Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine, Gasturbine und Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfungsvorrichtung für eine Gasturbine mit mindestens einem Helmholtz -Resonator und mindestens einem Kanal mit einer Kanalummantelung . Der Helmholtz -Resonator umfasst ein Resonator-Gehäuse und mindes- tens eine Resonatorhals-Röhre, wobei das Resonator-Gehäuse ein Resonanzvolumen des Helmholtz -Resonators umschließt, in welches mittels der Resonatorhals-Röhre akustische Schwingungen einkoppelbar sind.

Der Kanal weist mindestens eine Austrittsöffnung auf.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer und mindestens einer derartigen Dämpfungsvorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen.

Eine Gasturbine umfasst im einfachsten Fall einen Verdichter, eine Brennkammer sowie eine Turbine. Im Verdichter erfolgt ein Verdichten von angesaugter Luft, welcher anschließend ein Brennstoff beigemischt wird. In der Brennkammer erfolgt eine Verbrennung des Gemisches, wobei ein heißer Arbeitsgastrom entsteht, welcher der Turbine zugeführt wird. Diese entzieht dem heißen Arbeitsgas Energie und setzt diese in mechanische Energie um. In der Brennkammer kann es zu einer Wechselwirkung von akustischen Schwingungen und Schwankungen in der Wärmefreisetzung kommen, welche sich gegenseitig aufschaukeln können. Derartige thermoakustische Schwingungen, die insbesondere in der Brennkammer der Gasturbine auftreten, können beim Betrieb der Gasturbine zu erheblichen Schäden an den Bauteilen führen und eine Abschaltung der Anlage erzwingen. Zur Verringerung von thermoakustischen Schwingungen werden deshalb im Stand der Technik z.B. Helmholtz -Resonatoren zur Schwingungsdämpfung eingesetzt, die innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes die Amplitude von Schwingungen wirksam dämpfen.

Um Heißgaseinzug in den Helmholtz -Resonator zu verhindern, wird entgegensetzt der Heißgaseinzugsrichtung Spülluft in den Resonatorhals eingeleitet.

Die EP 0 597 138 AI offenbart eine Gasturbinenbrennkammer. Im Bereich der Brenner sind mit Spülluft gespülte Helmholtz- Resonatoren angeordnet. Die Helmholtz -Resonatoren umfassen jeweils ein Resonator-Gehäuse, welches das Resonanzvolumen umschließt und ein Dämpfungsrohr, welches auch mit

Resonatorhals-Röhre oder Resonatorhals bezeichnet werden kann. Das Dämpfungsrohr verbindet das Resonanzvolumen mit der Umgebung, so dass akustische Schwingungen in das Resonanzvolumen einkoppelbar sind. Ein Spülluft einleitendes Zuführrohr mündet in das Resonator-Gehäuse ein, so dass die Spülluft in das Resonanzvolumen eingeleitet wird und das Dämpfungsrohr entgegensetzt zum Heißgaseinzug spült.

Nachteilig an dieser Technik ist, dass die Performance des Helmholtz -Resonators mit zunehmender Geschwindigkeit der Spülluft im Dämpfungsrohr abnimmt. Auch steht die zum Spülen verwendete Verdichterluft nicht als Verbrennungsluft zur Verfügung, was sich nachteilig auf die erreichten Emissionswerte der Gasturbine auswirkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art und eine Gasturbine mit solch einer Dämpfungsvorrichtung anzugeben, welche eine besonders effektive Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen ermöglicht .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in die Austrittsöffnung des Kanals akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms einkoppelbar sind und der Kanal mit einem Kühl- fluid beaufschlagbar ist, wobei die mindestens eine

Resonatorhals-Röhre heißgasseitig stromauf der mindestens einen Austrittsöffnung in einen derartigen Kanal einmündet.

