BRENNER MIT FLUIDISCHEM OSZILLATOR, FÜR EINE GASTURBINE

UND GASTURBINE MIT MINDESTENS EINEM DERARTIGEN BRENNER

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brenner für eine Gasturbine mit einer zentralen Brennerachse und einer die Brennerachse zumindest abschnittsweise umgebenden Vormischpassage . Die Vormischpassage weist somit eine Passagen- Querschnittsfläche auf, welche um die Brennerachse herum ver ^¬ läuft. Die zentrale Brennerachse ist eine gedachte, unendlich lange Linie. Die Passagen-Querschnittsfläche kann beispiels ^¬ weise ringförmig oder als Vollkreis um die Brennerachse herum angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Vormischpassage koaxial (gleiche Rotationsachse) zur Brennerachse verlaufen. Der Durchmesser des Rings oder Vollkreises kann entlang des Brennerachsenabschnittes variieren. Insbesondere kann die Vormischpassage zumindest abschnittsweise als Ringraumpassage (Querschnitt ringförmig) ausgebildet sein, welche in einen Vormischpassagenabschnitt übergehen kann, der im Querschnitt als Vollkreis ausgebildet ist.

Die Vormischpassage ist nach radial außen von einer Wand be ^¬ grenzt. Die Vormischpassage ist im Betrieb von Verdichterluft durchströmbar. Sie dient einem Vermischen von Brennstoff und Luft, wobei in der Vormischpassage eine Brennerlanze oder Brennernabe und eine Anzahl Brennstoffinj ektoren angeordnet sind. Die Brennstoffinj ektoren, welche sich von der Brenner- lanze/-nabe in Richtung der Wand erstrecken, sind fluidisch mit einer zumindest teilweise von der Brennerlanze/-nabe um- fassten Brennstoffzufuhranordnung verbundende und weisen Brennstoffdüsen auf. Die Brennstoffinj ektoren können beispielsweise sowohl Brennstoffdüsen für gasförmigen Brennstoff als auch Brennstoffdüsen für einen Ölbetrieb umfassen. Glei- ches gilt für die Brennerlanze/-nabe, welche alternativ auch ohne Brennstoffdüsen ausgebildet sein kann. Die Brennerlanze kann im Rahmen dieser Erfindung auch mit Brennernabe bezeichnet werden.

Die Brennerlanze kann zentral in der Vormischpassage angeord- net sein. Die Brennerlanze kann von stromauf in die Vormisch ^¬ passage hineinragen, so dass die Passage nur abschnittsweise nach radial innen von der Brennerlanze begrenzt wird. Die Vormischpassage kann beispielsweise in diesem Fall stromab der Brennerlanze eine vollkreisförmige Querschnittsfläche aufweisen. Die Brennerlanze kann sich aber auch im Wesentlichen bis zum Ausgang der Vormischpassage erstrecken.

Alternativ kann die Vormischpassage nach radial innen zumindest abschnittsweise von einer zentral in der Passage ange- ordneten Brennernabe mit im Wesentlichen kegelstumpfmantel- förmiger Oberfläche begrenzt sein, welche die Vormischpassage von stromauf bis zu einem Endbereich der Nabe nach radial innen begrenzt. Die Vormischpassage kann stromab der Nabe in einen im Querschnitt vollkreisförmigen Vormischbereich über- gehen. Entlang der Nabe weist die Vormischpassage somit eine ringförmige Passagen-Querschnittsfläche auf, deren Durchmes ^¬ ser sich in Strömungsrichtung verringern kann. Insbesondere können in der Brennernabe weitere Vormischpassagen angeordnet sein oder beispielsweise ein zentraler Pilotbrenner.

Die Vormischpassage kann im Rahmen dieser Erfindung auch mit Vormischkanal bezeichnet werden. Über die Brennstoffinj ekto- ren wird Brennstoff in die Vormischpassage eingedüst und kann sich bis zum stromab angeordneten Ausgang der Vormischpassage mit einem die Vormischpassage durchströmenden

Verdichterluftstrom vermischen, so dass der Vormischbrenner an seinem Ausgang ein Brennstoff/Luft-Gemisch zur Entladung in eine Brennkammer bereitstellt. Zusätzlich kann auch Brennstoff über direkt an der Brennerlanze angeordnete Brennstoff- düsen eingedüst werden Mit den gattungsgemäßen Brennern wird eine möglichst schad ^¬ stoffarme Verbrennung und eine Vermeidung thermoakustischen Instabilitäten bei der Verbrennung angestrebt.

