Thermoakustische Analyse von Brennern mit Flüssigbrennstoffen. Teilvorhaben-Nr. 2.1.1. Fachlicher Abschlussbericht. Verbundprojekt: Flexible, stabile und schadstoffarme Verbrennung. AG Turbo COOREFF-T. Laufzeit: 01.12.2004 bis 31.05.2009
(Deutsch)
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Zur Messung von thermoakustischen Transferfunktionen an industriellen Gasturbinenbrennern unter Hochdruckbedingungen wurde eine Technik entwickelt, die neben der Instrumentierung eines Hochdruckbrennkammerprüfstands die Entwicklung dem Prüfstand angepasste Methoden zur Bestimmung der gesuchten Transferfunktionen aus den erzeugten Messdaten umfasst. Der Prüfstand wurde dafür mit Pulsationssonden, optischen Sensoren, und einem eigens für diesen Zweck konzipierten Sirenen-Aktuator zur akustischen Anregung ausgestattet. Mehrere Brennerkonfigurationen wurden für einen weiten Bereich an Betriebsbedingungen mit diesem Aufbau vermessen. Die Bestimmung von Quelltermen, Flammen- und Brennertransferfunktionen aus den erhaltenen Messdaten erfolgte mit einer rein akustische und einer optischen Methode. Die optische Methode geht in einer einfachen Form davon aus, dass die relative Wärmefreisetzungsschwankung der relativen Intensitätsschwankung der Flammenchemilumineszenz entspricht. Diese Annahme ist korrekt für Fälle, in denen die Schwankungen des Äquivalenzverhältnisses vernachlässigbar sind, was experimentell gezeigt werden konnte. Für Fälle, in denen die Schwankung des Äquivalenzverhältnisses einen deutlichen Einfluss hat, lassen sich aussagekräftige Ergebnisse nur anhand einer Weiterentwicklung der optischen Methode erhalten, welche auf mehreren optischen Flammenchemilumineszenz-Signalen basiert. Dies konnte anhand eines Vergleiches der beiden optischen Varianten mit aus rein akustischen Messdaten bestimmten Transferfunktionen demonstriert werden. Die gemessenen Transferfunktionen und Quellterme wurden in ein akustisches Netzwerkmodell einer Gasturbine eingebunden. Als ein typisches Beispiel wurde die stabilisierende Wirkung einer Pilotbrennstoffeindüsung auf das Pulsationsverhalten gezeigt. Für das aus den gemessenen Transferfunktionen erhaltene Modell konnte gezeigt werden, dass es die in der eigentlichen Gasturbine gemessenen Pulsationsspektren akkurat wiedergeben kann. Die Fähigkeit Transferfunktionen von industriellen Gasturbinenbrennern unter Hochdruckbedingungen zu messen eröffnet die Möglichkeit, das thermoakustische Verhalten von Gasturbinen vorherzusagen, bei denen die Verbrennungseigenschaften des verwendeten Brennstoffs vom Druck abhängen.
Thermoakustische Analyse von Brennern mit Flüssigbrennstoffen. Teilvorhaben-Nr. 2.1.1. Fachlicher Abschlussbericht. Verbundprojekt: Flexible, stabile und schadstoffarme Verbrennung. AG Turbo COOREFF-T. Laufzeit: 01.12.2004 bis 31.05.2009