HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinen-Brennkammer,
welche Schwingungen infolge einer Verbrennung reduzieren kann, und auf eine Gasturbine
und ein Strahltriebwerk, das mit dieser Brennkammer versehen ist.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei Gasturbinen, die eine Ausgangswellenleistung durch Komprimieren
von Luft als Arbeitsfluid und Erhitzen derselben in einer Brennkammer sowie Expandieren
des so erzeugten Hochtemperatur- und Hochdruckgases in einer Turbine erzeugen, und
auch bei Strahltriebwerken, bei denen sie in der jüngsten Vergangenheit direkt zum
Antreiben eines Luftfahrzeugs durch die von der Ausgangsleistung eines Hochgeschwindigkeitsstrahls
erzeugte kinetische Energie verwendet wird, bestand ein Bedarf an einer Verringerung
an Emissionen, wie z.B. Stickoxiden (NOx), im Hinblick auf den Umweltschutz.
Diese Gasturbinen und Strahltriebwerke haben einen Kompressor, eine
Brennkammer und eine Turbine als ihre Hauptkomponenten, wobei der Kompressor und
die Turbine direkt über eine Hauptwelle miteinander verbunden sind. Die Brennkammer
ist mit der Auslassöffnung des Kompressors verbunden, und das Arbeitsfluid, das
durch den Kompressor ausgetragen wird, wird durch die Brennkammer auf eine vorbestimmte
Turbineneingangstemperatur erhitzt. Das der Turbine in dem Hauptgehäuse gelieferte
Arbeitsfluid mit hoher Temperatur und hohem Druck strömt zwischen den statischen
Schaufeln bzw. Leitschaufeln und den dynamischen Schaufeln bzw. Laufschaufeln, die
an der Hauptwelle angebracht sind, und expandiert, was die Hauptwelle zur Drehung
bringt und eine Ausgangsleistung liefert. Im Fall einer Gasturbine kann die Wellenleistung
durch Subtrahieren der vom Kompressor verbrauchten Leistung von der gesamten Ausgangsleistung
erhalten werden, und die Wellenleistung kann als Antriebsquelle verwendet werden,
wenn ein elektrischer Generator oder dgl. mit einem Ende der Hauptwelle verbunden
ist.
Um Emissionen wie NOx und dgl. bei Gasturbinen und Strahltriebwerken
zu reduzieren, werden derzeit eine Anzahl von Forschungs- und Entwicklungsprojekten
in Bezug auf Brennkammern durchgeführt. Für Vorgemisch-Brennkammern ist bekannt,
dass NOx-Emissionen wirksam reduziert werden können, wenn ein Gemisch des Brennstoffgases
und der Luft homogen ist. Wenn demgegenüber das Gemisch nicht homogen ist, da lokale
Hochtemperaturabschnitte in den Bereichen hoher Konzentration der Flamme auftreten,
werden große NOx-Mengen in den Hochtemperaturbereichen erzeugt und die Gesamtemission
der Brennkammer nimmt zu. Die Erfindung der japanischen ungeprüften Patentanmeldung,
Erstveröffentlichungs-Nr. HEI 11-41878 ist eine vorbekannte Erfindung, welche eine
Lösung für das Problem eines nicht-homogenen Gemisch offenbart. Dieser Stand der
Technik offenbart eine Gasturbinen-Brennkammer, die mit einem Flügel versehen ist,
der mit mehreren kleinen Löchern an der Lufteinlassseite der Brennkammer versehen
ist, um die einströmende Luft zu verteilen und ein gleichmäßig gemischtes Gas zu
liefern.
Diese Gasturbinen-Brennkammer wird als Beispiel einer herkömmlichen
Gasturbine mit Bezug auf 8 und 9
erläutert. In 8 und 9
ist die Bezugsziffer 1 eine Brennkammer, die Bezugsziffer 2 ist
ein innerer Zylinder, die Bezugsziffer 3 ist eine Vorgemischdüse, die Bezugsziffer
4 ist ein Pilotbrenner, die Bezugsziffer 5 ist ein Hauptbrenner
und die Bezugsziffer 6 ist eine obere Abdeckung. Zwischen dem inneren Zylinder
2 und der oberen Abdeckung 6 ist ein Luftweg 7 für die
von der Brennkammer gelieferte Luftströmung ausgebildet.