Insbesondere Vormischbrenner weisen im Betrieb zwar geringe Schadstoffemissionen auf, sind dafür aber anfälliger für die Ausbildung von Druckpulsationen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs genannten Art für eine Gasturbine anzugeben, mit welchem im Betrieb des Brenners eine Verringerung von Schad ^¬ stoffemissionen oder eine Verringerung von Druckpulsationen ermöglicht ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Brenner der ein- gangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Brennstoffzu- fuhranordnung mindestens einen fluidischen Oszillator mit einer Wechselwirkungskammer umfasst, wobei ein Eingang der Wechselwirkungskammer an einen Brennstoffkanal der Brennstoffzufuhranordnung angeschlossen ist und ein erster Aus- gangskanal der Wechselwirkungskammer sich mindestens bis zu einer ersten Brennstoffdüse erstreckt und ein zweiter Aus ^¬ gangskanal sich mindestens bis zu einer zweiten Brennstoffdü ^¬ se erstreckt, wobei der fluidische Oszillator je Ausgangska ^¬ nal eine Rückkopplungsleitung umfasst, wobei die Rückkopp- lungsleitung mit ihrem einen Ende in den Bereich stromab der mindestens einen Brennstoffdüse in den jeweiligen Ausgangska ^¬ nal einmündet und mit dem anderen Ende in einen Eingangsbe ^¬ reich der Wechselwirkungskammer. Beispielsweise kann die mindestens erste und die mindestens zweite Brennstoffdüse bzw. die erste und zweite Gruppe an Brennstoffdüsen an einem gemeinsamen Brennstoffinj ektor angeordnet sein und für eine möglichst homogene Verteilung des Brennstoffs in der Vormischpassage in radialer Richtung ver- teilt angeordnet sein. Die mindestens erste Brennstoffdüse könnte beispielsweise auch auf einer Saugseite und die min ^¬ destens zweite Brennstoffdüse auf einer Druckseite eines drallschaufelartig ausgebildeten Brennstoffinj ektors angeord- net sein. Die erste und zweite Gruppe an Brennstoffdüsen kön ^¬ nen beispielsweise auch an unterschiedlichen Brennstoffinj ek- toren angeordnet sein. Beispielsweis in im Wesentlichen ge ^¬ genüberliegend an der Brennerlanze angeordneten Brennstoffin- jektoren.

Fluidische Oszillatoren sind seit langem bekannt als fluid ^¬ ische Steuerelemente, die ohne teure Ventile auskommen. Bei ^¬ spielsweise werden diese zur Zufuhr von Luft in die Grenz- schicht von Tragflächen eingesetzt zur Vermeidung einer Ablösung der Grenzschicht.

Fluidische Oszillatoren werden mit einem an ihrem Eingang anliegenden und unter Druck stehenden Fluidstrom betrieben. Dieser Fluidstrom wird in der Wechselwirkungskammer in eine

Oszillation versetzt, so dass der mindestens eine Ausgang der Kammer abwechselnd mit dem austretenden Strahl beaufschlagt wird. Aus den Ausgangskanälen des fluidischen Oszillators tritt somit ein pulsierender Fluidstrom aus, wobei die Aus- gangskanäle abwechselnd das Fluid ausdüsen. Aus dem Stand der Technik sind Fluidische Oszillatoren mit Rückkopplungsleitungen bekannt, welche zur Stabilisierung der Oszillation in der Wechselwirkungskammer einen Ausgangsbereich der Wechselwirkungskammer mit einem Eingangsbereich der Wechselwirkungskam- mer verbinden. Die Rückkopplungsleitungen des Standes der

Technik münden mit ihrem einen Ende jeweils nahe eines Aus ^¬ gangs der Wechselwirkungskammer in die Wechselwirkungskammer ein und münden mit ihrem anderen Ende stromauf des Ausgangs nahe am Eingang der Wechselwirkungskammer in die Wechselwir- kungskammer ein. Wird der jeweilige Ausgang im Laufe der Oszillation mit einem Fluidstrom beaufschlagt, führt dies zu einem erhöhten Druck am einen Ende der Rückkopplungsleitung, welcher durch die Leitung auf den Eingangsbereich weitergeleitet wird in den Bereich, an dem die Strömung gerade an ei- ner Seitenwand der Wechselwirkungskammer anliegt. Dadurch neigt die oszillierende Strömung dazu sich von der Seitenwand abzulösen. Dies führt zu einer die Oszillation stabilisieren- den Rückkopplung der Druckverhältnisse zwischen Ausgang- und Eingangsbereich der Wechselwirkungskammer.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Rückkopplungslei- tungen nicht wie im Stand der Technik in den Ausgangsbereich der Wechselwirkungskammer münden zu lassen, sondern in jeweils einen Ausgangskanal in einen Bereich stromab einer mindestens einen Brennstoffdüse oder Brennstoffdüsengruppe, zu der sich der Ausgangskanal erstreckt. Dies ermöglicht es er- findungsgemäß , die Druckverhältnisse in der Vormischpassage im unmittelbaren Vormischpassagenbereich vor den Brennstoffdüsen in das Rückkopplungssignal mit einfließen zu lassen. Der Ausgangskanal kann stromab der Brennstoffdüse bzw. der Brennstoffdüsengruppe ein Endstück aufweisen, in das der Rückkopplungskanal einmündet.

