Die Erfindung betrifft den Resonatorbereich von Brennkam merSystemen, wie sie insbesondere bei stationären Gasturbinen und deren Brennkammersysteme verwendet werden.

Rohrbrennkammer-Systeme stationärer Gasturbinen bestehen im Allgemeinen aus einer oder mehreren axial hintereinanderge schalteten Brennkammerkomponenten zwischen Brenneraustritt und Turbineneintritt. So verfügen einige Rohrbrennkammer- Typen der Siemens Energy über ein System aus Basket und Tran sition. Dieses System leitet die Verbrennungsgase vom Brenner in Richtung Turbineneintritt. Aufgrund der hohen Verbren nungstemperaturen basieren die Rohrbrennkammer-Komponenten üblicherweise auf dünnwandigen Ni-Basis-Superlegierungen mit innenliegenden Kühlkanälen und einem Schichtsystem zur Wärme dämmung (NiCoCrAlY-TBC).

Im bzw. hinter dem Flammenbereich besitzen Rohrbrennkam mersysteme umfänglich angeordnete Resonatoren, um akustische Verbrennungsschwingungen zu reduzieren.

Die Herstellung der Resonatoren ist aufwändig und kostenin tensiv.

Der Resonatorbereich besitzt verhältnismäßig große Kühlluft flächen und wird intensiv gekühlt bzw. durchströmt. Der Kühl luftbedarf ist insofern, bezogen auf das Gesamtrohrbrennkam mersystem, relativ hoch.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem des Kühlluftverbrauchs zu lösen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Resonator gemäß Anspruch 1 und eine Rohrbrennkammer gemäß Anspruch 14. In den Unteransprüchen sind weitere Vorteile aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

Der erfindungsgemäße Resonator stellt einen Ring dar, der aus einem insbesondere additiv gefertigten, geschlossen gekühlten Doppelzylinder mit innerhalb des Ringspaltes angeordneten Re sonatoren besteht.

Ein Lochabsorber ersetzt den metallischen, offen gekühlten Resonator im Bereich einer Rohrbrennkammer.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, offen gekühlten Resonatoren, welche (bezogen auf die Brennerachse) radial durchströmt wer den („perforierte Brennkammerwand"), wird der Resonatorring kanal des erfindungsgemäßen Resonators mit einem mehr oder weniger großen Teil des in die Brenner mündenden Verdichter massenstroms axial durchströmt.

Die Kühlung des Systems erfolgt, im Gegensatz zum offen ge kühlten Resonator, rein konvektiv und ohne Kühlluftverbrauch durch volumetrisch getrennte Kühlluftströmung ähnlich wie in einem Wärmetauscher. Insbesondere im Bereich des dem Heißgas zugewandten Innenbleches sowie im Bereich der Resonatorhals- Außenflächen ist ein hoher Wärmeübergang zum Kühlluftmassen strom erforderlich. Die hohen Wärmeübergänge sind durch eine entsprechende Auslegung der Strömungsgeschwindigkeiten bzw. Massenströme durch den Resonator, d.h. durch Anpassung der Strömungsquerschnitte des Brennerlochbleches und des Resona- tor-Einströmquerschnitts , zu gewährleisten.

Daneben sind Maßnahmen zur Verbesserung des Wärmeübergangs an den Resonatorhals-Außenflächen, wie beispielsweise Rippen oder „Dimpels" zur Vergrößerung der Oberfläche anwendbar.

Die Erfindung umfasst sowohl einteilige als auch in Umfangs und/oder Axialrichtung segmentierte und geschweißte Ausfüh rungen.

Die Resonanzfrequenz ist durch wird durch entsprechende geo metrische Auslegung der durch Resonatorhalslänge und Durch- messer bestimmten trägen Luftmasse sowie der Größe des dahin ter angeordneten Luftvolumens bestimmt.

Auf Basis additiver Fertigung ist, unter Berücksichtigung der fertigungsspezifischen Anforderungen, eine große Bandbreite von Resonatorgeometrien und -ausführungen herstellbar.

