Stand der Technik Eine Brennkammer mit einer vorstehend erwähnten doppelwandig ausgebildeten Brennkammerwand geht beispielsweise aus der EP 0 669 500 B1 hervor. Die dop- pelwandig ausgebildete Brennkammerwand, die die Verbrennungszone umgibt, wird in ihrem eingeschlossenen Zwischenraum zu Kühlzwecken mit komprimierter Ver- brennungszuluft durchströmt, wobei die doppelwandig ausgebildete Brennkammer- wand im Wege der Konvektivkühlung gekühlt wird. Nähere Einzelheiten über die Ausgestaltung einer derartigen Brennkammer sind der vorstehend genannten euro- päischen Patentschrift im einzelnen zu entnehmen, auf deren Offenbarungsgehalt an dieser Stelle hingewiesen wird.

Derartig ausgebildete Brennkammern dienen vornehmlich für den Betrieb von Gas- turbinen, sie finden jedoch auch allgemeine Verwendung in wärmeerzeugenden An- lagen, wie beispielsweise zur Befeuerung von Kesseln.

Unter bestimmten Betriebsbedingungen treten in diesen Brennkammern Geräusche in Form thermoakustischer Schwingungen auf, die im Frequenzbereich zwischen 20 und 400 Hz durchaus stark ausgeprägte Resonanzerscheinungen zeigen. Derartige auch als Brennkammerpulsationen bekannte Schwingungen können Amplituden so- wie damit verbundene Druckschwankungen annehmen, wodurch die Brennkammer selbst starken mechanischen Belastungen ausgesetzt wird, die die Lebensdauer der Brennkammer entscheidend zu reduzieren vermögen, im schlimmsten Fall sogar zur Zerstörung der Brennkammer führen können.

Da die Ausbildung derartiger Brennkammerpulsationen von einer Vielzahl von Rand- bedingungen abhängt, ist es schwierig bzw. unmöglich, das Auftreten derartiger Pul- sationen genau vorauszubestimmen. Vielmehr ist man darauf angewiesen, während des Betriebes der Brennkammer in Fällen resonanter Schwingungsüberhöhungen entsprechend zu reagieren, beispielsweise indem Brennkammerbetriebspunkte, an denen hohe Pulsationsamplituden auftreten, bewusst gemieden werden. Eine derar- tige Maßnahme kann jedoch nicht immer realisiert werden, zumal beispielsweise bei einer Inbetriebnahme einer Gasturbinenanlage eine Vielzahl bestimmter Betriebs- zustände durchfahren werden muss, um einen entsprechenden, für die Gasturbine optimalen Nennbetriebsbereich erreichen zu können.

Andererseits sind vorrichtungstechnische Maßnahmen zur gezielten Dämpfung der- artiger resonanter Brennkammerpulsationen bekannt, beispielsweise unter Verwen- dung geeigneter akustischer Dämpfungselemente wie Helmholtz-Dämpfer oder 21/4 Rohre. Derartige akustische Dämpfungselemente bestehen in aller Regel aus einem Flaschenhals und einem mit dem Flaschenhals verbundenen größeren Volumen, das jeweils an die zu dämpfende Frequenz angepasst ist. Insbesondere beim gezielten Dämpfen tiefer Frequenzen bedarf es großer Dämpfungsvolumen, die aus konstruk- tiven Gesichtspunkten nicht in jeder Brennkammer integriert werden können.

Auch sind zur gezielten Bekämpfung von Brennkammerpulsationen aktive Gegen- massnahmen bekannt, mit denen z. B. Antischallfelder in die Brennkammer zur ge- zielten Unterdrückung bzw. Vernichtung der resonanten Druckschwankungen ein- gekoppelt werden.

Alle eingangs genannten Maßnahmen zur gezielten Dämpfung von in Brennkam- mern auftretenden Brennkammerpulsationen sind individuell an die entsprechenden Gegebenheiten der einzelnen Brennkammern angepasst und können nicht ohne wei- teres auf andere Brennkammertypen übertragen werden.

Die eingangs beschriebene Brennkammer mit Konvektivkühlung innerhalb der dop- pelwandig ausgebildeten Brennkammerwand ist im Lichte einer schadstoffarmen Verbrennung optimiert worden. Überdies ist es mit einer derartigen Brennkammer möglich, unter Verwendung eines verhältnismäßig hohen Luftanteils eine sehr mage- re Verbrennung zu erzielen.