Ist der statische Druck in der Vormischpassage im Bereich ei ^¬ ner Brennstoffdüsengruppe höher, fließt weniger Brennstoff durch den Ausgangskanal und der dynamische Druck in dem Aus- gangkanal ist geringer. Dadurch fällt bei der erfindungsgemä ^¬ ßen Ausbildung der Rückkopplungsleitung das Rückkopplungssignal geringer aus und der Brennstoff wird länger in dem Aus ^¬ gangkanal strömen als bei umgekehrten Druckverhältnissen vor den Brennstoffdüsen des Ausgangskanals in der Vormischpassa- ge . Ist der statische Druck in der Vormischpassage im Bereich einer Brennstoffdüsengruppe niedriger, fließt bei Beaufschla ^¬ gung des zugehörigen Ausgangs der Wechselwirkungskammer mehr Brennstoff durch den zugehörigen Ausgangskanal und der dyna ^¬ mische Druck in dem Ausgangskanal ist höher. Da die zugehöri- ge Rückkopplungsleitung stromab der mindestens einen Brennstoffdüse des Ausgangskanals in den Ausgangskanal mündet, ist der Druck in der in den Endbereich des Ausgangskanals mündenden Rückkopplungsleitung höher und der zugehörige Brennstoffstrahl wird schneller von der Seitenwand im Eingangsbereich der Wechselwirkungskammer sich ablösen und den nächsten Ausgang mit Brennstoff beaufschlagen. Somit wird die Oszillation des BrennstoffStrahls in der Wechselwirkungskammer den Ausgangskanal länger mit Brennstoff beaufschlagen, dessen min- destens eine Brennstoffdüse in einen Bereich der Vormischpas- sage mündet, in welchem ein höherer Druck herrscht. Dadurch wird der Effekt ausgeglichen, dass im allgemeinen weniger Brennstoff aus Brennstoffdüsen austritt, die in einen Bereich höheren Passagendrucks einmünden bzw. mehr Brennstoff

eingedüst wird in Bereiche geringen Drucks. Durch diesen Aus ^¬ gleich kann erfindungsgemäß eine homogenere Brennstoffkon- zentration in der Vormischpassage erzeugt werden. Somit re ^¬ gelt sich die Eindüsung des Brennstoffs durch die mindestens zwei an den fluidischen Oszillator angeschlossenen Brennstoffdüsengruppen bzw. Brennstoffdüsen selbstständig, ohne dass eine zusätzliche Steuervorrichtung notwendig wäre. Die resultierende homogenere Verteilung der Brennstoffkonzentra- tion in der Vormischpassage führt zu reduzierten Schadstoff- emissionen. Durch die zeitlich und örtlich flukturierende Brennstoffeindüsung wird zudem eine gute Durchmischung des von den Brennstoffdüsengruppen ausgedüsten Brennstoffs mit der vorbeiströmenden Verdichterluft bewirkt. Erfindungsgemäß wird aufgrund der flukturierenden Brennstoffeindüsung durch den fluidischen Oszillator auch eine Verbreiterung des Verzugszeitenprofils des Brenners bewirkt, wodurch eine Wechsel ^¬ wirkung des Brenners mit der Flamme und ein Anfachen thermo- akustischer Schwingungen verringert wird. Zur Erläuterung des Begriffs thermoakustische Schwingung und Verzugszeit sei angemerkt, dass es in einer Brennkammer zu einer Wechselwirkung von akustischen Schwingungen und Schwankungen in der Wärmefreisetzung kommen kann. Diese können sich gegenseitig aufschaukeln, wenn es sich um Frequenzen handelt, die mit sogenannten Eigenmoden der Gasturbine zusammenfallen. Diese Eigenmoden sind abhängig von der Größe und Bauform der jeweiligen Gasturbine. Derartige thermoakustische Schwingun ^¬ gen können beim Betrieb der Gasturbine zu erheblichen Schäden an den Bauteilen führen und eine Abschaltung der Anlage er- zwingen.

Um das Anregen von thermoakustischen Schwingungen zu vermeiden, kann das sich im Betrieb einstellende Verzugszeitenpro ^¬ fil des Brenners möglichst breit sein, wobei die Verzugszeit die Zeit ist, die ein aus der Brennstoffdüse austretendes Fluid bis zum Erreichen der Flamme benötigt.

Die durch den fluidischen Oszillator mit Brennstoff versorg- ten Brennstoffdüsen bzw. Brennstoffdüsengruppen des Brenners weisen aufgrund des sowohl zeitlich als auch örtlich pulsierende BrennstoffStrahls am Austritt der Düsen bedingt eine Fluktuation des Brennstoff-Konzentrationsprofils in der vor ^¬ beiströmenden Verdichterluft auf, was wiederum die thermo- akustische Stabilität aufgrund eines verbreiterten Verzugs ^¬ zeitenprofils des Brenners verbessert- beispielsweise im Ver ^¬ gleich zu Brennern mit herkömmlichen Druck-Drall Düsen oder Vollstrahldüsen. Eine Frequenz der pulsierenden Eindüsung des Brennstoffs kann beispielsweise durch die Größe der Wechsel- Wirkungskammer eingestellt werden. Der Brenner kann mehrere fluidische Oszillatoren umfassen, welche jeweils mindestens zwei Ausgangskanäle mit jeweils mindestens einer Brennstoff ^¬ düse bzw. Gruppe von Brennstoffdüsen mit Brennstoff versorgen .