Die von der Brennkammer gelieferte Luftströmung strömt in den Eingang
für den Luftweg 7, nachdem sie um annähernd 180 Grad umgekehrt wurde, wie
durch den Pfeil in der Zeichnung gezeigt ist, und wird am Ausgang nochmals um 180
Grad umgekehrt und strömt in die Brennkammer 1. Nahe dem Ausgang oder Einlass
des Luftkorridors 7 ist eine poröse Platte 8, die mit einer Vielzahl
von Löchern 8a versehen ist, vorgesehen. 8
zeigt das Beispiel für die am Ausgang angeordnete poröse Platte.
Demgemäß ist der Luftstrom, der den Flügel 8 passiert hat,
homogen in seinem Querschnitt, und wird der Spitze des Pilotbrenners, welcher die
Vorgemischdüse 3 darstellt, und der Spitze des Hauptbrenners
5 zugeführt; daher wird eine Vorgemischluft mit homogener Brennstoff-Gas-Konzentration
erzeugt, und eine Reduzierung in der NOx-Bildung kann erzielt werden.
Die obige herkömmliche Gasturbinen-Brennkammer, die Gasturbine und
das Strahltriebwerk weisen jedoch die folgenden Probleme auf. Die Verbrennung von
Vorgemischluft mit einer gleichmäßigen Konzentration hat zwar den Vorteil reduzierter
NOx-Emissionen, es besteht aber ein Problem insofern. als die Verbrennungsschwankungen
wegen der Zunahme der erzeugten Hitze pro Volumeneinheit auftreten können, da die
Verbrennung in einem eingeschränkten Bereich in einem kurzen Zeitraum stattfindet.
Solche Verbrennungsschwankungen breiten sich als Druckwellen aus und
können mit Teilen in Resonanz treten, die akustische Systeme bilden können, wie
z.B. ein Gehäuse einer Brennkammer oder einer Gasturbine, und da hierbei das Problem
besteht, dass interne Druckfluktuationen der Brennkammer stark werden können, ist
ein normaler Betrieb der Gasturbine und des Strahltriebwerks unter solchen Bedingungen
schwierig.
Ferner ist die Turbulenz der von der Brennkammer gelieferten Luftströmung
stark und wird nicht genügend gedämpft, wodurch die Verbrennung zu Instabilität
tendiert. Diese Instabilität in der Verbrennung kann auch Druckwellen bei den internen
Druckfluktuationen in der Brennkammer hervorrufen, wobei diese Druckwellen sich
ausbreiten und mit Teilen in Resonanz treten können, welche unter bestimmten Bedingungen
ein akustisches System bilden können, wie z.B. ein Gehäuse einer Brennkammer oder
einer Gasturbine. Folglich besteht das Problem, dass die internen Druckfluktuationen
der Brennkammer stark werden können und ein normaler Betrieb der Gasturbine und
des Triebwerks unter solchen Bedingungen schwierig ist.
Die japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnummer
HEI 6-147485 offenbart eine Gasturbinen-Brennkammer zum Verbrennen von Brennstoff
unter einem mageren Zustand, wobei ein innerer Zylinder der Brennkammer von einem
Zylinder mit poröser Wand umgeben ist, der einen Hohlraum zwischen dem Innenzylinder
und dem Wandzylinder aufweist. Bei dieser Art von Gasturbinen-Brennkammer ist jedoch
der poröse Wandzylinder so angeordnet, dass keine Plattenrippen auftreten, die sich
nahe dem Verbrennungsbereich befinden, wodurch eine Minderung der Wirkung einer
Verbrennungsschwankung nicht genügend erreicht wurde.
EP 0 990 851A,
EP 0 892 216, US
4 036 324A offenbaren weitere Brennkammern zum Reduzieren von Verbrennungsschwankungen.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Punkte getätigt
und zielt darauf ab, die Verbrennungsschwankungen zu reduzieren, während ein niedriger
Pegel von NOx-Emissionen aus der Gasturbinen-Brennkammer beibehalten wird, und sie
hat ferner die Aufgabe, ein Strahltriebwerk bereitzustellen, das stabil arbei-tet.
