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    • 专利摘要:
    Durch Verbrennung verursachte Druckpulsationen können den Bereich der Betriebsbedingungen, unter denen eine moderne Gasturbine mit geringer Emission und einem hohen Leistungswirkungsgrad arbeiten kann, einschränken. Die Steuerung akustischer Schwingungen ist folglich für die Gasturbinenauslegung, ihre Entwicklung und Wartung in zunehmendem Maße eine Frage, der große Bedeutung zukommt. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, Kühlluftleckage durch die Spalte (7) von Combustorauskleidungssegmenten (3; 4) zu nutzen, um eine akustische Dämpfung von Verbrennungspulsationen zu erreichen. Das Hauptbauteil der Konstruktion ist die Abdichtungseinrichtung (8), die den Spalt (7) zwischen den beiden Auskleidungssegmenten (3) und (4) abdeckt. Die Abdichtungseinrichtung (8) sammel im Plenum (9) einen Teil der zwischen dem Außengehäuse (1) und der inneren Auskleidungskonstruktion (2) strömenden Kühlluft (6). Zu diesem Zweck ist die Abdichtungseinrichtung (8) mit Öffnungen (12) entlang den Seitenwänden (10) ausgestattet, die es der Kühlluft (6) ermöglichen, in das Plenum (9) einzutreten. Im Plenum (9) wird die Kühlluft (6) entlang dem Spalt (7) verteilt und durch Austrittsöffnungen (13) ausgetragen, die entlang der Oberseite (11) der Abdichtungseinrichtung (8) verteilt sind. Die durch die Austrittsöffnungen (13) ausgetragenen Strahlen (18) erzielen die zusätzliche Wirkung einer Dämpfung akustischer Pulsationen in der Brennkammer (17).Combustion-induced pressure pulsations may limit the range of operating conditions a modern gas turbine can operate with low emissions and high power efficiency. As a result, the control of acoustic vibration is becoming an increasingly important issue for gas turbine design, development and maintenance. The basic idea of the present invention is to utilize cooling air leakage through the gaps (7) of combustor liner segments (3; 4) to achieve acoustic damping of combustion pulsations. The main component of the construction is the sealing device (8), which covers the gap (7) between the two lining segments (3) and (4). The sealing device (8) collects in the plenum (9) a part of the cooling air (6) flowing between the outer casing (1) and the inner lining construction (2). For this purpose, the sealing device (8) is provided with openings (12) along the side walls (10) which allow the cooling air (6) to enter the plenum (9). In plenum (9), the cooling air (6) is distributed along the gap (7) and discharged through outlet openings (13) which are distributed along the upper side (11) of the sealing device (8). The rays (18) discharged through the outlet openings (13) achieve the additional effect of damping acoustic pulsations in the combustion chamber (17).
    公开号:DE102004010620A1
    申请号:DE102004010620
    申请日:2004-03-02
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Valter Bellucci；Jonas Hurter；Jörg Dr. Pross
    申请人:Alstom Technolgoy AG；
    IPC主号:F02B77-13
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahrenund eine Brennkammer zur wirksamen Nutzung der Kühlluftleckage durch die Spaltevon Brennkammerauskleidungssegmenten, um eine akustische Dämpfung von Verbrennungspulsationenzu erzielen.The invention relates to a methodand a combustion chamber for effectively utilizing the cooling air leakage through the gapscombustor liner segments to provide acoustic damping of combustion pulsationsto achieve.
    [0002] In den Brennkammern von Gasturbinenmoderner Bauart. kann es im Betrieb zu Druckschwingungen bzw. akustischenSchwingungen kommen. Derartige Schwingungen erweisen sich im Betriebals störendund könnensogar zur Zerstörungvon Bauteilen führen.Ein wirksamer Dämpfungsmechanismus istdaher fürdie Betriebsfähigkeitder Brennkammer und die Unversehrtheit der Bauteile vorteilhaft.Eine Möglichkeitzur Dämpfungoder Unterdrückungderartiger Schwingungen besteht darin, an der Brennkammer sogenannteHelmholtzresonatoren anzubringen, die als Dämpfungselemente an die Schwingungenankoppeln und sie dämpfenoder vollständig zumVerschwinden bringen.In the combustion chambers of gas turbinesmodern design. can it during operation to pressure oscillations or acousticVibrations come. Such vibrations prove in operationas disturbingand caneven to destructionlead from components.An effective damping mechanism istherefore forthe operabilitythe combustion chamber and the integrity of the components advantageous.A possibilityfor dampingor suppressionSuch oscillations is at the combustion chamber so-calledHelmholtz resonators, which act as damping elements to the vibrationsdock and steam themor completely toBring disappearance.
