückkopplungsleitungen zur Wechselwirkungskammer hin offen, so dass ein Teil des die Kammer durchströmende Fluids die Rückkopplungsleitung füllt und in dieser hin und her bewegt wird.
Die flexiblen Membranen dienen der Weiterleitung des Drucks, ohne dass der Brennstoff in die Rückkopplungsleitung eindringen kann. Erfindungsgemäß übernimmt die Weiterleitung des Drucks die zwischen den Membranen in der Rückkopplungsleitung eingeschlossene Luft oder ein speziell eingefülltes Fluid oder Gel.
Dadurch bildet sich in den Rückkopplungsleitungen keine Bereiche aus, in denen Brennstoff über eine längere Zeit ver¬ bleibt und im Fall von Öl als Brennstoff verkokt, wodurch sich die Rückkopplungsleitungen zusetzen würden. Dadurch eignet sich der erfindungsgemäße fluidische Oszillator zur In- tegration in eine Brennstoffzufuhranordnung, wobei er die Betriebssicherheit des Brenners erhöht.
Die flexible Membran besteht aus einem gegenüber Brennstoff beständigen Material. Die Membran kann im Endbereich der Rückkopplungsleitung in dieser befestigt sein. Sie könnte aber auch beispielsweise im Bereich der Einmündung der Rückkopplungsleitung an der Innenseite der Wechselwirkungskammer befestigt sein und hierbei die Einmündung der Rückkopplungs¬ leitung überdecken. Sofern die Rückkopplungsleitung in den Ausgangskanal einmündet, könnte die Membran analog an der In¬ nenseite des Ausgangskanals befestigt sein und hierbei die Einmündung der Rückkopplungsleitung überdecken.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Membran aus einem temperaturbeständigen Edelstahl oder aus einem Nickelbasismaterial besteht. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Rückkopplungsleitung zur Übertragung eines Drucks mit einem Fluid oder Gel befüllt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Wechselwirkungskammer zum Anfachen der Oszillation mindestens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenwandberei- che umfasst, die mindestens im Eingangsbereich der Wechsel¬ wirkungskammer in Richtung Ausgangsbereich diffusorartig voneinander divergieren.
Mindestens ein Ausgangskanal des fluidischen Oszillators kann als Brennstoffdüse in Form einer Vollstrahldüse ausgebildet sein .
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispie¬ len der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile ver¬ weisen .
Dabei zeigt die
Fig. 1 schematisch eine Gasturbine des Standes der Technik in einem Längsschnitt,
Fig. 2 schematisch einen ersten Typ eines fluidischen Oszillators gemäß dem Stand der Technik in einem Längs¬ schnitt,
Fig.3 schematisch einen Brenner nach dem Stand der Technik in einem Längsschnitt,
Fig.4 schematisch eine Brennkammer nach dem Stand der Technik in einem Längsschnitt,
Fig.5 schematisch einen Brenner der in Figur 4 dargestellten Brennkammer in einem Längsschnitt, Fig.6 schematisch einen erfindungsgemäßen fluidischen Oszillator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt, und Fig.7 schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Längs¬ schnitt .
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 oder mehreren
Brennkammern 10, die jeweils eine Brenneranordnung mit Brennern 11, ein Brennstoff ersorgungssystem für die Brenner (nicht dargestellt) und ein Brennkammergehäuse 12 umfassen, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammer 10 kann beispielsweise eine Ringbrennkammer sein. Die Erfindung kann sich aber auch auf Gasturbinen beziehen, die als Turbomaschine mit mehreren Ringbrennkammern ausgebildet ist. Die Erfindung kann sich auch auf Gasturbinen beziehen mit einer oder mehreren Rohr- oder Silobrennkammern. Die Rohrbrennkammern können beispielsweise ringförmig an dem Turbineneintritt angeordnet sein.