Abriss der Erfindung
Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, umfasst die vorliegende Erfindung
die folgenden Aufbauten.
Die Gasturbinen-Brennkammer gemäß der ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Zylinder mit einem internen Verbrennungsbereich, ein Resonator
mit einer Ausnehmung ist um den Umfang des Zylinders herum vorgesehen und Schallabsorptionslöcher,
die in die Ausnehmung münden, sind ausgebildet.
Da in der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung die Luft,
die durch die Verbrennungsschwankungen zum Schwingen gebracht wird, mit der Luft
in den Schallabsorptionslöchern und dem Zylinder in Resonanz steht, werden demzufolge
die Verbrennungsschwankungen gedämpft und ihre Amplitude verringert, und die Druckfluktutionen
infolge der Verbrennungsschwankungen können gesteuert werden.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung schwingen der
Resonator und die Schallabsorptionslöcher entsprechend der Resonanzfrequenz des
Zylinders.
Daher können die im Zylinder auftretenden Verbrennungsschwankungen
bei der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung wirksam gesteuert werden.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Resonator
und die Schallabsorptionslöcher nahe dem Verbrennungsbereich angeordnet.
Daher können bei der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung
die Druckfluktuationen wirksamer gesteuert werden, indem die Schwingungen in einem
Bereich nahe dem Verbrennungsbereich, in dem die Verbrennungsschwankungen relativ
stark sind, gesteuert wird.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mehrere Fluidverteilungsnuten
bzw. -rillen in Intervallen am Zylinder vorgesehen, und die Schallabsorptionslöcher
sind in den Intervallen zwischen den Fluidverteilungsnuten ausgebildet.
Daher können bei der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung
die Verbrennungsschwankungen gesteuert werden, da der Zylinder durch die Verteilung
des Fluids gekühlt wird. Ferner ermöglicht dieser Aufbau, dass bei der Gasturbinen-Brennkammer
die Verbrennungsschwankung verhindert wird, ohne die Kühlwirkung am Zylinder zu
verschlechtern.
Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Widerstandselement
in dem Hohlraum des Resonators vorgesehen.
Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandselement
um den Umfang des Zylinders herum ausgebildet, in dem die Schallabsorptionslöcher
geformt sind.
Daher kommt bei der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung,
indem das Widerstandselement bei der Gestaltung des akustischen Resonators mit berücksichtigt
und das optimale Widerstandselement ausgewählt wird, der in dem Widerstandselement
auftretende Reibungsverlust zu dem Reibungsverlust der Schallabsoptionslöcher hinzu,
und es ist möglich die Verbrennungsschwankungen noch wirksamer zu verringern.
Die Gasturbinen-Brennkammer gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Kompressor, der Luft komprimiert und eine Luftströmung liefert,
eine Gasturbinen-Brennkammer gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte der Erfindung,
sowie eine Turbine, welche Wellenleistung durch Drehung infolge der Expansion des
von der Gasturbinen-Brennkammer gelieferten Hochtemperatur-Hochdruckgases produziert.
Bei der Gasturbine der vorliegenden Erfindung können durch Anwenden
der obigen Brennkammer die Verbrennungsschwankungen reduziert werden. Infolgedessen
ist es möglich, Resonanzen bei Elementen zu verhindern, die akustische Systeme bilden
können, wie z.B. dem Gehäuse einer Brennkammer oder einer Gasturbine.
Das Strahltriebwerk gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung
umfasst einen Kompressor, der Luft komprimiert und eine Luftströmung liefert, eine
Gasturbine gemäß einem der ersten bis sechsten Aspekte der Erfindung sowie eine
Turbine, der von der Gasturbinen-Brennkammer ein Hochtemperatur-Hochdruckgas zugeführt
wird.
Daher können bei dem Strahltriebwerk der vorliegenden Erfindung durch
Anwenden der obigen Brennkammer die Verbrennungsschwankungen verringert werden.