Der erfindungsgemäße Anspruch bezieht sich insbesondere auf einen a) einteiligen oder in Umfangrichtung segmentierten Ring kanal, b) mit innerhalb des Ringkanals liegenden Resonatorvolumina mit gemeinsamen oder durch Spalte getrennten Seitenwänden, c) mit innerhalb des Ringkanals liegenden Resonatorvolumina mit quaderförmiger, kugelförmiger oder einer anderen, komple xeren Raumgeometrie, d) mit innerhalb des Ringkanals liegenden Resonatorvolumina, die einen oder mehrere in den Heißgaspfad mündende Resonator hälse aufweisen, e) mit innerhalb des Ringkanals liegenden Resonatorvolumina mit (radial) äußerer Wand, die Teil des Ringkanal-Außenble- ches ist oder über Verbindungselemente mit dem Ringkanal- Außenblech verbunden sind.

Das vorgeschlagene System eines insbesondere additiv gefer tigten Resonators ersetzt die Schweißkonstruktion das Resona torsystem einer Rohrbrennkammer.

Die Vorteile sind u.a.:

Reduzierung der Herstellungs- und Lebenszykluskosten, Potenzial: durch additiv kostengünstig herstellbare Geometrie mit innenlie genden Kavitäten und Strömungskanälen

Erhöhung der Wartungsintervalle durch Verbesserte Lebens dauer infolge Reduzierung der Temperaturgradienten Reduzierung des Kühlluftbedarfs im Vergleich zu radial durchströmten, metallischen Resonatoren, Potenzial: Übertragbarkeit auf Rohrbrennkammersysteme verschiedener Mitbewerber . Allen Ausführungen ist insbesondere gemein, dass die Resona torvolumina ausschließlich Öffnungen zum Innendurchmesser bzw. Verbindungen zum Heißgaskanal der Brennkammer besitzen.

Es zeigen

FIG 1, 8 eine Rohrbrennkammer

FIG 2 einen Resonatorring,

FIG 3 7 Resonatorvolumen.

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbei spiele der Erfindung dar.

In Figur 1, 8 ist ein Teil einer Rohrbrennkammer 1 schema tisch dargestellt.

Im Inneren der Rohrbrennkammer 1, also im Heißgaskanal 16 der Rohrbrennkammer 1, strömt Heißgas in Kammerstromrichtung 15 zur Turbine.

Die Rohrbrennkammer 1 weist entlang und umfassend den Heiß gaskanal 16 der Rohrbrennkammer 1 in einem Axialabschnitt einen Resonator 6 auf, in dem vorzugsweise entgegengesetzt zur Kammerstromrichtung 15 Kühlluft 19 (Fig. 6), insbesondere vom Kompressor, entgegenströmt.

Der Resonator 6 ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Da bei umströmt die Kühlluft Resonatoren (Fig. 2 - 8), wie es in den folgenden Figuren dargestellt ist.

Figur 2 zeigt einen beispielhaften Resonator 6 gemäß Figur 1. Der Resonator 6 als Ring kann einteilig oder segmentförmig aufgebaut sein.

Der Resonator 6 weist zwischen einem äußeren Mantel 20 und einem inneren Mantel 30 ein geschlossenes Kühlsystem mit Helmholtzresonatoren 25', 25'', ... (Fig 3ff) auf. Zu erkennen sind auch Öffnungen 13 der Helmholtzresonatoren 25' zum Heißgaskanal 16 der Rohrbrennkammer 1.

Die heiße Luft vom Brenner 40 (Fig. 8) strömt in Kammer stromrichtung 15 zur Turbine, wohingegen die Kühlluft 19 (Fig. 6) in Kühlluftstromrichtung 18 (Fig. 6) im Resonator 6 entgegengesetzt zur Kammerstromrichtung 15 strömt.

Figur 3 zeigt eine erste weitere Detailierung von Figur 2 und offenbart einen Querschnitt durch einen beispielhaften Reso nator 6' und ein erstes Ausführungsbeispiel für Helmholtz resonatoren 25', der oder die zwischen dem äußeren Mantel 20' und dem inneren Mantel 30' vorhanden sind, zwischen denen die Kühlluft 19 strömt. Die Helmholtzresonatoren 25' sind zwi schen äußerem Mantel 20' und innerem Mantel 30' vorhanden.

Die Kühlluft 19 umströmt die einzelnen Helmholtzresonatoren 25' von allen Seiten.

Der Hohlkörper 26' des Helmholtzresonators 25', gebildet von einer Wand 4', ist hier jeweils beabstandet vom äußeren Man tel 20' und innerem Mantel 30'.

Vorzugsweise runde, scheibenförmige Hohlkörper 26' bilden den Helmholtzresonator 25'.