Darstellung der Erfindung Im einzelnen gilt es, nach Dämpfungsmaßnahmen zu suchen, mit denen eine wir- kungsvolle Bedämpfung von sich innerhalb einer Brennkammer des vorstehend be- zeichneten Typs ausbildenden Brennkammerpulsationen möglich ist, ohne dabei die für die Verbrennung optimierten Eigenschaften der Brennkammer nachhaltig zu be- einträchtigen. Im besonderen gilt es, Dämpfungsmaßnahmen zu finden, deren kon- struktive Erfordernisse möglichst klein bauen, um sie platzsparend in Brennkammer- systemen der vorstehend genannten Art integrieren zu können. Dies soll insbesonde- re die Möglichkeit offenhalten, die Brennkammer in Systemen zu integrieren, die nur über beengte Raumverhältnisse verfügen.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 ange- geben. Den Erfindungsgegenstand vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegen- stand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeich- nung zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist eine Dämpfungsanordnung zur Reduzierung resonanter Schwingungen in einer Brennkammer mit einer doppelwandig ausgebildeten Brenn- kammerwand, die mit einem äußeren Wandflächenteil und einem inneren, der Brenn- kammer zugewandten Wandflächenteil einen Zwischenraum gasdicht umschließt, in den Kühlluft zu Zwecken konvektiver Kühlung der Brennkammerwand einspeisbar ist, derart ausgebildet, dass wenigstens ein drittes Wandflächenteil vorgesehen ist, das mit dem äußeren Wandflächenteil ein gasdichtes Volumen einschließt und das gasdichte Volumen mit der Brennkammer über wenigstens eine Verbindungsleitung gasdicht verbunden ist.

Das dritte Wandflächenteil ergänzt die ohnehin doppelwandig ausgebildete Brenn- kammerwand zumindest lokal oder abschnittsweise zu einem dreiwandigen Wand- aufbau, wobei das durch das äußere Wandflächenteil der doppelwandigen Brenn- kammerwand und das dritte Wandflächenteil gasdicht eingeschlossene Volumen als Resonanz-oder Absorbervolumen dient, d. h. in Form und Größe derart ausgebildet ist, dass über die als Verbindungsröhrchen ausgebildete Verbindungsleitung zwi- schen dem Resonanz-oder Absorbervolumen-im folgenden nur als Absorbervolu- men bezeichnet-und der Brennkammer eine akustisch wirksame Ankopplung des Absorbervolumens an die Brennkammer geschaffen wird, so dass eine Bedämpfung einer sich innerhalb der Brennkammer ausbildende Brennkammerpulsation mit einer bestimmten Frequenz wirkungsvoll möglich wird. Die bestimmte Form-und Größen- wahl gilt auch für das Verbindungsröhrchen selbst, das zur Dämpfung einer ge- wünschten Frequenz eine bestimmte Länge sowie einen bestimmten Querschnitt aufweisen muss.

Zur akustischen Ankopplung des von dem dritten Wandflächenteil eingegrenzten Ab- sorbervolumens an das Innere der Brennkammer durchragt die als Verbindungsröhr- chen ausgebildete Verbindungsleitung lokal den mit Kühlluft durchströmten Zwi- schenraum der doppelwandig ausgebildeten Brennkammer und wird zugleich durch das Umströmen mit Kühlluft effektiv gekühlt. Dies hat den Vorteil, dass das Verbin- dungsröhrchen nicht separat zu Kühlzwecken mit Luft durchströmt werden muss.

