EP0899510A2 - Luftsammelraum für eine Brennkammmer - Google Patents

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EP0899510A2
EP0899510A2 EP98810828A EP98810828A EP0899510A2 EP 0899510 A2 EP0899510 A2 EP 0899510A2 EP 98810828 A EP98810828 A EP 98810828A EP 98810828 A EP98810828 A EP 98810828A EP 0899510 A2 EP0899510 A2 EP 0899510A2
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EP
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flow
plenum
wall
gas
gas flows
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EP98810828A
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EP0899510A3 (de
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Jakob Prof. Dr. Keller
Hugh Dr. Jackson
Ulf Dr. Müller
Bettina Dr. Paikert
Khawar Dr. Syed
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General Electric Technology GmbH
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ABB Schweiz AG
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Definitions

  • the invention relates to a plenum according to the preamble of the first claim.
  • the heart of the energy conversion in gas turbine systems is the combustion chamber, in which gas and / or liquid fuel is mixed with pre-compressed air and ignited.
  • the combustion of the fuel atomized in air should take place as completely as possible, so that the entire fuel burns while developing the highest possible temperatures.
  • On the one hand carries a residue-free as possible combustion of the fuel to an optimal conversion of energy for, whereby the efficiency of the entire gas-turbine plant is essentially determined
  • the emission gases NO x and CO 2 can gases are considerably reduced at the highest possible combustion temperatures, whereby the environmental loadstrictt positive can be influenced.
  • a housing G is shown in FIG. 1 a, into which the inlet openings 4, 5 Gas streams 1, 2 are blown in.
  • the velocity disappears on a statistical average.
  • they reach the border streamlines Partial beams 1, 2 that pass through the impact point A at this point the same static pressure.
  • the total pressure be the same on both marginal streamlines.
  • the two partial beams experience 1, 2 on their way from the compressor diffuser, through the cooling system of the Combustion chamber to the air hood / plenum of the combustion chamber different Frictional losses because the entry speeds into the plenum 6 of the combustion chamber are not exactly the same.
  • the partial beams 1, 2 different total pressures. Due to the total pressure difference between the two Partial beams 1, 2 the impact point A of the two partial beams must be shifted (as shown in Fig. 1b) in the immediate vicinity of the inlet opening of the partial jet with the smaller total pressure.
  • Air supply shown of a burner 9, which is arranged within a plenum 6 is severely impaired.
  • the plenum 6 is surrounded by a housing wall G and points to the left Side two inlet openings 4, 5 for two gas flows 1, 2, which run along the inner wall of the housing 3 are directed into the interior of the plenum 6.
  • the gas flows 1, 2 meet in an area located around the impact point A of which results from a common, free gas flow 7 into the interior of the plenum 6.
  • the common, free gas stream 7 should be in a gap-like shape Enter the inlet opening 8 of the burner 9 and there with gaseous and / or mixed liquid fuel and brought to ignition in a combustion chamber 15 become.
  • the invention has for its object a plenum, in particular the air supply plenum a gas turbine combustion chamber with at least two flow inlets, for introducing gas flows into the plenum, in which the gas flows in essentially guided along the inner wall of the plenum and directed towards each other in this way are that the gas flows after meeting as a free gas flow are directed away from the inner wall in such a way that without great constructive and manufacturing engineering effort the free Can form gas flow as homogeneously as possible, so that the supply to the burner with supply air in a way that is appropriate for the combustion process Lights up the resource conservation and reduction mentioned above the exhaust gas values can be achieved.
  • the measures to be taken should can also be retrofitted to systems that are already in operation.
  • a plenum according to the preamble of claim 1 is such designed that at least one, essentially orthogonal, on the inner wall to the direction of flow of the gas flows guided on the inner wall oriented flow obstacle is provided.
  • the flow obstacle is preferably made of several orthogonal from the inner wall Raised ribs formed, their width and height approximately are of the same size.
