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EP0088933A1 - Gas turbine combustion chamber - Google Patents

Gas turbine combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
EP0088933A1
EP0088933A1 EP19830101957 EP83101957A EP0088933A1 EP 0088933 A1 EP0088933 A1 EP 0088933A1 EP 19830101957 EP19830101957 EP 19830101957 EP 83101957 A EP83101957 A EP 83101957A EP 0088933 A1 EP0088933 A1 EP 0088933A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
secondary air
primary air
control surfaces
gas turbine
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP19830101957
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernard Dr. Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kraftwerk Union AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kraftwerk Union AG filed Critical Kraftwerk Union AG
Publication of EP0088933A1 publication Critical patent/EP0088933A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23R3/26—Controlling the air flow

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine combustion chamber according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a gas turbine combustion chamber is known from DE-OS 24 60 709.
  • the inflow cross sections for the primary air can be changed by a first adjusting ring assigned to the primary air openings and the inflow cross sections for the secondary air can be changed by a second adjusting ring assigned to the secondary air openings.
  • the two adjusting rings enclosing the flame tube at an axial distance from one another are connected by rods to a common adjusting device, the rods extending in the axial direction distributed over the circumference of the flame tube.
  • the ratio of primary air quantity to secondary air quantity can then be controlled as a function of the load by axially displacing this common adjusting device.
  • the division of the total air volume into primary air volume and secondary air volume can be adapted to the conditions required to reduce emissions.
  • the adjustment device required to control the air quantity distribution is associated with considerable structural outlay.
  • the large number of moving parts results in a certain susceptibility to malfunction of the adjusting device.
  • the invention is therefore based on the object in a gas turbine combustor of the type mentioned Training the control device so that a control of the air volume distribution that is insensitive to faults is made possible with little structural effort.
  • the adjusting device therefore only consists of a single adjusting ring which surrounds the flame tube and carries both the primary air control surfaces assigned to the primary air openings and the secondary air control surfaces assigned to the secondary air openings.
  • This simple configuration which is insensitive to interference, is made possible in that the axial distance between the primary air openings and / or the secondary openings is bridged by primary air channels and / or secondary air channels running axially on the flame tube.
  • a flame tube 4 is arranged coaxially within the combustion chamber housing 1, at least one burner 5 opens into the outer end area thereof and primary air openings 6 are introduced into the jacket in the area of the combustion zone and secondary air openings 7 in the area of the mixing zone.
  • the primary air openings 6 and the secondary air openings 7 form rows of holes running at an axial distance from one another in the circumferential direction of the flame tube 4.
  • the annular space formed between the combustion chamber housing 1 and the flame tube 4 is acted upon by the compressor of the gas turbine with a total amount of air which is introduced into a primary air amount to be introduced into the combustion zone of the flame tube 4 and into the mixing zone of the flame tube 4 to be introduced secondary air volume is divided.
  • the primary air passes through a swirl device 8 of the burner 5 and through the primary air openings 6 into the combustion zone, while the secondary air is conducted through the secondary air openings 7 into the mixing zone.
  • the excess air in the combustion zone must be increased to reduce the nitrogen oxide emission.
  • the air volume distribution must also be changed in the partial load area or at idle speed in such a way that the primary air volume decreases and the secondary air volume increases.
  • differently constructed adjusting devices are provided in the gas turbine combustion chambers shown in FIGS. 1, 3 and 4.
  • the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S1 surrounding the flame tube 4 in the region of the secondary air openings 7, which has openings 9 assigned to the secondary air openings 7 and cross-axially on its side facing the primary air openings 6 to the flame tube 4 aligned primary air control surfaces PS1.
  • Each of these primary air control surfaces PS1 can be pivoted in whole or in part in front of the opening of a primary air duct Pk 1, which is fastened to the outer circumference of the flame tube 4 and leads in the axial direction to the associated primary air opening 6 by rotating the adjusting ring S1.
  • the areas lying between the openings 9 act on the inner circumference of the adjusting ring S1 as secondary air control surfaces SS1, through which the secondary air openings 7 can be completely or partially closed when the adjusting ring S1 is rotated accordingly.
  • the ratio of primary air to secondary air can thus be controlled by rotating the adjusting ring S1 by changing the inflow cross sections for the primary air and for the secondary air.
  • the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are open in the upper part of the sectional view of FIG. 1 and shown closed in the lower part, while in the partial cross section of FIG. 2 a position is shown in which a primary air control surface PS1 partially closes the opening of a primary air duct Pk1.
  • the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S2 surrounding the flame tube 4, which carries the primary air openings 6 assigned primary air control surfaces PS2 and the secondary air openings 7 assigned secondary air control surfaces SS2.