Erfindungsgemäß wird somit nicht mehr die Resonatorhals-Röhre des Helmholtz-Resonators gespült, sondern der heißgasseitige Ausgang der Resonatorhals-Röhre mündet in einen mit Kühlfluid beaufschlagten Kanal. Dadurch ist die Temperatur des Übertragungsmediums der akustischen Wellen im Mündungsbereich der Resonatorhals-Röhre abgesenkt gegenüber den Temperaturen, die in der Brennkammer oder dem Brennerplenum der Gasturbine herrschen. Es trennt somit die Einmündung der Resonatorhals- Röhre und die heiße, thermoakustische Schwingungen produzierende Quelle immer ein Abschnitt des Kanals, welcher mittels Kühlfluid gekühlt ist. Lediglich die mindestens eine Aus- trittsöffnung des Kanals kann einem Heißgaseinzug ausgesetzt sein. Beispielsweise kann der Kanal derart mit Kühlfluid beaufschlagt sein, dass er entgegengesetzt zur Heißgaseinzugs- richtung mit Spülluft gespült ist. Der Kanal kann aber auch in einer anderer Art und Weise gekühlt werden. Wesentlich hierbei ist nur, dass der Kanal derart mit Kühlfluid beaufschlagt ist, dass sich das im Inneren des Kanals befindende Übertragungsmedium der akustischen Schwingungen von der Austrittsöffnung bis zur Einmündung der Resonatorhals-Röhre abkühlt. Im Rahmen dieser Erfindung ist in Bezug auf den Kanal mit „stromauf" eine Richtung bezeichnet, die von der Aus- trittsöffnung ausgehend in den Kanal hinein und in Richtung der Mündung der Resonatorhals-Röhren weist.

Erfindungsgemäß kann die Geschwindigkeit einer Spülluft durch den heißgasseitigen Ausgang der Resonatorhals-Röhren wesentlich geringer gewählt werden oder die Spülluft durch die Resonatorhals-Röhre kann ganz entfallen, da die Geschwindigkeit der akustischen Fluktuationen in den Resonatorhals- Röhren entkoppelt ist von der Austrittsöffnung in eine zu dämpfende Kammer. Mit Kammer sei hier das Gehäuse einer

Brennkammer oder ähnliches bezeichnet, in welchem ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschlossen ist.

Der Heißgaseinzug in die mindestens eine Resonatorhals-Röhre wird somit durch die Beaufschlagung des mindestens einen Kanals mit Kühlfluid verhindert oder abgemildert. Die Performance des Helmholtzs-Resonators - d.h. wie stark der Resonator zu dämpfen vermag - wird auf diese Weise nicht mehr be- einträchtigt .

Dadurch lässt sich eine Dämpfung der thermoakustischen

Schwingungen mit weniger derartigen Dämpfungsvorrichtungen erreichen, wodurch sich zusätzliche Spülluft einsparen lässt.

Sowohl die in einen Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren mit dem Kanal als auch der Kanal mit einer Kammerwand können beispielsweise ganz oder teilweise einstückig ausgebildet sein. Mit Kammerwand sei hier das Gehäuse einer Brennkammer oder ähnliches bezeichnet, in welchem ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschlossen ist.

Erfindungsgemäß ist der Kanal derart ausgebildet, dass in die Austrittsöffnung akustische Schwingungen einkoppelbar sind. Das heißt, zumindest in einem Frequenzband breiten sich auf die Austrittsöffnung treffende akustische Schwingungen zumindest teilweise in dem Kanal aus. Der Kanal ist derart an bzw. in einer Gasturbine anordenbar, dass zumindest ein Frequenzband der akustischen Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluidstroms sich bis zu der Austrittsöffnung des Kanals ausbreiten können. Mit den akustischen Schwingungen sind die in Gasturbinen entstehenden und sich aufschaukelnden thermoakustischen Druckschwankungen bezeichnet, welche charakteristisch für eine Gasturbine sein können und in Abhängigkeit des Betriebspunktes bestimmte zu dämpfende Vorzugsfrequenzen ausbilden können. Die thermoakustischen Druckschwankungen können sich teilweise bis in das Brennerplenum und darüber hinaus ausbreiten und sind hier mit dem Begriff „akustische Schwingungen eines ein Brennerplenum und eine Brennkammer durchströmenden Fluids" bezeichnet.

Der Kanal der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung kann beispielsweise mit seiner mindestens einen Austrittsöffnung direkt in die Brennkammer oder in das Brennerplenum münden. Insbesondere ist der Kanal vom Brennerplenum verschieden. Der Kanal muss nicht für alle sich im Inneren der Gasturbine aufschaukelnden Frequenzen akustisch durchlässig sein. Es genügt, wenn er in einem geeigneten Frequenzband akustisch durchlässig ist und diesbezüglich mit dem Helmholtz -Resonator in geeigneter Weise abgestimmt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, de- ren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass mindestens ein Kanal als Spülluft-Kanal ausgebildet ist mit mindestens einer Eintrittsöffnung und mindestens einer Austrittsöffnung, so dass der Spülluft-Kanal von Spülluft durchströmbar ist.