  • the hindrance to flow should be on the inner wall detach the gas flow from it, so that the flow-relevant Influencing the wall on the gas flow is reduced.
  • the obstacle opposing the gas flow is said to be kinematic flow energy revoke.
  • the disturbances significantly, so that the air flows into the plenum largely brought together to form uniform, free flows can.
  • An effective way of reducing the kinetic energy of the Gas flows can be achieved with the flow obstacles according to the invention.
  • Another possibility is the kinetic flow energy of the flowing into a plenum Gas flows to the above speed from below 20 m / s can be reduced by shaping the inlet opening areas according to the invention, where the gas flows enter the interior of the plenum, to reach.
  • a plenum according to the preamble of claim 1 is such To design that the inner wall at areas of the flow inlets in the manner of a step that extends the circumference of the inner wall with the step height b is formed, and that the step into the interior of the capsule opposite a, the guide web limiting the gas flow entering the plenum Length I is provided.
  • gas flows are a rib 11 orthogonal to the direction of flow and provided to the housing inner wall 3.
  • Those hitting rib 11 Flow components become essentially perpendicular to the inner wall of the housing 3 in the interior of the plenum 6 in the direction of the burner 9 as free Gas flows 7 deflected.
  • the burner 9 has at least one gap-shaped one Inlet opening 8 through which the free gas flows 7 into the interior of the burner 9 can occur.
  • the plenum 6 has only a single rib 11, which is symmetrical on both sides of the two gas streams 1 and 2 is charged. With this simple orthogonal rib oriented to the direction of flow can cause an uncontrolled inflow of supply air into the burner can be avoided. As in the figure, they are formed by means of Arrows shown, homogeneous flow circuits from the burner Supply air continuously through inlet opening 8. Remains with this measure still a lot of flow energy in the gas streams, yes carries the symmetrical, bilateral loading of the obstacle Gas flows to controlled circulations within the plenum.
  • FIG. 3 shows a further embodiment according to the invention for the controlled Inflow of gas flows into a plenum 6 is provided.
  • a In the area of the flow inlets 4 and 5 with a flow cross section a is the inner wall 3 each with a cross-sectional step 12 with a flow cross-section b trained.
  • the stage 12 Opposite the stage 12 is a guide web 13 Length I provided.
  • the flow velocity can be effectively reduced to values below 20 m / s.
  • the following dimensions must be provided for this: b / a ⁇ 2 and I / b ⁇ 3.
  • FIG. 4b shows an advantageous arrangement of the flow obstacles in the form of individual ones Ribs 11 shown, as it were the arrangement of a known "Avalanche barriers" are the same.
  • the left arrangement shown in Fig. 4b shows individual ribs 11 in plan view, from which it can be seen that the ribs 11 are staggered one behind the other so that they are perpendicular to them impinging gas flow (see arrows) represent a complete obstacle.
  • An arrangement as shown in Fig. 4b leads to a very efficient one Reduction of the flow velocity and separation of the flow from the inner wall of the vessel. Rib dimensions and their height are particularly suitable and width are approximately the same size.
  • FIG. 4b shows the side view of the rib arrangement shown in FIG. 4a.
  • Fig. 5 shows the basic flow of two gas flows 1 and 2, the a rib 11 are deflected accordingly.
  • the cross-sectional representation according to Fig. 5 corresponds to a section through the plenum of a not shown Annular combustion chamber.
  • a rib designed in this way can also be used for any other plenums.