  • the adjusting ring S2 is arranged in a region lying between the primary air openings 6 and the secondary air openings 7.
  • the axial distance between the primary air openings 6 and the assigned primary air control surfaces PS2 is bridged by primary air channels Pk2 running axially on the flame tube 4, while the axial distance between the secondary air openings 7 and the assigned secondary air control surfaces SS2 is bridged by secondary air channels Sk2 running axially on the flame tube 4 .
  • the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are opened in the upper part of the sectional view of FIG. 3 and shown closed in the lower part.
  • the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S3 which surrounds the flame tube 4 in the area of the primary air openings 6 and which has openings 10 assigned to the primary air openings 6 and on it the secondary air openings? facing side transversely aligned axially to the flame tube 4 secondary air control surfaces SS3.
  • the areas between the openings 10 on the inner circumference of the adjusting ring S3 act as primary air control surfaces PS3, through which the primary air openings 6 can be completely or partially closed when the adjusting ring S3 is rotated accordingly.
  • the secondary air control surfaces SS3 can be pivoted wholly or partially in front of the openings of secondary air channels Sk3, which are fastened to the outer circumference of the flame tube 4 and lead in the axial direction to the associated secondary air openings 7 by rotating the adjusting ring S 3.
  • the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are opened in the upper part of the sectional view of FIG. 4 and shown closed in the lower part.
  • the configuration of the adjusting device shown in FIG. 4 is particularly favorable when the total amount of air supplied by the compressor on the side of the burner 5 is introduced into the annular space formed between the burner housing 1 and the flame tube 4 and the openings of the secondary air channels Sk3 without deflecting the air flow are acted upon.
  • the closure hood 2 shown in dash-dotted lines in FIG. 4 is replaced by a diffuser-like inlet part 20, the supply of the total amount of air being indicated by an arrow L.
  • the configuration of the adjusting device shown in FIG. 1 is particularly favorable if - as in Darge case - the total amount of air supplied by the compressor is supplied on the side of the combustion chamber opposite the burner 5 and the openings of the primary air channels Pk1 can be acted upon without deflecting the air flow. These requirements should also be met in a corresponding manner in the configuration of an adjusting device shown in FIG. 5.
  • FIG. 5 shows a flame tube 40, only partially shown in longitudinal section, with a high-temperature-resistant inner lining 41, with primary air openings 60 opening into the combustion zone and with secondary air openings 70 opening into the mixing zone at an axial distance therefrom.
  • the combustion zone is indicated by the contour of a burner flame F. while the primary air supplied through the primary air openings 60 is indicated by an arrow P, the hot combustion gases by an arrow V and the secondary air supplied through the secondary air openings 70 by an arrow S.
  • the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S10 which surrounds the flame tube 40 in the area of the secondary air openings 70 at a distance and which carries primary air control surfaces PS10 assigned to primary air openings 60 and secondary air control surfaces SS10 assigned to secondary air openings 70.
  • the primary air control surfaces PS10 aligned transversely to the flame tube 40 and fastened to the inner circumference of the adjusting ring S10 can be pivoted in whole or in part by rotating the adjusting ring 810 in front of the opening of a primary air channel Pk10, which is fastened to the outer circumference of the flame tube 40 and in the axial direction to the associated one Primary air opening 60 leads.
  • the extending in the circumferential direction of the flame tube 40 and Secondary air control surfaces SS10 fastened on the inner circumference of the adjusting ring S10 via spacer tubes 11 can be pivoted in whole or in part in front of the assigned secondary air openings 70 by rotating the adjusting ring S10.
  • the inflow cross sections for the primary air P and the inflow cross sections for the secondary air S can also be changed by axially displacing the adjusting ring S10 or by a combination of rotation and axial displacement.
  • the secondary air control surfaces SS10 In order to avoid overheating of the secondary air control surfaces SS10, they are provided with a multiplicity of cooling air bores 12, through which, however, only a small amount of air reaches the flame tube 40.
  • the collar S10 which is polygonal in cross section, is mounted on the flame tube 40 in a rolling manner, which cannot be seen to simplify the drawing.
  • the control of the air volume distribution by rotating the adjusting ring S10 is indicated by a double arrow D. From the drawing it can also be seen that the space available between its inner circumference and the outer circumference of the flame tube 40 for supplying the primary air P or the secondary air S is increased by the polygonal cross section of the adjusting ring S10.
  • the primary air control surfaces PS10 and the secondary air control surfaces SS10 are arranged on the adjusting ring S10 such that when the turbine load is increased and the adjusting ring S10 is rotated accordingly, the inflow cross sections for the secondary air S are partially closed before the opening of the inflow cross sections for the primary air P begins.
  • the primary air portion supplied by the swirl device of the burner can be increased.
  • the setting ring S10 can be rotated by means of a motor, pneumatic or hydraulic drive which is arranged outside the combustion chamber housing and is articulated at a point on the setting ring S10 via a corresponding linkage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