Die Beaufschlagung des Kanals erfolgt bei dieser Ausgestal- tung der Erfindung mit Spülluft, welche durch den Kanal geleitet wird. Bei der Spülluft kann es sich beispielsweise um Verdichterluft handeln. Der Betrag an Spülluft, der hierbei verbraucht wird, kann wesentlich geringer gewählt werden als der bei den mit Spülluft gespülten Helmholtz -Resonatoren nach dem Stand der Technik. Zudem beeinträchtigt diese Spülluft nicht mehr die Performance des Helmholtz -Resonators .

Es kann auch als vorteilhaft betrachtet werden, dass mindestens ein Kanal der Dämpfungsvorrichtung zumindest abschnitt- weise von Kühlfluid umströmbar ist.

Diese Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil, dass das Kühlfluid - z.B. Verdichterluft -weiterhin der Verbrennung zur Verfügung steht. Der Kanal kann hierzu abschnittsweise außerhalb eines inneren Brennkammergehäuses durch einen

Verdichterluftstrom geführt sein, so dass die Luft an dem Kanal vorbeistreicht. Unabhängig hiervon könnte der Kanal aber auch zusätzlich mit Spülluft durchströmt werden, um den Abkühlungseffekt zu erhöhen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kanal zumindest abschnittsweise von dem Resonator- Gehäuse umgeben ist.

Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Dämpfungsvorrichtung. Beispielsweise kann das Resonator-Gehäuse einen ringförmigen Querschnitt aufweisen.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass der Kanal sich zumindest abschnittsweise durch das Resonator-Gehäuse erstreckt und die mindestens eine in den Kanal mündende

Resonatorhals-Röhre im Inneren des Resonator-Gehäuses in den Kanal einmündet.

Der gegebenenfalls mit einer Eintrittsöffnung versehende Beginn des Kanals und die mindestens eine Austrittsöffnung des Kanals können bei dieser Ausgestaltung der Erfindung bündig mit dem Resonator-Gehäuse abschließen. Der Kanal könnte sich aber auch in anderer Weise durch das Resonator-Gehäuse erstrecken. Beispielsweise kann der Kanal aus dem Resonator- Gehäuse herausragen. Die Resonatorhals-Röhren können

einstückig mit der Ummantelung des Kanals ausgebildet sein, beispielsweise indem es sich um Öffnungen in der Kanalumman- telung handelt. Die Resonatorhals-Röhren können aber auch anderweitig ausgestaltet sein, beispielsweise in den Kanal eingeschraubt sein, so dass sich die Dämpfungsfrequenz des

Helmholz -Resonators durch Austausch der Resonatorhals-Röhren leicht verändern lässt. Die Kanalummantelung des Kanals kann im Rahmen der Erfindung auch mit Kanalwand bezeichnet werden.

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens eine Resonatorhals-Röhre mittels Perforation der Kanalummantelung eines Kanals ausgebildet ist.

Diese Ausbildung der Erfindung weist besonders geringe Her- Stellungskosten auf.

Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Resonator-Gehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und einen Kanal zumindest abschnittsweise koaxial umgibt.

Diese symmetrische Bauweise der Dämpfungsvorrichtung lässt sich besonders einfach an einer Gasturbine anordnen.

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Höhe des zylinderförmigen Resonator-Gehäuses 20-150% des Zylinderdurchmessers des Resonator-Gehäuses entspricht.

Die Höhe des zylinderförmigen Resonator-Gehäuses kann hierbei im Wesentlichen der Höhe der quaderförmigen Resonatoren im Stand der Technik entsprechen. Bei dem angegebenen Verhältnis von Zylinderdurchmesser und Zylinderhöhe lassen sich mit den üblichen Resonatorhöhen in Gasturbinen auftretende Frequenzen über 1000 Hz dämpfen, wobei die Länge der in den koaxial umgebenen Kanal einmünden Resonatorhals-Röhren durch die Abmes- sungen des Resonator-Gehäuses in Grenzen vorgegeben ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich besonders zur Dämpfung von Rohrbrennkammer, in welchen sich hochfrequente thermoakustische VerbrennungsSchwingungen ausbilden können. Vorteilhafterweise kann der Kanal eine zylinderförmige Röhre sein .

