WO2017025232A1 - Combustion chamber for a gas turbine and method for detecting a heat shield element loss in the combustion chamber - Google Patents

Combustion chamber for a gas turbine and method for detecting a heat shield element loss in the combustion chamber Download PDF

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WO2017025232A1
WO2017025232A1 PCT/EP2016/064031 EP2016064031W WO2017025232A1 WO 2017025232 A1 WO2017025232 A1 WO 2017025232A1 EP 2016064031 W EP2016064031 W EP 2016064031W WO 2017025232 A1 WO2017025232 A1 WO 2017025232A1
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WO
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combustion chamber
whistle
heat shield
pipe
chamber wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/064031
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Böttcher
Shahrzad Juhnke
Boris Ferdinand Kock
Tobias Krieger
Andreas Mann
Milan Schmahl
Daniel Vogtmann
Benjamin WITZEL
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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M11/00—Safety arrangements

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber for a gas turbine and comprises a hot gas path of the combustion chamber ⁇ surrounding combustion chamber wall.
  • the combustion chamber wall is lined at least in regions with a number of heat shield elements fastened to the combustion chamber wall.
  • the invention also relates to a method for detecting a loss of a heat shield element in such a combustion chamber.
  • the combustion chamber wall is Minim ⁇ least partially lined with a heat shield.
  • Derar ⁇ term heat shields consist of a number of heat shield ⁇ elements, which are attached to a supporting structure of the combustion chamber wall leaving expansion gaps.
  • the heat shield ⁇ elements may consist of a ceramic material.
  • Typical types of fastening for ceramic heat shield elements are, for example, resilient stone holders which are arranged with a fixing portion on the support structure and engage with a holding portion in a lateral engagement device of the ceramic heat shield elements. For example, such ceramic Hitzeschildele ⁇ ment of four pairs of oppositely disposed stone ⁇ holders can be held.
  • the support structure of the combustion chamber wall can, for example, be fastening grooves which are introduced into the combustion chamber wall and in which the fastening sections of the stone supports are held.
  • a resilient mounting of the heat shield elements is advantageous.
  • this detachable connection of the heat shield elements to the combustion chamber wall also entails the risk that the heat shield elements would be damaged in the event of so-called combustion oscillations (which are also associated with thermoacoustic pressure fluctuations). can be drawn) in the combustion chamber to vibrations are excited, which can lead to loss of one or more heat shield elements in the case of strong combustion oscillations.
  • the heat shield elements generally remain as fragments in front of the turbine inlet.
  • Monitoring device which filters out the noise of the operation of the gas turbine, the short-term noise of a falling heat shield element upon impact with the combustion chamber wall.
  • the well-known monitoring device can not 100% detection security guarantees afford ⁇ .
  • the invention has for its object to provide a combustion chamber of the type mentioned, a gas turbine with at least one such combustion chamber and a method for detecting a heat shield element loss, with which a turbine damage as a result of the loss of a heat ⁇ shield element can be particularly safely avoided.
  • the object is achieved in a combustion chamber of the type mentioned above in that in the region of the combustion chamber wall radially behind at least one heat shield element ⁇ a pipe is arranged, which is closed by a plug-melting ⁇ .
  • Melt plug forming material is higher than an operational temperature between the heat shield member and the combustion chamber wall and less than an operational temperature radially in front of the heat shield member inside the Combustion chamber, wherein the whistle is arranged such that during operation of the combustion chamber with molten melt plug an acoustic signal, such as a whistle
  • such a whistle may be arranged radially behind all or substantially all heat shield elements of the combustion chamber.
  • a whistle which can be lost during operation of the gas turbine.
  • the pipe is closed by a melting plug, which melts at a loss of the pipe upstream heat shield element.
  • the melting plug can be arranged, for example, directly in the flow ⁇ path of the pipe or block the access to this.
  • the whistle is arranged in the region of the combustion chamber wall in such a way that it is driven passively during operation of the gas turbine and in the case of a melted plug, that is to say because of the operating ambient conditions.
  • the whistle may be arranged such that it is passively driven by a pressure difference prevailing between the burner plenum surrounding the combustion chamber and the interior of the combustion chamber to a continuous whistling sound.
  • the pipe may also be arranged such that the drive pipe to a Mamapfeifton before ⁇ beiströmenden hot gases as soon as the fusible plug melts due to the fallen heat shield element and releases the flow path of the Pfeiffer ⁇ fe.
  • the combustion chamber according to the invention thus generates shortly after the fall of the heat shield element a Treasurepfeifton, wel ⁇ cher allows a particularly reliable detection of Hitzeschildelement- loss.
  • the Treasurepfeifton can dens signal detected as Scha- much safer than the one used in the prior art briefly occurring acoustic sig ⁇ nal the impact of a heat shield element.
  • the detection of a continuous tone whose frequency is also known, by means of a simple and inexpensive monitoring device possible. This lowers the manufacturing costs of a gas turbine equipped with such a combustion chamber.
  • the whistle is arranged in the combustion chamber wall, that the Strömungska ⁇ nal of the whistle through the combustion chamber wall passes, wherein an inlet opening of the whistle into a plenum surrounding the combustion chamber and the whistle at molten melt plug by means of a pressure difference is drivable between the plenum and the combustion chamber interior.
  • the whistle may be according to this embodiment of the invention, a radially arranged behind the heat shield element, specially shaped as a whistle hole in the combustion chamber wall, which is closed with a hot plug.
  • the pipe is disposed in the combustion chamber wall and opens an inlet opening of the pipe radially behind the heat shield element in the combustion chamber interior, and such decision has against a flow direction of the combustion chamber, that at a drop of the Heat shield element exposed Pfei ⁇ Fe is drivable in molten melting plug by flowing hot gas.
  • This design of the pipe can be realized for example by a specially shaped recess in the pipe as Brennkam ⁇ chamber wall, which is closed by the fusible plug.
  • the Mate ⁇ rial of the melt plug a melting temperature higher than 500 degrees Celsius, in particular from 600-750 degrees Celsius, on ⁇ points.
  • the material of the hot plug consists of lead or zinc or an alloy comprising lead and zinc.
  • the melting point of the hotplate can be advantageously adjusted by an alloy of the two materials. It may be advantageously provided that at least ei ⁇ ner pipe for generating a Pfeiftones the flow channel of the pipe downstream of the inlet opening a narrowed loading rich, wherein a resonance volume of the pipe is disposed downstream of the narrowed region.
  • the pipe for generating the whistling sound immediately downstream of the narrowed region may also have an edge arranged in the flow path, which is arranged at an opening to the resonance volume of the whistle.
  • This mechanism for stimulating a whistling sound is known in ⁇ example of recorders.
  • To generate the whistling tones of the pipe by flowing air stream is passed through a flow channel narrowing opening (beispielswei ⁇ se a gap in the flow passage), where it flows out of the gap exiting an edge defining an opening to a resonance volume.
  • the vortices generated at the edge stimulate the resonance volume to natural vibrations.
  • the at least one pipe for generating a Pfeiftones the Strö ⁇ flow duct downstream of the inlet opening comprises an almost hidden by a springy tongue opening, said opening downstream of a resonance volume of the pipe is arranged.
  • tongue pipes This mechanism for stimulating a whistling sound in a whistle is also known.
  • Such pipes are called tongue pipes.
  • the narrowed area consists here between the opening and the tongue almost concealing the opening.
  • the resilient tongue is excited by the passing air to vibrations, which are transmitted to the air column in the resonance volume.
  • the Pfei ⁇ Fe is designed for a whistling sound whose frequency is different from the at least one excitable in at least one operating state of the combustion chamber resonant frequency of the combustion chamber.
  • This embodiment of the invention allows a better distinguishability between the frequency of the whistle and occurring during operation of the gas turbine thermoacoustic pressure fluctuations (which may also be referred to with hum of the gas turbine), which occur at the resonance frequencies of the combustion chamber.
  • the resonance frequencies of the combustion chamber are also referred to with eigenmodes of the combustion chamber or with preferred frequencies of the combustion chamber.
  • the combustion chamber according to the invention according to one of claims 1 to 9 can also be a combustor retrofitted with at least one pipe.
  • the combustion chamber according to the invention according to one of claims 1 to 9 can also be a combustor retrofitted with at least one pipe.
  • the combustion chamber according to one of claims 1 to 9 can also be a combustor retrofitted with at least one pipe.
  • This embodiment of the invention is on the one hand for retrofitting already existing combustion chambers but also alternative for new combustion chambers in which the whistle or the whistle mechanism in the whistle to be made separately, so that the whistling mechanism is not when introducing a hole in the combustion chamber wall by a special design of this hole must be realized.
  • the separately manufactured pipe or the component of the pipe is then used as part of the combustion chamber, in particular when the material is such that it withstands the operating conditions prevailing in the Be ⁇ rich combustion chamber wall.
  • the whistle or the whistling mechanism can advantageously consist of a material which corresponds to the material of the combustion chamber wall and / or Haynes 230 is steel and / or Hastelloy X is steel and / or one high temperature resistant material.
  • a further object of the invention is to specify a gas turbine with at least one combustion chamber of the type mentioned at the beginning, with which turbine damage as a result of the loss of a heat shield element can be avoided particularly reliably.
  • At least one combustion chamber of the gas turbine according to one of claims 1 to 9 is formed.
  • at least one sensor for detecting the attached from the at least one pipe can be generated Pfeiftones ⁇ arranges, in the area of the combustion chamber may be the sensor being electrically connected to processing unit to a processing which such is formed so that when receiving the whistling sound through the sensor, the processing unit outputs a signal.
  • the signal may be a warning signal, which is transmitted to a control room, for example.
  • the signal may also be a control signal for controlled shutdown of the gas turbine.
  • the processing unit may be a control and / or Re ⁇ gel apparatus which initiates a shutdown of the gas turbine with an uptake by Pfeiftones. But relating to the processing unit can also be designed that Sig nal ⁇ forwarded to an appropriate control and / or regulating device.
  • the processing unit according to the invention can also be a component of such a control and / or regulating device.
  • the sensor may be a standard alternating pressure transducer in the gas turbine, which is part of a system for detecting thermoacoustic pressure fluctuations.