Es sind unterschiedliche Typen von fluidischen Oszillatoren bekannt, welche sich in ihrem Aufbau unterscheiden. Die Erfindung ist nicht auf einen speziellen Typ dieser fluidischen Oszillatoren beschränkt. All diesen Typen ist gemein, dass diese eine Wechselwirkungskammer aufweisen, in die ein unter Druck stehender Fluidstrahl durch einen Eingang eintritt. Der Strahl legt sich periodisch an unterschiedliche Seitenwände bzw. Seitenwandbereiche der Wechselwirkungskammer an, so dass man von einer Wechselwirkung des Strahls mit den Seitenwänden der Kammer sprechen kann, wobei eine Oszillation des Strahls angefacht wird, so dass der Strahl periodisch auf unterschiedlichen Wegen durch die Kammer hindurch strömt und im Ausgangsbereich folglich periodisch durch unterschiedliche Ausgänge der Wechselwirkungskammer diese verlässt bzw. in un- terschiedlichen Richtungen einen zentralen Ausgang der Wechselwirkungskammer verlässt. Der Strahl legt sich somit mindestens an zwei gegenüberliegende Seitenwandbereiche perio- disch an bzw. löst sich wieder ab, was durch Verzögerung der Strömung hervorgerufen wird.

Die Funktionsweise fluidischer Oszillatoren ist Stand der Technik, so dass die fluidischen Oszillatoren hier nur kurz erläutert sind. In der Zeichnung sind zudem einige Typen an fluidischen Oszillatoren dargestellt. Die Erfindung ist unabhängig von dem verwendeten Typ des fluidischen Oszillators. Die Erfindung geht bevorzugt von einem fluidischen Oszillator aus, der aufgrund divergierender Seitenwände im Eingangsbe ^¬ reich der Wechselwirkungskammer zu einem Anfachen der Oszillation des eintretenden Strahls führt. Insbesondere geht die Erfindung bevorzugt von einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Ausbildung der Wechselwirkungskammer aus mit dem Eingang um die Rotationsachse an einem Ende der Kammer und dem Ausgangsbereich mit dem mindestens einen Ausgang gegenüberliegend angeordnet. Zum Anfachen der Oszillation erwei ^¬ tert sich die Wechselwirkungskammer bei dieser Art der Wechselwirkungskammer mindestens im Eingangsbereich der Kammer in Richtung Ausgangsbereich diffusorartig . Die Funktionsweise der Rückkopplunsleitungen wurde bereits weiter oben erläutert .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nach- folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.

Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der erste Ausgangs- kanal sich bis zu einer ersten Gruppe von Brennstoffdüsen erstreckt und der zweite Ausgangskanal sich bis zu einer zwei ^¬ ten Gruppe Brennstoffdüsen erstreckt, wobei die Rückkopp ^¬ lungsleitung jeweils in einen Bereich stromab der jeweiligen Gruppe an Brennstoffdüsen in den Ausgangskanal einmündet.

Die erste und zweite Gruppe an Brennstoffdüsen bzw. die erste und zweite Brennstoffdüse kann beispielsweise in einem ge ^¬ meinsamen Brennstoffinj ektor angeordnet sein. Bei dem Brenn- Stoffinj ektor kann es sich beispielsweise um eine Drallschaufel eines Drallerzeugers handeln. Da auf der Saug- und der Druckseite der Schaufel unterschiedliche Drücke in der Vormischpassage herrschen, kann die erste Brennstoffdüse bzw. die erste Gruppe Brennstoffdüsen auf der Saug- und die zweite Brennstoffdüse bzw. Brennstoffdüsengruppe auf der Druckseite der Drallschaufel angeordnet sein. Erfindungsgemäß kann dadurch eine annähernd gleiche Menge an Brennstoff beid ^¬ seitig der Schaufel eingedüst werden.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Rückkopplungsleitung sich stromab der mindestens einen Brennstoffdüse an den Ausgangskanal anschließt. Der Ausgangskanal und die Rückkopplungsleitung können hierbei unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die mindestens erste Brennstoffdüse und die mindestens zweite Brenn- stoffdüse in unterschiedlichen Brennstoffinj ektoren angeordnet sind.

Insbesondere kann es als vorteilhaft angesehen werden, dass die beiden Brennstoffinj ektoren im Wesentlichen gegenüberlie- gend an der Brennerlanze angeordnet sind.