Infolgedessen ist es möglich, Resonanzen bei Elementen zu verhindern, die ein akustisches
System bilden können, wie z.B. bei einer Brennkammer oder einer Gasturbine.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht zur Darstellung
von Schallabsorptionslöchern und der akustischen Auskleidung in dem Zylinderende
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2A eine Draufsicht zur Darstellung von
Fluidnuten bzw. -rillen sowie Schallabsorptionslöchern in dem Zylinderende,
2B eine Schnittansicht zur Darstellung
von Fluidnuten bzw. -rillen und Schallabsorptionslöchern im Zylinderende,
3 eine Schnittansicht zur Darstellung
von Schallabsorptionslöchern und der akustischen Auskleidung im Zylinderende der
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4A eine Draufsicht zur Darstellung von
Fluidnuten und Schallabsorptionslöchern im/am Zylinderende,
4 eine Schnittansicht zur Darstellung
von Fluidnuten und Schallabsorptionslöchern im/am Zylinderende,
5 eine Schnittansicht zur Darstellung
eines Widerstandselements, das in einem Loch der akustischen Auskleidung der dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist,
6 eine Schnittansicht zur Darstellung
eines Widerstandselements, das in einem Loch der akustischen Auskleidung ausgebildet
ist, und eines Widerstandselements, das an der runden Oberfläche des Zylinders mit
einem Schallabsorptionsloch ausgebildet ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
7 eine Schnittansicht zur Darstellung
eines Widerstandselements, das an der runden Oberfläche des Zylinders mit einem
Schallabsorptionsloch ausgebildet ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung,
8 eine Schnittansicht einer herkömmlichen
Brennkammer, und
9 eine weitere Schnittansicht der herkömmlichen
Brennkammer gemäß 8.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Im folgenden wird die erste Ausführungsform einer Gasturbinen-Brennkammer,
einer Gasturbine und eines Strahltriebwerks in der vorliegenden Erfindung erläutert.
Diese Art von Gasturbine und Strahltriebwerk kann in der Hauptsache
einen Kompressor, eine Brennkammer und die Turbine umfassen, wie es für den Stand
der Technik beschrieben wurde. Die Gasturbine dreht die Hauptspindel durch Expansion
des Hochtemperatur-Hochdruckgases in der Turbine und erzeugt die Wellenausgangsleistung,
die als Antriebskraft für eine Anlage wie z.B. einen elektrischen Genera-tor verwendet
wird. Das Strahltriebwerk dreht die Hauptspindel durch Expansion des Hochtemperatur-Hochdruckgases
in der Turbine und gibt einen Hochgeschwindigkeitsstrahl (ausgestoßene Luft)
ab, um kinetische Energie zu liefern, die als Antriebskraft eines Luftfahrzeugs
am Ausgang der Turbine verwendet wird.
Unter den Komponenten des obigen Aufbaus leitet der Kompressor die
Luft als Arbeitsfluid ein, komprimiert sie und liefert die Luftströmung an die Brennkammer.
Bei diesem Kompressor wird ein Axialströmungskompressor verwendet, der mit der Turbine
über die Hauptspindel kombiniert ist, wobei der Axialströmungskompressor die Luft
(die Atmosphäre), die von einem Einlass eingesaugt wird, komprimiert und die Luft
der mit dem Auslass des Kompressors verbundenen Brennkammer liefert. Diese Luftströmung
verbrennt das Brennstoffgas in der Brennkammer, womit das Hochtemperatur-Hoch-druckgas,
das auf diese Weise erzeugt wird, der Turbine geliefert wird.
1 und 2
zeigen die Gasturbinen-Brennkammer. In diesen Zeichnungen werden zum Zweck der Vereinfachung
der Erklärung die gleichen Bezugsziffern für diejenigen Elemente verwendet, die
gleich denjenigen des Standes der Technik gemäß 8 und
9 sind. In 1
ist die Bezugsziffer 2 ein Innenzylinder und die Bezugsziffer
9 ein Zylinderende.
Ein Brenner 10 ist im Innenzylinder 2 vorgesehen.