    [0003] Aus dem Stand der Technik sind verschiedeneBeispiele fürden Einsatz von Helmholtzresonatoren bekannt. In der Druckschrift US 5373695 wird eine Ringbrennkammerfür eineGasturbine beschrieben, bei welcher an der Stirnseite neben denBrennern einzelne, mit KühlluftgespülteHelmholtzresonatoren angeordnet sind, die jeweils ein aussenliegendesDämpfungsvolumenumfassen, das überein Dämpfungsrohrmit der Brennkammer in Verbindung steht und zur Verhinderung einerhitzebedingten frequenzmässigenVerstimmung überein dünnesVersorgungsrohr von aussen mit Kühlluftbeaufschlagt wird.Various examples of the use of Helmholtz resonators are known from the prior art. In the publication US 5373695 an annular combustor for a gas turbine is described, in which at the front next to the burners individual, rinsed with cooling air Helmholtz resonators are arranged, each comprising an external damping volume, which communicates via a damping tube with the combustion chamber and to prevent a heat-related frequency detuning over a thin supply pipe from the outside with cooling air is applied.
    [0004] In der Druckschrift US 5644918 wird eine Gasturbinenbrennkammerbeschrieben, bei der innerhalb des die Brennkammer umgebenden Kühlluft führendenDoppelmantels und an der Stirnseite der Brennkammer im Bereich derBrenner durch Einziehen zusätzlicherTrennwändeHelmholtzresonatoren gebildet werden, die über Verengungen mit der Brennkammerin Verbindung stehen, im übrigenaber vollkommen abgeschlossen sind, so dass ein Durchfluss von Kühlluft durchdie Resonatorräumenicht stattfindet.In the publication US 5644918 a gas turbine combustor is described in which Helmholtz resonators are formed within the combustion chamber surrounding cooling air leading double mantle and on the front side of the combustion chamber in the burner by drawing additional partitions, which are connected via constrictions with the combustion chamber, but otherwise completely closed, so that a flow of cooling air through the Resonatorräume does not take place.
    [0005] Die bekannten, mit Helmholtzresonatorenarbeitenden Lösungensind aufwendig in der Konstruktion, lassen sich bei vorhandenenGasturbinen nur schwer nachrüsten,nehmen, wenn sie in einer Mehrzahl eingesetzt werden, erheblichenPlatz ein und sind nicht kompatibel mit Kühlkonzepten, bei denen dieInnenwand der Brennkammer durch von aussen herangeführte Kühlluft gekühlt wird.Zusätzlichweisen Lösungenmit Helmholtzresonatoren meist den Nachteil auf, dass ihr Schallabsorptionsprofilim Frequenzbereich ziemlich schmalbandig ist.The well-known, with Helmholtz resonatorsworking solutionsare complex in construction, can be found in existingGas turbines difficult to retrofit,If used in a large number, they take a considerable amountPlace and are not compatible with refrigeration concepts in which theInner wall of the combustion chamber is cooled by brought out from outside cooling air.additionallyhave solutionsHelmholtz resonators usually have the disadvantage that their sound absorption profilein the frequency domain is pretty narrowband.
    [0006] Eine andere Lösung zur akustischen Dämpfung istin der Druckschrift EP 0990891 wiedergegeben.Die Innenwand der Brennkammer ist zumindest in einem Teilbereichaus wenigstens zwei, im wesentlichen parallel zueinander angeordnetenLochplatten gebildet, wobei eine erste Lochplatte unmittelbar an dieKühlluftkanäle grenztund mit einer Mehrzahl von ersten Öffnungen versehen ist, durchwelche Kühlluft ausden Kühlluftkanälen in einhinter der ersten Lochplatte liegendes erstes Zwischenvolumen strömt, hinterder ersten Lochplatte, in Richtung der Verbrennungszone, eine weitereLochplatte angeordnet ist, welche mit einer Mehrzahl von weiteren Öffnungen versehenist, der Abstand zwischen der ersten Lochplatte und der weiterenLochplatte und die geometrischen Abmessungen der weiteren Öffnungenso gewähltsind, dass die Öffnungenzusammen mit zwischen den Lochplatten vorhandenen Zwischenvolumeneine Mehrzahl von untereinander verbundenen Helmholtzresonatorenbilden und als Schalldämpfer für in derBrennkammer entstehende akustische Schwingungen wirken. Eine derartigeAnordnung führtbei geringem Platzbedarf zu einer breiten Schallabsorptionscharakteristik.Another solution for acoustic damping is in the document EP 0990891 played. The inner wall of the combustion chamber is formed at least in a partial region of at least two mutually parallel perforated plates, wherein a first perforated plate directly adjacent to the cooling air channels and provided with a plurality of first openings, through which cooling air from the cooling air ducts in a behind the the first perforated plate lying first intermediate volume flows behind the first perforated plate, in the direction of the combustion zone, another perforated plate is provided, which is provided with a plurality of further openings, the distance between the first perforated plate and the other perforated plate and the geometrical dimensions of the other openings are selected so that the openings together with existing between the perforated plates intermediate volume form a plurality of interconnected Helmholtz resonators and act as a muffler for resulting in the combustion chamber acoustic vibrations. Such an arrangement results in a small footprint to a wide sound absorption characteristics.