Somit lässt sich die Brennstoffkonzentration in der Vormischpassage in den mindestens beiden gegenüberliegenden Bereichen trotz unterschiedlicher Druckverhältnisse in den Bereichen aneinander angleichen.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die mindestens zwei Brennstoffdüsen bzw. mindestens zwei Brennstoff ^¬ düsengruppen in einem gemeinsamen Brennstoffinj ektor angeord- net sind und sich in ihrer radialen Anordnung in der Vormischpassage unterscheiden, so dass sich die Brennstoffkonzentration in radialer Richtung trotz unterschiedlicher

Druckverhältnisse im brennerlanzennahen und brennerlanzenfer- nen Bereich der Vormischpassage vergleichmäßigen lässt. Der fluidische Oszillator kann in der Brennernabe oder auch im Brennstoffinj ektor angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der

Brenner mehr als zwei derart mit dem fluidischen Oszillator verbundene Gruppen von Brennstoffdüsen in unterschiedlichen Brennstoffinj ektoren umfasst. Dies ermöglicht eine Vergleichmäßigung der Brennstoffkonzent- ration in der Vormischpassage stromab der unterschiedlichen Brennstoffinj ektoren .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die unterschiedlichen Brennstoffinj ektoren umlaufend an der Brennerlanze angeordnet sind und die zugehöri ^¬ gen Ausgangskanäle umlaufend an der Wechselwirkungskammer.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass

der mindestens eine Brennstoffinj ektor einen Grundkörper umfasst, an welchem die von dem Brennstoffinj ektor umfassten Brennstoffdüsen angeordnet sind, wobei der Grundkörper insbesondere eine Drallschaufel eines Drallerzeugers ist. Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die

Wechselwirkungskammer an ihrem einen Ende den Eingang und an einem gegenüberliegenden Ende einen Ausgangsbereich umfasst und von Seitenwänden oder Seitenwandbereichen begrenzt ist, die sich vom Eingang der Kammer bis zu dem die Ausgänge um- fassenden Ausgangsbereich erstrecken, wobei mindestens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenwände oder Seitenwandbe- reiche mindestens im Eingangsbereich in Richtung des Ausgangs divergieren . Die Oszillation eines unter Druck in die Wechselwirkungskammer durch den Eingang eintretenden BrennstoffStrahls wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung angefacht durch ein abwechselndes Anlegen des Strahls an die divergent ausgebil- deten Seitenwandbereiche . Die Anfachung der Oszillation in der erfindungsgemäßen Wechselwirkungskammer beruht auf der im Eingangsbereich durch die divergierenden Seitenwän- de/Seitenwandbereiche hervorgerufenen Strömungsverzögerung.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass mindes ^¬ tens zwei gegenüberliegend angeordnete Seitenwände im Ein ^¬ gangsbereich der Wechselwirkungskammer in Richtung Ausgang divergieren unter einem Winkel größer als 7,5 Grad zu einer Einströmrichtung des Eingangs der Wechselwirkungskammer.

Öffnungswinkel der Wechselwirkungskammer, die zum Anfachen einer Oszillation geeignet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Winkel von mindestens 7,5 Grad zur

Einströmrichtung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Wechselwirkungskammer im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Wechselwirkungskammer sich mindestens im Ein- gangsbereich in Richtung Ausgang diffusorartig erweitert.

Durch den rotationssymmetrischen Aufbau des fluidischen Oszillators erhält man eine umlaufende Beaufschlagung der im Ausgangsbereich der Wechselwirkungskammer beginnenden Aus- gangskanäle mit Brennstoff.

Der fluidische Oszillator kann beispielsweise zentral in der Brennerlanze angeordnet sein und rotierend umlaufend an der Brennerlanze angeordnete Brennstoffinj ektoren mit Brennstoff versorgen, wobei jeweils mindestens ein Augangskanal des fluidischen Oszillators sich zu jeweils einer Gruppe von Brennstoffdüsen eines Brennstoffinj ektors erstreckt. Die um ^¬ laufenden Brennstoffinj ektoren können gemeinsam zwei Brennstoffstufen umfassen. Für jede Stufe kann ein eigener

fluidischer Oszillator vorgesehen sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brenneranord ^¬ nung mit einer Anzahl von Brennern anzugeben, - wobei Hauptbrenner in einem oder mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Kreisen angeordnet sind, mit welcher im Betrieb der Brenneranordnung eine Verringerung von Schadstoffemissionen oder eine Verringerung von Druckpulsationen ermöglicht ist.

Hierzu ist mindestens ein Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist. Bei dem Brenner kann es sich beispielsweise um einen zentral angeordneten Pilotbrenner der Brenneranordnung handeln. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können zusätzlich oder alternativ auch die Hauptbrenner der Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet sein.

Der erfindungsgemäße Brenner bzw. die erfindungsgemäße Bren ^¬ neranordnung ermöglicht eine besonders stabile Verbrennung, insbesondere auch im Teillastbetrieb. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer für eine Gasturbine und eine Gasturbine anzugeben, mit wel ^¬ cher im Betrieb eine Verringerung von Schadstoffemissionen oder eine Verringerung von Druckpulsationen in der Brennkammer ermöglicht ist.