Im Zylinderende 9 ist der Verbrennungsbereich 11 stromab des Brenners
ausgebildet. Das Brennstoffgas, das ein Gemisch komprimierter Luft und des Brennstoffs
ist, brennt in diesem Verbrennungsbereich. Das Zylinderende 9 leitet das
in dem Verbrennungsbereich erzeugte Verbrennungsgas zur Turbine (in der Zeichnung
nicht dargestellt). Die Spitze bzw. das Ende stromab vom Zylinderende
9 krümmt sich zur Turbine hin (in der Zeichnung nicht gezeigt). Der Querschnitt
der Spitze bzw. des Endes stromab des Zylinderendes 9 hat eine derartige
Form, dass der Krümmungsradius allmählich vom Mittelabschnitt des Zylinderendes
9 zu dessen Vorderseite hin kleiner wird. Ferner ist auch ein Bypass
12 mit dem Zylinderende zum Zweck der Einstellung der Dichte des Verbrennungsgases
durch Einleiten von Luft verbunden.
Eine Kühlnut (Fluidnut) 13 ist an der Wand des Zylinderendes
9 entlang der Axialrichtung (Richtung der Gasströmung) ausgebildet, durch
die Kühldampf (Fluid) strömt. Wie in
2A gezeigt ist, sind mehrere Kühlnuten
13 in Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet. Wie in
2B gezeigt ist, ist der Querschnitt der Kühlnut
13 halbkreisförmig. Außerdem strömt der von einem Heizkessel (in der Zeichnung
nicht gezeigt) gelieferte Dampf in die Kühlnut 13, um das Zylinderende
9 zu kühlen.
Ferner sind mehrere Schallabsorptionslöcher 14 nahe dem Verbrennungsbereich
11 oder nahe der Flamme im Zylinderende 9 ausgebildet. Diese Schallabsorptionslöcher
14 sind zwischen den Kühlnuten 13 ausgebildet. Die Schallabsorptionslöcher
14 und die Kühlnuten sind in einem angemessenen Abstand angeordnet. Ferner
ist die akustische Auskleidung (der Resonator) 16 um das gesamte Zylinderende
9 herum vorgesehen. Die akustische Auskleidung arbeitet als Dämpfer, der
Hohlräume 15 nahe dem Verbrennungsbereich 11 und zwischen dem
Verbrennungsbereich und dem Zylinderende 9 bildet. Die obigen Schallabsorptionslöcher
14 münden in die Enden der Hohlräume 15.
Die Schwingungseigenschaften, wie z.B. der Durchmesser der Schallabsorptionslöcher
14 (Querschnittsfläche) sowie die Größe der akustischen Auskleidung
16 (Kapazität der Hohlräume 15) wird gemäß der Eigenresonanzfrequenz
der Brennkammer bestimmt. In diesem Fall wird die Eigenresonanzfrequenz der Brennkammer
vorab gemäß Faktoren wie z.B. Temperatur, Druck, Strömungsgeschwindigkeit des Verbrennungsgases
und Form des Zylinderendes 9 bestimmt. Daher kann die Gasturbine zufriedenstellend
für verschiedene Brennkammerformen und für verschiedene Verbrennungsbedingungen
betrieben werden, indem die Schwingungseigenschaften der Schallabsorptionslöcher
14 und der akustischen Auskleidung 16 akustisch abgestimmt werden.
Der Schwingungsreduziervorgang der obigen Gasturbinen-Brennkammer
wird im folgenden erläutert. Wenn eine Verbrennungsschwankung während der Verbrennung
von Brennstoffgas im stromabwärtigen Teil des Brenners 10 auftritt, wird
eine Schwankung der Luftschwingung (Druckwellen) infolge von Verbrennungsschwingungen
im Zylinderende 9 durch die Schallabsorptionslöcher 14 aufgefangen,
womit es zu einer Resonanz kommt. Genauer gesagt bildet die Luft in den Schallabsorptionslöchern
und die Luft in den Hohlräumen 15 ein Resonanzsystem. Da Luft in den Hohlräumen
15 als Feder wirkt, schwingt die Luft in Schallabsorptionslöchern
14 stark mit der Resonanzfrequenz dieses Resonanzsystems (Resonanzschwingung),
und der Schall bei dieser Resonanzfrequenz wird durch Reibung absorbiert. Somit
kann die Amplitude der Verbrennungsschwankung gesenkt werden.