    [0007] Das akustische Verhalten solcherperforierten Wändeist mittels seiner Impedanz Z=R+iX definiert, das heisst, das Verhältnis zwischendem akustischen Druck und der Geschwindigkeit senkrecht zur Wandist im Frequenzbereich definiert. Der reale Teil R der Impedanzist der Widerstand, und der imaginäre teil X ist die Reaktanz.Der Widerstand R der perforierten Wand betrifft Dissipationsprozesse,die in den Wandlöchernstattfinden. Die Hauptdissipationswirkung besteht darin, dass akustischeenergie in eine Ablösungdes in den Rändernder Wandlöcher erzeugtenWirbelvektors umgewandelt wird, dass nachgeschaltet eine Konvektionund anschliessend durch Turbulenz eine Dissipation zu Wärme erfolgt. DieReaktanz X stellt die Trägheitdes in den Löchern undim hinteren Hohlraum unter der Wirkung des akustischen Felds stossweisefliessenden Fluids dar. Um spezifische akustische Moden zu dämpfen, sind dieperforierten Wändeso ausgelegt, dass sie einen nahe bei ρc liegenden R-Wert aufweisen(wobei ρ die Fluiddichteund c die Fluidschallgeschwindigkeit sind), und X << ρcin dem Frequenzbereich liegt, in dem solche Moden stattfinden.The acoustic behavior of suchperforated wallsis defined by its impedance Z = R + iX, that is, the ratio betweenthe acoustic pressure and the speed perpendicular to the wallis defined in the frequency domain. The real part R of the impedanceis the resistance, and the imaginary part X is the reactance.The resistance R of the perforated wall relates to dissipation processes,in the wall holesoccur. The main dissipation effect is that acousticenergy in a replacementin the marginsthe wall holes generatedVortex vector is converted, that downstream convectionand then by turbulence dissipation to heat takes place. TheReactance X represents the inertiain the holes andin the rear cavity under the action of the acoustic field intermittentlyflowing fluid. To attenuate specific acoustic modes are theperforated wallsdesigned to have an R value close to ρc(where ρ is the fluid densityand c are the fluid sonic velocity), and X << ρcis in the frequency range in which such modes take place.
    [0008] Es sei darauf hingewiesen, dass dieBedingungen R=ρcund X=0 der reflexionsfreien Bedingung enstsprechen, das heisstder vollständigenAbsorption der akustischen Energie einer Welle mit senkrechter Einfallebene.Der Wirkungsgrad solcher Akustikschirme hängt weitgehend vom abgedeckten Oberflächenbereichab.It should be noted that theConditions R = ρcand X = 0 correspond to the reflection-free condition, that isthe completeAbsorption of the acoustic energy of a wave with a normal incidence plane.The efficiency of such acoustic screens depends largely on the covered surface areafrom.
    [0009] Die Aussenkonstruktion moderner Gasturbinenist üblicherweiseaus einem Material wie Stahlguß hergestellt,welches zum Schutz vor den Heissgasen mit einer Auskleidung odereiner Schale aus einem hochtemperaturbeständigen Material (Legierungauf Ni-Basis oder sogar Baukeramik) ausgekleidet ist, die von derRückseiteaus gekühltwird. Vom Konstruktionsstandpunkt aus ist es vorteilhaft, für die InnenauskleidungMehrfachsegmente anstelle eines einteiligen Stücks zu verwenden, weil dadurchdie Montage vereinfacht wird und die thermischen Beanspruchungenin der Auskleidung niedriger gehalten werden. Ein Nachteil der segmentiertenAuskleidung besteht darin, daß sichimmer Spalte endlicher Breite zwischen den einzelnen Segmenten befinden.Als Folge davon besteht ein Risiko, daß Heißgase in die Spalte eindringen,wodurch es auf lange Sicht zu einer Beschädigung der Gehäusekonstruktionkommen würde.Aus diesem Grunde werden die Spalte durch eine gesteuerte Kühlluftleckagegespült.The outer construction of modern gas turbines is usually made of a material such as cast steel, which for protection against the hot gases with a lining or a shell made of a high temperature resistant material (Legie Ni-based or even architectural ceramics), which is cooled from the rear. From a design standpoint, it is advantageous to use multiple segments instead of a one-piece piece for the inner liner because this simplifies assembly and keeps the thermal stresses in the liner lower. A disadvantage of the segmented lining is that there are always gaps of finite width between the individual segments. As a result, there is a risk that hot gases will penetrate the gaps, which in the long run would damage the housing construction. For this reason, the gaps are flushed by a controlled cooling air leakage.