  • the whistling sound can be detected.
  • the processing unit may for example be integrated into this system or single ⁇ Lich use the measurement data of the Kirlichaufêt with. It may also be considered advantageous that the sensor is a microphone.
  • the microphone may be connected to the processing unit.
  • the microphone can be arranged, for example, in the region of the plenum or on a burner flange or in the region of the combustion chamber wall or in the region of a burner arrangement opening into the combustion chamber.
  • Essential here is that in each of which is arranged on the combustion chamber wall Pfeiffer ⁇ fen generating a Pfeiftones of at least one of the microphones is detectable.
  • Another object of the invention is to provide a method for detecting a loss of a heat shield member in egg ⁇ ner combustor for a gas turbine, with which a turbine damage in consequence of the loss can be more reliably prevent heat shield element of.
  • FIG. 3 is a schematic representation of the cut-out region, identified by the reference numeral in FIG. 2, on an annular combustion chamber according to a first exemplary embodiment of the invention
  • Figure 4 shows schematically the section of Fig.3 at marmol ⁇ zenem melting plug
  • Figure 5 schematically shows a pipe according to a second embodiment of the invention in a longitudinal section
  • FIG. 6 schematically shows a whistle according to a third embodiment of the invention in a longitudinal section.
  • the gas turbine 1 shows a sectional view of a gas turbine 1 according to the prior art in a schematically simplified representation.
  • the gas turbine 1 has in its interior a rotatably mounted about a rotation axis 2 rotor 3 with a shaft 4, which is also referred to as a turbine runner.
  • a turbine runner Along the rotor 3 follow one another an intake housing 6, a compressor 8, a combustion system 9 with a number of combustion chambers 10, each comprising a burner assembly 11 with at least one burner, a fuel supply system for the burners (not shown) and a combustion chamber wall 12 Turbine 14 and an exhaust housing 15.
  • the combustion chambers 10 may, for example, be annularly connected to the turbine inlet. are ordered.
  • the Brennkamer 10 may also be an annular combustion chamber, which is running around the shaft 4 Ringraumpassage shown in a longitudinal section.
  • the gas turbine ⁇ may also comprise a plurality of downstream annular combustion chambers.
  • the combustion system 9 opens at the turbine inlet into an annular hot gas duct of the turbine, through which the hot working gas of the combustion system flows onto the turbine stages of the turbine 14 connected in series. Each turbine stage is formed of blade rings. Viewed in the flow direction of the working gas follows in the hot runner of the turbine of a row of vanes 17 formed by a number of 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. Coupled to the rotor 3 is for example a generator (not Darge ⁇ asserted).
  • the mixture or the compressor air L "and the fuel are introduced from the burners into the combustion chamber 10 and burned to form a hot working gas stream in a combustion zone within the combustor and flow as hot working gas through the combustion chamber (wherein the interior of the combustion chamber may also be referred to as the hot gas path of the combustion chamber) to the annular turbine inlet and along the hot gas path of the turbine to the vanes 17 and the blades 18 over.
  • the worker relaxes Pulsed gas stream, so that the blades 18 drive the rotor 3 and this coupled to him generator (not shown).
  • 2 shows schematically a longitudinal section through an annular combustion chamber 22 according to a first embodiment of the invention.
  • the annular combustion chamber 22 Shown is only one half of the annular combustion chamber 22 which is rotationally symmetrical about the axis of rotation 2 is formed.
  • the annular combustion chamber 22 has a burner arrangement 11 at a head end 23 of the combustion chamber and extends up to a combustion chamber outlet arranged at a turbine inlet 24.
  • the hot gas path of the annular combustion chamber is formed as a Ringraumpassage, which is surrounded by ei ⁇ ner combustion chamber wall 25.
  • the combustion chamber wall 25 comprises a region arranged radially on the outside, which is also referred to as outer shell 25a, and an area pointing to the rotation axis 2, which is also designated by hub 25b.
  • the combustion chamber wall 25 is lined with a heat shield 26.
  • the heat shield 26 consists of a number of heat shield elements 27, which are expansion gaps 28 while leaving coverage on the combustion chamber wall at ⁇ sorted.
  • the heat shield 26 comprises ceramic heat shield elements 27a arranged in circumferential rows. Only one end row 29 is equipped with metallic heat shield elements 27b.
  • the exemplary embodiment of the ⁇ invention is in the field of the combustion chamber wall 25 radially behind each ceramic heat shield member 27a, a pipe 30 arranged ⁇ .
  • the pipes 30 are as specially trained borings in the combustion chamber wall 25 is formed so that the Strö ⁇ flow duct of the pipes through the combustion chamber wall 25 towards ⁇ by runs 30, wherein in each case one inlet opening of the pipe in an annular combustion chamber leads 22 surrounding the plenum.
  • the pipes are closed by a melting plug, the melting temperature is chosen so that only at a loss of the upstream heat shield element 27a during operation of the gas turbine this melts.
  • the Strömungska ⁇ nal of the pipe is then free, so that the pipe passively by the pressure difference between the plenum 7 and the interior of the combustion chamber is driven to a whistling sound.
  • a sensor 32 is arranged for detecting the whistling sound that can be generated by the at least one whistle 30.
  • the sensor may be a
  • the sensor 32 is electrically connected to a processing unit 33, which is designed such that the cookedsein ⁇ standardized 33 outputs a warning signal upon detection of the Pfeiftones.
  • the warning signal can be transmitted, for example, to a control room (not shown) or output to the controlled shutdown of the gas turbine to a control and / or regulating device (not shown).
  • the arrangement of the processing unit 33 is shown schematically.
  • the processing unit 33 may be outside the plenum 7 and surrounded by the plenum 7 - the outer housing (not shown).
  • the pipes 30 of loading ⁇ rich 31 is shown enlarged in the figure below by way of example.
  • FIG. 3 shows a detail of the dargestell ⁇ th in Figure 2 an annular combustion chamber 22 in the region of the combustion chamber wall 25 to the combustion chamber wall is arranged a ceramic heat shield elements 27a. Radially behind the heat shield element 27a ver ⁇ passes through the combustion chamber wall 25 is a specially designed as a pipe bore 40.
  • the bore 40 includes a Strö ⁇ flow duct 34 having an opening into the plenum 7 thoroughlysöff ⁇ voltage 35th To generate a whistling sound, the flow channel 34 has a constricted region 36 and a resonant volume 37 adjoining it downstream.
  • the whistling mechanism of the whistle bore 40 may include additional components which are not shown in the schematic diagram.
  • the pipe is closed by ei ⁇ NEN melting plug 38, wherein the melting temperature of the fusible plug 38 is higher than a compressor operating te temperature in the range 42 between the heat shield member and the combustion chamber wall and is less than a ready for operation ⁇ -related temperature radially in front of the heat-shield element in the perception ⁇ ren the combustion chamber in the hot gas path 21st
  • the figure 4 shows the detail of the combustion chamber wall 25 shown in Figure 3 27a with a loss of the pipe 30 provided ⁇ superimposed heat shield element.
  • FIG. 5 shows a lip whistle.
  • the whistle whistle mechanism comprises a flow channel 34 having a narrowed region 36 followed immediately downstream by an edge 43 in the flow path.
  • the edge 43 defines an opening to the resonant volume 37. Air flows through the input port 35 into the flow channel 34 and through the constricted area
  • Vibrations is stimulated.
  • a combustion chamber according to the invention for example, such a
  • Combustion chamber wall extending bore of the combustion chamber according to the invention can be arranged.
  • 6 shows a so-called reed pipe consisting OF INVENTION ⁇ dung according made of a material which is suitable for the conditional be ⁇ operating temperatures in the region of the combustion chamber wall.
  • the whistle mechanism of the whistle 30 includes downstream of the inlet opening 35 an opening in the flow path 34, which is almost hidden by a resiliently disposed tongue 45. If air flows through the flow path, the tongue 45 vibrates, so that the air column in the resonance volume 37 is also excited to vibrate.
  • the pipe 30 - closed with a melt plug - is also suitable for the realization of a combustion chamber according to the invention.
  • the pipe is arranged radially behind a heat shield element ⁇ as a separately manufactured component in a plane passing through the combustion chamber wall bore.
  • the tongue may consist of a high temperature resistant stainless steel or nickel base material.

Abstract

The invention relates to a combustion chamber having a combustion chamber wall (12, 25) which is clad at least in certain regions with a number of heat shield elements secured to the combustion chamber wall. The combustion chamber according to the invention makes it possible to particularly reliably avoid turbine damage as a consequence of the loss of a heat shield element. To that end, a whistle is arranged at least in the region of the combustion chamber wall (25) radially behind a heat shield element, which whistle is closed by a fusible plug (38), the melting temperature of the fusible plug being higher than an operational temperature between the heat shield element and the combustion chamber wall (25) and lower than an operational temperature in the combustion chamber interior, the whistle (30) being arranged such that it whistles during operation of the combustion chamber in the event of the fusible plug (38) having melted.

Description

Beschreibung description
Brennkammer für eine Gasturbine und Verfahren zum Detektieren eines Hitzeschildelement-Verlustes in der Brennkammer A combustor for a gas turbine and method for detecting heat shield element loss in the combustor
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für eine Gasturbine und umfasst eine den Heißgaspfad der Brennkammer um¬ gebende Brennkammerwand. Die Brennkammerwand ist mindestens bereichsweise mit einer Anzahl von an der Brennkammerwand be- festigten Hitzeschildelementen ausgekleidet. The invention relates to a combustion chamber for a gas turbine and comprises a hot gas path of the combustion chamber ¬ surrounding combustion chamber wall. The combustion chamber wall is lined at least in regions with a number of heat shield elements fastened to the combustion chamber wall.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Detektieren eines Verlustes eines Hitzeschildelementes in einer derartigen Brennkammer. The invention also relates to a method for detecting a loss of a heat shield element in such a combustion chamber.