Auch kann eine Erwärmung bzw. Überhitzung des Absorbervolumens von Seiten der Brennkammer durch das Verbindungsröhrchen hindurch ausgeschlossen werden, zumal dieses, wie vorstehend erwähnt, eine wirksame Kühlung erfährt. Sollte den- noch die Kühlwirkung der das Verbindungsröhrchen umspülenden Kühlluft auf das Verbindungsröhrchen nicht ausreichen, so kann ein gezieltes Durchströmen des Ver- bindungsröhrchens mit Kühlluft für die fehlende Kühlwirkung sorgen. Diese zusätzli- che Kühlwirkung kann entweder mit der Kühlluft aus dem Zwischenraum und/oder von außerhalb der Brennkammer, bspw. aus dem Plenum durch eine Öffnung inner- halb des dritten Wandflächenteils bewerkstelligt werden. Ein derartiger durch das Verbindungsröhrchen gerichteter Kühlluftstrom sollte jedoch eine Strömungs- geschwindigkeit von kleiner 10 m/s aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Vielzahl mit entsprechenden Absor- bervolumen verbundene Verbindungsröhrchen längs der doppelwandig ausgebilde- ten Brennkammerwand vorgesehen, vorzugsweise an jenen Stellen, an denen sich innerhalb der Brennkammer Schwingungsbäuche ausbilden. Die Anzahl derartiger Dämpfungsanordnungen, jeweils bestehend aus dem Absorbervolumen und einem Verbindungsröhrchen, sowie deren räumliche Ausgestaltung in Form und Größe be- stimmt sich grundsätzlich nach den jeweiligen akustischen Gegebenheiten der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Brennkammerpulsationen, die auch als thermoakustische Schwingungen bezeichnet werden. Grundsätzlich berechnet sich die zu dämpfende Resonanzfrequenz f in Abhängigkeit des vorzusehenden Absor- bervolumens A in folgender Weise : mit co Schallgeschwindigkeit A offene Fläche des Verbindungsröhrchens V Volumen pro Röhrchen auf der kalten Seite L Bohrungslänge des Röhrchens AL Mündungskorrektur am Röhrchen Vorstehender Formelzusammenhang dient jedoch lediglich als grobes Richtmaß, zu- mal weder die Mündungskorrektur AL noch die Scha ! ! geschwindigkeit Co unter Be- triebsbedingungen einer Brennkammer genau bekannt sind. Vielmehr muss die durch den Absorber festzulegende, zu bedämpfende Eigenfrequenz experimentell bestimmt werden. Auch die Anordnung einer Vielzahl von einzelnen Dämpfungs- elementen sowohl längs der Brennkammer als auch in Umfangsrichtung der Brenn- kammer muss individuell abgestimmt werden.

Derartige Maßnahmen zur Abstimmung zu vereinfachen, ist Ziel einer bevorzugten Ausführungsform, bei der ein innerhalb des Absorbervolumens das akustisch wirk- same Volumen variabel einstellbares Stellmittel vorgesehen ist, beispielsweise in Form eines Stempels, der das akustisch wirksame Volumen variabel verkleinert oder vergrößert. Unter dem Begriff des akustisch wirksamen Volumens ist jener Teil des Absorbervolumens zu verstehen, der dem Verbindungsröhrchen frei zugänglich ist.

Teilt das als Stempel ausgebildete Stellmittel das Absorbervolumen in zwei Raum- bereiche auf, also in einen Raumbereich vor und einen hinter der Stempelfläche in Bezug auf das Verbindungsröhrchen, so trägt der Volumenanteil hinter der Stempel- fläche nichts zur akustischen Absorption bzw. Dämpfung bei.

Auch ist es in diesem Zusammenhang vorteilhaft, den das Absorbervolumen ein- grenzenden dritten Wandflächenteil elastisch auszubilden, um den Dämpfungsgrad der Anordnung weiter zu verbessern.

In an sich bekannter Weise wird die doppelwandige Brennkammerwand aus zwei Wandflächenteilen zusammengesetzt, die beide im Wege eines Gießverfahrens her- stellbar sind. Zur exakten gegenseitigen Beabstandung beider Wandflächenteile sieht das innere Wandflächenteil sogenannte Längsrippen als Abstandselemente sowie Halterippen als Befestigungsstege vor, durch die beide Wandflächenteile unter Einhaltung eines exakten Abstandes fest miteinander verbunden werden können.

Um das Gießverfahren nicht weiter zu verkomplizieren und darüber hinaus sogar zu vereinfachen, werden die als Verbindungsröhrchen ausgebildeten Verbindungsleitun- gen längs einer ohnehin vorgesehenen Halterippe vorgesehen, so dass das Verbin- dungsröhrchen und die Halterippe als einstückige Baueinheit zusammen mit dem in- neren Wandflächenteil in einem einzigen Gießschritt hergestellt werden können. Die- se Maßnahme erleichtert darüber hinaus die gießtechnische Herstellung des inneren Wandflächenteils mit einer exakt vorgebbaren Wandflächendicke erheblich, wodurch sich auch großflächige Wandflächenteile mit einer vorgebbaren konstanten Bemas- sung ohne Dickenabweichungen realisieren lassen.