Das in Fig. 1 dargestellte Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bil- den mehrere hintereinander geschaltete Turbinenstufen die
Turbine 14. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebil¬ det. In Strömungsrichtung 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 Laufschaufeln 18 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 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 Verdichterluft L" wird entlang eines Brennerplenums 7 zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenneranordnung in die Brenner 11 geleitet und in diesen mit Brenn- Stoff vermischt und/oder im Austrittsbereich des Brenners 11 mit Brennstoff angereichert. Brennstoffzuführsysteme versor¬ gen die Brenner hierbei mit Brennstoff. Das Gemisch bzw. die Verdichterluft und der Brennstoff werden von den Brennern 11 in die Brennkammer 10 eingeleitet und verbrennen unter Bil- dung eines heißen Arbeitsgasstromes in einer Verbrennungszone innerhalb des Brennkammergehäuses 12 der Brennkammer. 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 impuls- übertragend, so dass die Laufschaufeln 18 den Rotor 3 antrei¬ ben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) .
Die Figur 2 zeigt einen fluidischen Oszillator eines ersten Typs nach dem Stand der Technik im Längsschnitt.
Der Oszillator 24a umfasst eine Wechselwirkungskammer 26 mit genau einem Eingang 28 mit einem Eingangsbereich 30 und einem gegenüberliegend angeordneten Ausgangsbereich 32 mit einem ersten Ausgangskanal 34 und einem zweiten Ausgangskanal 36. Je Ausgangskanal ist eine relativ dünne Rückkopplungsleitung 38 angeordnet, die den Eingangsbereich mit dem Ausgangbereich verbindet, wobei die Rückkopplungsleitung bei dem dargestell¬ ten Beispiel mit einem Ende in den Ausgangskanal mündet.
Die Seitenwandbereiche 40 divergieren in Richtung Ausgangsbe¬ reich 32, so dass die Wechselwirkungskammer 26 einen dreieckigen Längsschnitt aufweist. Der Oszillator 24a ist nicht rotationssymmetrisch aufgebaut, sondern weist normal zur Zeichenebene einen konstanten Längsschnitt auf.
Die Figur 3 zeigt schematisch einen Brenner 90 gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt. Der Brenner 90 weist eine zentrale Brennerachse 66 auf und eine zumindest ab¬ schnittsweise die Brennerachse 66 umgebende Brennerpassage 100. Die Brennerpassage 100 ist als ringraumförmige Vormisch- passage 92 ausgebildet und nach radial außen von einer Wand 70 begrenzt, wobei eine zentral angeordnete Brennernarbe 94 die Brennerpassage 100 nach radial innen begrenzt. In der Vormischpassage 92 ist ein Diagonalgitter 96 angeordnet, wel¬ ches der in der Vormischpassage strömenden Verdichterluft L" einen Drall aufprägt. Das Diagonalgitter besteht aus einer Anzahl um die Nabe umlaufend angeordneten Brennstoffinj ekto- ren 98, deren in der Vormischpassage angeordneter Grundkörper der vorbeiströmenden Verdichterluft L" eine in Umfangsrich- tung der Passage weisende Geschwindigkeitskomponente aufprä¬ gen. In der Brennernabe 94 verläuft eine Brennstoffzufuhran- Ordnung 73, die die Brennstoffdüsen 80, den Brennstoffkanal 82 (der im Konus der Brennernabe umlaufend ausgebildet sein kann) und Zufuhrleitungen (nicht dargestellt) umfasst, wobei die Zufuhrleitungen von dem Brennstoffkanal 82 abzweigen und sich zur Versorgung der Brennstoffdüsen bis zu den Brenn- stoffdüsen 80 erstrecken.