Zum Schutz vor den Heißgasen ist die Brennkammerwand mindes¬ tens bereichsweise mit einem Hitzeschild ausgekleidet. Derar¬ tige Hitzeschilde bestehen aus einer Anzahl von Hitzeschild¬ elementen, die unter Belassung von Dehnspalten an einer Trag- struktur der Brennkammerwand befestigt sind. Die Hitzeschild¬ elemente können aus einem keramischen Material bestehen. Übliche Befestigungsarten für keramische Hitzeschildelemente sind beispielsweise federnde Steinhalter, die mit einem Be¬ festigungsabschnitt an der Tragstruktur angeordnet sind und mit einem Halteabschnitt in eine seitliche Eingriffseinrich- tung der keramischen Hitzeschildelemente eingreifen. Beispielsweise kann ein derartiges keramisches Hitzeschildele¬ ment von vier, paarweise gegenüberliegend angeordneten Stein¬ haltern gehalten werden. Bei der Tragstruktur der Brennkam- merwand kann es sich beispielsweise um Befestigungsnuten handeln, welche in die Brennkammerwand eingebracht sind und in denen die Befestigungsabschnitte der Steinhalter gehalten werden. Für das Verhalten der Brennkammer ist eine federnde Halterung der Hitzeschildelemente vorteilhaft. Diese lösbare Verbindung der Hitzeschildelemente an der Brennkammerwand birgt allerdings auch die Gefahr, dass die Hitzeschildelemente bei einem Auftreten von sogenannten Verbrennungsschwingungen (die auch mit thermoakustischen Druckschwankungen be- zeichnet werden können) in der Brennkammer zu Schwingungen angeregt werden, welches im Falle starker Verbrennungsschwingungen zu einem Verlust einer oder mehrerer Hitzeschildelemente führen können. Die Hitzeschildelemente bleiben in die- sem Fall im Allgemeinen als Bruchstücke vor dem Turbineneintritt liegen. Dies führt allerdings dazu, dass die umlaufen¬ den Turbinenschaufeln durch unterschiedliche Temperaturschat¬ ten wandern, wodurch die Turbinenschaufeln zu Schwingungen angeregt werden. Dadurch kommt es durch ein Abfallen von Hit- zeschildelementen von der Brennkammerwand nach etwa 1-2 Stunden zu einem Bruch der zu Schwingungen angeregten Turbinenschaufeln im Fuß und zu einem schweren Turbinenschaden. To protect against the hot gases the combustion chamber wall is Minim ¬ least partially lined with a heat shield. Derar ¬ term heat shields consist of a number of heat shield ¬ elements, which are attached to a supporting structure of the combustion chamber wall leaving expansion gaps. The heat shield ¬ elements may consist of a ceramic material. Typical types of fastening for ceramic heat shield elements are, for example, resilient stone holders which are arranged with a fixing portion on the support structure and engage with a holding portion in a lateral engagement device of the ceramic heat shield elements. For example, such ceramic Hitzeschildele ¬ ment of four pairs of oppositely disposed stone ¬ holders can be held. The support structure of the combustion chamber wall can, for example, be fastening grooves which are introduced into the combustion chamber wall and in which the fastening sections of the stone supports are held. For the behavior of the combustion chamber, a resilient mounting of the heat shield elements is advantageous. However, this detachable connection of the heat shield elements to the combustion chamber wall also entails the risk that the heat shield elements would be damaged in the event of so-called combustion oscillations (which are also associated with thermoacoustic pressure fluctuations). can be drawn) in the combustion chamber to vibrations are excited, which can lead to loss of one or more heat shield elements in the case of strong combustion oscillations. In this case, the heat shield elements generally remain as fragments in front of the turbine inlet. However, this leads to the fact that the circulating ¬ turbine blades wander through different Temperaturschat ¬ th, whereby the turbine blades are excited to vibrate. As a result, falling off of heat shield elements from the combustion chamber wall after about 1-2 hours results in a breakage of the turbine blades in the foot, which are excited to vibrate, and cause severe turbine damage.
Zur Vermeidung eines Turbinenschadens in Folge eines Hitze- schildelement-Verlustes ist aus dem Stand der Technik eineIn order to avoid turbine damage as a result of heat shield element loss, the prior art provides a
Überwachungs-Vorrichtung bekannt, die aus der Geräuschkulisse im Betrieb der Gasturbine das kurzzeitig auftretende Geräusch eines fallenden Hitzeschildelementes beim Aufprall auf die Brennkammerwand herausfiltert. Die bekannte Überwachungs- Vorrichtung kann keine 100%ige Detektions-Sicherheit gewähr¬ leisten . Monitoring device known, which filters out the noise of the operation of the gas turbine, the short-term noise of a falling heat shield element upon impact with the combustion chamber wall. The well-known monitoring device can not 100% detection security guarantees afford ¬.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer der eingangs genannten Art, eine Gasturbine mit mindestens einer derartigen Brennkammer und ein Verfahren zur Detektion eines Hitzeschildelement-Verlustes anzugeben, mit welcher sich ein Turbinenschaden in Folge des Verlustes eines Hitze¬ schildelementes besonders sicher vermeiden lässt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Brennkammer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass im Bereich der Brennkammerwand radial hinter mindestens einem Hitzeschild¬ element eine Pfeife angeordnet ist, welche von einem Schmelz¬ stopfen verschlossen ist. Die Schmelztemperatur des den The invention has for its object to provide a combustion chamber of the type mentioned, a gas turbine with at least one such combustion chamber and a method for detecting a heat shield element loss, with which a turbine damage as a result of the loss of a heat ¬ shield element can be particularly safely avoided. The object is achieved in a combustion chamber of the type mentioned above in that in the region of the combustion chamber wall radially behind at least one heat shield element ¬ a pipe is arranged, which is closed by a plug-melting ¬ . The melting temperature of the
Schmelzstopfen bildenden Materials ist höher als eine betriebsbedingte Temperatur zwischen dem Hitzeschildelement und der Brennkammerwand und geringer als eine betriebsbedingte Temperatur radial vor dem Hitzeschildelement im Inneren der Brennkammer, wobei die Pfeife derart angeordnet ist, dass sie im Betrieb der Brennkammer bei geschmolzenem Schmelzstopfen ein akustischen Signal, wie zum Beispiel ein pfeifen Melt plug forming material is higher than an operational temperature between the heat shield member and the combustion chamber wall and less than an operational temperature radially in front of the heat shield member inside the Combustion chamber, wherein the whistle is arranged such that during operation of the combustion chamber with molten melt plug an acoustic signal, such as a whistle
erzeugbar ist. can be generated.
Insbesondere kann radial hinter allen oder im Wesentlichen allen Hitzeschildelementen der Brennkammer, eine derartige Pfeife angeordnet sein. Beispielsweise hinter allen oder im Wesentlichen allen keramischen Hitzeschildelementen. Es kann aber auch nur hinter den keramischen Hitzeschildelementen eine Pfeife angeordnet werden, welche im Betrieb der Gasturbine verloren gehen können. Erfindungsgemäß ist die Pfeife durch einen Schmelzstopfen verschlossen, welcher bei einem Verlust des der Pfeife vorgelagerten Hitzeschildelementes schmilzt. Der Schmelzstopfen kann beispielsweise direkt im Strömungs¬ pfad der Pfeife angeordnet sein oder den Zugang zu diesem blockieren. Die Pfeife ist derart im Bereich der Brennkammerwand angeordnet, dass sie im Betrieb der Gasturbine und bei geschmolzenem Schmelzstopfen passiv - also durch die be- triebsbedingten Umgebungsbedingungen - angetrieben wird. Beispielsweise kann die Pfeife derart angeordnet sein, dass sie passiv von einem zwischen dem die Brennkammer umgebenden Brennerplenum und dem Inneren der Brennkammer herrschenden Druckunterschied zu einem Dauerpfeifton angetrieben wird. Die Pfeife kann aber auch derart angeordnet sein, dass die vor¬ beiströmenden Heißgase die Pfeife zu einem Dauerpfeifton antreiben, sobald der Schmelzstopfen aufgrund des abgefallenen Hitzeschildelementes schmilzt und den Strömungspfad der Pfei¬ fe freigibt. In particular, such a whistle may be arranged radially behind all or substantially all heat shield elements of the combustion chamber. For example, behind all or substantially all ceramic heat shield elements. But it can also be arranged behind the ceramic heat shield elements a whistle, which can be lost during operation of the gas turbine. According to the invention, the pipe is closed by a melting plug, which melts at a loss of the pipe upstream heat shield element. The melting plug can be arranged, for example, directly in the flow ¬ path of the pipe or block the access to this. The whistle is arranged in the region of the combustion chamber wall in such a way that it is driven passively during operation of the gas turbine and in the case of a melted plug, that is to say because of the operating ambient conditions. For example, the whistle may be arranged such that it is passively driven by a pressure difference prevailing between the burner plenum surrounding the combustion chamber and the interior of the combustion chamber to a continuous whistling sound. However, the pipe may also be arranged such that the drive pipe to a Dauerpfeifton before ¬ beiströmenden hot gases as soon as the fusible plug melts due to the fallen heat shield element and releases the flow path of the Pfeiffer ¬ fe.