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Abstract

Beschrieben wird ein Plenum, insbesondere das Luft-Plenum einer Gasturbinenbrennkammer, mit wenigstens zwei Strömungseinlässen, zum Einbringen von Gasströmen in das Plenum, in der die Gasströme im wesentlichen entlang der Innenwandung des plenums geführt und derart aufeinandergerichtet sind, dass die Gasströme nach Zusammentreffen als freier Gasstrom von der Innenwandung weggerichtet sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an der Innenwandung (3) wenigstens ein, in Wirkverbindung zur Strömungsrichtung der an der Innenwandung (3) geführten Gasströme (1, 2) orientiertes Strömungshindernis (7) vorgesehen ist. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Plenum nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
Stand der Technik
Bei der Konzeption von modernen Gasturbinenanlagen spielen wirtschaftliche und umwelttechnische Gesichtspunkte eine zunehmend bedeutende Rolle. In diesem Zusammenhang ist man bestrebt, die Einzelkomponenten einer Gasturbinenanlage, in denen Energie umgesetzt wird, in ihren Eigenschaften der Energieumzusetzung in Hinlick auf Schonung natürlicher Ressourcen und insbesondere unter Vermeidung hoher Emissionswerte zu optimieren.
Das Herzstück der Energieumwandlung bildet bei Gasturbinenanlagen die Brennkammer, in der Gas- und /oder flüssiger Brennstoff mit vorverdichteter Luft gemischt und zur Zündung gebracht wird. Die Verbrennung des in Luft zerstäubten Brennstoffes soll dabei möglichst vollständig erfolgen, so dass der gesamte Brennstoff unter Entwicklung möglichst hoher Temperaturen verbrennt. Zum einen trägt eine möglichst restlose Verbrennung des Brennstoffes zu einer optimalen Energieumsetzung bei, wodurch der Wirkungsgrad der gesamten Gasturbinenanlage wesentlich bestimmt wird, zum anderen können bei möglichst hohen Verbrennungstemperaturen die Emissionsgase NOx sowie CO2-Gase erheblich reduziert werden, wodurch die Umweltbelastung entscheident positiv beeinflusst werden kann.
Neben der Optimierung von Brennereinrichtungen, die eine möglichst homogene Brennstoffzerstäubung und somit eine gleichmässige Verbrennung bewirken, kommt es insbesondere beim Betrieb moderner Brennereinrichtungen, wie sie beispielsweise in der europäischen Patentschrift EP 0 321 809 B1 beschrieben sind, darauf an, dass die komprimierte Luft im Plenum der Brennereinrichtung möglichst in einem ungestörten Luftstrom frei von Turbulenzen und in gerichteter Weise zur Verfügung steht. Moderne Brenner, wie sie aus der vorstehend zitierten Druckschrift zu entnehmen sind, weisen konische Konturen auf, die längs zu ihrer Konusaussenseite schmale Einlassschlitze vorsehen, durch die der für die Vermischung von Brennstoff und Luft erforderliche Luftstrom einzukoppeln ist.
Anhand der den Stand der Technik darstellenden Figuren 1a und 1b sollen die Probleme aufgezeigt werden, die mit der Strömungsführung innerhalb eines Plenums verbunden sind, in die ein Luftstrom möglichst turbulenzfrei in Einlassöffnungen eines im Plenum vorgesehenen Brenners gerichtet werden soll.
In Fig. 1a ist ein Gehäuse G dargestellt, in das über Einlassöffnungen 4, 5 Gasströme 1, 2 eingeblasen werden. In einem Aufprallpunkt A der beiden Gasströme 1, 2, im folgenden Teilstrahlen genannt, verschwindet die Geschwindigkeit im statistischen Mittel. Ausserdem erreichen die Grenzstromlinien der beiden Teilstrahlen 1, 2, die durch den Aufprallpunkt A verlaufen, an dieser Stelle den gleichen statischen Druck. Aus diesen Gründen muss auch der Gesamtdruck auf beiden Grenzstromlinien gleich sein. In der Regel erfahren die beiden Teilstrahlen 1, 2 auf ihrem Weg vom Verdichterdiffusor, durchs Kühlsystem der Brennkammer bis zur Lufthaube / Plenum der Brennkammer unterschiedliche Reibungsverluste, weil die Eintrittsgeschwindigkeiten in das Plenum 6 der Brennkammer nicht genau gleich sind. Aus diesem Grund weisen die Teilstrahlen 1, 2 unterschiedliche Totaldrücke auf. Durch den Totaldruckunterschied der beiden Teilstrahlen 1, 2 verschiebt sich der Aufprallpunkt A der zwei Teilstrahlen zwingend (wie in Fig. 1b dargestellt) in unmittelbare Nähe der Einlassöffnung des Teilstrahles mit dem kleineren Totaldruck.