Die Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Brennkammer 10 des Standes der Technik mit einer Brenneranordnung 48 an einem Kopfende der Brennkammer. Die Brennkammer umfasst ein Brennkammerwand mit einem eine Verbrennungszone umfassen¬ den Flammrohr 50 und einem sich an das Flammrohr anschließenden Übergangstück 52, welches sich bis zu einem Turbineneintritt der Gasturbine erstreckt. Zur Dämpfung von im Betrieb auftretenden thermoakustischen Schwingungen sind auf Höhe der Flamme Resonatoren 54 an der Brennkammerwand angeordnet. Die Brenneranordnung 48 umfasst einen zentralen Pilotbrenner 56 mit einer zentralen Brennerlanze 58 und einer Brennerpassage 60, die als Pilotbrenner-Vormischpassage ausgebildet ist. Der Pilotbrenner 56 umfasst einen sich in Strömungsrichtung konisch erweiternden Pilotkonus 62. Um den zentralen Pilotbrenner sind kreisförmig Hauptbrenner 64 angeordnet. Die Hauptbrenner 64 weisen jeweils eine Brennerachse 66 und eine koa- xial zur Brennerachse angeordnete Brennerpassage 68 auf, wo¬ bei die Brennerpassage 68 nach radial außen von einer Wand 70 begrenzt ist und im Betrieb von Verdichterluft L"
durchströmbar ist und einem Vermischen von Brennstoff und Luft L" dient, wobei in der Brennerpassage 68 eine zentrale Brennerlanze 72 und eine Anzahl Brennstoffinj ektoren angeord¬ net sind, welche sich von der Brennerlanze in Richtung der Wand 70 erstrecken und fluidisch mit einer zumindest teilwei¬ se in der Brennerlanze 72 verlaufenden Brennstoffzufuhranord- nung (nicht dargestellt) verbundenden sind und Brennstoffdü- sen aufweisen. Die Brennstoffinj ektoren sind als
Drallschaufeln eines Drallerzeugers 74 ausgebildet, wobei Brennstoffdüsen an den Drallschaufeln angeordnet sind.
Die Figur 5 zeigt einen Hauptbrenner 64 der Brenneranordnung der Fig.4 schematisch im Längsschnitt. Der Brenner 64 weist eine zentrale Brennerachse 66 auf und eine koaxial zur Bren¬ nerachse 66 angeordnete Brennerpassage 68, wobei die Brenner¬ passage nach radial außen von einer Wand 70 begrenzt ist und im Betrieb von Verdichterluft L" durchströmbar ist und einem Vermischen von Brennstoff und Luft dient. In der Brennerpas¬ sage 68 ist eine zentrale Brennerlanze 72 und eine Anzahl an Brennstoffinj ektoren 79 angeordnet. Die Brennstoffinj ektoren 79 umfassen jeweils einen in der Vormischpassage angeordneten Grundkörper 71, welcher als Drallschaufeln 76 eines
Drallerzeugers 74 ausgebildet ist. Die Brennstoffinj ektoren
79 umfassen Brennstoffdüsen 80, welche sich an der Oberfläche der Drallschaufeln 76 in die Brennerpassage 68 öffnen. Die Brennstoffdüsen 80 sind zur Versorgung mit Brennstoff
fluidisch mit einer Brennstoffzufuhranordnung 73 verbunden. Die Brennstoffzufuhranordnung 73 umfasst einen in der Brennerlanze verlaufen Brennstoffkanal 82 und Brennstoffzufuhrka- näle 78, die sich in die Drallschaufeln 76 bis zu den jewei¬ ligen Brennstoffdüsen 80 erstrecken. Die Figur 6 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen fluidischen Oszillator 25 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt. Der fluidische Oszillator 25 umfasst eine Wechselwirkungskammer 26, welche um eine Rotationsachse 31 rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Der Eingang 28 mit Eingangsbereich 30 ist an einem Ende der Kammer angeordnet und gegenüberliegend der Ausgangsbereich 32 mit zwei Aus¬ gangskanälen 34 und 36. Die Seitenwandbereiche 27 verlaufen vom Eingang zum Ausgangbereich, wobei sie mindestens im Eingangsbereich 30 in Richtung Ausgang divergieren. Bevorzugt unter einem Winkel > 7,5 Grad. Je Ausgangskanal ist eine Rückkopplungsleitung 38a, 38b vorgesehen, die jeweils mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs 28 in die Wechselwir- kungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich 32, wobei die beiden Enden der Rückkopplungsleitung 38 gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran 37 abgedichtet sind. Ein in Einströmrichtung 29 unter Druck in die Wechselwirkungskammer 26 eintretender Brennstoffstrahl legt sich bevorzugt an die Seitenwände 27 an, wobei aufgrund der im Ein¬ gangsbereich 30 divergierenden Seitenwandbereiche 27 eine Oszillation des Strahls angefacht wird, so dass der Strahl