The flame tube (40) has primary air openings (60) opening into the combustion zone and secondary air openings (70) opening into the mixing zone, the inflow cross-sections of the primary air openings (60) and of the secondary air openings (70) being adjustable in each case by associated primary air control surfaces (PS10) and secondary air control surfaces (SS10) respectively. For the load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity, a single adjusting ring (S10) is provided, which surrounds the flame tube (40) and which bears both the primary air control surfaces (PS10) and the secondary air control surfaces (SS10). The axial distance between the primary air openings (60) and/or the secondary air openings (70) and the associated control surfaces (PS10) is in this connection bridged by primary air channels (Pk10) and/or secondary air channels which run axially on the flame tube (40). A load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity, which is insensitive to disturbances, and thus a reduction of emissions, is thus made possible with low outlay. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenbrennkammer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a gas turbine combustion chamber according to the preamble of patent claim 1.

Eine derartige Gasturbinenbrennkammer ist aus der DE-OS 24 60 709 bekannt. Bei dieser bekannten Gasturbinenbrennkammer sind die Zuströmquerschnitte für die Primärluft durch einen den Primärluftöffnungen zugeordneten ersten Stellring und die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft durch einen den Sekundärluftöffnungen zugeordneten zweiten Stellring veränderbar. Die beiden in axialem Abstand zueinander das Flammrohr umschließenden Stellringe sind durch Stangen zu einer gemeinsamen Verstelleinrichtung verbunden, wobei sich die Stangen über den Umfang des Flammrohres verteilt in axialer Richtung erstrecken. Durch axiales Verschieben dieser gemeinsamen Verstelleinrichtung kann dann das Verhältnis von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge lastabhängig gesteuert werden. Somit kann bei jeder Laständerung die Aufteilung der Gesamtluftmenge in Primärluftmenge und Sekundärluftmenge an die zur Reduzierung der Emissionen erforderlichen Bedingungen angepaßt werden. Andererseits ist jedoch bei der bekannten Gasturbinenbrennkammer die zur Steuerung der Luftmengenverteilung erforderliche Verstelleinrichtung mit einem erheblichen baulichen Aufwand verbunden. Außerdem ergibt sich durch die große Anzahl der beweglichen Teile eine gewisse Störanfälligkeit der Verstelleinrichtung.Such a gas turbine combustion chamber is known from DE-OS 24 60 709. In this known gas turbine combustion chamber, the inflow cross sections for the primary air can be changed by a first adjusting ring assigned to the primary air openings and the inflow cross sections for the secondary air can be changed by a second adjusting ring assigned to the secondary air openings. The two adjusting rings enclosing the flame tube at an axial distance from one another are connected by rods to a common adjusting device, the rods extending in the axial direction distributed over the circumference of the flame tube. The ratio of primary air quantity to secondary air quantity can then be controlled as a function of the load by axially displacing this common adjusting device. With every load change, the division of the total air volume into primary air volume and secondary air volume can be adapted to the conditions required to reduce emissions. On the other hand, however, in the known gas turbine combustion chamber, the adjustment device required to control the air quantity distribution is associated with considerable structural outlay. In addition, the large number of moving parts results in a certain susceptibility to malfunction of the adjusting device.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinenbrennkammer der eingangs genannten Art die Verstelleinrichtung so auszubilden, daß mit geringem baulichen Aufwand eine gegen Störungen unempfindliche Steuerung der Luftmengenverteilung ermöglicht wird.The invention is therefore based on the object in a gas turbine combustor of the type mentioned Training the control device so that a control of the air volume distribution that is insensitive to faults is made possible with little structural effort.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features listed in the characterizing part of claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer besteht die Verstelleinrichtung also nur noch aus einem einzigen das Flammrohr umschließenden Stellring, welcher sowohl die den Primärluftöffnungen zugeordneten Primärluft-Steuerflächen als auch die den Sekundärluftöffnungen zugeordneten Sekundärluft-Steuerflächen trägt. Diese einfache und gegen Störungen unempfindliche Ausgestaltung der Verstelleinrichtung wird hierbei dadurch ermöglicht, daß der axiale Abstand zwischen den Primärluftöffnungen und/oder den Sekundäröffnungen durch axial am Flammrohr verlaufende Primärluftkanäle und/oder Sekundärluftkanäle überbrückt wird.In the gas turbine combustion chamber according to the invention, the adjusting device therefore only consists of a single adjusting ring which surrounds the flame tube and carries both the primary air control surfaces assigned to the primary air openings and the secondary air control surfaces assigned to the secondary air openings. This simple configuration, which is insensitive to interference, is made possible in that the axial distance between the primary air openings and / or the secondary openings is bridged by primary air channels and / or secondary air channels running axially on the flame tube.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer sind in den Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.Further advantageous embodiments of the gas turbine combustion chamber according to the invention are specified in claims 2 to 10.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.

Dabei zeigt:

  • Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer mit einem im Bereich der Sekundärluftöffnungen angeordneten Stellring und am Flammrohr angeordneten Primärluftkanälen in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
  • Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1,
  • Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer mit einem im Bereich zwischen den Primärluftöffnungen und den Sekundärluftöffnungen angeordneten Stellring sowie am Flammrohr angeordneten Primärluftkanälen und Sekundärluftkanälen in stark vereinfachter schematischer Darstellung,
  • Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer mit einem im Bereich der Primärluftöffnungen angeordneten Stellring und am Flammrohr angeordneten Sekundärluftkanälen ebenfalls in stark vereinfachter schematischer Darstellung und
  • Fig. 5 die konstruktive Ausbildung eines im Bereich der Sekundärluftöffnungen angeordneten Stellringes und der zugehörigen Primärluftkanäle.
It shows:
  • 1 shows a first embodiment of a gas turbine combustion chamber with an adjusting ring arranged in the area of the secondary air openings and primary air channels arranged on the flame tube in a highly simplified schematic illustration,
  • 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,
  • 3 shows a second embodiment of a gas turbine combustion chamber with an adjusting ring arranged in the area between the primary air openings and the secondary air openings and primary air ducts and secondary air ducts arranged on the flame tube in a highly simplified schematic illustration,
  • 4 shows a third embodiment of a gas turbine combustion chamber with an adjusting ring arranged in the region of the primary air openings and secondary air ducts arranged on the flame tube, likewise in a highly simplified schematic illustration and
  • 5 shows the structural design of an adjusting ring arranged in the region of the secondary air openings and the associated primary air channels.