    [0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,einen zusätzlichenVorteil aus der notwendigen Kühlluftleckagedurch die Auskleidungssegmente zu erreichen, dergestalt, dass siezur akustischen Dämpfungvon Verbrennungspulsationen herangezogen wird.The invention is based on the objectAn additionalAdvantage from the necessary cooling air leakagethrough the lining segments to achieve that theyfor acoustic dampingused by combustion pulsations.
    [0011] Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahrenund eine Brennkammer der in den unabhängigen Ansprüchen bezeichnetenArt erreicht. Vorteilhafte Ausführungsartensind dabei den abhängigen Ansprüchen zuentnehmen.According to the invention, this is achieved by a methodand a combustion chamber as defined in the independent claimsArt achieved. Advantageous embodimentsare the dependent claims tooremove.
    [0012] Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,den Austrag an Kühlluftleckagein die Brennkammer durch Einsatz einer zweckentsprechenden Gestaltungder Spalte zwischen den Auskleidungssegmenten in Gestalt einer Mehrzahlindividueller Luftstrahlen zu bewirken, anstelle eines diffusenund ziemlich ungesteuerten Leckagestroms. Diese individuellen Strahlenbewirken eine akustische Dämpfung.Unter der Bedingung Z=ρcwird die gesamte Energie einer Welle mit senkrechter Einfallebeneabsorbiert. Der lineare Beitrag R ist gegenüber dem nicht linearen BeitragX vorherrschend (akustische Geschwindigkeitskonvektion des Wirbelvektors), wenndie Strömungsgeschwindigkeitgrößer alsdie Schallgeschwin digkeit im Loch ist. In diesem Fall hängt R lediglichvon der Frequenz ab und kann, unabhängig vom akustischen Feld,durch Einwirken auf die Strömungsgeschwindigkeitund die Porositätabgestimmt werden. Stromaufwärtszu den Austrittsöffnungenwird ein Plenum verwendet, um die Kühlluft zu verteilen und dieReaktanz X entsprechend der zu dämpfendenFrequenz auf Null abzustimmen. Dadurch ist es möglich, die dem Akustikschirmvor- und nachgeschalteten akustischen Bereiche abzukoppeln.The basic idea of the invention isthe discharge of cooling air leakageinto the combustion chamber by use of an appropriate designthe gap between the lining segments in the form of a pluralityindividual air jets, instead of a diffuse oneand fairly uncontrolled leakage current. These individual rayscause an acoustic damping.Under the condition Z = ρcbecomes the total energy of a wave with a normal incidence planeabsorbed. The linear contribution R is opposite to the non-linear contributionX predominant (acoustic velocity convection of the vortex vector) whenthe flow velocitygreater thanthe speed of sound is in the hole. In this case, R only dependsfrom the frequency and can, independent of the acoustic field,by acting on the flow velocityand the porositybe matched. upstreamto the outlet openingsa plenum is used to distribute the cooling air and theReactance X corresponding to the one to be dampedFrequency to zero. This makes it possible for the acoustic screenDisconnect upstream and downstream acoustic areas.
    [0013] Ein umfassenderes Verständnis derErfindung und vieler der damit verbundenen Vorteile ergibt sichaus der nachstehenden ausführlichenBeschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen; dabeisind:A broader understanding ofInvention and many of the associated advantagesfrom the detailed belowDescription in conjunction with the accompanying drawings; thereare:
    [0014] 1a und 1b Darstellungen eines Konstruktionsprinzipsfür Brennkammernmit Auskleidungssegmenten und Kühlluftleckagedurch Segmentspalte; 1a and 1b Illustrations of a design principle for combustors with liner segments and cooling air leakage through segment gaps;
    [0015] 2 eineDarstellung einer Abdichtungseinrichtung zwischen Auskleidungssegmenten; 2 an illustration of a sealing device between lining segments;
    [0016] 3 eineDarstellung eines Beispiels einer Akustikschirmabsorption durchKühlluftleckage. 3 a representation of an example of an acoustic screen absorption by cooling air leakage.