pe- riodisch sich an unterschiedliche Seitenwandbereiche anlegt und die beiden Ausgangskanäle 34 und 36 periodisch mit Brenn¬ stoff beaufschlagt. Die Rückkopplungsleitungen 38a, 38b lei¬ ten einen Druck im Ausgangsbereich 32 auf den Eingangsbereich 30 zurück und stabilisieren dadurch die Oszillation. Damit kein Brennstoff in die Rückkopplungsleitungen gelangt, sind die Rückkopplungsleitungen an ihren Enden mit den flexiblen Membranen 37 abgedichtet, die einen Druck auf jeweils ein in der Rückkopplungsleitung eingeschlossenes Fluid 35 oder Gel übertragen, welches beispielsweise Luft oder ein Inertgas sein kann. Wird der Ausgangskanal 34 im Laufe der Oszillation mit Brennstoff beaufschlagt, drückt sich die im Ausgangsbe¬ reich angeordnete Membran 37 des Rückkopplungskanals 38a wie dargestellt in die Leitung 38a hinein, so dass die Membran 37 am anderen Ende der Rückkopplungsleitung 38a im Eingangsbereich 30 herausgedrückt wird. Die beiden die gegenüberliegen¬ de Rückkopplungsleitung 38b abdichtenden Membranen 37 sind in dieser Zeit im Wesentlichen nicht mit Druck beaufschlagt. Durch die Membranen 37 ist der fluidische Oszillator 25 geeignet von Brennstoff durchströmt zu werden und den Brenn¬ stoffstrahl zur Oszillation anzufachen, wobei ein Sicherheitsrisiko durch stehenden Brennstoff in den Rückkopplungs¬ leitungen sicher vermieden wird.
Die Figur 7 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner 84 im Längsschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Figur 5 dargestellten Brenner 64 des Standes der Technik weist die Brennstoffzu- fuhranordnung 73 mindestens einen fluidischen Oszillator 85 mit einer Wechselwirkungskammer 26 auf, wobei ein Eingang 28 der Wechselwirkungskammer an den Brennstoffkanal 82 der
Brennstoffzufuhranordnung 73 angeschlossen ist. Die Wechselwirkungskammer 26 weist gegenüberliegend des Eingangsbereichs 30 einen Ausgangsbereich 32 mit zwei Ausgangskanälen 34 und
36 auf. Ein erster Ausgangskanal 34 erstreckt sich bis zu ei¬ ner ersten Gruppe Brennstoffdüsen 80a in einem ersten Brennstoffinj ektor 79a. Ein zweiter Ausgangskanal 36 erstreckt sich bis zu einer zweiten Gruppe Brennstoffdüsen 80b in einem gegenüberliegend angeordneten Brennstoffinj ektor 79b, wobei der fluidische Oszillator 85 je Ausgangskanal eine Rückkopp¬ lungsleitung 38a, 38b umfasst, wobei die Rückkopplungsleitung 38a, 38b mit ihrem einen Ende in den jeweiligen Ausgangskanal 34, 36 stromab der von dem Ausgangskanal umfassten Brenn- stoffdüsen 80a, 80b einmündet und mit dem anderen Ende in den Eingangsbereich 30 der Wechselwirkungskammer 26.
Die Rückkopplungsleitungen 38a, 38b koppeln den am Ende des Ausgangskanals herrschenden Druck auf den Eingangsbereich 30 der Wechselwirkungskammer zurück. Die Membranen 37 dichten die Rückkopplungsleitungen gegen den Brennstoff ab, wobei ein auf den Membranen lastender Druck von einem Ende an das ande- re Ende der Rückkopplungsleitung über ein in der Rückkopplungsleitung eingeschlossenes Fluid oder Gel übertragen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Brenner (11, 56, 64, 84) für eine Gasturbine mit
- mindestens einer Brennerlanze (58, 72) und/oder Brennernabe (94),
- mindestens einer die Brennerlanze und/oder Brennernabe zu¬ mindest abschnittsweise umgebenden Brennerpassage (60, 68, 100) ,
- einer Brennstoffzufuhranordnung (73) mit mindestens einer Brennstoffdüse (80, 80a, 80b) und mindestens einem Brenn¬ stoffkanal (82),
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 Brennstoffzufuhranordnung mindestens einen fluidischen Oszillator (24a, 25, 85) umfasst mit einer Wechselwirkungs- kammer (26), wobei die Wechselwirkungskammer mindestens einen Eingang (28) zum Eintritt von Brennstoff und gegenüberliegend einen Ausgangsbereich (32) mit mindestens einem Ausgangskanal (34, 36) zum Austritt von Brennstoff aufweist, wobei mindes¬ tens eine Rückkopplungsleitung (38, 38a, 38b)mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs in die Wechselwirkungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich oder in einen Ausgangskanal (34, 36), wobei die beiden Enden der Rückkopplungsleitung gegenüber der Wechselwirkungskammer mit je einer flexiblen Membran (37) abgedichtet sind.