Hierzu umfasst die Brennkammer mindestens einen Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und die Gasturbine mindestens eine Brennkammer nach Anspruch 13. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin ^¬ dung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispie ^¬ len der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile ver ^¬ weisen .

Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch eine Gasturbine des Standes der Technik in einem Längsschnitt,

Fig. 2, 3 schematisch zwei Typen von fluidischen Oszillatoren gemäß dem Stand der Technik in einem Längsschnitt,

Fig.4 schematisch einen Ausschnitt einer Brennkammer 10 des

Standes der Technik in einem Längsschnitt,

Fig.5 schematisch einen Hauptbrenner der in Fig.4 dargestellten Brenneranordnung in einem Längsschnitt,

Fig.6 schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, und

Fig.7 schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt.

Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer Gasturbine 1 nach dem Stand der Technik in schematisch vereinfachter Darstellung. Die Gasturbine 1 weist in ihrem Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 mit einer Welle 4 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 6, ein Verdichter 8, ein Verbrennungssystem 9 mit einer Anzahl an Brennkammern 10, die jeweils eine Brenneranordnung mit Brennern 11, ein BrennstoffVersorgungssystem für die Brenner (nicht dargestellt) und ein Gehäuse 12 umfassen, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15. Die Brennkammer 10 kann beispielsweise eine Ringbrennkammer sein. Die Gasturbine könnte aber auch Rohrbrennkammern umfassen, welche beispielsweise ringförmig an dem Turbineneintritt angeordnet sind.

Das Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielswei ^¬ se ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hinterei ^¬ nander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 14. Jede Turbi- nenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißkanal einer aus Leitschaufeln 17 gebildeten Reihe eine aus Laufschaufeln 18 gebildete Reihe. Die Leitschaufeln 17 sind dabei an einem Innengehäuse eines Stators 19 befestigt, wohingegen die Lauf ^¬ schaufeln 18 einer Reihe beispielsweise mittels einer Turbi ^¬ nenscheibe am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 ange ^¬ koppelt ist beispielsweise ein Generator (nicht dargestellt) . Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 8 durch das Ansauggehäuse 6 Luft angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 8 bereitgestellte Verdichterluft L" wird entlang eines Brennerplenums 7 zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenner- anordnung in die Brenner 11 geleitet und in diesen mit Brennstoff vermischt und/oder im Austrittsbereich des Brenners 11 mit Brennstoff angereichert. Brennstoffzuführsysteme versor ^¬ gen die Brenner hierbei mit Brennstoff. Das Gemisch bzw. die Verdichterluft und der Brennstoff werden von den Brennern 11 in die Brennkammer 10 eingeleitet und verbrennen unter Bildung eines heißen Arbeitsgasstromes in einer Verbrennungszone innerhalb des Brennkammergehäuses 12 der Brennkammer. Von dort strömt der Arbeitsgasstrom entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 17 und den Laufschaufeln 18 vorbei. An den Laufschaufeln 18 entspannt sich der Arbeitsgasstrom impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 18 den Rotor 3 antrei ^¬ ben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) . Die Figur 2 zeigt einen fluidischen Oszillator eines ersten Typs nach dem Stand der Technik im Längsschnitt.

Der Oszillator 24a umfasst eine Wechselwirkungskammer 26 mit einem Eingang 28 mit einem Eingangsbereich 30 und einem ge- genüberliegend angeordneten Ausgangsbereich 32 mit einem ersten Ausgang 34 und einem zweiten Ausgang 36. Je Ausgang ist eine relativ dünne Rückkopplungsleitung 38 angeordnet, die den Eingangsbereich mit dem Ausgangbereich verbindet. Die Seitenwandbereiche 40 divergieren in Richtung Ausgang, so dass die Wechselwirkungskammer 26 einen dreieckigen Längsschnitt aufweist. Der Oszillator 24a ist nicht rotationssym ^¬ metrisch aufgebaut, sondern weist normal zur Zeichenebene ei- nen konstanten Längsschnitt auf.

Die Figur 3 zeigt einen fluidischen Oszillator 24b eines zweiten Typs nach dem Stand der Technik im Längsschnitt. Der Oszillator 24b ist ebenfalls nicht rotationssymmetrisch auf- gebaut, sondern weist normal zur Zeichenebene einen konstan ^¬ ten Längsschnitt auf. Der Eingang 28 ist mittig in der Wech ^¬ selwirkungskammer 26 angeordnet innerhalb eines Leitmittels 42, so dass ein unter Druck eintretender Strahl frontal auf die gegenüberliegende Seitenwand 44 gelenkt wird. Der Strahl strömt abwechselnd links und rechts an dem Leitmittel in

Richtung des Ausgangsbereichs 32 und beaufschlagt hierbei ab ^¬ wechselnd die Ausgänge 34 und 36 mit dem Fluid, so dass der Strahl abwechselnd durch den einen und den anderen Ausgang aus der Kammer austritt mit einer Frequenz, die durch die Größe der Wechselwirkungskammer 26 bestimmt wird.

