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Dokumentenidentifikation DE60105531T2 10.11.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001213539
Titel Gasturbinenbrennkammer, Gasturbine und Düsentriebwerk
Anmelder Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Suenaga, Kiyoshi, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Mandai, Shigemi, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Ono, Masaki, Takasago-shi, Hyogo-ken, JP;
Tanaka, Katsunori, 2-chome, Hyogo-ken, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 81675 München
DE-Aktenzeichen 60105531
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 05.12.2001
EP-Aktenzeichen 011289246
EP-Offenlegungsdatum 12.06.2002
EP date of grant 15.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.11.2005
IPC-Hauptklasse F23M 13/00

Beschreibung[de]
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.


Anspruch[de]
  1. Gasturbinen-Brennkammer mit:

    einem Zylinder (2) mit einem Verbrennungsbereich (11) innerhalb des Zylinders (2),

    einem Resonator (16) mit einem Hohlraum (15), der um die Oberfläche des Zylinders (2) herum vorgesehen ist, und

    Schallabsorptionslöchern (14), die in dem Zylinder (2) ausgebildet sind und ein Öffnungsende am Zylinder (2) aufweisen.
  2. Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 1, wobei der Resonator (16) und die Schallabsorptionslöcher (14) der Eigenresonanzfrequenz des Zylinders (2) entsprechen.
  3. Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Resonator (16) und die Schallabsorptionslöcher (14) nahe dem Verbrennungsbereich (11) angeordnet sind.
  4. Gasturbinen-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Fluidrillen bzw. -nuten (13) in Intervallen am Zylinder (2) vorgesehen sind, die Schallabsorptionslöcher (14) zwischen den Fluidnuten (13) ausgebildet sind.
  5. Gasturbinen-Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Widerstandselement (21, 22), das einen Reibungsverlust erzeugt, in dem Hohlraum (15) des Resonators (16) ausgebildet ist.
  6. Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 5, wobei das Widerstandselement (21, 22) um die Oberfläche des Zylinders (2), auf der die Schallabsorptionslöcher (14) ausgebildet sind, ausgebildet ist.
  7. Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst:

    eine Gasturbinen-Brennkammer (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,

    einen Kompressor, der Luft komprimieren und eine Luftströmung liefern kann, und

    eine Turbine, welche das von der Gasturbinen-Brennkammer gelieferte Hochtemperatur-Hochdruckgas zum Expandieren bringen und sich drehen kann, um eine Wellen-Ausgangsleistung zu erzeugen.
  8. Strahltriebwerk, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:

    eine Gasturbinen-Brennkammer (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,

    einen Kompressor, der Luft komprimieren und eine Luftströmung liefern kann, und

    eine Turbine, an die Hochtemperatur-Hochdruckgas von der Gasturbinen-Brennkammer (1) geliefert werden kann.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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