Diese Ausgestaltung des Kanals ist besonders einfach herstellbar bzw. weist als Standardbauteil geringe Herstellungs- kosten auf. Die in den Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren können beispielsweise über einen Abschnitt der Röhre gleichmäßig verteilt in diese einmünden. Sie könnten aber auch beispielsweise nur auf einer Seite der Röhre entlang eines in Längsrichtung der Röhre verlaufenden Pfades in den Kanal einmünden .

Vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Fläche der Austrittsöffnung eines Kanals dem 1 bis 2fachen der

Gesamtquerschnittsfläche der in den Kanal einmündenden

Resonatorhals-Röhren entspricht.

Die akustische Durchlässigkeit des Kanals ist in dieser Weise besonders vorteilhaft an den Helmholtz -Resonator angepasst.

Zudem ist gewährleistet, dass bei Beaufschlagung des Kanals mit Spülluft sich mit einer geringen Menge an Spülluft ein Heißgaseinzug in den Spülluft-Kanal und somit in die mindes- tens eine Resonatorhals-Röhre besonders effektiv vermeiden lässt .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass das Resonator-Gehäuse dazu ausgebildet ist mit einer Gehäusewand des Resonator-Gehäuses auf einer Kaltseite einer Kammerwand aufzuliegen oder mit dieser einstückig ausgebildet zu sein, wobei die Kammerwand ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Zur Kühlung der auf der Kammerwand aufliegenden Gehäusewand des Resonator-Gehäuses können unter einem Winkel angestellte Kühlluftbohrungen derart in das Resonator-Gehäuse eingebracht sein, dass eine Prallkühlung der heißgasseitigen Gehäusewand ermöglicht ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Kanals stromab der mindestens einen Einmündung der in den Kanal mündenden Resonatorhals-Röhren außerhalb des Resonator-Gehäuses verläuft, so dass die Dämp- fungsvorrichtung unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse und einer Kammerwand mit einem Ende des Kanals an der Kammerwand anordenbar ist, wobei die Kammerwand ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Kanal mittels vorbeiströmender Verdichterluft gekühlt werden kann. In diesem Sinne ist der Kanal zumindest abschnittsweise mit Kühl- fluid umströmbar.

Die Ausgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass die Prallkühlung der in Richtung Heißseite weisenden Gehäusewand des Resonator-Gehäuses weitaus geringer ausfallen kann. Sie könn- te auch ganz entfallen. Aufgrund der Beabstandung kann das Resonator-Gehäuse auch mittels vorbeiströmender

Verdichterluft ausreichend gekühlt werden, wobei die

Verdichterluft weiterhin der Verbrennung zur Verfügung steht. Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die

Dämpfungsvorrichtung lösbar an der Kammerwand anordenbar ist.

Beispielsweise kann der Kanal ein Gewinde im Bereich der Austrittsöffnung aufweisen, so dass der Kanal in eine Öffnung der Kammerwand einschraubbar ist.

Dies ermöglicht einen einfachen Austausch der Dämpfungsvorrichtung .

Zur Veränderung der Resonanzfrequenz der Dämpfungsvorrichtung kann das Resonator-Gehäuse zum Austausch gegen ein anderes

Resonator-Gehäuse lösbar mit dem Kanal verbunden sein.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine mit mindestens einer Brennkammer und mindestens einer Dämp- fungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche eine besonders effektive Dämpfung von thermoakustischen

Schwingungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Dämpfungsvorrichtung im Wesentlichen auf Höhe einer Verbrennungszone an einem Brennkammergehäuse der Brennkammer angeordnet ist .

Dadurch ist die Dämpfungseinrichtung nahe der akustischen Quelle der thermoakustischen Schwingungen angeordnet. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung des Dämpfungseffektes. Gemäße einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Resonator-Gehäuse ein Brennkammergehäuse der Brennkammer ringförmig umgeben.

Vorteilhafter Weise sind bei dieser Ausgestaltung der Erfin- dung mehrere Kanäle vorgesehen, welche beispielsweise in regelmäßigen Abständen entlang des Umfanges der Brennkammer angeordnet sind und das ringförmige Resonator-Gehäuse von der Brennkammer beabstandet tragen. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die durchschnittliche Querschnittsfläche des Kanals zwischen Austrittsöffnung und Mündungsbereich der Resonatorhals-Röhren dem 2- bis 10 -fachen der Summe der Querschnittsflächen der Resonatorhals-Röhren entspricht, die den Kanal mit dem Reso- nanzvolumen verbinden.