Die erfindungsgemäße Brennkammer erzeugt somit kurz nach dem Abfallen des Hitzeschildelementes einen Dauerpfeifton, wel¬ cher eine besonders sichere Detektion des Hitzeschildelement- Verlustes ermöglicht. Der Dauerpfeifton lässt sich als Scha- denssignal wesentlich sicherer detektieren als das im Stand der Technik verwendete kurzzeitig auftretende akustische Sig¬ nal beim Aufprall eines Hitzeschildelementes. Auch ist die Detektion eines Dauertones, dessen Frequenz zudem bekannt ist, mittels einer einfachen und preiswerten Überwachungs-Vorrichtung möglich. Dies senkt die Herstellungskosten einer mit einer derartigen Brennkammer ausgestat- teten Gasturbine. The combustion chamber according to the invention thus generates shortly after the fall of the heat shield element a Dauerpfeifton, wel ¬ cher allows a particularly reliable detection of Hitzeschildelement- loss. The Dauerpfeifton can dens signal detected as Scha- much safer than the one used in the prior art briefly occurring acoustic sig ¬ nal the impact of a heat shield element. Also, the detection of a continuous tone whose frequency is also known, by means of a simple and inexpensive monitoring device possible. This lowers the manufacturing costs of a gas turbine equipped with such a combustion chamber.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinan- der angewendet werden können. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Pfeife derart in der Brennkammerwand angeordnet ist, dass der Strömungska¬ nal der Pfeife durch die Brennkammerwand hindurch verläuft, wobei eine Eingangsöffnung der Pfeife in ein die Brennkammer umgebendes Plenum mündet und die Pfeife bei geschmolzenem Schmelzstopfen mittels eines Druckunterschieds zwischen dem Plenum und dem Brennkammerinneren antreibbar ist. Die Pfeife kann gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung eine radial hinter dem Hitzeschildelement angeordnete, speziell als Pfeife ausgeformte Bohrung in der Brennkammerwand sein, die mit einem Schmelzstopfen verschlossen wird. Bei einem Verlust des Hitzeschildelementes gibt der Schmelzstopfen auf- grund der erhöhten Temperaturen die Bohrung frei, so dass durch den Druckunterschied zwischen Plenum und Brennkammerinnerem die Pfeife passiv angetrieben wird und einen andauernden Pfeifton erzeugt, welcher den Verlust des Hitzeschildele¬ mentes anzeigt. It may be advantageously provided that the whistle is arranged in the combustion chamber wall, that the Strömungska ¬ nal of the whistle through the combustion chamber wall passes, wherein an inlet opening of the whistle into a plenum surrounding the combustion chamber and the whistle at molten melt plug by means of a pressure difference is drivable between the plenum and the combustion chamber interior. The whistle may be according to this embodiment of the invention, a radially arranged behind the heat shield element, specially shaped as a whistle hole in the combustion chamber wall, which is closed with a hot plug. In a loss of the heat shield element of the fusible plug are Due to the elevated temperatures, the hole-free so that the pipe is passively driven by the pressure differential between plenum and combustor interior and generates a continuous beep, indicating the loss of Hitzeschildele ¬ mentes.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Reso¬ nanzvolumen der Pfeife in der Brennkammerwand angeordnet ist und eine Eingangsöffnung der Pfeife radial hinter dem Hitzeschildelement in das Brennkammerinnere mündet und derart ent- gegen einer Strömungsrichtung der Brennkammer weist, dass die bei einem Abfallen des Hitzeschildelementes freigelegte Pfei¬ fe bei geschmolzenem Schmelzstopfen durch vorbeiströmendes Heißgas antreibbar ist. Diese Ausgestaltung der Pfeife kann beispielsweise durch eine speziell als Pfeife ausgeformte Ausnehmung in der Brennkam¬ merwand realisiert werden, welche durch den Schmelzstopfen verschlossen wird. It can also be regarded as advantageous that the Reso ¬ nanzvolumen the pipe is disposed in the combustion chamber wall and opens an inlet opening of the pipe radially behind the heat shield element in the combustion chamber interior, and such decision has against a flow direction of the combustion chamber, that at a drop of the Heat shield element exposed Pfei ¬ Fe is drivable in molten melting plug by flowing hot gas. This design of the pipe can be realized for example by a specially shaped recess in the pipe as Brennkam ¬ chamber wall, which is closed by the fusible plug.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Mate¬ rial des Schmelzstopfens eine Schmelztemperatur höher als 500 Grad Celsius, insbesondere von 600-750 Grad Celsius, auf¬ weist. It can also be considered advantageous that the Mate ¬ rial of the melt plug a melting temperature higher than 500 degrees Celsius, in particular from 600-750 degrees Celsius, on ¬ points.
Im Betrieb der Gasturbine herrschen zwischen den Hitzeschild¬ elementen und der Brennkammerwand Temperaturen unter 500 Grad Celsius. Nach dem Verlust eines keramischen Hitzeschildele¬ mentes kann der freiliegende Brennkammerwandbereich bei- spielsweise Temperaturen zwischen 700-800 Grad Celsius ausge¬ setzt sein. Insbesondere eine Schmelztemperatur des Schmelzstopfens von 600-750 Grad Celsius ermöglicht bei einem Ver¬ lust des Hitzeschildelementes ein sicheres Wegschmelzen des Stopfens. Auch besteht in diesem Bereich der Schmelztempera- tur nicht das Risiko eines Fehlalarmes, wenn die Temperaturen unterhalb des keramischen Hitzeschildes aufgrund von Heißgas¬ einzug nahe an 500 Grad heran steigen. In operation of the gas turbine prevail between the heat shield ¬ elements and the combustion chamber wall temperatures below 500 degrees Celsius. After the loss of a ceramic Hitzeschildele ¬ mentes the exposed combustion chamber wall area may play examples, temperatures between 700-800 degrees Celsius out ¬ puts his. Specifically, a melting temperature of the fusible plug of 600-750 degrees Celsius enables safe melting away of the plug at a ¬ Ver loss of the heat shield element. Also, there is in this area of Schmelztempera- not tur the risk of a false alarm, when the temperatures below the ceramic heat shield due to hot gas entering ¬ rise up close to 500 degrees.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Mate- rial des Schmelzstopfens aus Blei oder Zink oder einer Blei und Zink umfassenden Legierung besteht. It may also be considered advantageous that the material of the hot plug consists of lead or zinc or an alloy comprising lead and zinc.
Blei hat eine Schmelztemperatur im Bereich von 600 Grad Celsius. Zink hat eine Schmelztemperatur im Bereich von 690 Grad Celsius. Aus diesem Grund eignen sich diese Materialien für die Herstellung des Schmelzstopfens. Insbesondere lässt sich durch eine Legierung aus den beiden Materialien die Schmelztemperatur des Schmelzstopfens vorteilhaft einstellen. Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei mindestens ei¬ ner Pfeife zur Erzeugung eines Pfeiftones der Strömungskanal der Pfeife stromab der Eingangsöffnung einen verengten Be- reich aufweist, wobei ein Resonanzvolumen der Pfeife stromab des verengten Bereiches angeordnet ist. Lead has a melting temperature in the range of 600 degrees Celsius. Zinc has a melting temperature in the range of 690 degrees Celsius. For this reason, these materials are suitable for the production of the Schmelzstopfens. In particular, the melting point of the hotplate can be advantageously adjusted by an alloy of the two materials. It may be advantageously provided that at least ei ¬ ner pipe for generating a Pfeiftones the flow channel of the pipe downstream of the inlet opening a narrowed loading rich, wherein a resonance volume of the pipe is disposed downstream of the narrowed region.
Beispielsweise kann die Pfeife zur Erzeugung des Pfeiftones unmittelbar stromab des verengten Bereiches noch eine im Strömungspfad angeordnete Kante aufweist, welche an einer Öffnung zu dem Resonanzvolumen der Pfeife angeordnet ist. Dieser Mechanismus zum Anregen eines Pfeiftones ist bei¬ spielsweise von Blockflöten bekannt. Zur Erzeugung des Pfeif- tones wird der die Pfeife durchströmende Luftstrom durch eine den Strömungskanal verengende Öffnung geleitet (beispielswei¬ se einen Spalt im Strömungskanal) , wobei er aus dem Spalt austretend auf eine Kante strömt, die eine Öffnung zu einem Resonanzvolumen begrenzt. Die an der Kante erzeugten Wirbel regen das Resonanzvolumen zu Eigenschwingungen an. For example, the pipe for generating the whistling sound immediately downstream of the narrowed region may also have an edge arranged in the flow path, which is arranged at an opening to the resonance volume of the whistle. This mechanism for stimulating a whistling sound is known in ¬ example of recorders. To generate the whistling tones of the pipe by flowing air stream is passed through a flow channel narrowing opening (beispielswei ¬ se a gap in the flow passage), where it flows out of the gap exiting an edge defining an opening to a resonance volume. The vortices generated at the edge stimulate the resonance volume to natural vibrations.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass bei mindestens einer Pfeife zur Erzeugung eines Pfeiftones der Strö¬ mungskanal stromab der Eingangsöffnung eine von einer federn- den Zunge fast verdeckte Öffnung umfasst, wobei stromab der Öffnung ein Resonanzvolumen der Pfeife angeordnet ist. It can also be regarded as advantageous that the at least one pipe for generating a Pfeiftones the Strö ¬ flow duct downstream of the inlet opening comprises an almost hidden by a springy tongue opening, said opening downstream of a resonance volume of the pipe is arranged.
Dieser Mechanismus zum Anregen eines Pfeiftones in einer Pfeife ist ebenfalls bekannt. Derartige Pfeifen werden als Zungenpfeifen bezeichnet. Der verengte Bereich besteht hier zwischen der Öffnung und der die Öffnung fast verdeckenden Zunge. Die federnde Zunge wird von der vorbeiströmenden Luft zu Schwingungen angeregt, welche sich auf die Luftsäule im Resonanzvolumen übertragen. This mechanism for stimulating a whistling sound in a whistle is also known. Such pipes are called tongue pipes. The narrowed area consists here between the opening and the tongue almost concealing the opening. The resilient tongue is excited by the passing air to vibrations, which are transmitted to the air column in the resonance volume.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Pfei¬ fe für einen Pfeifton ausgelegt ist, dessen Frequenz verschieden ist von der mindestens einen, in mindestens einem Betriebszustand der Brennkammer anregbaren Resonanzfrequenz der Brennkammer. It can also be considered advantageous that the Pfei ¬ Fe is designed for a whistling sound whose frequency is different from the at least one excitable in at least one operating state of the combustion chamber resonant frequency of the combustion chamber.
Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine bessere Unterscheidbarkeit zwischen der Frequenz des Pfeiftons und den im Betrieb der Gasturbine auftretenden thermoakustischen Druckschwankungen (die auch mit Brummen der Gasturbine bezeichnet werden können) , die bei den Resonanzfrequenzen der Brennkammer auftreten. Die Resonanzfrequenzen der Brennkammer werden auch mit Eigenmoden der Brennkammer oder mit Vorzugsfrequenzen der Brennkammer bezeichnet. This embodiment of the invention allows a better distinguishability between the frequency of the whistle and occurring during operation of the gas turbine thermoacoustic pressure fluctuations (which may also be referred to with hum of the gas turbine), which occur at the resonance frequencies of the combustion chamber. The resonance frequencies of the combustion chamber are also referred to with eigenmodes of the combustion chamber or with preferred frequencies of the combustion chamber.