Aufgrund der vorstehend geschilderten, strömungsimanenten Eigenschaften von mehreren, in das Innere eines Gehäuses eingebrachten Gasströmungen zu deren gegenseitigen Vermischung bzw. Vereinigung, wird die in Figur 1b im Idealfall dargestellte Luftversorgung eines Brenners 9, der innerhalb eines Plenums 6 angeordnet ist, stark beeinträchtigt.
Das Plenum 6 ist umgeben von einer Gehäusewand G und weist an der linken Seite zwei Einlassöffnungen 4, 5 für zwei Gasströme 1, 2 auf, die entlang der Gehäuseinnenwand 3 in das Innere des Plenums 6 geleitet werden. Die Gasströme 1, 2 treffen in einem, um den Aufprallpunkt A befindlichen Bereich zusammen, von dem aus ein gemeinsamer, freier Gasstrom 7 in das Innere des Plenums 6 entsteht. Im Idealfall sollte der gemeinsame, freie Gasstrom 7 in eine spalfförmige Einlassöffnung 8 des Brenners 9 eintreten und dort mit gasförmigen und/oder flüssigem Brennstoff vermischt und in einer Brennkammer 15 zur Zündung gebracht werden.
Aufgrund der vorstehenden Strömungseffekte bildet sich jedoch der gemeinsame, freie Gasstrom nicht zu einer ungestörten, einheitlich Strömung aus, sondern unterliegt einer unsteten relativ zur Einlassöffnung 8 des Brenners lateralen Bewegung und weist überdies sehr starke turbulente Strömungsanteile auf. Dies jedoch führt in der Regel zu starken Beeinträchtigungen der aerodynamischen Eigenschaften des Brenners 9, die sich nicht zuletzt auf eine schlechte Verbrennung auswirken, wodurch die Emissionswerte des Brenners erheblich verschlechtert werden. Ebenso kann es in Verbindung mit Turbulenzeffekten innerhalb des Brenners, die durch den gemeinsamen eintretenden Gasstrom 7 iniziiert werden, zu Rückzündeffekten kommen, die zum Erlöschen der Brennflamme oder zu Ueberhitzungen führen können.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Plenum, insbesondere das Luftzufuhrplenum einer Gasturbinenbrennkammer, mit wenigstens zwei Strömungseinlässen, zum Einbringen von Gasströmen in das Plenum, in der die Gasströme im wesentlichen entlang der Innenwand des Plenums geführt und derart aufeinandergerichtet sind, dass die Gasströme nach Zusammentreffen als freier Gasstrom von der Innenwandung weggerichtet sind, derart weiterzubilden, dass sich ohne grossen konstruktiven und fertigungstechnischem Aufwand der sich bildende freie Gasstrom möglichst homogen ausbilden kann, so dass die Versorgung des Brenners mit Zuluft in einer den Verbrennungsvorgang gerechtwerdenden Weise im Lichte der vorstehend angesprochenen Ressourcenschonung und Reduzierung der Abgaswerte bewerkstelligt werden kann. Die zu treffenden Massnahmen sollen auch bei bereits in Betrieb befindlichen Anlagen nachrüstbar sein.
Die Lösung der Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 7 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäss ist ein Plenum gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgestaltet, dass an der Innenwandung wenigsten ein, im wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung der an der Innenwandung geführten Gasströme orientiertes Strömungshindemis vorgesehen ist.
Das Strömungshindernis ist vorzugsweise aus mehreren orthogonal aus der Innenwandung erhabene Rippenzüge ausgebildet, deren Breite und Höhe in etwa gleich gross dimensioniert sind. Das Strömungshindemis soll den, an der Innenwandung anliegenden Gasstrom von dieser ablösen, so dass die strömungsrelevante Beeinflussung der Wand auf den Gasstrom herabgesetzt wird.
