Flammrohre
Die Brennkammer – ist das Hauptelement einer Gasturbinenanlage. Die Schaffung eines schadstoffarmen Verbrennungsprozesses in der Brennkammer ist das Hauptanliegen der Konstrukteure von Gasturbinenmotoren. Die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Brennkammerelemente bestimmen die Ressourcen und Hauptmerkmale der gesamten Anlage.
Eine der wichtigsten Komponenten von Rohrringbrennkammern ist das Flammrohr.
Dieses Element arbeitet unter extrem harten Bedingungen mit hohen Temperaturen (bis zu 1000°C).
Im Flammrohr konzentrieren sich die großen Temperaturunterschiede beim Anfahren oder beim Wechsel des Betriebsmodus der Turbine. Dies begünstigt das Auftreten von thermischen Spannungen in den Flammrohrkomponenten. Daher bestimmt in vielen Fällen die Lebensdauer des Flammrohrs die Lebensdauer der gesamten Brennkammer.
Um die geforderte Lebensdauer der Flammrohre zu gewährleisten, wird eine Reihe von Konstruktionslösungen eingesetzt:
- Verwendung hitzebeständiger Werkstoffe für die Herstellung;
- Verbindung von Elementen mit geringer Steifigkeit, um verschiedene Temperaturausdehnungen zu kompensieren (Pos. 8 Abb.1);
- Modifizierung der Elemente an den Stellen, an denen sich die Temperaturspannungen am stärksten konzentrieren.
Abb. 1. Hauptelemente eines einteiligen Abteils der GTU-Brennkammer
Abb. 1 zeigt ein einteiliges Brennkammerabteil einer Gasturbineneinheit.
Die Hauptelemente sind das Flammrohr (3), Elemente der Brennereinrichtung (1,2), und das Gehäuse (5).
Grundprinzipien der Brennstoffverbrennung in der Brennkammer.
Brennstoff und Oxidationsmittel (Luft) werden dem Brenner zugeführt. Die Zündung des Brennstoff-Luft-Gemischs und seine Verbrennung in der Primärzone (10) erfolgt mit Hilfe des Zünders. Zur Zündung der Rohrringbrennkammer sind am Flammrohr Flammenbypassdüsen (9) angebracht.
Die Flammentemperatur im Inneren des Flammrohrs erreicht 1000°C. Um ein Ausbrennen der Wand zu vermeiden, wird ein konvektiver Kühlprozess realisiert. In den durch das Gehäuse (5) und die Wand des Flammrohrs (3) gebildeten Kanal wird die zwischen den Verdichterstufen gewählte Luft zugeführt. Zusätzlich zum Kanal tritt die Luft in die Verdünnungslöcher (6) ein, was zur Senkung der Temperatur der Rauchgase beiträgt und die Regulierung des Temperaturfeldes am Austritt ermöglicht. Für den Anschluss an den Gassammler wird ein Übergangsstück mit O-Ring (7) verwendet.
Die Beschränkung des Schadstoffausstoßes zwang die Entwickler dazu, den Brennstoffverbrauch bei der Verbrennung zu reduzieren. Dieser Ansatz verkompliziert den Prozess der Flammrohrkühlung..
Die Hauptrichtung der Verbesserung von Flammrohrkonstruktionen ist die Verwendung von effizienteren Kühlsystemen.