Allgemein kann es sich bei der erfindungsgemäßen Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auch um eine mit mindestens einer Pfeife nachgerüstete Brennkammer handeln. Hierbei wird radial hinter mindestens einem Hitzeschildelement der Brenn¬ kammer im Bereich der Brennkammerwand eine Pfeife nachträg¬ lich realisiert. Beispielsweise durch Einbringen einer als Pfeife speziell ausgebildeten Bohrung in der Brennkammerwand oder durch Anordnen einer separat gefertigten Pfeife oder eines einen Pfeifmechanismus umfassenden Bestandteils einer Pfeife in einer in der Brennkammerwand verlaufenden Bohrung, so dass eine Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9 re¬ alisiert ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich einerseits für die Nachrüstung bereits bestehender Brennkammern aber auch alternativ für neue Brennkammern, bei denen die Pfeife bzw. der Pfeifmechanismus in der Pfeife separat hergestellt werden soll, so dass der Pfeifmechanismus nicht beim Einbringen einer Bohrung in die Brennkammerwand durch eine spezielle Ausgestaltung dieser Bohrung realisiert werden muss. Die separat gefertigte Pfeife bzw. der Bestandteil der Pfeife ist dann als Bestandteil der Brennkammer verwendbar, wenn insbesondere das Material derart ist, dass es den im Be¬ reich der Brennkammerwand herrschenden Betriebstemperaturen stand hält. In general, the combustion chamber according to the invention according to one of claims 1 to 9 can also be a combustor retrofitted with at least one pipe. Here is realized radially behind at least one heat shield element of the combustion chamber in the region ¬ the combustion chamber wall a pipe nachträg ¬ Lich. For example, by introducing a specially designed as a pipe bore in the combustion chamber wall or by arranging a separately manufactured whistle or a pipe whistling component of a whistle in a bore extending in the combustion chamber wall, so that a combustion chamber is re ¬ alised according to one of claims 1 to 9 , This embodiment of the invention is on the one hand for retrofitting already existing combustion chambers but also alternative for new combustion chambers in which the whistle or the whistle mechanism in the whistle to be made separately, so that the whistling mechanism is not when introducing a hole in the combustion chamber wall by a special design of this hole must be realized. The separately manufactured pipe or the component of the pipe is then used as part of the combustion chamber, in particular when the material is such that it withstands the operating conditions prevailing in the Be ¬ rich combustion chamber wall.
Soll die Pfeife bzw. der Pfeifmechanismus der Pfeife separat hergestellt werden, kann vorteilhafterweise die Pfeife bzw. der Pfeifmechanismus aus einem Material bestehen, welches dem Material der Brennkammerwand entspricht und/oder Haynes 230 Stahl ist und/oder Hastelloy X Stahl ist und/oder ein hoch- temperaturfestes Material ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher sich ein Turbinenschaden in Folge des Verlustes eines Hitzeschildelementes besonders sicher vermei- den lässt. If the whistle or whistle of the whistle is to be manufactured separately, the whistle or the whistling mechanism can advantageously consist of a material which corresponds to the material of the combustion chamber wall and / or Haynes 230 is steel and / or Hastelloy X is steel and / or one high temperature resistant material. A further object of the invention is to specify a gas turbine with at least one combustion chamber of the type mentioned at the beginning, with which turbine damage as a result of the loss of a heat shield element can be avoided particularly reliably.
Hierzu ist mindestens eine Brennkammer der Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet. Zur Detektion des bei einem Verlust eines Hitzeschildelementes durch die Brennkammer erzeugten Pfeiftones kann im Bereich der Brennkammer mindestens ein Sensor zur Detektion des von der mindestens einen Pfeife erzeugbaren Pfeiftones ange¬ ordnet sein, wobei der Sensor elektrisch an eine Verarbei- tungseinheit angeschlossen ist, welche derart ausgebildet ist, dass bei einer Aufnahme des Pfeiftones durch den Sensor die Verarbeitungseinheit ein Signal ausgibt. For this purpose, at least one combustion chamber of the gas turbine according to one of claims 1 to 9 is formed. To detect Pfeiftones in a loss of a heat shield element produced by the combustion chamber at least one sensor for detecting the attached from the at least one pipe can be generated Pfeiftones ¬ arranges, in the area of the combustion chamber may be the sensor being electrically connected to processing unit to a processing which such is formed so that when receiving the whistling sound through the sensor, the processing unit outputs a signal.
Das Signal kann ein Warnsignal sein, welches beispielsweise an eine Leitwarte übermittelt wird. Das Signal kann auch ein Steuersignal zum kontrollierten Herunterfahren der Gasturbine sein. Die Verarbeitungseinheit kann eine Steuer- und/oder Re¬ gelvorrichtung sein, welche bei einer Aufnahme des Pfeiftones ein Herunterfahren der Gasturbine einleitet. Die Verarbei- tungseinheit kann aber auch dazu ausgebildet sein, dass Sig¬ nal an eine entsprechende Steuer- und/oder Regelvorrichtung weiterzuleiten. Die erfindungsgemäße Verarbeitungseinheit kann auch ein Bestandteil einer derartigen Steuer- und/oder Regelvorrichtung sein. Bei dem Sensor kann es sich um einen standardmäßig in der Gasturbine vorhandenen Wechseldruckaufnehmer handeln, welcher Teil eines Systems zur Detektion von thermoakustischen Druckschwankungen ist. Mittels eines oder mehrerer dieser Wechseldruckaufnehmer kann ebenfalls der Pfeifton detektiert werden. Die Verarbeitungseinheit kann beispielsweise in dieses System integriert sein oder ledig¬ lich die Messdaten der Wechseldruckaufnehmer mit nutzen. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass der Sensor ein Mikrofon ist. The signal may be a warning signal, which is transmitted to a control room, for example. The signal may also be a control signal for controlled shutdown of the gas turbine. The processing unit may be a control and / or Re ¬ gel apparatus which initiates a shutdown of the gas turbine with an uptake by Pfeiftones. But relating to the processing unit can also be designed that Sig nal ¬ forwarded to an appropriate control and / or regulating device. The processing unit according to the invention can also be a component of such a control and / or regulating device. The sensor may be a standard alternating pressure transducer in the gas turbine, which is part of a system for detecting thermoacoustic pressure fluctuations. By means of one or more of these alternating pressure transducer also the whistling sound can be detected. The processing unit may for example be integrated into this system or single ¬ Lich use the measurement data of the Wechseldruckaufnehmer with. It may also be considered advantageous that the sensor is a microphone.
Diese Art Sensor ist preiswert. An die Verarbeitungseinheit können ein oder mehrerer dieser Mikrofone angeschlossen sein. Das Mikrofon kann beispielsweise im Bereich des Plenums oder an einem Brennerflansch oder im Bereich der Brennkammerwand oder im Bereich einer in die Brennkammer einmündenden Brenneranordnung angeordnet sein. Wesentlich hierbei ist nur, dass bei jeder der an der Brennkammerwand angeordneten Pfei¬ fen die Erzeugung eines Pfeiftones von mindestens einem der Mikrofone detektierbar ist. This type of sensor is cheap. One or more of these microphones may be connected to the processing unit. The microphone can be arranged, for example, in the region of the plenum or on a burner flange or in the region of the combustion chamber wall or in the region of a burner arrangement opening into the combustion chamber. Essential here is that in each of which is arranged on the combustion chamber wall Pfeiffer ¬ fen generating a Pfeiftones of at least one of the microphones is detectable.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Detektieren eines Verlustes eines Hitzeschildelementes in ei¬ ner Brennkammer für eine Gasturbine anzugeben, mit welchem sich ein Turbinenschaden in Folge des Verlustes des Hitze¬ schildelementes besonders sicher vermeiden lässt. Hierzu ist radial hinter dem Hitzeschildelement im Bereich einer Brennkammerwand eine mit einem Schmelzpfropfen verschlossene Pfeife angeordnet, wobei bei einem Verlust des Hitzeschildelementes während des Betriebes der Gasturbine der Schmelzstopfen schmilzt und einen Strömungskanal der Pfeife freigibt, wobei die Pfeife von einem Druckunterschied zwi¬ schen einem die Brennkammer umgebenden Brennerplenum und dem Brennkammerinneren oder durch einen Staudruck der die Brennkammer durchströmenden Heißgase zur Erzeugung eines Dauertones als akustisches Signal angetrieben wird, und das durch die Pfeife erzeugte akustische Signal detektiert wird. Another object of the invention is to provide a method for detecting a loss of a heat shield member in egg ¬ ner combustor for a gas turbine, with which a turbine damage in consequence of the loss can be more reliably prevent heat shield element of. To this end, radially arranged behind the heat-shield element in the region of a combustion chamber wall a sealed with a fusible pipe, which melts at a loss of the heat shield element during operation of the gas turbine of the melting plug and releases a flow channel of the pipe, wherein the pipe Zvi ¬ rule of a pressure difference a the Combustion chamber surrounding Brennerplenum and the combustion chamber interior or by a back pressure of the combustion chamber flowing through the hot gases to produce a continuous tone is driven as an acoustic signal, and the acoustic signal generated by the whistle is detected.
Für das Verfahren gelten analog die gleichen Erläuterungen wie für die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13. 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 . For the method useful embodiments and advantages of the dung OF INVENTION ¬ apply analogously, the same explanation as for the apparatus according to any one of claims 1 to 13. Further subject matter of the description of Ausführungsbeispie ¬ len of the invention with reference to the figure of the drawing, wherein the same reference numerals have identical components ver ¬ show.