Ferner soll das dem Gasstrom entgegenstehende Hindernis kinematische Strömungsenergie entziehen. Versuche haben gezeigt, dass in das Plenum eintretende Luftströme mit Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 70 m/s sehr grosse Störungen der Brenner verursachen können, die durch die Einflussnahme der Wände, an denen die Gasströme geführt sind, bedingt sind. Bei Verringerung der Strömungsgeschwindigkeiten auf Geschwindigkeitswerte von unter 20 m/s nehmen die Störungen deutlich ab, so dass die in das Plenum geführten Luftströme weitgehend zu gleichmässigen, freien Strömungen zusammengeführt werden können. Eine wirksame Möglichkeit der Reduzierung der kinetischen Energie der Gasströme ist mit den erfindungsgemässen Strömungshindernissen erreichbar.
Eine weitere Möglichkeit, die kinetische Strömungsenergie der in ein Plenum einströmenden Gasströme auf die vorstehend genannte Geschwindigkeit von unter 20 m/s zu reduzieren ist mit einer erfindungsgemässen Formgebung der Einlassöffnungsbereiche, an denen die Gasströme in das Innere des Plenums eintreten, zu erreichen.
Erfindungsgemäss ist ein Plenum gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszugestalten, dass die Innenwandung an Bereichen der Strömungseinlässe in Art einer, den Umfang der Innenwandung erweiternden Stufe mit der Stufenhöhe b ausgebildet ist, und dass der Stufe in das Kapselinnere gegenüberliegend ein, den in das Plenum eintretende Gasstrom begrenzender Führungssteg der Länge I vorgesehen ist.
Eine derartige Modifikation des Eintrittsbereiches von Gasströmen in das Plenum führt ebenso zu einer Herabsetzung der Turbulenzeffekte innerhalb des Plenums, ist jedoch mit höherem konstruktiven und technischem Aufwand verbunden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemässen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1a
Prinzipskizze zur Verdeutlichung des Ausbreitungsverhaltens zweier in einem Gehäuse geführten Gasströme,
Fig. 1b
Querschnittsdarstellung durch ein Plenum mit idealen Strömungsverhältnissen,
Fig. 2
Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Ausführungsform mit einem Strömungshindernis,
Fig. 3
Querschnitt durch eine erfindungsgemässe Ausführungsform mit modifizierten Strömungseinlassbereichen,
Fig. 4a
Querschnitt durch eine erfindungsgemäss ausgebildete Plenum mit Strömungshindernissen,
Fig. 4b
Draufsicht und Seitenansicht einer gestaffelten Anordnung von Strömungshindernissen,
Fig. 5
Querschnitt durch eine erfindungsgemäss ausgestaltetes Plenum.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In das Innere eines Plenums 6 gelangen in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zwei getrennte Gasströme 1 und 2 durch die Einlassöffnungen 4 und 5. Die Gasströme 1 und 2 sind jeweils an der Gehäuseinnenwand 3 geführt. Zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit der sich ausbreitenden Gasströme 1, 2 sowie der Herabsetzung der Einflussnahme der Wand G auf die jeweiligen Gasströme ist erfindungsgemäss eine Rippe 11 orthogonal zur Strömungssrichtung sowie zur Gehäuseinnenwand 3 vorgesehen. Die auf die Rippe 11 auftreffenden Strömungsanteile werden im wesentlichen senkrecht zur Gehäuseinnenwand 3 in das Innere des Plenums 6 in Richtung des Brenners 9 als freie Gasströme 7 abgelenkt. Der Brenner 9 verfügt über wenigstens eine spalfförmige Einlassöffnung 8, durch die die freien Gasströme 7 in das Innere des Brenners 9 eintreten können. Nur dem besseren Verständnis der Darstellung in Figur 2 halber sei darauf hingewiesen, dass flüssiger- und/oder gasförmiger Brennstoff von rechtskommend in den Brenner 9 eingeleitet wird und innerhalb des sich weiternden, konischen Brennerabschnittes mit der Zuluft vermischt wird.
