Verbrennungskontrolle durch Beeinflussung der Mischung

Prinzip der Entwicklung von Thermoakustischen Instabilitäten in Brennkammern

 

Flammenvisualisierung während eines Instabilen Betriebszustandes

 

Einleitung

Moderne Brennkammern in Flugzeugtriebwerken, besonders aber in stationären Gasturbinen, neigen zu Verbrennungs- schwingungen. Diese können im schlimmsten Fall dazu führen, dass die Brennkammern beschädigt werden und in Folge auch die Turbine. Weitere nachteilige Effekte sind geringere Lebensdauer, erhöhte Emissionen (bei Vormischverbrennung) und erhöhte Lärmpegel.

Strategien

Verschiedene Strategien existieren, um die Verbrennung zu kontrollieren. Die im Rahmen des Projektes gewählte Strategie liegt in der langsamen Anpassung (im Hz Bereich) vom Mischungsprofils bzw. von der Brennstoffverteilung am Brenner. Diese Strategie erlaubt die mechanische Belastung der Aktuatorik klein zu halten, was von großem Interesse für einen Dauereinsatz in Gasturbinen ist.

Die Mischung in den in Brennkammern oft verwendeten Drallströmungen hängt von einer Reihe von Parametern, wie z. B. Drallzahl, Eindüsungsimpuls und -ort, Winkel der Eindüsung und der Form der Brennstoffdüsen ab. Neben diesen Parametern spielen auch noch Strömungsinstabilitäten bei der Beeinflussung der Mischung eine große Rolle.

Messmethode

Um die Kenntnisse der Vermischung an solchen Brenner zu erweitern werden zahlreiche Laseroptischen Messtechniken eingesetzt: PIV, LDA, LIF und OH-Chemilumineszenz. In einem Wasserkanal wird die kalte Mischung besonders untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann auf Strömungen mit Verbrennung übertragen und weiter vertieft.

Ziel

Aus diesen Grundlagen wird es dann möglich sein, durch aktive Beeinflussung der Mischung die Verbrennungsschwingungen (und die Emissionen) zu kontrollieren. Zur Kontrolle wird ein geschlossener Regelkreis angewendet.

Allgemein

Dieses Projekt wird im Rahmen des Sonderforschungsbereich 557 bearbeitet

Förderperiode : 07/2004 - 06/2007 (abgeschlossen) und 07/2007 - 06/2010

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Arnaud Lacarelle