Kurze Beschreibung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungs- gedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnun- gen exemplarisch beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 Querschnittsdarstellung durch eine doppelwandige Brennkammerwand mit zusätzlichem Resonanzabsorber, Fig. 2a, b, c Schnittdarstellungen zur Darstellung einer Ausführungsform in einer Vielzahl einzelner nebeneinander angeordneter Absorbereinheiten, Fig. 3 schematisierte Darstellung eines Absorbervolumens mit Stempel- anordnung, sowie Fig. 4 schematisierte Darstellung zur Anordnung von Absorbereinheiten längs einer Brennkammer.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Fig. 1 zeigt eine Querschnittsteildarstellung einer Dämpfungsanordnung zur Reduzie- rung resonanter Schwingungen in einer Brennkammer 1, die von einer doppelwandig ausgebildeten Brennkammerwand 2 umgeben ist, die mit einem äußeren Wandflä- chenteil 22 und einem inneren Wandflächenteil 21 einen Zwischenraum 3 gasdicht umschließt, in dem Kühlluft zu Zwecken konvektiver Kühlung der Brennkammerwand 2, insbesondere des inneren Wandflächenteils 21 einspeisbar ist.

Auf der der Brennkammer 1 abgewandten Seite des äußeren Wandflächenteils 22 ist ein drittes Wandfiächenteil 4 vorgesehen, das mit dem äußeren Wandflächenteil 22 ein gasdichtes Volumen, das sogenannte Resonanz-oder Absorbervolumen 5 ein- schließt. Über eine Verbindungsleitung 6, in Form eines Verbindungsröhrchens, ist das Absorbervolumen 5 direkt mit der Brennkammer 1 verbunden und stellt zugleich eine akustische Wirkverbindung zwischen der Brennkammer 1 und dem Absorber- volumen 5 her.

Zur akustisch wirkungsvollen Bedämpfung von Brennkammerpulsationen, die bei bestimmten Frequenzen innerhalb der Brennkammer 1 auftreten, sind die geometri- schen Größen der Verbindungsleitung 6 sowie des Absorbervolumen 5 individuell anzupassen.

In an sich bekannter Weise werden das innere und äußere Wandflächenteil 21 und 22 gießtechnisch gefertigt, wobei das Wandflächenteil 21 Längsrippen 7 aufweist, die als Distanzelemente dienen und für einen vorgegebenen exakten Abstand zwischen dem äußeren Wandflächenteil 22 und dem inneren Wandflächenteil 21 sorgen. Fer- ner sieht das innere Wandflächenteil 21 für gewöhnlich Halterippen 8 vor, die länger ausgebildet sind als die Längsrippen 7 und im montierten Zustand durch eine ent- sprechende Öffnung 9 innerhalb des äußeren Wandflächenteils 22 hindurchragen und mittels einer gasdichten Schweissverbindung 10 mit dem Wandflächenteil 22 fest verbunden sind. In vorteilhafter Weise ist die für die akustische Ankopplung des Absorbervolumens 5 an das Volumen der Brennkammer 1 vorgesehene Verbin- dungsleitung 6 einstückig mit der Halterippe 8 vereint, die gleichsam wie die Längs- rippe 7 einstückig mit dem inneren Wandflächenteil 21 verbunden ist und im Rahmen eines einzigen Gießverfahrens hergestellt werden kann.

In den Fig. 2a bis c sind Teildarstellungen einer bevorzugten Realisierung der erfin- dungsgemäßen Dämpfungsanordnung dargestellt. Fig. 2a zeigt die Draufsicht auf das äußere Wandflächenteil 22 einer Brennkammer mit lokal darauf aufgebrachten Absorbervolumen 5, die jeweils von einem dritten Wandflächenteil 4 begrenzt sind.