Dabei zeigt die It shows the
Fig.l schematisch einen Längsschnitt durch eine Gasturbine nach dem Stand der Technik, 1 schematically shows a longitudinal section through a gas turbine according to the prior art,
Fig.2 schematisch einen Längsschnitt durch eine Ringbrennkammer gemäß dem Stand der Technik, 2 schematically shows a longitudinal section through an annular combustion chamber according to the prior art,
Fig.3 schematisch den in Fig.2 mit dem Bezugszeichen gekennzeichneten Ausschnittbereich an einer Ringbrennkammer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 3 is a schematic representation of the cut-out region, identified by the reference numeral in FIG. 2, on an annular combustion chamber according to a first exemplary embodiment of the invention;
Fig.4 schematisch den Ausschnitt der Fig.3 bei geschmol¬ zenem Schmelzstopfen, Fig.5 schematisch eine Pfeife gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, und 4 shows schematically the section of Fig.3 at geschmol ¬ zenem melting plug, Figure 5 schematically shows a pipe according to a second embodiment of the invention in a longitudinal section, and
Fig.6 schematisch eine Pfeife gemäß einem dritten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt. 6 schematically shows a whistle according to a third embodiment of the invention in a longitudinal section.
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer Gasturbine 1 nach dem Stand der Technik in schematisch vereinfachter Darstellung. Die Gasturbine 1 weist in ihrem Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 6, ein Verdichter 8, ein Verbrennungssystem 9 mit einer Anzahl an Brennkammern 10, die jeweils eine Brenneranordnung 11 mit mindestens einem Brenner, ein BrennstoffVersorgungssystem für die Brenner (nicht dargestellt) und eine Brennkammerwand 12 umfassen, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammern 10 können beispielsweise ringförmig an dem Turbineneintritt an- geordnet sind. Die Brennkamer 10 kann aber auch eine Ringbrennkammer sein, deren um die Welle 4 herumlaufende Ringraumpassage in einem Längsschnitt dargestellt ist. Die Gas¬ turbine kann auch mehrere stromab aneinander anschließende Ringbrennkammern umfassen. 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. Along the rotor 3 follow one another an intake housing 6, a compressor 8, a combustion system 9 with a number of combustion chambers 10, each comprising a burner assembly 11 with at least one burner, a fuel supply system for the burners (not shown) and a combustion chamber wall 12 Turbine 14 and an exhaust housing 15. The combustion chambers 10 may, for example, be annularly connected to the turbine inlet. are ordered. The Brennkamer 10 may also be an annular combustion chamber, which is running around the shaft 4 Ringraumpassage shown in a longitudinal section. The gas turbine ¬ may also comprise a plurality of downstream annular combustion chambers.
Das Verbrennungssystem 9 mündet am Turbineneintritt in einen ringförmigen Heißgaskanal der Turbine, durch den das heiße Arbeitsgas des Verbrennungssystems auf die hintereinander ge- schalteten Turbinenstufen der Turbine 14 strömt. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung des Arbeitsgases gesehen folgt im Heißkanal der Turbine 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 darge¬ stellt) . The combustion system 9 opens at the turbine inlet into an annular hot gas duct of the turbine, through which the hot working gas of the combustion system flows onto the turbine stages of the turbine 14 connected in series. Each turbine stage is formed of blade rings. Viewed in the flow direction of the working gas follows in the hot runner of the turbine of a row of vanes 17 formed by a number of 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. Coupled to the rotor 3 is for example a generator (not Darge ¬ asserted).
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 in die Brenneranordnung 11 geleitet und in den Brennern der Brenneranordnung mit Brennstoff vermischt und/oder im Austrittsbereich der Brenner mit Brennstoff angereichert. Brennstoffzuführsysteme versor¬ gen die Brenner hierbei mit Brennstoff. Das Gemisch bzw. die Verdichterluft L" und der Brennstoff werden von den Brennern in die Brennkammer 10 eingeleitet und verbrennen unter Bildung eines heißen Arbeitsgasstromes in einer Verbrennungszone innerhalb der Brennkammer und strömen als heißes Arbeitsgas durch die Brennkammer (wobei das Innere der Brennkammer auch als Heißgaspfad der Brennkammer bezeichnet werden kann) zum ringförmigen Turbineneintritt und entlang des Heißgaspfads der Turbine an den Leitschaufeln 17 und den Laufschaufeln 18 vorbei. An den Laufschaufeln 18 entspannt sich der Arbeits- gasstrom impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 18 den Rotor 3 antreiben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) . Die Figur 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ringbrennkammer 22 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dargestellt ist nur eine Hälfte der Ringbrennkammer 22, welche rotationssymmetrisch um die Rotationsachse 2 ausgebildet ist. Die Ringbrennkammer 22 weist an einem Kopf- ende 23 der Brennkammer eine Brenneranordnung 11 auf und erstreckt sich bis zu einem an einem Turbineneintritt 24 ange¬ ordneten Brennkammerausgang. Der Heißgaspfad der Ringbrennkammer ist als eine Ringraumpassage ausgebildet, die von ei¬ ner Brennkammerwand 25 umgeben ist. Die Brennkammerwand 25 umfasst einen radial außen angeordneten Bereich, der auch mit Außenschale 25a bezeichnet wird, und einen zur Rotationsachse 2 weisenden Bereich, der auch mit Nabe 25b bezeichnet wird. Zum Schutz vor Heißgasen ist die Brennkammerwand 25 mit einem Hitzeschild 26 ausgekleidet. Der Hitzeschild 26 besteht aus einer Anzahl von Hitzeschildelementen 27, die unter Belassung von Dehnspalten 28 flächendeckend an der Brennkammerwand an¬ geordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Hitzeschild 26 in umlaufenden Reihen angeordnete keramische Hitzeschildelemente 27a. Lediglich ei- ne Abschlussreihe 29 ist mit metallischen Hitzeschildelementen 27b ausgestattet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Er¬ findung ist im Bereich der Brennkammerwand 25 radial hinter jedem keramischen Hitzeschildelement 27a eine Pfeife 30 ange¬ ordnet. Die Pfeifen 30 sind als speziell ausgebildete Bohrun- gen in der Brennkammerwand 25 ausgebildet, so dass der Strö¬ mungskanal der Pfeifen 30 durch die Brennkammerwand 25 hin¬ durch verläuft, wobei jeweils eine Eingangsöffnung der Pfeife in ein die Ringbrennkammer 22 umgebendes Plenum 7 mündet. Die Pfeifen sind durch einen Schmelzstopfen verschlossen, dessen Schmelztemperatur so gewählt ist, dass erst bei einem Verlust des vorgelagerten Hitzeschildelementes 27a während des Betriebs der Gasturbine dieser schmilzt. Der Strömungska¬ nal der Pfeife ist dann frei, so dass die Pfeife passiv durch den Druckunterschied zwischen dem Plenum 7 und dem Inneren der Brennkammer zu einem Pfeifton angetrieben wird. During operation of the gas turbine, air is sucked in and compressed by the compressor 8 through the intake housing 6. The compressor air L "provided at the turbine-side end of the compressor 8 is guided along a burner plenum 7 to the combustion system 9 where it is passed into the burner assembly 11 and mixed with fuel in the burners of the burner assembly and / or fuel-enriched in the burner discharge region ¬ the burner gen case with fuel. the mixture or the compressor air L "and the fuel are introduced from the burners into the combustion chamber 10 and burned to form a hot working gas stream in a combustion zone within the combustor and flow as hot working gas through the combustion chamber ( wherein the interior of the combustion chamber may also be referred to as the hot gas path of the combustion chamber) to the annular turbine inlet and along the hot gas path of the turbine to the vanes 17 and the blades 18 over. At the rotor blades 18, the worker relaxes Pulsed gas stream, so that the blades 18 drive the rotor 3 and this coupled to him generator (not shown). 2 shows schematically a longitudinal section through an annular combustion chamber 22 according to a first embodiment of the invention. Shown is only one half of the annular combustion chamber 22 which is rotationally symmetrical about the axis of rotation 2 is formed. The annular combustion chamber 22 has a burner arrangement 11 at a head end 23 of the combustion chamber and extends up to a combustion chamber outlet arranged at a turbine inlet 24. The hot gas path of the annular combustion chamber is formed as a Ringraumpassage, which is surrounded by ei ¬ ner combustion chamber wall 25. The combustion chamber wall 25 comprises a region arranged radially on the outside, which is also referred to as outer shell 25a, and an area pointing to the rotation axis 2, which is also designated by hub 25b. For protection against hot gases, the combustion chamber wall 25 is lined with a heat shield 26. The heat shield 26 consists of a number of heat shield elements 27, which are expansion gaps 28 while leaving coverage on the combustion chamber wall at ¬ sorted. In the illustrated embodiment of the invention, the heat shield 26 comprises ceramic heat shield elements 27a arranged in circumferential rows. Only one end row 29 is equipped with metallic heat shield elements 27b. According to the exemplary embodiment of the ¬ invention is in the field of the combustion chamber wall 25 radially behind each ceramic heat shield member 27a, a pipe 30 arranged ¬. The pipes 30 are as specially trained borings in the combustion chamber wall 25 is formed so that the Strö ¬ flow duct of the pipes through the combustion chamber wall 25 towards ¬ by runs 30, wherein in each case one inlet opening of the pipe in an annular combustion chamber leads 22 surrounding the plenum. 7 The pipes are closed by a melting plug, the melting temperature is chosen so that only at a loss of the upstream heat shield element 27a during operation of the gas turbine this melts. The Strömungska ¬ nal of the pipe is then free, so that the pipe passively by the pressure difference between the plenum 7 and the interior of the combustion chamber is driven to a whistling sound.