Die Fig. 1, 3 und 4 zeigen jeweils eine Gasturbinenbrennkammer mit einem zylindrischen Brennkammergehäuse 1, welches an seinem äußeren stirnseitigen Ende mit einer Abschlußhaube 2 versehen ist und an seinem inneren stirnseitigen Ende über einen Flansch 3 an das Gehäuse einer in der Zeichnung nicht dargestellten Gasturbine angeflanscht werden kann. Koaxial innerhalb des Brennkammergehäuses 1 ist ein Flammrohr 4 angeordnet, in dessen äußeren stirnseitigen Bereich mindestens ein Brenner 5 einmündet und in dessen Mantel im Bereich der Verbrennungszone Primärluftöffnungen 6 und im Bereich der Vermischungszone Sekundärluftöffnungen 7 eingebracht sind. Die Primärluftöffnungen 6 und die Sekundärluftöffnungen 7 bilden dabei in axialem Abstand zueinander in Umfangsrichtung des Flammrohres 4 verlaufende Lochreihen. Der zwischen dem Brennkammergehäuse 1 und dem Flammrohr 4 gebildete Ringraum wird vom Verdichter der Gasturbine mit einer Gesamtluftmenge beaufschlagt, welche in eine in die Verbrennungszone des Flammrohres 4 einzuleitende Primärluftmenge und eine in die Vermischungszone des Flammrohres 4 einzuleitende Sekundärluftmenge aufgeteilt wird. Die Primärluft gelangt dabei durch eine Dralleinrichtung 8 des Brenners 5 und durch die Primärluftöffnungen 6 in die Verbrennungszone, während die Sekundärluft durch die Sekundärluftöffnugnen 7 in die Vermischungszone geführt wird.1, 3 and 4 each show a gas turbine combustion chamber with a cylindrical combustion chamber housing 1, which is provided at its outer end with a cover 2 and at its inner end via a flange 3 to the housing of a gas turbine, not shown in the drawing can be flanged. A flame tube 4 is arranged coaxially within the combustion chamber housing 1, at least one burner 5 opens into the outer end area thereof and primary air openings 6 are introduced into the jacket in the area of the combustion zone and secondary air openings 7 in the area of the mixing zone. The primary air openings 6 and the secondary air openings 7 form rows of holes running at an axial distance from one another in the circumferential direction of the flame tube 4. The annular space formed between the combustion chamber housing 1 and the flame tube 4 is acted upon by the compressor of the gas turbine with a total amount of air which is introduced into a primary air amount to be introduced into the combustion zone of the flame tube 4 and into the mixing zone of the flame tube 4 to be introduced secondary air volume is divided. The primary air passes through a swirl device 8 of the burner 5 and through the primary air openings 6 into the combustion zone, while the secondary air is conducted through the secondary air openings 7 into the mixing zone.

Beim Betrieb der Gasturbine muß zur Verringerung der Stickoxydemission der Luftüberschuß in der Verbrennungszone gesteigert werden. Bei gleicher Luftmengenverteilung würde dies aber bei Teillast oder beim Leerlauf mit einer entsprechend reduzierten Brennstoffzufuhr zum Ansteigen der N02- und CO-Emission und zu Flammeninstabilitäten führen. Aus diesem Grunde muß im Teillastgebiet oder im Leerlauf auch die Luftmengenverteilung derart geändert werden, daß sich die Primärluftmenge verringert und die Sekundärluftmenge erhöht. Für diese bei jeder Laständerung vorzunehmende Änderung der Luftmengenverteilung sind bei den in den Fig. 1, 3 und 4 dargestellten Gasturbinenbrennkammern jeweils verschieden aufgebaute Verstelleinrichtungen vorgesehen.When operating the gas turbine, the excess air in the combustion zone must be increased to reduce the nitrogen oxide emission. With the same air volume distribution, however, this would lead to an increase in N0 2 and CO emissions and flame instabilities under partial load or when idling with a correspondingly reduced fuel supply. For this reason, the air volume distribution must also be changed in the partial load area or at idle speed in such a way that the primary air volume decreases and the secondary air volume increases. For this change in the air quantity distribution to be carried out with each load change, differently constructed adjusting devices are provided in the gas turbine combustion chambers shown in FIGS. 1, 3 and 4.