Fig. 2b zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie AA in Fig. 2a, längs der doppelwandigen Brennkammerwand 2 sowie den dritten Wandflächenteilen 4, die jeweils mit dem äußeren Wandflächenteil 22 gasdicht fest verbunden sind. Jedes einzelne Absorbervolumen 5 überragt dabei eine Verbindungsleitung 6, die eine aku- stisch wirksame Verbindung zwischen dem Absorbervolumen 5 und der Brennkam- mer 1 herstellt.

Fig. 2c zeigt eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie BB in Fig. 2b, die einen Quer- schnitt durch die Brennkammerwand 2 zeigt. Deutlich zu erkennen sind die einzelnen vom dritten Wandflächenteil 4 eingegrenzten Absorbervolumen 5, die jeweils einzeln eine Verbindungsleitung 6 gasdicht überragen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, beide unmittelbar benachbarten Verbindungs- leitungen 6 nur mittels eines einzigen dritten Wandflächenteils 4 zu überragen, so dass zwei oder mehr Verbindungsleitungen 6 in ein und das gleiche Absorbervolu- men 5 hineinragen. Eine derartige Maßnahme kann je nach akustischen Bedingun- gen gewählt werden.

Um eine leichtere individuelle Anpassung des akustischen Dämpfungsverhaltens der erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfungsanordnung an die jeweils auftretenden Brennkammerpulsationen durchführen zu können, ist in einer bevorzugten Ausfüh- rungsform gemäß Fig. 3 innerhalb des Absorbervolumens 5 ein stempelartig ausge- bildetes Stellmittel 11 vorgesehen, durch das das akustisch wirksame Volumen 5' durch entsprechende Linearbewegung (siehe Doppelpfeildarstellung) stufenlos vari- iert werden kann. Das akustisch wirksame Volumen 5'ist mit der Brennkammer 1 über zwei Verbindungsleitungen 6 verbunden und vermag auf diese Weise be- stimmte, sich innerhalb der Brennkammer 1 ausbildende Brennkammerpulsationen selektiv nach der Frequenz zu bedämpfen.

Zur Erhöhung der Dämpfungsleistung sind vorzugsweise eine Vielzahl von Verbin- dungsleitungen längs der Brennkammer innerhalb der doppelwandigen Brennkam- merwand vorgesehen. Vorzugsweise sind die Verbindungsleitungen eben gerade an jenen Stellen der Brennkammer vorzusehen, an denen sich Schwingungsbäuche ausbilden. In Fig. 4 sind hierzu die entsprechenden, innerhalb der Brennkammer- wand 2 eingebrachten Verbindungsleitungen 6 in Brennkammerlängsachse x an je- nen Stellen vorgesehen, an denen Brennkammerschwingungen mit jeweils unter- schiedlichen Frequenzen f1, f2 Amplitudenmaxima aufweisen. Je nach akustischem Dämpfungsvermögen können eine oder mehrere Verbindungsleitungen 6 in einem gemeinsamen Absorbervolumen 5 vereint werden.

Aus der Figur 4 geht ebenso hervor, dass pro Absorbervolumen lediglich eine be- stimmte Frequenz wirkungsvoll gedämpft werden kann. Zur Dämpfung zweier unter- schiedlicher Frequenzen f1 und f2 sind daher jeweils zwei unterschiedlich ausgebil- dete Absorbervolumen erforderlich. Vorzugsweise sind die Absorbervolumen, die jeweils Schwingungen einer Frequenz dämpfen, am Brennkammergehäuse axial hintereinander angeordnet. Somit verteilen sich die Absorbervolumen zu Dämpfung jeweils unterschiedlicher Frequenzen in Umfangsrichtung des Brennkammergehäu- ses.

Bezugszeichenliste 1 Brennkammer 2 Doppelwandige Brennkammerwand 21 Inneres Wandflächenteil 22 Äußeres Wandflächenteil 3 Kühlluftkanal, Zwischenraum 4 Drittes Wandflächenteil 5 Gasdichtes Volumen, Resonanz-oder Absorbervolumen 5'Akustisch wirksames Volumen 6 Verbindungsleitung, Verbindungsröhrchen 7 Längsrippe 8 Halterippe 9 Öffnung 10 Schweissverbindung 11 Stellmittel x Brennkammerlängsachse f1, f2 Frequenz der Brennkammerschwingung