Im Allgemeinen wird der Kanal auf diesem Streckenabschnitt einen konstanten Querschnitt aufweisen, so dass diese konstante Fläche für die Bedingung verwendet werden kann.

Aufgrund dieser Bedingung verhält sich der Kanal nicht als Resonatorhals des Helmholtzresonators und weist zudem Abmessungen auf, die eine effektive Kühlung ermöglichen. Das Kriterium ist gemäß der Ausgestaltung auf mindestens einen der Helmholtzresontoren anzuwenden, der mit dem Kanal über die mindestens eine Resonatorhals-Röhre fluidisch verbunden ist. Es kann aber auch gemäß einer Ausführungsbei - spiels auf alle Helmholtzresonatoren angewendet werden, die mit dem Kanal über die mindestens eine Resonatorhals-Röhre fluidisch verbunden sind. In diesem Fall beeinflusst der Kanal bei allen der Resonatoren nicht den Frequenzbereich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal als Spülluft-Kanal ausgebildet ist mit mindestens einer von den Resonatorhals-Röhren verschiedenen Eintrittsöffnung und mindestens einer Austrittsöffnung derart, dass mindestens ein Anteil der den Spülluft-Kanal durchströmenden Kühlluft unter Auslassung des Resonanzvolumens in die mindestens eine Eintrittsöffnung und in den Kanal hinein leitbar und durch den Kanal hindurch leitbar ist. Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal mindestens stromauf der Austrittsöffnung und strom- ab der Einmündung der mindestens einen Resonatorhals-Röhre zumindest abschnittsweise außerhalb des Resonator-Gehäuses verläuft und in diesem Bereich mindestens abschnittsweise von Kühlluft umströmbar ist. Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Dämpfungsvorrichtung außerhalb einer Brennkammer und un- ter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse und einer Brennkammerwand mit einem die mindestens eine Aus- trittsöffnung umfassenden Ende des Kanals an der Brennkammerwand anordenbar ist, so dass der Kanal zumindest abschnittsweise von einem an der Brennkammer vorbeiströmenden Verdichterluftstrom umströmbar ist.

Diese Ausgestaltung war im Wesentlichen bereits weiter oben mit anderen Worten beschrieben. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Querschnitt der mindestens einen Eintrittsöffnung kleiner ist als der Querschnitt des Spülluft-Kanals im Bereich der Eintrittsöffnung.

Dadurch lässt sich die Spülluftmenge auf ein geeignetes Maß begrenzen . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können alle in den Spülluft-Kanal einmündenden Resonatorhals-Röhren einen kleineren Querschnitt aufweisen als der Kanal.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal bis auf die mindestens eine Resonatorhals-Röhre und die mindestens eine Austrittsöffnung im Wesentlichen geschlossen ist.

Der Kanal wird somit vorrangig durch umströmen zumindest ei- nes im Kühlluftstrom anordenbaren Kanalabschnitts gekühlt. Sofern überhaupt Spülluft durch die Röhren geleitet wird, kann diese Menge gegenüber dem Stand der Technik reduziert sein . Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Dämpfung thermoakustischer Schwingungen anzugeben, bei welchem mindestens ein Helmholtz -Resonator die Schwingungen dämpft und hierbei die zu dämpfenden Schwingungen in mindestens einen Resonatorhals des Helmholtz -Resonators

eingekoppelt werden, wobei das Verfahren eine besonders effektive Dämpfung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem derartigen Verfahren dadurch gelöst, dass die Schwingungen zunächst in einen Kanal eingeleitet und unter Abkühlung ihres Übertragungsmediums sich in diesem stromauf ausbreiten und stromauf in den einmündenden Resonatorhals des Helmholtz -Resonators

eingekoppelt werden. Eine Spülung des Resonatorhalses kann dadurch entfallen, wodurch die Dämpfungswirkung des Helmholtz -Resonators verbessert ist.

Vorteilhafter Weise kann das Übertragungsmedium mittels

Spülluft gekühlt werden, so dass die Schwingungen zunächst in einen entgegengesetzt zu ihrer Ausbreitungsrichtung gespülten Spülluft-Kanal eingeleitet und stromauf in den in den

Spülluft-Kanal einmündenden Resonatorhals des Helmholtz- Resonators eingekoppelt werden.