    [0017] Es sind nur diejenigen Elemente dargestellt, diefür dasVerständnisder Erfindung unbedingt erforderlich sind. Nicht dargestellt sindbeispielsweise der Kompressor, die Turbine, das dem Brenner vorgeschaltetePlenum und das Brennstoffsystem.Only those elements are shown thatfor theunderstandingthe invention are absolutely necessary. Not shownFor example, the compressor, the turbine, upstream of the burnerPlenum and the fuel system.
    [0018] Die 1a und 1b, auf die nunmehr Bezug genommenwird, zeigen ein Konstruktionsprinzip für Brennkammern, das speziellin großenIndustriegasturbinen weitgehende Anwendung findet. Das Gehäuse (1)ist die Außenkonstruktiondes Verbrennungssystems, das durch den Brenner (15) unddie Brennkammer (17) gebildet ist, in der die Heißgase (16)strömen.Die innere Oberflächedes Brennkammergehäuses(1) ist mit Auskleidungssegmenten (3; 4)abgedeckt, die auf der Rückseitedurch einen Kühlstrom(6) gekühltwerden. Durch die Spalte (7) zwischen den Auskleidungssegmenten(3; 4) strömt dieKühlluftleckage(14) aus. In 1b istein Querschnitt einer ringförmigenBrennkammer beispielhaft dargestellt. Das gleiche Konstruktionsprinzipkann auch fürandere Brennkammerausführungen,wie beispielsweise eine Silobrennkammer, angewendet werden.The 1a and 1b to which reference is now made, show a design principle for combustion chambers, which is widely used especially in large industrial gas turbines. The housing ( 1 ) is the external construction of the combustion system passing through the burner ( 15 ) and the combustion chamber ( 17 ) is formed, in which the hot gases ( 16 ) stream. The inner surface of the combustion chamber housing ( 1 ) is equipped with lining segments ( 3 ; 4 ), which on the back by a cooling flow ( 6 ) are cooled. Through the column ( 7 ) between the lining segments ( 3 ; 4 ) flows the cooling air leakage ( 14 ) out. In 1b is a cross-section of an annular combustion chamber exemplified. The same design principle can also be used for other combustion chamber designs, such as a silo combustion chamber.
    [0019] 2 zeigtein Konstruktionsprinzip einer Abdichtungseinrichtung (8)zwischen den Auskleidungssegmenten (3; 4). DieAbdichtungseinrichtung (8) deckt den Spalt (7)zwischen den beiden Auskleidungssegmenten (3; 4)ab. Die Abdichtungseinrichtung (8) sammelt im Plenum (9)einen Teil der Kühlluft (6),die zwischen dem Gehäuse(1) und den Auskleidungssegmenten (3; 4)strömt.Zu diesem Zweck ist die Abdichtungseinrichtung (8) mitEinlaßöffnungen (12)entlang den Seitenwänden(10) ausgestattet, die es der Kühlluft (6) ermöglichen,in das Plenum (9) einzutreten. Die Form, Anzahl und Größe dieser Öffnungen(12) bestimmen den Druckabfall und die Teilmenge des gesamtenKühlluftmassenstroms,der in das Plenum (9) eintritt. Im einfachsten Fall können die Öffnungen(12) als einfache zylindrische Bohrungen ausgeführt sein,könnenaber auch eine beliebige andere zweckentsprechende Form aufweisen.Im Plenum (9) wird die Kühlluft (6) entlangdem Spalt (7) zwischen den Auskleidungssegmenten (3; 4)verteilt und durch die Austrittsöffnungen(13) ausgetragen, die entlang der Oberseite (11)der Abdichtungseinrichtung (8) verteilt sind. Die Gesamtfläche dieser Kühlluftaustrittsöffnungen(13) ist üblicherweiseetwas kleiner als die Öffnungen(12) fürden eintretenden Kühlluftstromentlang den Seitenwänden(10), so daß immerein positiver Druckabfall sichergestellt ist und verhindert wird,daß heißes Gasunterhalb der Abdichtungseinrichtung (8) in das Plenum(9) eintritt. Auch hier entspricht die einfachste Formdieser Öffnungen(12) und (13) derjenigen einer