Im Bereich der Ringbrennkammer 22 ist ein Sensor 32 zur De- tektion des von der mindestens einen Pfeife 30 erzeugbaren Pfeiftones angeordnet. Bei dem Sensor kann es sich um einIn the area of the annular combustion chamber 22, a sensor 32 is arranged for detecting the whistling sound that can be generated by the at least one whistle 30. The sensor may be a
Mikrofon handeln. Der Sensor 32 ist elektrisch an eine Verarbeitungseinheit 33 angeschlossen, welche derart ausgebildet ist, dass bei Detektion des Pfeiftones die Verarbeitungsein¬ heit 33 ein Warnsignal ausgibt. Das Warnsignal kann bei- spielsweise an eine Leitwarte (nicht dargestellt) übermittelt werden oder zum kontrollierten Herunterfahren der Gasturbine an eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (nicht dargestellt) ausgegeben werden. Die Anordnung der Verarbeitungseinheit 33 ist schematisch dargestellt. Die Verarbeitungseinheit 33 kann sich außerhalb des Plenums 7 und eines das Plenum 7 umgeben¬ den äußeren Gehäuses (nicht dargestellt) befinden. Für eine genauere Beschreibung der Pfeifen 30 ist beispielhaft der Be¬ reich 31 in der nachfolgenden Figur vergrößert dargestellt. Die Figur 3 zeigt einen Ausschnitt der in Figur 2 dargestell¬ ten Ringbrennkammer 22 im Bereich der Brennkammerwand 25. An der Brennkammerwand ist ein keramisches Hitzeschildelemente 27a angeordnet. Radial hinter dem Hitzeschildelement 27a ver¬ läuft durch die Brennkammerwand 25 eine speziell als Pfeife ausgebildete Bohrung 40. Die Bohrung 40 umfasst einen Strö¬ mungskanal 34, der eine in das Plenum 7 mündende Eingangsöff¬ nung 35 aufweist. Zur Erzeugung eines Pfeiftones weist der Strömungskanal 34 einen verengten Bereich 36 und ein sich stromab daran anschließendes Resonanzvolumen 37 auf. Der Pfeifmechanismus der als Pfeife ausgebildeten Bohrung 40 kann zusätzliche Komponenten aufweisen, die in der schematischen Darstellung nicht dargestellt sind. Die Pfeife ist durch ei¬ nen Schmelzstopfen 38 verschlossen, wobei die Schmelztemperatur des Schmelzstopfens 38 höher ist als eine betriebsbeding- te Temperatur im Bereich 42 zwischen dem Hitzeschildelement und der Brennkammerwand und geringer ist als eine betriebsbe¬ dingte Temperatur radial vor dem Hitzeschildelement im Inne¬ ren der Brennkammer im Heißgaspfad 21. Die Figur 4 zeigt den in Figur 3 dargestellten Ausschnitt der Brennkammerwand 25 bei einem Verlust des der Pfeife 30 vorge¬ lagerten Hitzeschildelementes 27a. Durch den Verlust des Hit¬ zeschildelementes sieht die Brennkammerwand 25 im Bereich der Pfeife 30 die im Heißgaspfad 21 herrschenden höheren Tempera¬ turen, so dass der Schmelzstopfen den Strömungskanal Act microphone. The sensor 32 is electrically connected to a processing unit 33, which is designed such that the Verarbeitungsein ¬ standardized 33 outputs a warning signal upon detection of the Pfeiftones. The warning signal can be transmitted, for example, to a control room (not shown) or output to the controlled shutdown of the gas turbine to a control and / or regulating device (not shown). The arrangement of the processing unit 33 is shown schematically. The processing unit 33 may be outside the plenum 7 and surrounded by the plenum 7 - the outer housing (not shown). For a more detailed description of the pipes 30 of loading ¬ rich 31 is shown enlarged in the figure below by way of example. 3 shows a detail of the dargestell ¬ th in Figure 2 an annular combustion chamber 22 in the region of the combustion chamber wall 25 to the combustion chamber wall is arranged a ceramic heat shield elements 27a. Radially behind the heat shield element 27a ver ¬ passes through the combustion chamber wall 25 is a specially designed as a pipe bore 40. The bore 40 includes a Strö ¬ flow duct 34 having an opening into the plenum 7 Eingangsöff ¬ voltage 35th To generate a whistling sound, the flow channel 34 has a constricted region 36 and a resonant volume 37 adjoining it downstream. The whistling mechanism of the whistle bore 40 may include additional components which are not shown in the schematic diagram. The pipe is closed by ei ¬ NEN melting plug 38, wherein the melting temperature of the fusible plug 38 is higher than a compressor operating te temperature in the range 42 between the heat shield member and the combustion chamber wall and is less than a ready for operation ¬-related temperature radially in front of the heat-shield element in the perception ¬ ren the combustion chamber in the hot gas path 21st The figure 4 shows the detail of the combustion chamber wall 25 shown in Figure 3 27a with a loss of the pipe 30 provided ¬ superimposed heat shield element. By the loss of hit ¬ zeschildelementes the combustion chamber wall 25 looks in the pipe 30, the pressure prevailing in the hot gas path 21 higher tempera ¬ tures, so that the fusible plug the flow channel
34 der Pfeife 30 freigibt. Aufgrund der Anordnung der Pfeife 30 durch die Brennkammerwand 25 hindurch, pfeift die Pfeife 30 bei geschmolzenem Schmelzstopfen 38 im Betrieb der Brenn- kammer passiv aufgrund der betriebsbedingten Umgebungsbedingungen der Pfeife 30 - hier aufgrund des Druckunterschiedes zwischen dem Plenum 7 und dem Brennkammerinneren 39. Der durch den Verlust des Hitzeschildelementes 27a ausgelöste Dauerpfeifton ist besonders sicher detektierbar . 34 of the pipe 30 releases. Due to the arrangement of the pipe 30 through the combustion chamber wall 25, whistling the pipe 30 with melted plug 38 during operation of the combustion chamber passive due to the operational environmental conditions of the pipe 30 - here due to the pressure difference between the plenum 7 and the combustion chamber interior 39th Der durch the loss of the heat shield element 27a triggered Dauerpfeifton is particularly secure detectable.
Die Figuren 5 und 6 zeigen zwei Pfeifen 30 mit alternativ ausgebildetem Pfeifmechanismus , welche erfindungsgemäß aus einem Material bestehen, welches für die betriebsbedingten Temperaturen im Bereich der Brennkammerwand geeignet ist. Die Figur 5 zeigt eine Lippenpfeife. Der Pfeifmechanismus der Pfeife umfasst einen Strömungskanal 34 mit einem verengten Bereich 36, auf den unmittelbar stromab eine Kante 43 im Strömungspfad folgt. Die Kante 43 begrenzt eine Öffnung zu dem Resonanzvolumen 37. Strömt Luft durch die Eingangsöffnung 35 in den Strömungskanal 34 und durch den verengten BereichFigures 5 and 6 show two pipes 30 with alternatively formed whistling mechanism, which according to the invention consist of a material which is suitable for the operating temperatures in the region of the combustion chamber wall. FIG. 5 shows a lip whistle. The whistle whistle mechanism comprises a flow channel 34 having a narrowed region 36 followed immediately downstream by an edge 43 in the flow path. The edge 43 defines an opening to the resonant volume 37. Air flows through the input port 35 into the flow channel 34 and through the constricted area
36, bildet die auf die Kante 43 strömende Luft Wirbel, welche teilweise in den Nebenpfad 44 und in das Resonanzvolumen 37 gelangen, wobei die Luftsäule im Resonanzvolumen 37 zu 36, the air flowing on the edge 43 forms vortices, which partially enter the secondary path 44 and the resonance volume 37, the air column in the resonance volume 37 to
Schwingungen angeregt wird. Zur Realisierung einer erfin- dungsgemäßen Brennkammer kann beispielsweise eine derartigeVibrations is stimulated. To realize a combustion chamber according to the invention, for example, such a
Pfeife 30 separat - beispielsweise aus demselben Material wie die Brennkammerwand - gefertigt werden, mit einem Schmelz¬ stopfen verschlossen werden und anschließend radial hinter einem keramischen Hitzeschildelement in einer durch die Pipe 30 separately - are made, are sealed with a melting ¬ stuff and then radially behind a ceramic heat shield element in a through - for example the same material as the combustion chamber wall
Brennkammerwand verlaufenden Bohrung der erfindungsgemäßen Brennkammer angeordnet werden. Die Figur 6 zeigt eine sogenannte Zungenpfeife, welche erfin¬ dungsgemäß aus einem Material besteht, welches für die be¬ triebsbedingten Temperaturen im Bereich der Brennkammerwand geeignet ist. Der Pfeifmechanismus der Pfeife 30 umfasst stromab der Eingangsöffnung 35 eine Öffnung im Strömungspfad 34, welche von einer federnd angeordneten Zunge 45 fast verdeckt wird. Strömt Luft durch den Strömungspfad, gerät die Zunge 45 in Schwingungen, so dass die Luftsäule im Resonanzvolumen 37 ebenfalls zu Schwingungen angeregt wird. Die Pfei- fe 30 - verschlossen mit einem Schmelzstopfen - eignet sich ebenfalls zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Brennkammer. Hierbei wird die Pfeife radial hinter einem Hitzeschild¬ element als separat gefertigtes Bauteil in einer durch die Brennkammerwand verlaufenden Bohrung angeordnet. Die Zunge kann aus einem hochtemperaturfesten Edelstahl oder Nickelbasismaterial bestehen. Combustion chamber wall extending bore of the combustion chamber according to the invention can be arranged. 6 shows a so-called reed pipe consisting OF INVENTION ¬ dung according made of a material which is suitable for the conditional be ¬ operating temperatures in the region of the combustion chamber wall. The whistle mechanism of the whistle 30 includes downstream of the inlet opening 35 an opening in the flow path 34, which is almost hidden by a resiliently disposed tongue 45. If air flows through the flow path, the tongue 45 vibrates, so that the air column in the resonance volume 37 is also excited to vibrate. The pipe 30 - closed with a melt plug - is also suitable for the realization of a combustion chamber according to the invention. Here the pipe is arranged radially behind a heat shield element ¬ as a separately manufactured component in a plane passing through the combustion chamber wall bore. The tongue may consist of a high temperature resistant stainless steel or nickel base material.