Der Helmholtzresonator 25' ist mit dem äußeren Mantel 20' über einen insbesondere massiven Steg 10' verbunden.

Der Hohlraum 26' des Helmholtzresonators 25' ist außerdem durch einen Kanal 27', insbesondere im Querschnitt ringförmi gen Kanal 27', eines Halses 28' mit dem Heißgaskanal 16 der Rohrbrennkammer 1, der durch den inneren Mantel 30' gebildet wird, über eine Öffnung 13' verbunden.

Die Durchmesser des Stegs 10' und/oder des Halses 28', mit dem die Helmholtzresonatoren 25' zwischen den beiden Mänteln 20', 30' verbunden sind, sind deutlich verschieden von dem Durchmesser des Hohlkörpers 26'. Das Verhältnis der Durchmes ser beträgt vorzugsweise mindestens 3:1 für Durchmesser von Hohlkörper 26' zum Hals 28' bzw. Steg 10'.

In Umfangsrichtung des Resonators 6' sind viele Einzelhelm holtzresonatoren 25' angeordnet.

Wie auch in Figur 3 dargestellt, ist immer eine hinreichende Lücke zwischen einzelnen Helmholtzresonatoren 25' in einer axialen Richtung, parallel zur Kammerstromrichtung 15 vor handen und der Abstand ist vorzugsweise größer als der Durch messer des Helmholtzresonators 25'. Dazu vorzugsweise radial versetzt sind dann weitere Helmholtzresonatoren 25' axial versetzt vorhanden angeordnet.

Weitere Anordnungen der einzelnen Helmholtzresonatoren 25' sind möglich.

In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Re sonator 6'' gezeigt, hier vorzugsweise als Ring ausgebildet, der einen einzelnen gemeinsamen Hohlraum 26'' als Helmholtz resonator 25'' aufweist.

Zwischen dem äußeren Mantel 20'' und dem inneren Mantel 30'' ist quasi ein Zwischenmantel 22 vorhanden, der den großen ge meinsamen Hohlraum 26'' über die Breite des Resonators 6'' darstellt.

Ausgehend von dem einen Hohlraum 26'' des Resonators 6'' sind viele Kanäle 27'' zum Heißgaskanal 16 der Rohrbrennkammer 1 vorhanden, die wiederum jeweils durch Hälse 28'' gebildet werden, vorzugsweise wie die Hälse 28' der Helmholtzresonato ren 25' in Figur 3.

Ein einziger, großer Hohlraum 26''' ist also mittels vieler Hälse 28'' mit dem Heißgaskanal 16 verbunden.

Die Hälse 28'' können wie die Hälse 28' gemäß Figur 3 aufge baut und verteilt sein. In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Re sonator 6''' gezeigt, bei dem segmentierte Hohlräume 26''' vorhanden sind, die quasi ausgehend von Figur 4 durch Zwi schenwände 33 innerhalb des Hohlraums 26'' (Fig. 4) entstan den sind. Quasi sind mehrere ringförmige Hohlräume 26''' in axialer Richtung 15 hintereinander angeordnet.

Die Hälse 28''' können wie die Hälse 28' gemäß Figur 3 oder 4 verteilt sein.

Ebenso sind mehrere Kanäle 27''' pro Hohlraum 26''' vorhan- den.

Figur 7 zeigt einen Hohlraum 26 ^v , der zwei Kanäle 27 ^v in einem Hals 28 ^v aufweist.

Solche Helmholtzresonatoren 25 ^v können einfach, mehrfach oder vollständig für den Resonator 6 ^V verwendet werden.

Im Vergleich zu Figur 3 weist der Hals 28 ^v zwei oder mehr Ka näle 27 ^v auf.

Es ist klar, dass weitere Ausführungsbeispiele von der Erfin dung umfasst sind, da die Beschreibung, Figuren und Ausfüh rungsbeispiele die Erfindung darstellen.

Vorzugsweise wird diese Geometrie durch ein additives Her stellungsverfahren wie Pulverbettverfahren, insbesondere Lasersinterverfahren und Laserschmelzverfahren hergestellt. Eine Einschränkung auf diese speziellen AM-Verfahren ist nicht gegeben und sind denkbar.

Figur 8 zeigt die Einbausituation eines Resonators 6''' gemäß Figur 5 in einer Rohrbrennkammer.