zylindrischen Bohrung,aber andere Formen sind auch möglich. Diedurch die Austrittsöffnungen(13) austretenden Strahlen (18) erzielen die Wirkungeiner Dämpfung akustischerPulsationen in der Brennkammer (17) 2 shows a construction principle of a sealing device ( 8th ) between the lining segments ( 3 ; 4 ). The sealing device ( 8th ) covers the gap ( 7 ) between the two lining segments ( 3 ; 4 ). The sealing device ( 8th ) gathers in plenary ( 9 ) a part of the cooling air ( 6 ) between the housing ( 1 ) and the lining segments ( 3 ; 4 ) flows. For this purpose, the sealing device ( 8th ) with inlet openings ( 12 ) along the side walls ( 10 ), which allow the cooling air ( 6 ) in the plenary session ( 9 ) to enter. The shape, number and size of these openings ( 12 ) determine the pressure drop and the subset of the total cooling air mass flow entering the plenum ( 9 ) entry. In the simplest case, the openings ( 12 ) may be designed as a simple cylindrical bores, but may also have any other suitable shape. In plenary ( 9 ) the cooling air ( 6 ) along the gap ( 7 ) between the lining segments ( 3 ; 4 ) and through the outlet openings ( 13 ) discharged along the top ( 11 ) of the sealing device ( 8th ) are distributed. The total area of these cooling air outlets ( 13 ) is usually et which is smaller than the openings ( 12 ) for the incoming cooling air flow along the side walls ( 10 ), so that always a positive pressure drop is ensured and is prevented that hot gas below the sealing device ( 8th ) in plenary ( 9 ) entry. Again, the simplest form of these openings ( 12 ) and ( 13 ) of a cylindrical bore, but other shapes are also possible. The through the outlet openings ( 13 ) emerging rays ( 18 ) achieve the effect of damping acoustic pulsations in the combustion chamber ( 17 )
    [0020] Es ist natürlich möglich, die Erfindung in anderenspezifischen Ausführungsformenals in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformzu realisieren. Dies kann erfolgen, ohne vom Wesen der Erfindungabzuweichen. Die bevorzugte Ausführungsformdient lediglich der Veranschaulichung und stellt in keiner Weiseeine Beschränkungdar.It is of course possible to use the invention in othersspecific embodimentsas in the preferred embodiment described aboveto realize. This can be done without departing from the essence of the inventiondeparting. The preferred embodimentis for illustrative purposes only and in no way constitutesa restrictionrepresents.
    [0021] Um die akustische Dämpfung einschätzen zukönnen,muß dasdurch die gelochte Oberseite (11) der Abdichtungseinrichtung(8) gebildete Akustikschirm in Betracht gezogen werden.Der Strom durch die gesamten Austritts öffnungen (13), die über dieAbdichtungseinrichtung (8) verteilt sind, ist für die akustischeDämpfungverantwortlich, wobei die Porosität und die Strömungsgeschwindigkeitdie gewünschteBedingung fürden Widerstand R realisieren können.Das den Austrittsöffnungen(13) vorgeschaltete Plenum (9) bildet den akustischenhinteren Hohlraum, der füreine Nullreaktanz ausgelegt ist, d.h. X=0.In order to be able to estimate the acoustic damping, this must be ensured by the perforated upper side (FIG. 11 ) of the sealing device ( 8th ) formed acoustic screen are considered. The flow through the entire outlet openings ( 13 ), via the sealing device ( 8th ) are responsible for the acoustic damping, wherein the porosity and the flow rate can realize the desired condition for the resistance R. The outlet openings ( 13 ) Plenum ( 9 ) forms the acoustic back cavity designed for zero reactance, ie X = 0.