Claims

Patentansprüche claims
1. Brennkammer (10, 22) für eine Gasturbine (1) mit einer den Heißgaspfad der Brennkammer umgebenden Brennkammerwand (12, 25) , welche mindestens bereichsweise mit einer Anzahl von an der Brennkammerwand befestigten Hitzeschildelementen (27, 27a, 27b) ausgekleidet ist, A combustion chamber (10, 22) for a gas turbine (1) with a combustion chamber wall (12, 25) surrounding the hot gas path of the combustion chamber, which is lined at least in regions with a number of heat shield elements (27, 27a, 27b) attached to the combustion chamber wall,
g e k e n n z e i c h n e t durch marked by
mindestens eine im Bereich der Brennkammerwand (25) radial hinter einem Hitzeschildelement angeordnete Pfeife (30), wel¬ che von einem Schmelzstopfen (38) verschlossen ist, wobei die Schmelztemperatur eines den Schmelzstopfen bildenden Materials höher ist als eine betriebsbedingte Temperatur zwischen dem Hitzeschildelement (27, 27a, 27b) und der Brennkammerwand (25) und geringer ist als eine betriebsbedingte Temperatur radial vor dem Hitzeschildelement im Inneren der Brennkammer, wobei die Pfeife (30) derart angeordnet ist, dass im Betrieb der Brennkammer bei geschmolzenem Schmelzstopfen (38) ein akustisches Signal erzeugbar ist. at least one in the area of the combustion chamber wall (25) radially arranged behind a heat shield element pipe (30), wel ¬ surface by a fusible plug (38) is closed, wherein the melting temperature of the fusible plug-forming material is higher than an operational temperature between the heat shield member (27 , 27a, 27b) and the combustion chamber wall (25) and is lower than an operational temperature radially in front of the heat shield element inside the combustion chamber, wherein the whistle (30) is arranged such that in operation of the combustion chamber with molten melt plug (38) an acoustic Signal can be generated.
2. Brennkammer (10, 22) nach Anspruch 1, 2. combustion chamber (10, 22) according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens eine Pfeife (30) derart in der Brennkammerwand (25) angeordnet ist, dass der Strömungskanal (34) der Pfeife durch die Brennkammerwand hindurch verläuft, wobei eine Ein¬ gangsöffnung (35) der Pfeife in ein die Brennkammer umgebendes Plenum (7) mündet und die Pfeife bei geschmolzenem characterized in that at least one pipe (30) in such a way in the combustion chamber wall (25) is arranged such that the flow channel (34), passes the pipe through the combustion chamber wall wherein a one ¬ hole (35) of the pipe (in a combustion chamber surrounding plenum 7) and the pipe when molten
Schmelzstopfen (38) mittels eines Druckunterschieds zwischen dem Plenum (7) und dem Brennkammerinneren (39) antreibbar ist. Melting plug (38) by means of a pressure difference between the plenum (7) and the combustion chamber interior (39) is drivable.
3. Brennkammer nach Anspruch 2, 3. combustion chamber according to claim 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 Pfeife (30) eine radial hinter dem Hitzeschildelement (27) angeordnete, als Pfeife ausgeformte Bohrung (40) in der Brennkammerwand ist, welche mit einem Schmelzstopfen (38) verschlossen ist. characterized in that the whistle (30) is a radially behind the heat shield element (27) arranged as a whistle shaped bore (40) in the combustion chamber wall, which is closed with a melting plug (38).
4. Brennkammer (10, 22) nach Anspruch 1, 4. combustion chamber (10, 22) according to claim 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 ein Resonanzvolumen (37) der Pfeife in der Brennkammerwand angeordnet ist und eine Eingangsöffnung (35) der Pfeife radi- al hinter dem Hitzeschildelement in das Brennkammerinnere (39) mündet und derart entgegen einer Strömungsrichtung der Brennkammer weist, dass die bei einem Abfallen des Hitze¬ schildelementes (27) freigelegte Pfeife bei geschmolzenem Schmelzstopfen (38) durch vorbeiströmendes Heißgas antreibbar ist. characterized in that a resonance volume (37) of the whistle is arranged in the combustion chamber wall and an inlet opening (35) of the whistle radii al behind the heat shield element in the combustion chamber interior (39) opens and thus facing against a flow direction of the combustion chamber, that in a fall of the heat shield element (27) exposed pipe for molten fusible plug (38) can be driven by hot gas flowing past.
5. Brennkammer (10, 22) für eine Gasturbine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. combustion chamber (10, 22) for a gas turbine (1) according to one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Material des Schmelzstopfens (38) eine Schmelztemperatur oberhalb von 500 Grad Celsius aufweist, insbesondere eine Schmelztemperatur im Bereich von 600 bis 750 Grad Celsius aufweist . The material of the melt plug (38) has a melting temperature above 500 degrees Celsius, in particular has a melting temperature in the range of 600 to 750 degrees Celsius.
6. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Material des Schmelzstopfens (38) aus Blei oder Zink oder einer Blei und Zink umfassenden Legierung besteht. 6. Combustion chamber according to one of the preceding claims, wherein the material of the melt plug (38) consists of lead or zinc or an alloy comprising lead and zinc.
7. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s bei mindestens einer Pfeife (30) zur Erzeugung eines Pfeifto¬ nes der Strömungskanal (34) der Pfeife stromab der Eingangs¬ öffnung (35) eine verengten Bereich (36) umfasst, wobei stromab des verengten Bereiches ein Resonanzvolumen (37) der Pfeife angeordnet ist. 7. combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that at least one whistle (30) for generating a Pfeifeno ¬ nes the flow channel (34) of the whistle downstream of the input ¬ opening (35) comprises a constricted region (36), wherein downstream of the narrowed area a resonance volume (37) of the whistle is arranged.
8. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s mindestens eine Pfeife (30) als Zungenpfeife oder Lippenpfei¬ fe ausgebildet ist. 8. combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that at least one whistle (30) is designed as a tongue pipe or Lippenpfei ¬ fe.
9. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Pfeife für einen Pfeifton ausgelegt ist, dessen Frequenz verschieden ist von der mindestens einen, in mindestens einem Betriebszustand der Brennkammer anregbaren Resonanzfrequenz der Brennkammer. 9. combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the whistle is designed for a whistling sound whose frequency is different from the at least one excitable in at least one operating state of the combustion chamber resonant frequency of the combustion chamber.
10. Pfeife (30) oder Bestandteil einer Pfeife, 10. whistle (30) or part of a whistle,
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 Pfeife (30) oder der Bestandteil der Pfeife als Bestand- teil der Brennkammer (10, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendbar ist, und von einem Schmelzstopfen (38) verschlossen ist, wobei die Schmelztemperatur eines den Schmelzstopfen bildenden Materials höher ist als eine betriebsbe¬ dingte Temperatur zwischen einem Hitzeschildelement (27, 27a, 27b) und einer Brennkammerwand (25) und geringer ist als eine betriebsbedingte Temperatur radial vor dem Hitzeschildelement im Inneren der Brennkammer, und wobei die Pfeife (30) so aus¬ gebildet ist, dass im Betrieb der Brennkammer bei geschmolze¬ nem Schmelzstopfen (38) ein akustisches Signal erzeugbar ist. characterized in that the whistle (30) or the component of the whistle is usable as a constituent of the combustion chamber (10, 22) according to one of claims 1 to 9, and is closed by a melting plug (38), wherein the melting temperature of the melting plug is-forming material is higher than a ready for operation ¬-related temperature between a heat shield element (27, 27a, 27b) and a combustion chamber wall (25) and is less than an operational temperature radially in front of the heat shield member inside the combustion chamber, and wherein the pipe (30) so is formed ¬ , that during operation of the combustion chamber at molten ¬ nem melt plug (38) an acoustic signal can be generated.
11. Pfeife (30) oder Bestandteil einer Pfeife nach Anspruch 10, 11. whistle (30) or part of a whistle according to claim 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 Pfeife oder der Bestandteil der Pfeife aus einem Material besteht, welches dem Material der Brennkammerwand entspricht und/oder Haynes 230 Stahl und/oder Hastelloy X Stahl und/oder ein hochtemperaturfestes Material ist. The pipe or component of the whistle is made of a material which corresponds to the material of the combustion chamber wall and / or is Haynes 230 steel and / or Hastelloy X steel and / or a high temperature resistant material.
12. Gasturbine (1) mit mindestens einer Brennkammer, 12. gas turbine (1) with at least one combustion chamber,
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, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist und d at least one combustion chamber (10, 22) according to one of claims 1 to 9 is formed, and
im Bereich der Brennkammer mindestens ein Sensor (32) zur De- tektion des von der mindestens einen Pfeife erzeugbaren akus- tischen Signals angeordnet ist, wobei der Sensor (32) elekt¬ risch an eine Verarbeitungseinheit (33) angeschlossen ist, welche derart ausgebildet ist, dass bei einer Aufnahme des Pfeiftones durch den Sensor die Verarbeitungseinheit (33) ein Signal ausgibt. at least one sensor (32) for disassembly of the acoustically tektion of the at least one pipe tables can be generated signal is arranged in the region of the combustion chamber, wherein the sensor (32) is driven elekt ¬ connected to a processing unit (33), which is designed such that at a recording of the Whistling sounds through the sensor, the processing unit (33) outputs a signal.
13. Gasturbine nach Anspruch 12, 13. Gas turbine according to claim 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 der Sensor (32) ein Mikrofon ist. That is, the sensor (32) is a microphone.
14. Verfahren zum Detektieren eines Verlustes eines Hitzeschildelementes (27) in einer Brennkammer für eine Gasturbi- ne, bei welchem radial hinter dem Hitzeschildelement im Be¬ reich einer Brennkammerwand (25) eine mit einem Schmelzstop¬ fen (38) verschlossene Pfeife (30) angeordnet ist, wobei bei einem Verlust des Hitzeschildelementes (27) während des Be¬ triebs der Gasturbine der Schmelzstopfen schmilzt und einen Strömungskanal (34) der Pfeife freigibt, wobei die Pfeife von einem Druckunterschied zwischen einem die Brennkammer umgebenden Brennerplenum (7) und dem Brennkammerinneren (39) oder durch einen Staudruck der die Brennkammer durchströmenden Heißgase zur Erzeugung eines akustischen Signals angetrieben wird, und das durch die Pfeife (30) erzeugte akustische Sig¬ nal detektiert wird. 14. A method for detecting a loss of a heat shield element (27) in a combustion chamber for a gas turbine, in which radially behind the heat shield element Be ¬ rich a combustion chamber wall (25) fen with a Schmelzstop ¬ fen (38) closed pipe (30) is arranged, wherein at a loss of the heat shield element (27) during Be ¬ operation of the gas turbine melts the melting plug and a flow channel (34) releases the whistle, the whistle of a pressure difference between the combustion chamber surrounding a burner plenum (7) and the combustion chamber interior (39) or is driven by a dynamic pressure of the combustion chamber by flowing hot gases for generating an acoustic signal, and by the pipe (30) generated acoustic ¬ Sig nal is detected.
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