Fig. 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Brennkammer 10 des Standes der Technik mit einer Brenneranordnung 48 an einem Kopfende der Brennkammer. Die Brennkammer umfasst eine Brennkammerwand mit einem eine Verbrennungszone umfassenden Flammrohr 50 und einem sich an das Flammrohr anschließenden Übergangstück 52, welches sich bis zu einem Turbineneintritt der Gasturbine erstreckt. Zur Dämpfung von im Betrieb auftre ^¬ tenden thermoakustischen Schwingungen sind auf Höhe der Flam- me Resonatoren 54 an der Brennkammerwand angeordnet. Die

Brenneranordnung 48 umfasst einen zentralen Pilotbrenner 56 mit einer zentralen Pilotbrennerlanze 58 und einer Pilotbren- ner-Vormischpassage 60. Der Pilotbrenner 56 umfasst einen sich in Strömungsrichtung konisch erweiternden Pilotkonus 62. Um den zentralen Pilotbrenner sind kreisförmig Hauptbrenner 64 angeordnet. Die Hauptbrenner 64 weisen jeweils eine Brennerachse 66 und eine konzentrisch zur Brennerachse angeordne ^¬ te Vormischpassage 68 auf, wobei die Vormischpassage 68 nach radial außen von einer Wand 70 begrenzt ist und im Betrieb von Verdichterluft L" durchströmbar ist und einem Vermischen von Brennstoff und Luft L" dient, wobei in der Vormischpassa ^¬ ge 68 eine zentrale Brennerlanze 72 und eine Anzahl Brenn- stoffinj ektoren angeordnet sind, welche sich von der Brennerlanze in Richtung der Wand 70 erstrecken und fluidisch mit einer von der Brennerlanze 72 umfassten Brennstoffzufuhran- ordnung verbundenden sind und Brennstoffdüsen aufweisen. Die Brennstoffinj ektoren sind als Drallschaufeln eines

Drallerzeugers 74 ausgebildet, wobei Brennstoffdüsen an den Drallschaufeln angeordnet sind.

Die Figur 5 zeigt einen Hauptbrenner 64 der Brenneranordnung der Fig.4 schematisch im Längsschnitt. Der Brenner 64 weist eine zentrale Brennerachse 66 auf und eine die Brennerachse zumindest abschnittsweise umgebende Vormischpassage 68, wobei die Vormischpassage nach radial außen von einer Wand 70 be ^¬ grenzt ist und im Betrieb von Verdichterluft L" durchströmbar ist und einem Vermischen von Brennstoff und Luft dient. In der Vormischpassage 68 ist eine zentrale Brennerlanze 72 und eine Anzahl an Brennstoffinj ektoren 79 angeordnet. Die Brennstoffinj ektoren 79 umfassen jeweils einen in der Vormischpassage angeordneten Grundkörper 71, welcher als Drallschaufeln 76 eines Drallerzeugers 74 ausgebildet ist. Die Brennstoffin- jektoren 79 umfassen Brennstoffdüsen 80, welche sich an der Oberfläche der Drallschaufeln 76 in die Vormischpassage 68 öffnen. Die Brennstoffdüsen 80 sind zur Versorgung mit Brennstoff fluidisch mit einer Brennstoffzufuhranordnung 73 verbunden. Die Brennstoffzufuhranordnung 73 umfasst einen in der Brennerlanze verlaufen Brennstoffkanal 82 und Brennstoffzu- fuhrkanäle 78, die sich in die Drallschaufeln 76 bis zu den jeweiligen Brennstoffdüsen 80 erstrecken.

Die Figur 6 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner 84 im Längsschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu dem in Figur 5 dargestellten Brenner 64 des Standes der Technik weist die Brennstoffzu- fuhranordnung 73 mindestens einen fluidischen Oszillator 85 mit einer Wechselwirkungskammer 26 auf, wobei ein Eingang 28 der Wechselwirkungskammer an den Brennstoffkanal 82 der

Brennstoffzufuhranordnung 73 angeschlossen ist. Die Wechselwirkungskammer 26 weist gegenüberliegend des Eingangsbereichs 30 mit Eingangs 28 einen Ausgangsbereich 32 mit zwei Ausgängen 34 und 36 auf. Ein erster Ausgangskanal 86 erstreckt sich vom Ausgang 34 bis zu einer ersten Gruppe Brennstoffdüsen 80a in einem ersten Brennstoffinj ektor 79a. Ein zweiter Ausgangskanal 88 erstreckt sich von dem Ausgang 36 bis zu einer zwei- ten Gruppe Brennstoffdüsen 80b in einem gegenüberliegend angeordneten Brennstoffinj ektor 79b, wobei der fluidische Oszillator 85 je Ausgangskanal eine Rückkopplungsleitung 38a, 38b umfasst, wobei die Rückkopplungsleitung 38a, 38b mit ih ^¬ rem einen Ende in den jeweiligen Ausgangskanal 86, 88 stromab der von dem Ausgangskanal umfassten Brennstoffdüsen 80a, 80b einmündet und mit dem anderen Ende in den Eingangsbereich 30 der Wechselwirkungskammer 26.