2. Brenner 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 Membran (37) aus einem temperaturbeständigen Edelstahl oder aus einem Nickelbasismaterial besteht.
3. Brenner 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 die Rückkopplungsleitung (38, 38a, 38b) zur Übertragung eines
Drucks mit einem Fluid (35) oder Gel befüllt ist.
4. Brenner nach einem der 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 mindestens ein Ausgangskanal der Wechselwirkungskammer als Brennstoffdüse (80, 80a, 80b) in Form einer Vollstrahldüse ausgebildet ist.
5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 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 die Wechselwirkungskammer zum Anfachen der Oszillation mindestens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenwandbereiche (27, 40) umfasst, die mindestens im Eingangsbereich (30) der Wech- selwirkungskammer (26) in Richtung Ausgangsbereich (32) diffusorartig voneinander divergieren.
6. Brenner nach Anspruch 5,
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 beiden Seitenwandbereiche derart divergieren, dass zwischen einer Einströmrichtung (29) und dem Seitenwandbereich mindestens ein Winkel von 7,5 Grad ausgebildet ist.
7. Brenner nach Anspruch 5 oder 6,
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 beiden gegenüberliegenden Seitenwandbereiche sich in einer gebogenen Form von dem Eingangsbereich zu dem Ausgangsbereich erstrecken .
8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 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 Wechselwirkungskammer (26) im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die Rotationsachse (31) durch den Eingang (28) und den gegenüberliegenden Ausgangsbereich verläuft, wobei sich die Wechselwirkungskammer mindestens im Eingangsbereich (30) in Richtung Ausgangsbereich
diffusorartig erweitert.
9. Fluidischer Oszillator (24a, 25, 85) mit einer Wechselwir- kungskammer (26), wobei die Wechselwirkungskammer mindestens einen Eingang (28) zum Eintritt eines Fluids und gegenüber¬ liegend einen Ausgangsbereich (32) mit mindestens einem Ausgangskanal (34, 36) zum Austritt des Fluids aufweist, wobei zur Stabilisierung einer durch die Wechselwirkungskammer anregbaren Oszillation des Fluidstrahls mindestens eine Rück¬ kopplungsleitung (38, 38a, 38b) mit ihrem einen Ende im Bereich des Eingangs (28) in die Wechselwirkungskammer mündet und mit ihrem anderen Ende in den Ausgangsbereich (32) oder in einen Ausgangskanal (34, 36),
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 Enden der Rückkopplungsleitung gegenüber der Wechselwirkungskammer (26) mit je einer flexiblen Membran (37) abge- dichtet sind.
10. Fluidischer Oszillator nach Anspruch 9,
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 Membran (37) aus einem temperaturbeständigen Edelstahl oder aus einem Nickelbasismaterial besteht.
11. Fluidischer Oszillator nach Anspruch 9 oder 10,
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 Rückkopplungsleitung zur Übertragung eines Drucks mit ei- nem Fluid (35) oder Gel befüllt ist.
12. Fluidischer Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, 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 Wechselwirkungskammer zum Anfachen der Oszillation min- destens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenwandbereiche (27, 40) umfasst, die mindestens im Eingangsbereich (30) der Wechselwirkungskammer in Richtung Ausgangsbereich (32) diffusorartig voneinander divergieren.
13. Fluidischer Oszillator nach einem der Ansprüche 9 bis 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 mindestens ein Ausgangskanal (34, 36) als Brennstoffdüse (80, 80a, 80b) in Form einer Vollstrahldüse ausgebildet ist.
14. Brennkammer (10) für eine Gasturbine (1) mit mindestens einem Brenner,
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 Brenner (11, 56, 64, 84) nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 8 ausgebildet ist.
15. Gasturbine (1) mit mindestens einer Brennkammer (10), 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 Brennkammer (10) nach Anspruch 14 ausgebildet ist .
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