Bei der Gasturbinenbrennkammer gemäß Fig. 1 besteht die Verstelleinrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verhältnisses von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge aus einem das Flammrohr 4 im Bereich der Sekundärluftöffnungen 7 umschließenden Stellring S1, welcher den Sekundärluftöffnungen 7 zugeordnete Öffnungen 9 aufweist und auf seiner den Primärluftöffnungen 6 zugewandten Seite queraxial zum Flammrohr 4 ausgerichtete Primärluft-Steuerflächen PS1 trägt. Jede dieser Primärluft-Steuerflächen PS1 kann durch Drehung des Stellringes S1 ganz oder teilweise vor die Öffnung eines Primärluftkanales Pk 1 geschwenkt werden, welcher am Außenumfang des Flammrohres 4 befestigt ist und in axialer Richtung zu der zugeordneten Primärluftöffnung 6 führt. Die zwischen den Öffnungen 9 liegenden Bereiche am Innenumfang des Stellringes S1 wirken als Sekundärluft-Steuerflächen SS1, durch welche bei einer entsprechenden Drehung des Stellringes S1 die Sekundärluftöffnungen 7 ganz oder teilweise verschließbar sind. Durch Drehung des Stellringes S1 kann also über eine Veränderung der Zuströmquerschnitte für die Primärluft und für die Sekundärluft eine Steuerung des Verhältnisses von Primärluft zu Sekundärluft bewirkt werden. Zur Verdeutlichung dieser Steuerung sind die Zuströmquerschnitte für die Primärluft und die Sekundärluft im oberen Teil des Schnittbildes der Fig. 1 geöffnet und im unteren Teil geschlossen dargestellt, während in dem teilweisen Querschnitt der Fig. 2 eine Stellung dargestellt ist, in welcher eine Primärluft-Steuerfläche PS1 die Öffnung eines Primärluftkanales Pk1 teilweise verschließt.1, the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S1 surrounding the flame tube 4 in the region of the secondary air openings 7, which has openings 9 assigned to the secondary air openings 7 and cross-axially on its side facing the primary air openings 6 to the flame tube 4 aligned primary air control surfaces PS1. Each of these primary air control surfaces PS1 can be pivoted in whole or in part in front of the opening of a primary air duct Pk 1, which is fastened to the outer circumference of the flame tube 4 and leads in the axial direction to the associated primary air opening 6 by rotating the adjusting ring S1. The areas lying between the openings 9 act on the inner circumference of the adjusting ring S1 as secondary air control surfaces SS1, through which the secondary air openings 7 can be completely or partially closed when the adjusting ring S1 is rotated accordingly. The ratio of primary air to secondary air can thus be controlled by rotating the adjusting ring S1 by changing the inflow cross sections for the primary air and for the secondary air. To clarify this control, the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are open in the upper part of the sectional view of FIG. 1 and shown closed in the lower part, while in the partial cross section of FIG. 2 a position is shown in which a primary air control surface PS1 partially closes the opening of a primary air duct Pk1.

Bei der Gasturbinenbrennkammer gemäß Fig. 3 besteht die Verstelleinrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verhältnisses von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge aus einem das Flammrohr 4 umschließenden Stellring S2, welcher den Primärluftöffnungen 6 zugeordnete Primärluft- Steuerflächen PS2 sowie den Sekundärluftöffnungen 7 zugeordnete Sekundärluft-Steuerflächen SS2 trägt. Der Stellring S2 ist dabei in einem zwischen den Primärluftöffnungen 6 und den Sekundärluftöffnungen 7 liegenden Bereich angeordnet. Der axiale Abstand zwischen den Primärluftöffnungen 6 und den zugeordneten Primärluft-Steuerflächen PS2 ist durch axial am Flammrohr 4 verlaufende Primärluftkanäle Pk2 überbrückt, während der axiale Abstand zwischen den Sekundärluftöffnungen 7 und den zugeordneten Sekundärluft-Steuerflächen SS2 durch axial am Flammrohr 4 verlaufende Sekundärluftkanäle Sk2 überbrückt ist. Zur Verdeutlichung der Steuerung der Luftmengenverteilung durch den Stellring S2 sind die Zuströmquerschnitte für die Primärluft und die Sekundärluft im oberen Teil des Schnittbildes der Fig. 3 geöffnet und im unteren Teil geschlossen dargestellt.3, the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S2 surrounding the flame tube 4, which carries the primary air openings 6 assigned primary air control surfaces PS2 and the secondary air openings 7 assigned secondary air control surfaces SS2. The adjusting ring S2 is arranged in a region lying between the primary air openings 6 and the secondary air openings 7. The axial distance between the primary air openings 6 and the assigned primary air control surfaces PS2 is bridged by primary air channels Pk2 running axially on the flame tube 4, while the axial distance between the secondary air openings 7 and the assigned secondary air control surfaces SS2 is bridged by secondary air channels Sk2 running axially on the flame tube 4 . To clarify the control of the air quantity distribution by means of the adjusting ring S2, the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are opened in the upper part of the sectional view of FIG. 3 and shown closed in the lower part.