Die Spülluft kann Verdichterluft sein. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Übertragungsmedium mittels Umströmen des Kanals mit einem Kühlfluid gekühlt werden.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann der Kanal zur Er- höhung des Kühlungseffektes zusätzlich noch mit Spülluft gespült werden. Ein ausreichendes Abkühlen des Übertragungsmediums lässt sich aber auch ausschließlich mittels des Umströmens des Kanals bewirken. Weiter zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen. Dabei zeigt die

Fig.l eine Gasturbine nach dem Stand der Technik,

Fig.2 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem

Längsschnitt , Fig.3 das Ausführungsbeispiel der Fig.2 in einer Draufsicht ,

Fig.4 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der er- findungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem

Längsschnitt ,

Fig.5 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung in einem

Längsschnitt, und

Fig.6 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkammer mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitts.

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 Rohrbrennkammern 10, die jeweils eine Brenneranordnung 11 und ein Gehäuse 12 umfassen, eine Turbine 14 und ein Abgasgehäuse 15.

Das Verbrennungssystem 9 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hintereinander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 14. Jede Turbinenstufe ist aus Schaufelringen gebildet. In Strömungsrich- tung 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 angekoppelt 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 verdichtete Luft wird zu dem Verbrennungssystem 9 geführt und dort im Bereich der Brenneranordnung 11 mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe der Brenneranordnung 11 unter Bildung eines Arbeitsgasstromes im Verbrennungssystem 9 verbrannt. 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 antreiben und dieser den an ihn angekoppelten Generator (nicht dargestellt) . Die Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 22 in schematischer Darstellung in einem Längsschnitt. Die Dämpfungsvorrichtung 22 umfasst einen Helmholtz -Resonator 23 und einen Kanal in Form eines Spülluft-Kanals 24 mit einer Kanalummantelung 25. Der Helmholtz -Resonator 23 weist ein zylinderförmiges Resonator- Gehäuse 27 auf, wobei sich der zylinderförmige Spülluftkanal 24 durch das Resonator-Gehäuses 27 hindurch erstreckt und vom Resonator-Gehäuse 27 koaxial umgeben ist. Das Resonator- Gehäuse 27 umschließt das Resonanzvolumen 30 des Helmholtz- Resonators. Durch die Kanalummantelung 25 des Spülluft-Kanals 24 hindurch verlaufen eine Vielzahl an zylinderförmigen

Resonatorhals-Röhren 28. Die Resonatorhals-Röhren 28 münden im Inneren des Resonator-Gehäuses 27 in den Spülluft-Kanal 24 ein. Hierbei sind die Resonatorhals-Röhren 28 derart angeord- net, dass sie heißgasseitig - also mit ihrem heißgasseitigen Ausgang 33 -stromab einer Eintrittsöffnung 34 des Spülluft- Kanals und stromauf der einen Austrittsöffnung 35 des

Spülluft-Kanals 24 in den Spülluft-Kanal 24 einmünden.

Das Resonator-Gehäuse 27 umfasst eine Gehäusewand 38, welche einstückig mit einer Kammerwand 39 ausgebildet ist. Die Kammerwand 39 umschließt hierbei ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen, welches von der zu dämpfenden Umgebung 32 des Helmholtz-Resonators umfasst ist. Bei der dargestellten Kammerwand 39 handelt es sich um ein Brennkammergehäuse, wobei in der Brennkammer ein heißer Arbeitsgasstrom 40 strömt. Der heiße Arbeitsgasstrom 40 entspricht einem ein Brennerplenum und eine Brennkammer durch- strömenden Fluidstroms, der im Abschnitt der Brennkammer als heißer Arbeitsgasstrom 40 bezeichnet ist. Zur Kühlung der Gehäusewand 38 können Kühlkanäle 41 im Resonator-Gehäuse 27 eingebracht sein. Die bei der Verbrennung entstehenden ther- moakustischen Schwingungen in der Brennkammer koppeln durch die Resonatorhals-Röhren 28 in den Helmholtz -Resonator 23 ein und werden in diesem gedämpft. Durch die in dem Spülluft- Kanal 24 in Richtung 42 strömende Spülluft ist ein Heißgaseinzug sicher vermieden. Die Geschwindigkeit der Spülluft in dem Spülluft-Kanal 24 beeinflusst hierbei nicht die Geschwin- digkeit der eingekoppelten akustischen Schwingungen in den Resonatorhals-Röhren 28, so dass die Performance des Helm- holtz -Resonators 23 - also seine Dämpfungswirkung - unbeein- flusst durch die Geschwindigkeit der aus der Austrittsöffnung 35 austretenden Spülluft ist. Bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel der Dämpfungsvorrichtung 22 ist das heißgassei- tige Ende des Spülluft-Kanals 24 im Bereich der Austrittsöffnung 35 einstückig mit der Kammerwand 39 ausgebildet. Der sehr kompakte Aufbau der Dämpfungsvorrichtung 22 lässt sich weiter dadurch vereinfachen, dass die Resonatorhals-Röhren 28 mittels Perforation der Kanalwand 25 des Spülluft-Kanals 24 ausgebildet sind. Durch diese einstückige Ausgestaltung der Resonatorhals-Röhren mit dem Spülluft-Kanal 24 können die Herstellungskosten der Dämpfungsvorrichtung 22 weiter reduziert werden. Die Höhe 45 des zylinderförmigen Resonator- Gehäuses 27 entspricht 20-150% des Zylinderdurchmessers 46 des Resonator-Gehäuses 27. Um das Resonator-Gehäuse 27 bzw. das von ihm umschlossene Resonanzvolumen 30 an ein Frequenzband von zu dämpfenden Schwingungen anpassen zu können, kann das Resonator-Gehäuse 27 im Bereich 48 lösbar mit dem