Wie oben erläutert wurde, kann die Verbrennungsschwankung gesenkt
werden, da die Luft in der akustischen Auskleidung 16 und die Luft in den
Schallabsorptionslöchern 14 mit der Verbrennungsschwankung in Resonanz
schwingt. Somit kann ein Betrieb mit reduzierten NOx-Emissionen und der Verhinderung
der Resonanz kompatibel mit dem akustischen System erzielt werden. Insbesondere
bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Schallabsorptionslöcher
14 und die akustische Auskleidung 16 nahe der
Flamme im Verbrennungsbereich 11 angeordnet, und die Verbrennungsschwankung
kann wirksam absorbiert werden. Da außerdem die akustische Auskleidung
16 um den Umfang des Zylinderendes 9 herum vorgesehen ist, kann
die Übertragung der Verbrennungsschwankung über das Zylinderende 9 verhindert
werden. Ferner sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Schallabsorptionslöcher
14 zwischen den Kühlnuten 13 ausgebildet, und eine Verbrennungsschwankung
kann verhindert werden, ohne irgendeine Verschlechterung der Kühlwirkung des Zylinder-endes
9 zu verursachen.
Ferner kann infolge der verringerten Möglichkeit der Verbrennungsschwankung
eine Resonanz der Brennkammer und des Gehäuses, die durch die Verbrennungsschwankung
verursacht wird, verhindert werden, womit im Ergebnis ein stabiler Betrieb bei Gasturbinen
und Strahltriebwerken möglich ist, die mit der obigen Verbrennungsanlage versehen
sind.
3 und 4
zeigen die zweite Ausführungsform der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung.
In diesen Zeichnungen werden die gleichen Bezugsziffern für Elemente verwendet,
die gleich denjenigen der ersten Ausführungsform in 1
und 2 sind. Die zweite Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform insofern, als der Kühlvorgang nicht mit Dampf,
sondern mit Luft durchgeführt wird.
Wie in 3 gezeigt ist, sind in der zweiten
Ausführungsform der Brenner 10 und der Verbrennungsbereich 11
weiter stromauf angeordnet als im Fall der ersten Ausführungsform. Die Schallabsorptionslöcher
14 und die akustische Auskleidung 16 sind nahe dem Verbrennungsbereich
11 angeordnet. Ferner sind gemäß 4A mehrere
Kühlnuten bzw. -rillen 13 am Zylinderende 9 entlang der Richtung
der Gasströmung in Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet. An der Außenfläche
des Zylinders 9 ist das Kühlloch 17, das mit der Kühlnut
13 und den Ausnehmungen 15 in Verbindung steht, stromauf der Kühlnut
13 ausgebildet. An der Innenfläche des Zylinderendes 9 ist das
Kühlloch 19, welches mit der Innenseite des Zylinderendes und der Kühlluft
13 kommuniziert, stromab der Kühlnut 13 ausgebildet. Wie in
4B gezeigt ist, sind die Schallabsorptionslöcher
14 in den Inter-vallen zwischen den Kühlnuten 13 angeordnet, und
auch zwischen den Kühllöchern 17 und 19.
Wie in 3 gezeigt ist, sind mehrere Kühllöcher
18, welche die Hohlräume 15 und das Äußere des Zylinderendes miteinander
kombinieren, an der akustischen Auskleidung 16 ausgebildet. Der Rest des
Aufbaus ist der gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei der Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Ausführungsform wird
die Kühlluft von den Kühllöchern 18 der akustischen Auskleidung
16 aus in die Hohlräume 15 eingeleitet, und dann wird die Kühlluft
aus den Kühllöchern 17 in die Kühlnuten bzw. -rillen 13 eingeleitet.
Die Kühlluft wird über die Kühllöcher 19 in das Zylinderende
9 eingeleitet, und zusätzlich kühlt die Kühlluft das Zylinderende
9 durch die Konvek-tionskühlung, während sie in die Kühlnuten
13 strömt.