Bei der Gasturbinenbrennkammer gemäß Fig. 4 besteht die Verstelleinrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verhältnisses von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge aus einem das Flammrohr 4 im Bereich der Primärluftöffnungen 6 umschließenden Stellring S3, welcher den Primärluftöffnungen 6 zugeordnete Öffnungen 10 aufweist und auf seiner den Sekundärluftöffnugnen ? zugewandten Seite queraxial zum Flammrohr 4 ausgerichtete Sekundärluft-Steuerflächen SS3 trägt. Die zwischen den Öffnungen 10 liegenden Bereiche am Innenumfang des Stellringes S3 wirken als Primärluft-Steuerflächen PS3, durch welche bei einer entsprechenden Drehung des Stellringes S3 die Primärluftöffnungen 6 ganz oder teilweise verschließbar sind. Die Sekundärluft-Steuerflächen SS3 können durch Drehung des Stellringes S 3 ganz oder teilweise vor die Öffnungen von Sekundärluftkanälen Sk3 geschwenkt werden, welche am Außenumfang des Flammrohres 4 befestigt sind und in axialer Richtung zu den zugeordneten Sekundärluftöffnungen 7 führen. Zur Verdeutlichung der Steuerung der Luftmengenverteilung durch den Stellring S3 sind die Zuströmquerschnitte für die Primärluft und die Sekundärluft im oberen Teil des Schnittbildes der Fig. 4 geöffnet und im unteren Teil geschlossen dargestellt.4, the adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S3 which surrounds the flame tube 4 in the area of the primary air openings 6 and which has openings 10 assigned to the primary air openings 6 and on it the secondary air openings? facing side transversely aligned axially to the flame tube 4 secondary air control surfaces SS3. The areas between the openings 10 on the inner circumference of the adjusting ring S3 act as primary air control surfaces PS3, through which the primary air openings 6 can be completely or partially closed when the adjusting ring S3 is rotated accordingly. The secondary air control surfaces SS3 can be pivoted wholly or partially in front of the openings of secondary air channels Sk3, which are fastened to the outer circumference of the flame tube 4 and lead in the axial direction to the associated secondary air openings 7 by rotating the adjusting ring S 3. In order to clarify the control of the air quantity distribution by means of the adjusting ring S3, the inflow cross sections for the primary air and the secondary air are opened in the upper part of the sectional view of FIG. 4 and shown closed in the lower part.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausbildung der Verstelleinrichtung ist dann besonders günstig, wenn die vom Verdichter zugeführte Gesamtluftmenge auf der Seite des Brenners 5 in den zwischen dem Brennergehäuse 1 und dem Flammrohr 4 gebildeten Ringraum eingeleitet wird und die Öffnungen der Sekundärluftkanäle Sk3 ohne Umlenkung des Luftstromes beaufschlagbar sind. In diesem Fall wird die in Fig. 4 strichpunktiert dargestellte Abschlußhaube 2 durch ein diffusorartiges Einlaßteil 20 ersetzt, wobei die Zufuhr der Gesamtluftmenge durch einen Pfeil L angedeutet ist.The configuration of the adjusting device shown in FIG. 4 is particularly favorable when the total amount of air supplied by the compressor on the side of the burner 5 is introduced into the annular space formed between the burner housing 1 and the flame tube 4 and the openings of the secondary air channels Sk3 without deflecting the air flow are acted upon. In this case, the closure hood 2 shown in dash-dotted lines in FIG. 4 is replaced by a diffuser-like inlet part 20, the supply of the total amount of air being indicated by an arrow L.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausbildung der Verstelleinrichtung ist dann besonders günstig, wenn - wie im dargestellten Fall - die vom Verdichter zugeführte Gesamtluftmenge auf der dem Brenner 5 gegenüberliegenden Seite der Brennkammer zugeführt wird und die Öffnungen der Primärluftkanäle Pk1 ohne Umlenkung des Luftstromes beaufschlagbar sind. Diese Voraussetzungen sollen in entsprechender Weise auch bei der in Fig. 5 dargestellten Ausbildung einer Verstelleinrichtung vorliegen.The configuration of the adjusting device shown in FIG. 1 is particularly favorable if - as in Darge case - the total amount of air supplied by the compressor is supplied on the side of the combustion chamber opposite the burner 5 and the openings of the primary air channels Pk1 can be acted upon without deflecting the air flow. These requirements should also be met in a corresponding manner in the configuration of an adjusting device shown in FIG. 5.

Fig. 5 zeigt ein im Längsschnitt nur teilweise dargestelltes Flammrohr 40, mit einer hochtemperaturbeständigen Innenauskleidung 41, mit in die Verbrennungszone einmündenden Primärluftöffnungen 60 und mit in axialem Abstand dazu in die Vermischungszone einmündenden Sekundärluftöffnungen 70. Dabei ist die Verbrennungszone durch die Kontur einer Brennerflamme F angedeutet, während die durch die Primärluftöffnungen 60 zugeführte Primärluft durch einen Pfeil P, die heißen Verbrennungsgase durch einen Pfeil V und die durch die Sekundärluftöffnungen 70 zugeführte Sekundärluft durch einen Pfeil S angedeutet sind.5 shows a flame tube 40, only partially shown in longitudinal section, with a high-temperature-resistant inner lining 41, with primary air openings 60 opening into the combustion zone and with secondary air openings 70 opening into the mixing zone at an axial distance therefrom. The combustion zone is indicated by the contour of a burner flame F. while the primary air supplied through the primary air openings 60 is indicated by an arrow P, the hot combustion gases by an arrow V and the secondary air supplied through the secondary air openings 70 by an arrow S.

Die Verstelleinrichtung zur lastabhängigen Steuerung des Verhältnisses von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge besteht aus einem das Flammrohr 40 im Bereich der Sekundärluftöffnungen 70 mit Abstand umschließenden Stellring S10, welcher den Primärluftöffnungen 60 zugeordnete Primärluft-Steuerflächen PS10 und den Sekundärluftöffnungen 70 zugeordnete Sekundärluft-Steuerflächen SS10 trägt. Die queraxial zum Flammrohr 40 ausgerichteten und am Innenumfang des Stellringes S10 befestigten Primärluft- Steuerflächen PS10 können durch Drehung des Stellringes 810 ganz oder teilweise vor die Öffnung eines Primärluftkanals Pk10 geschwenkt werden, welcher am Außenumfang des Flammrohres 40 befestigt ist und in axialer Richtung zu der zugeordneten Primärluftöffnung 60 führt. Die sich in Umfangsrichtung des Flammrohres 40 erstreckenden und am Innenumfang des Stellringes S10 über Distanzrohre 11 befestigten Sekundärluft-Steuerflächen SS10 können durch Drehung des Stellringes S10 ganz oder teilweise vor die zugeordneten Sekundärluftöffnungen 70 geschwenkt werden.The adjusting device for load-dependent control of the ratio of primary air quantity to secondary air quantity consists of an adjusting ring S10 which surrounds the flame tube 40 in the area of the secondary air openings 70 at a distance and which carries primary air control surfaces PS10 assigned to primary air openings 60 and secondary air control surfaces SS10 assigned to secondary air openings 70. The primary air control surfaces PS10 aligned transversely to the flame tube 40 and fastened to the inner circumference of the adjusting ring S10 can be pivoted in whole or in part by rotating the adjusting ring 810 in front of the opening of a primary air channel Pk10, which is fastened to the outer circumference of the flame tube 40 and in the axial direction to the associated one Primary air opening 60 leads. The extending in the circumferential direction of the flame tube 40 and Secondary air control surfaces SS10 fastened on the inner circumference of the adjusting ring S10 via spacer tubes 11 can be pivoted in whole or in part in front of the assigned secondary air openings 70 by rotating the adjusting ring S10.