Wird der Eingang 28 des fluidischen Oszillators 85 im Betrieb des Brenners mittels des Brennstoffkanals 82 mit einem mit Druck beaufschlagten Brennstoffström versorgt, wird der

Brennstoffström in der Wechselwirkungskammer 26 aufgrund der divergierenden Seitenwände im Eingangsbereich 30 zu einem oszillierenden Anliegen an den Seitenwänden der Kammer angeregt und versorgt somit abwechselnd die Ausgänge 34 und 36 mit Brennstoff. Durch die Ausgangskanälen 86, 88 fließt der

Brennstoff zu den jeweiligen Brennstoffdüsengruppen, so dass aus diesen ein pulsierender Brennstoffström in die Vormisch- passage 68 eingedüst wird. Bei den Brennstoffdüsen kann es sich beispielsweise um Vollstrahldüsen oder Druck-Drall-Düsen handeln. Die Rückkopplungsleitung 38a schließt stromab der Brennstoffdüsen 80a an den Ausgangskanal 86 an und koppelt den am Ende des Ausgangskanals herrschenden Druck auf den Eingangsbereich 30 der Wechselwirkungskammer zurück. Der am Ende des Ausgangskanals herrschende Druck wird hierbei von dem Druck in der Vormischpassage unmittelbar vor den Brennstoffdüsen 80a beeinflusst, so dass bei einem hohen Druck in diesem Bereich die BrennstoffVersorgung langsamer auf die zweite Gruppe Brennstoffdüsen 80b umgeschaltet wird, als dies bei einem niedrigeren Druck der Fall wäre. Somit wird die Gruppe Brennstoffdüsen eine längere Zeit Brennstoff in den vorbeiströmenden Verdichterluftstrom eindüsen, vor der der Druck in der Vormischpassage höher ist, so dass sich am Aus ^¬ gangs des Brenners auch bei unterschiedlichen Druckverhält ^¬ nissen auf beiden Seiten der Brennerlanze 72 eine gleichmäßi ^¬ gere Brennstoffkonzentration einstellen. Dies wirkt einem Anfachen von Druckpulsationen entgegen und reduziert die Ent- stehung von Schadstoffemissionen.

Die Figur 7 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Brenner 90 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Brenner 90 weist eine zentrale Brennerachse 66 auf, eine kon- zentrisch zur Brennerachse 66 verlaufende ringraumförmige

Vormischpassage 92, die nach außen von einer Wand 70 begrenzt ist, und eine zentral angeordnete Brennernarbe 94. In der Vormischpassage 92 ist ein Diagonalgitter 96 angeordnet, wel ^¬ ches der in der Vormischpassage strömenden Verdichterluft L" einen Drall aufprägt. Das Diagonalgitter besteht aus einer

Anzahl um die Nabe umlaufend angeordneter Brennstoffinj ekto- ren 98, deren in der Vormischpassage angeordneter Grundkörper der vorbeiströmenden Verdichterluft L" eine in Umfangsrich- tung der Passage weisende Geschwindigkeitskomponente auf- prägt. In der Brennernabe 94 verläuft mindestens ein Brenn ^¬ stoffkanal 82, der im Konus der Brennernabe umlaufend ausge ^¬ bildet sein kann und über den Brennstoffdüsen 80, 80a, 80b der Brennstoffinj ektoren 98 mit Brennstoff versorgt werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel erstrecken sich in mindestens einen Brennstoffinj ektor 100 mindestens zwei Ausgangskanäle eines fluidischen Oszillators (nicht dargestellt) . Der fludische Oszillator ist fluidisch zwischen den Brennstoffka- nal 82 und mindestens eine erste und zweite Gruppe von Brenn ^¬ stoffdüsen angeordnet, die in dem Brennstoffinj ektor 100 über einen ersten und einen zweiten Ausgangskanal (nicht darge ^¬ stellt) des fluidischen Oszillators mit Brennstoff versorgt werden. Die Brennstoffdüsen der ersten Gruppe sind mit 80a bezeichnet und nabenseitig an dem Brennstoffinj ektor angeord- net, wobei die Brennstoffdüsen der zweiten Gruppe mit 80b be zeichnet sind und radial weiter außen an dem Brennstoffinj ek tor Brennstoff in die Vormischpassage eindüsen. Das Ausfüh ^¬ rungsbeispiel ermöglicht es, auch bei unterschiedlichen Strö mungsgeschwindigkeiten bzw. Druckverhältnissen im Außen- bzw nabenseitigen Bereich der Vormischpassage ein in radialer Richtung homogene Brennstoffkonzentration am Ausgang der Vor mischpassage zu erhalten.