Wie in der ersten Ausführungsform gezeigt ist, kann bei der Brennkammer
mit einem solchen Kühlmchenismus, da die Luft in der aku-stischen Auskleidung
16 und die Luft in den Schallabsorptionslöchern 14 mit der Verbrennungsschwankung
in Resonanz schwingen, die Verbrennungsschwankung reduziert werden. Somit kann ein
Betrieb mit reduzierter NOx-Emission und die Verhinderung der Resonanz mit dem akustischen
System kompatibel erzielt werden.
5 zeigt die dritte Ausführungsform der
Gasturbinen-Brennkammer der vorliegenden Erfindung. In dieser Zeichnung werden die
gleichen Bezugsziffern für Elemente verwen-det, die gleich denjenigen der ersten
Ausführungsform in den 1 und 2
sind, um wiederholte Erklärungen zu vermeiden. Die zweite Ausführungsform unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, dass ein Widerstandselement an
der akustischen Auskleidung 16 ausgebildet ist. Genauer gesagt ist bei
der vorliegenden Ausführungsform gemäß 5 ein Schallabsorptionselement
21, das aus porösem Metall wie z.B. Cermet gebildet ist, im Raum
15 der akustischen Auskleidung 16 ausgebildet.
Daher kann bei der vorliegenden Ausführungsform die gleiche Wirkung
wie bei der ersten Ausführungsform erzielt werden. Ferner tritt ein Reibungsverlust
nicht nur an den Schallabsorptionslöchern 14, sondern auch an dem Schallabsorptionselement
21 auf, und die Verbrennungsschwankung kann wirksamer durch die akustische
Gestaltung der akustischen Auskleidung 16 wegen des Widerstandselements
und durch Auswahl eines optimalen Widerstandselements reduziert werden.
Da ferner die Schallabsorptionslöcher 14 näher am Verbrennungsbereich
11 angeordnet sind, kann die Wirkung der Verringerung der Verbrennungsschwankung
wirksamer erreicht werden als im Fall des obigen Standes der Technik, wie er in
der ungeprüften japanischen Patentanmeldung, Erstveröffentlichungs-Nr. HEI HE 6-147485,
offenbart ist.
Die mit dem Widerstandselement an der Gasturbinen-Brennkammer vorgesehenen
Aufbauten sind nicht auf die dritte Ausführungsform beschränkt.
Wie in 6 gezeigt ist, kann ein Oberflächenelement
22, wie z.B. ein aus Sintermetall gefertigtes Maschengitter als Widerstandselement
um den Zylinder 9 herum vorgesehen sein, an dem die Schallabsorptionslöcher
14 ausgebildet sind. Durch diesen Aufbau kann die gleiche Wirkung wie bei
der dritten Ausführungsform erreicht werden.
Ferner kann gemäß 7 die gleiche Wirkung
erzielt werden, falls ein Schallabsorptionselement 21, das aus porösen
Metall gefertigt ist, als Widerstandselement in den Hohlräumen 15 der akustischen
Auskleidung vorgesehen ist, und falls das Oberflächenelement 22 um den
Zylinder 9 herum vorgesehen ist, an dem die Schallabsorptionslöcher
14 ausgebildet sind.
In der obigen Ausführungsform sind die Schallabsorptionslöcher
14 und die akustische Auskleidung 16 zwar am Zylinderende
9 vorgesehen, der Aufbau ist jedoch nicht auf einen solchen Fall beschränkt.
Falls der Verbrennungsbereich 11 innerhalb des Zylinders 2 angeordnet
ist, können die Schallabsorptionslöcher 14 und die akustische Auskleidung
16 auch an diesem Innenzylinder vorgesehen sein. Außerdem sind die Form,
die Anordnung und die Aufbauten der Schallabsorptionslöcher 14, der Kühlnuten
13, der Kühllöcher 17 bis 19, die in den obigen Ausführungsformen
gezeigt wurden, nur Beispiele; es sind deshalb auch alternative Formen und Anordnungen
möglich.