Die Zuströmquerschnitte für die Primärluft P und die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft S können auch durch axiale Verschiebung des Stellringes S10 oder durch eine Kombination von Drehung und axialer Verschiebung verändert werden.The inflow cross sections for the primary air P and the inflow cross sections for the secondary air S can also be changed by axially displacing the adjusting ring S10 or by a combination of rotation and axial displacement.

Um eine Überhitzung der Sekundärluft-Steuerflächen SS10 zu vermeiden, sind sie mit einer Vielzahl von Kühlluftbohrungen 12 versehen, durch welche aber nur eine geringe Luftmenge in das Flammrohr 40 gelangt. Der im Querschnitt polygonal ausgebildete Stellring S10 ist am Flammrohr 40 rollend gelagert, was zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung nicht ersichtlich ist. Die Steuerung der Luftmengenverteilung durch Drehung des Stellringes S10 ist durch einen Doppelpfeil D angedeutet. Aus der Zeichnung ist ferner ersichtlich, daß durch den polygonalen Querschnitt des Stellringes S10 der zwischen seinem Innenumfang und dem Außenumfang des Flammrohres 40 für die Zufuhr der Primärluft P bzw. der Sekundärluft S zur Verfügung stehende Raum vergrößert wird.In order to avoid overheating of the secondary air control surfaces SS10, they are provided with a multiplicity of cooling air bores 12, through which, however, only a small amount of air reaches the flame tube 40. The collar S10, which is polygonal in cross section, is mounted on the flame tube 40 in a rolling manner, which cannot be seen to simplify the drawing. The control of the air volume distribution by rotating the adjusting ring S10 is indicated by a double arrow D. From the drawing it can also be seen that the space available between its inner circumference and the outer circumference of the flame tube 40 for supplying the primary air P or the secondary air S is increased by the polygonal cross section of the adjusting ring S10.

Die Primärluftsteuerflächen PS10 und die Sekundärluft-steuerflächen SS10 sind an dem Stellring S10 derart angeordnet, daß bei einer Steigerung der Turbinenlast und einer entsprechenden Verdrehung des Stellringes S10 zunächst die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft S teilweise verschlossen werden, bevor die Öffnung der Zuströmquerschnitte für die Primärluft P beginnt. Durch diese Maßnahme kann bei einer Steigerung der Turbinenlast zunächst der durch die Dralleinrichtung des Brenners zugeführte Primärluftanteil erhöht werden.The primary air control surfaces PS10 and the secondary air control surfaces SS10 are arranged on the adjusting ring S10 such that when the turbine load is increased and the adjusting ring S10 is rotated accordingly, the inflow cross sections for the secondary air S are partially closed before the opening of the inflow cross sections for the primary air P begins. With this measure, when the turbine load increases, the primary air portion supplied by the swirl device of the burner can be increased.

Die Drehung des Stellringes S10 kann mittels eines motorischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebes erfolgen, welcher außerhalb des Brennkammergehäuses angeordnet und über ein entsprechendes Gestänge an einer Stelle des Stellringes S10 angelenkt ist.The setting ring S10 can be rotated by means of a motor, pneumatic or hydraulic drive which is arranged outside the combustion chamber housing and is articulated at a point on the setting ring S10 via a corresponding linkage.

Claims (10)