Das Plenum 6 weist nur eine einzige Rippe 11 auf, die symmetrisch beidseitig von den beiden Gasströmen 1 und 2 baufschlagt wird. Mit dieser einfachen orthogonal zur Strömungsrichtung orientierten Rippe, kann ein unkontrolliertes Einströmen von Zuluft in den Brenner vermieden werden. Es bilden sich wie in der Figur mittels Pfeildarstellung gezeigt, homogene Strömungskreisläufe aus, die den Brenner durch die Einlassöffnung 8 kontinuierlich mit Zuluft versorgen. Zwar verbleibt mit dieser Massnahme noch sehr viel Strömungsenergie in den Gasströmen, doch führt die symmetrische, beidseitige Beaufschlagung des Hindernisses mit Gasströmen zu kontrollierten Zirkulationen innerhalb des Plenums.
In Fig. 3 ist eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform für das kontrollierte Einströmen von Gasströmen in ein Plenum 6 vorgesehen. Im Bereich der Strömungseinlässe 4 und 5 mit einem Strömungsquerschnitt a ist die Innenwandung 3 jeweils mit einer Querschnittsvergrössernden Stufe 12 mit einem Strömungsquerschnitt b ausgebildet. Der Stufe 12 gegenüberliegend ist ein Führungssteg 13 der Länge I vorgesehen. Mit Hilfe der in der Fig. 3 ausgebildeten Einlasskontur kann die Strömungsgeschwindigkeit effektiv auf Werte von unter 20 m/s reduziert werden. Hierfür sind insbesondere folgende Dimensionierungen vorzusehen: b/a ∼ 2 sowie I/b ≥ 3.
In Fig. 4b ist eine vorteilhafte Anordnung der Strömungshindernisse in Form einzelner Rippen 11 dargestellt, die gleichsam der Anordnung einer an sich bekannten "Lawinen-Verbauung" gleichen. Die linke in Fig. 4b dargestellte Anordnung zeigt einzelne Rippen 11 in Draufsicht, aus der zu entnehmen ist, das die Rippen 11 gestaffelt hintereinander angeordnet sind, so dass sie der senkrecht auf sie auftreffenden Gasströmung (siehe Pfeile) ein vollständiges Hindernis darstellen. Eine Anordnung der in Fig. 4b dargestellten Weise führt zu einer sehr effizienten Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit sowie Ablösung der Strömung von der Gefässinnenwand. Besonders geeignet sind Rippendimensionen, deren Höhe und Breite in etwa gleich dimensioniert sind. In der rechten Darstellung gemäss Fig. 4b ist die Seitenansicht zu der in Fig. 4a dargestellten Rippenanordnung dargestellt.
Bei der Verwendung nur eines einzigen Rippenzuges, der dem Gasstrom mit einer gesamten Längserstreckung entgegensteht, hat sich gezeigt, dass der Gasstrom das Rippenhindernis lediglich überströmt und sich auf der strömungsabgewandten Seite an die Gefässwand wieder anschmiegt. Diese Erscheinung wird auch als "Coanda-Effekt" bezeichnet.
Die in Fig. 4b dargestellte Anordnung einzelner Strömungshindernisse, deren einzelne Längen nicht viel grösser als ihre Höhen sind, vermag den vorstehend genannten Coanda-Effekt wirksam zu unterdrücken, so dass der Gasstrom, der einen Rippenzug passiert hat, nicht mehr an der Gefässinnenwand anliegt. Durch die erfindungsgemäss ausgebildeten Strömungshindernisse wird die flächige Strömungsform entlang der Gefässinnenwand unterbrochen, wodurch sich ein gleicher statischer Druck auf beiden Seiten des Strömungshindernisses im Gasstrom einstellt.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme des Vorsehens "lawinenverschlagartig" angeordneten Rippenzügen entlang der Gefässinnenwand können die Gasströme entscheidend abgebremst und in einen freien homogenen Gasstrom 7 kanalisiert werden. Eine bessere, gleichmässigere Versorgung des Brenners mit Zuluft ist auf diese Weise möglich.
Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Strömungsverlauf zweier Gasströme 1 und 2, die an einer Rippe 11 entsprechend abgelenkt werden. Die Querschnittsdarstellung gemäss Fig. 5 entspricht einem Schnitt durch das Plenum einer nicht dargestellten Ringbrennkammer. Eine so ausgestaltete Rippe kann jedoch auch bei beliebigen anderen Plenen angeordnet werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Bezugszeichenliste
1
Gasstrom, Teilstrahl
2
Gasstrom, Teilstrahl
3
Gehäuseinnenwand
4
Einspritzdüse, Einlassöffnung
5
Einsspritzdüse, Einlassöffnung
6
Plenum
7
Gemeinsamer bzw. freier Gasstrom
8
Einlassöffnung
9
Brenner
11
Rippen, Strömungshindernis
12
Stufe
13
Führungssteg
14
Öffnung
15
Brennkammer
a
Strömungsquerschnitt 5, 4
b
Strömungsquerschnitt
I
Länge 13
A
Aufprallpunkt
G
Gehäuse, Plenumgehäuse

Claims (9)

  1. Plenum (6), insbesondere das Luft-Plenum einer Gasturbinenbrennkammer, mit wenigstens zwei Strömungseinlässen (4, 5), zum Einbringen von Gasströmen (1, 2) in das Plenum (6), in der die Gasströme (1, 2) im wesentlichen entlang der Innenwandung (3) des Plenums geführt und derart aufeinandergerichtet sind, dass die Gasströme (1, 2) nach Zusammentreffen als freier Gasstrom (7) von der Innenwandung (3) weggerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung (3) wenigstens ein, in Wirkverbindung zur Strömungsrichtung der an der Innenwandung (3) geführten Gasströme (1, 2) orientiertes Strömungshindernis (7) vorgesehen ist.
  2. Plenum nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (7) im wesentlichen orthogonal zur Strömungsrichtung der an der Innenwandung (3) geführten Gasströme (1, 2) orientiert ist.
  3. Plenum nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Gasstrom (1, 2) wenigstens ein Strömungshindernis (11) vorgesehen ist.
  4. Plenum nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (11) eine orthogonal von der Innenwandung (3) erhabene Rippe ist, deren Breite und Höhe in etwa gleich gross sind.
  5. Plenum nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (11) an der Innenwandung (3) in wenigstens zwei Reihen in Strömungsrichtung des Gasstromes (1, 2) wechselweise hintereinander derart angeordnet sind, dass die Rippen (11) in Strömungsrichtung nebeneinander stehen.
  6. Plenum nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Plenum (6) ein Brenner (9) vorgesehen ist, der eine Einlassöffnung (8) aufweist, in die der freie Gasstrom (7) einleitbar ist.
  7. Plenum nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (3) im Bereich des Strömungseinlasses (4, 5) mit Mitteln zur Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des eintretenden Gasstromes (1, 2) versehen ist.
  8. Plenum nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (3) an den Bereichen der Strömungseinlässe (4, 5) in Art einer, den Umfang der Innenwandung (3) erweiternden Stufe (12) ausgebildet ist.
  9. Plenum nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Stufe (12) in das Kapselinnere gegenüberliegend ein, den in das Plenum (6) eintretenden Gasstrom (1, 2) begrenzender Führungssteg (13) vorgesehen ist.
EP98810828A 1997-08-30 1998-08-21 Luftsammelraum für eine Brennkammmer Expired - Lifetime EP0899510B1 (de)

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EP0899510A2 true EP0899510A2 (de) 1999-03-03
EP0899510A3 EP0899510A3 (de) 2000-07-05
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US (1) US6055813A (de)
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