    [0022] 3 zeigtein Beispiel einer numerischen Vorhersage einer Akustiksiebdämpfung,ausgedrückt alsGrößenordnungdes Absorptionskoeffizienten 1-|r2|, mitdem Reflexionskoeffizienten r=(Z+ρc)/(Z-ρc). Die aufgetrageneGrößenordnung zeigtdie maximale Absorption der Resonanzfrequenz an, die auch durcheinen typischen Phasensprung gekennzeichnet ist. Absorptionskurvenfür unterschiedlicheFrequenzen könnendurch Veränderungder Auslegungsparameter erhalten werden. Die maximale Dämpfungsfrequenzhängt vonfolgenden Faktoren ab: Austrittsöffnungsdurchmesser,-länge, Schallgeschwindigkeit,Distanz zwischen den Austrittsöffnungen(13), Dicke des hinteren Hohlraums. Der Wert der maximalenDämpfunghängt hauptsächlich vonder Strahlgeschwindigkeit ab. Somit bietet die Konstruktion eineVariabilitätvon Parametern, die verwendet werden können, um die Dämpfungseigenschaftendes Systems zu steuern. Es ist auch möglich, selbst die Dämpfungskurvedurch Verwendung unterschiedlicher Parameter in unterschiedlichenSpalten (7) unterschiedlicher Brennkammerbereiche zu verbreitern. 3 FIG. 12 shows an example of a numerical prediction of acoustic sieve attenuation, expressed as an order of magnitude of the absorption coefficient 1- | r 2 |, with the reflection coefficient r = (Z + ρc) / (Z-ρc). The applied order of magnitude indicates the maximum absorption of the resonance frequency, which is also characterized by a typical phase jump. Absorption curves for different frequencies can be obtained by changing the design parameters. The maximum damping frequency depends on the following factors: outlet diameter, length, speed of sound, distance between the outlet openings ( 13 ), Thickness of the rear cavity. The value of maximum damping depends mainly on the jet velocity. Thus, the design provides a variability of parameters that can be used to control the damping characteristics of the system. It is also possible to use even the attenuation curve by using different parameters in different columns ( 7 ) widen different combustion chamber areas.
    [0023] Es sei jedoch darauf hingewiesen,daß die vorliegendeErfindung in keiner Weise auf eine besondere Ausführung einerBrennkammer oder ein spezielles Abdichtungskonzept beschränkt ist.It should be noted, however,that the presentInvention in no way to a particular embodiment of aCombustion chamber or a special sealing concept is limited.
    11 Außengehäuseouter casing 22 Auskleidunglining 33 Auskleidungssegmentliner segment 44 Auskleidungssegmentliner segment 55 KühlluftkanalCooling air duct 66 KühlluftstromCooling air flow 77 Spaltgap 88th Abdichtungseinrichtungsealing device 99 Plenumplenum 1010 Seitenwände von(8)Sidewalls of ( 8th ) 1111 obereWand von (8)upper wall of ( 8th ) 1212 Einlaßöffnungeninlet ports 1313 Austrittsöffnungenoutlet openings 1414 KühlluftleckageCooling air leakage 1515 Brennerburner 1616 heißes Gashot gas 1717 Brennkammercombustion chamber 1818 Luftstrahlenair jets
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Verfahren zur Dämpfung von durch Verbrennungverursachten Pulsationen in einer Brennkammer für eine Gasturbine, bei demdie Brennkammer mindestens ein die Außenkonstruktion der Brennkammer(17) bildendes Gehäuse(1), eine Auskleidung (2), die vom Gehäuse (1)aus radial nach innen beabstandet ist und die innere Oberfläche desBrennkammergehäuses(1) bildet, sowie einen zwischen dem Gehäuse (1)und der Auskleidung (2) verbleibenden Kühlluftkanal (5) umfaßt, wobeidas Verfahren das Sammeln von mindestens einem Teil der zwischendem Außengehäuse (1)und der inneren Auskleidungskonstruktion (2) strömenden Kühlluft (6)in mindestens einem Plenum (9), das Bilden mehrerer individuellerStrahlen (18) der Kühlluft(6) sowie das Austragen dieser individuellen Luftstrahlen(18) in die Brennkammer (17) hinein umfaßt, so daß dadurch eineakustische Dämpfungerzielt wird.Method for damping combustion-induced pulsations in a combustion chamber for a gas turbine, in which the combustion chamber has at least one outer construction of the combustion chamber ( 17 ) housing ( 1 ), a lining ( 2 ) from the housing ( 1 ) is spaced radially inwardly and the inner surface of the combustion chamber housing ( 1 ) and between the housing ( 1 ) and the lining ( 2 ) remaining cooling air duct ( 5 ), the method comprising collecting at least a portion of the between the outer housing ( 1 ) and the inner lining construction ( 2 ) flowing cooling air ( 6 ) in at least one plenary session ( 9 ), forming a plurality of individual beams ( 18 ) of the cooling air ( 6 ) as well as the discharge of these individual air jets ( 18 ) in the combustion chamber ( 17 ), so that thereby an acoustic damping is achieved.