1. Gasturbinenbrennkammer mit folgenden Merkmalen: a) das Flammrohr weist in die Verbrennungszone einmündende Primärluftöffnungen und in axialem Abstand dazu in die Vermischungszone einmündende Sekundärluftöffnungen auf, b) die Zuströmquerschnitte für die Primärluft sind durch den Primärluftöffnungen zugeordnete Primärluft-Steuerflächen veränderbar, c) die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft sind durch den Sekundärluftöffnungen zugeordnete Sekundärluft-Steuerflächen veränderbar, d) das Verhältnis von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge ist durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung der Primärluft-Steuerflächen und der Sekundärluft-Steuerflächen lastabhängig steuerbar,
dadurch gekennzeichnet, daß e) die Verstelleinrichtung aus einem einzigen, das Flammrohr (4, 40) umschließenden Stellring (S1;S2;S3;S10) besteht, welcher sowohl die Primärluft-Steuerflächen (PS1; PS2; PS3;PS10) als auch die Sekundärluft-Steuerflächen (SS1; SS2; SS3; SS10) trägt, f) der axiale Abstand zwischen den Primärluftöffnungen (6; 60) und/oder den Sekundärluftöffnungen (7; 70) und den zugeordneten Steuerflächen (SS1; SS2; SS3; SS10; PS1; PS2; PS3; PS10) durch axial am Flammrohr (4; 40) verlaufende Primärluftkanäle (Pkl; Pk2; Pk10) und/oder Sekundärluftkanäle (Sk2; Sk3) überbrückt ist. 1. Gas turbine combustion chamber with the following features: a) the flame tube has primary air openings opening into the combustion zone and secondary air openings opening axially at a distance from it into the mixing zone, b) the inflow cross sections for the primary air can be changed by primary air control surfaces assigned to the primary air openings, c) the inflow cross sections for the secondary air can be changed by the secondary air control surfaces assigned to the secondary air openings, d) the ratio of the primary air quantity to the secondary air quantity can be controlled depending on the load by means of a common adjustment device of the primary air control surfaces and the secondary air control surfaces,
characterized in that e) the adjusting device consists of a single adjusting ring (S1; S2; S3; S10) surrounding the flame tube (4, 40), which has both the primary air control surfaces (PS1; PS2; PS3; PS10) and the secondary air control surfaces ( SS1; SS2; SS3; SS10) f) the axial distance between the primary air openings (6; 60) and / or the secondary air openings (7; 70) and the associated control surfaces (SS1; SS2; SS3; SS10; PS1; PS2; PS3; PS10) by axially on the flame tube (4 ; 40) extending primary air channels (Pkl; Pk2; Pk10) and / or secondary air channels (Sk2; Sk3) is bridged. 2. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (S1; S2; S3; S10) zur Steuerung des Verhältnisses von Primärluftmenge zu Sekundärluftmenge um das Flammrohr (4; 40) drehbar und/oder axial verschiebbar ist.2. Gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that the adjusting ring (S1; S2; S3; S10) for controlling the ratio of primary air quantity to secondary air quantity around the flame tube (4; 40) is rotatable and / or axially displaceable. 3. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Steuerflächen (PS1; PS2; PS3; PS10) und die Sekundärluft-Steuerflächen (SS1; SS2; SS3; SS10) derart an dem Stellring (S1; S2; S3; S10) angeordnet sind, daß bei Bewegung des Stellringes (S1; S2; S3; S10) in der einen Richtung die Zuströmquerschnitte für die Primärluft (P) fortschreitend vergrößert und die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft (S) fortschreitend verringert werden und umgekehrt.3. Gas turbine combustion chamber according to claim 2, characterized in that the primary air control surfaces (PS1; PS2; PS3; PS10) and the secondary air control surfaces (SS1; SS2; SS3; SS10) in such a way on the adjusting ring (S1; S2; S3; S10 ) are arranged so that when the adjusting ring (S1; S2; S3; S10) moves in one direction, the inflow cross sections for the primary air (P) are progressively increased and the inflow cross sections for the secondary air (S) are progressively reduced and vice versa. 4. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Steuerflächen (PS10) und die Sekundärluft-Steuerflächen (SS10) derart an dem Stellring (S10) angeordnet sind, daß bei Bewegung des Stellringes (S10) in der einen Richtung zunächst die Zuströmquerschnitte für die Sekundärluft teilweise verschlossen werden, bevor die Öffnung der Zuströmquerschnitte für die Primärluft beginnt.4. Gas turbine combustion chamber according to claim 3, characterized in that the primary air control surfaces (PS10) and the secondary air control surfaces (SS10) are arranged on the adjusting ring (S10) in such a way that when the adjusting ring (S10) moves in one direction, the first Inflow cross sections for the secondary air are partially closed before the opening of the inflow cross sections for the primary air begins. 5. Gasturbinenbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluftkanäle (PS1; PS2; PS3; PS10) und/oder Sekundärluftkanäle (SS1; SS2; SS3; SS10) am Außenumfang des Flammrohres (4, 40) angebracht sind.5. Gas turbine combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the primary air channels (PS1; PS2; PS3; PS10) and / or secondary air channels (SS 1 ; SS2; SS3; SS10) are attached to the outer circumference of the flame tube (4, 40). 6. Gasturbinenbrennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (S10) das Flammrohr (40) mit Abstand umschließt und daß die Primärluft-Steuerflächen (PS10) und die Sekundärluft-Steuerflächen (SS10) am Innenumfang des Stellringes (S10) befestigt sind.6. Gas turbine combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting ring (S10) surrounds the flame tube (40) at a distance and that the primary air control surfaces (PS10) and the secondary air control surfaces (SS10) on the inner circumference of the adjusting ring (S10) are attached. 7. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (S10) im Querschnitt polygonal ausgebildet ist.7. Gas turbine combustion chamber according to claim 6, characterized in that the adjusting ring (S10) is polygonal in cross section. 8. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärluft-Steuerflächen (PS10) queraxial zum Flammrohr (40) angeordnet sind.8. Gas turbine combustion chamber according to claim 6 or 7, characterized in that the primary air control surfaces (PS10) are arranged transversely to the flame tube (40). 9. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sekundärluftöffnungen (70) unmittelbar zugeordneten Sekundärluft-Steuerflächen (SS10) sich in Umfangsrichtung des Flammrohres (40) erstrecken.9. Gas turbine combustion chamber according to one of claims 6 to 8, characterized in that the secondary air control surfaces (SS10) directly assigned to the secondary air openings (70) extend in the circumferential direction of the flame tube (40). 10. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß in die Sekundärluft-Steuerflächen (SS10) eine Vielzahl von Kühlluftbohrungen (12) eingebracht ist.10. Gas turbine combustion chamber according to claim 9, characterized in that a plurality of cooling air bores (12) is introduced into the secondary air control surfaces (SS10).
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