Spülluft-Kanal 24 verbunden sein.

Die Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellte Dämpfungsvorrichtung 22 aus einer Draufsicht. Das zylinderförmige Resona- tor-Gehäuse 27 weist auf seiner Oberseite die Eintrittsöffnung 34 des Spülluft-Kanals 24 auf. Der Verlauf der Kanalum- mantelung 25 des Spülluft-Kanals ist strichpunktiert angedeutet .

Die Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 50. Diese weist gegenüber dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen kleineren Querschnitt der Austrittsöffnung 52 des Spülluft- Kanals 53 auf. Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 52 des Spülluft-Kanals entspricht hierbei dem 1 bis 2fachen der Gesamtquerschnittsfläche der in den Spülluft-Kanal 53 einmündenden Resonatorhals-Röhren 28. Dies ermöglicht eine sichere Vermeidung von Heißgaseinzug bei geringem Verbrauch von

Spülluft.

Die Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung 56 mit einem Helmholtz- Resonator 58 und einem Kanal 60. Abweichend von dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel verläuft der Kanal 60 stromab der mindestens einen Einmündung der in den Spülluft-Kanal 60 mündenden Resonatorhals-Röhren 28 außerhalb des Resonator- Gehäuses 27. Die Dämpfungsvorrichtung 56 ist unter Belassung eines Abstandes zwischen Resonator-Gehäuse 27 und einer Kam- merwand 39 mit einem Ende 62 des Kanals 60 an der Kammerwand

39 angeordnet, wobei die Kammerwand 39 ein Volumen mit zu dämpfenden Schwingungen umschließt. Auf diese Weise kann der Helmholtz -Resonator durch beispielsweise in Richtung 64 strömende Verdichterluft gekühlt werden. Die zusätzlich im Reso- nator-Gehäuse 27 angeordneten Kühlkanäle 41 können in diesem

Fall auch entfallen. Die Dämpfungsvorrichtung 56 kann lösbar an der Kammerwand 39 befestigt sein. Beispielsweise mittels eines am Kanal 60 ausgebildeten Gewindes im Bereich des Endes 62.

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt einer Gasturbinenbrennkammer 65 mit einer erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung 66 entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel in einem Längs- schnitt. Die Figur ist eine vereinfachte, schematische Darstellung der Brennkammer. Die Gasturbinenbrennkammer 65 um- fasst ein rotationssymmetrisches Brennkammergehäuse 68, an dessen aufstromseitigen Ende ein Pilotbrenner 70 und zwei Hauptbrenner 71, 72 angeordnet sind. Die Dämpfungsvorrichtung 66 ist auf Höhe einer Verbrennungszone 74 an der Brennkammer 65 angeordnet. Das Resonator-Gehäuse 76 der Dämpfungsvorrichtung 66 verläuft ringförmig um das Brennkammergehäuse 68 herum, wobei eine Vielzahl an Kanälen 77a, 77b das Resonator- Gehäuse 76 tragen. Die Kanäle 77a, 77b sind von Verdichterluft umströmt und somit mit einem Kühlfuid beaufschlagt.