    [2]
    Brennkammer füreine Gasturbine, wobei die Brennkammer mindestens folgendes umfaßt: eindie Außenkonstruktionder Brennkammer (17) bildendes Gehäuse (1); eineAuskleidung (2), die vom Gehäuse (1) aus radial nachinnen beabstandet ist und die innere Oberfläche des Brennkammergehäuses (1)bildet; wobei die Auskleidung (2) aus mehreren Segmenten (3; 4)besteht; einen zwischen dem Gehäuse (1) und den Auskleidungssegmenten(3; 4) verbleibenden Kühlluftkanal (5); und eineAbdichtungseinrichtung (8) im Spalt (7) zwischenangrenzenden Segmenten (3; 4) mit mehreren Austrittsöffnungen(13), um Strahlen (18) von Kühlluft in die Brennkammer (17)hinein auszutragen.Combustion chamber for a gas turbine, wherein the combustion chamber comprises at least the outer construction of the combustion chamber ( 17 ) housing ( 1 ); a lining ( 2 ) from the housing ( 1 ) is spaced radially inwardly and the inner surface of the combustion chamber housing ( 1 ) forms; the lining ( 2 ) of several segments ( 3 ; 4 ) consists; one between the housing ( 1 ) and the lining segments ( 3 ; 4 ) remaining cooling air duct ( 5 ); and a sealing device ( 8th ) in the gap ( 7 ) between adjacent segments ( 3 ; 4 ) with several outlet openings ( 13 ) to rays ( 18 ) of cooling air into the combustion chamber ( 17 ) into it.
    [3]
    Brennkammer nach Anspruch 2, bei der die Abdichtungseinrichtung(8) mindestens folgendes umfaßt: eine erste Seitenwandund eine zweite Seitenwand (10), die beide in der Fläche desKühlluftkanals(5) vorgesehen sind; eine dritte Wand (11)an der Oberseite, die den Spalt (7) überbrückt; ein durch die Seitenwände (10)und die obere Wand (11) gebildetes Plenum (9); Einlaßöffnungen(12) entlang den Seitenwänden (10); und Austrittsöffnungen(13) entlang der Oberseite in der Fläche des Spalts (7).Combustion chamber according to claim 2, wherein the Sealing device ( 8th ) comprises at least: a first side wall and a second side wall ( 10 ), both in the area of the cooling air channel ( 5 ) are provided; a third wall ( 11 ) at the top, the gap ( 7 ) bridged; one through the side walls ( 10 ) and the upper wall ( 11 ) formed plenum ( 9 ); Inlet openings ( 12 ) along the side walls ( 10 ); and outlet openings ( 13 ) along the top in the area of the gap ( 7 ).
    [4]
    Brennkammer nach Anspruch 3, bei der die Abdichtungseinrichtung(8) an den inneren Segmenten (3; 4) vorgesehenist.Combustion chamber according to Claim 3, in which the sealing device ( 8th ) on the inner segments ( 3 ; 4 ) is provided.
    [5]
    Brennkammer nach Anspruch 3, bei der die Abdichtungseinrichtung(8) an den äußeren Segmenten(3; 4) vorgesehen ist.Combustion chamber according to Claim 3, in which the sealing device ( 8th ) on the outer segments ( 3 ; 4 ) is provided.
    [6]
    Brennkammer nach Anspruch 3, bei der die Abdichtungseinrichtung(8) gleichzeitig an den inneren Segmenten und an den äußeren Segmentenvorgesehen ist.Combustion chamber according to Claim 3, in which the sealing device ( 8th ) is provided simultaneously on the inner segments and on the outer segments.
    [7]
    Brennkammer nach Anspruch 3, bei der die Gesamtfläche derAustrittsöffnungen(13) kleiner als die Gesamtfläche der Einlaßöffnungen(12) ist.Combustion chamber according to Claim 3, in which the total area of the outlet openings ( 13 ) smaller than the total area of the inlet openings ( 12 ).
    [8]
    Brennkammer nach Anspruch 3, bei der sowohl die Austrittsöffnungen(13) als auch die Einlaßöffnungen (12) zylindrischeBohrungen sind.Combustion chamber according to Claim 3, in which both the outlet openings ( 13 ) as well as the inlet openings ( 12 ) are cylindrical bores.
    [9]
    Brennkammer nach Anspruch 2, bei der es sich um eineSilobrennkammer füreine Gasturbine handelt.Combustion chamber according to claim 2, which is aSilo combustion chamber fora gas turbine is.
    [10]
    Brennkammer nach Anspruch 2, bei der es sich umeine ringförmigeBrennkammer füreine Gasturbine handelt.Combustion chamber according to claim 2, which isan annularCombustion chamber fora gas turbine is.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB0305025D0|2003-04-09|
    US7065971B2|2006-06-27|
    US20040172948A1|2004-09-09|
    DE102004010620B4|2014-09-11|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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