Kundenspezifische Reverse R&D Haynes 282 230 Feinguss-Elektronenstrahlschweißdienste für Gasturbinenbrenner Deutschland

Gasturbinenbrennkammer: Der heiße Kern der Energieumwandlung

Während des Betriebs gelangt vom Kompressor komprimierte Hochdruckluft durch den Lufteinlass in die Brennkammer. Ein Teil der Luft wird vom Verwirbler gedreht, und die Kraftstoffdüse sprüht den Kraftstoff in die Brennkammer, um ihn vollständig mit der rotierenden Luft zu vermischen. Dieser Mischvorgang ist für die Verbrennungseffizienz von entscheidender Bedeutung. Durch eine gute Mischung kann der Kraftstoff in kürzester Zeit vollständig verbrennen und eine große Menge Wärmeenergie freisetzen.

Die Brennkammer muss den extrem hohen Temperaturen standhalten können, die während des Verbrennungsprozesses entstehen. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, werden neben der Verwendung hochtemperaturbeständiger Materialien auch eine Reihe von Kühltechnologien eingesetzt. Beispielsweise wird durch die Gestaltung von Kühlkanälen an der Brennkammerwand Kühlluft eingeführt, um die Wandtemperatur zu senken. Gleichzeitig können Wärmedämmschichten die Wärmeübertragung vom Brenngas auf die Brennkammerwand wirksam reduzieren und so die strukturelle Integrität und Lebensdauer der Brennkammer in Hochtemperaturumgebungen gewährleisten. 

Während des Verbrennungsvorgangs müssen die Druckänderungen in der Brennkammer effektiv kontrolliert werden. Einerseits muss sichergestellt werden, dass der durch die Verbrennung erzeugte Druck die Turbine effektiv zum Drehen antreiben kann; andererseits muss verhindert werden, dass übermäßiger Druck Schäden an der Brennkammerstruktur oder andere Sicherheitsprobleme verursacht. Daher muss bei der strukturellen Gestaltung der Brennkammer und der Anpassung der Betriebsparameter die Druckkontrolle berücksichtigt werden und normalerweise in Verbindung mit dem Gesamtsteuerungssystem der Gasturbine gearbeitet werden, um eine stabile Druckumgebung aufrechtzuerhalten.

Ausgangspunkt der Energieumwandlung: Die Brennkammer ist das Startglied der Energieumwandlung in der Gasturbine. Sie wandelt die chemische Energie des Brennstoffs durch Verbrennung in innere Gasenergie mit hoher Temperatur und hohem Druck um und stellt so eine Energiequelle für die nachfolgende Arbeit der Turbine bereit. Wenn die Leistung der Brennkammer schlecht ist, z. B. aufgrund unvollständiger Verbrennung oder geringer Energieumwandlungseffizienz, wirkt sich dies direkt auf die Ausgangsleistung und Effizienz des gesamten Gasturbinensystems aus.
Auswirkungen auf die Systemstabilität: Der Betriebszustand der Brennkammer wirkt sich direkt auf die Stabilität des Gasturbinensystems aus. Ein stabiler Verbrennungsprozess kann sicherstellen, dass die Gasturbine unter verschiedenen Betriebsbedingungen (wie z. B. unterschiedlichen Lasten, Drehzahlen usw.) reibungslos läuft. Wenn die Brennkammer hingegen Probleme wie instabile Verbrennung, Flammenlöschung oder Flammenrückschlag aufweist, kann dies dazu führen, dass die Gasturbine stärker vibriert, die Ausgangsleistung schwankt und sogar Systemausfälle und Sicherheitsunfälle auftreten.