Untersuchung von Verbrennungsinstabilitäten an einem Vormischbrennkammerprüfstand mit Matrixbrenner

 

Motivation

In heutigen Gasturbinen für stationäre Anwendungen wird der Brennkammer aus Effizienz- und Emissionsgründen ein vorgemischtes Brennstoff-/Luftgemisch zugeführt, welches dann mager verbrannt wird. In Betriebsbereichen nahe der mageren Verlöschgrenze können kleine Störungen dazu führen, dass Verlöschen eintritt und eine oszillierende Flamme entsteht. Durch die Interaktion von Wärmefreisetzung und akustischem Schallfeld innerhalb der Brennkammer kann es dann zu sogenannten thermoakustsich induzierten Druckschwingungen kommen, die in einem Maße aufschwingen, dass die mechanische Bauteilintegrität gefährdet und der Verbrennungsprozess gestört wird.
Ziel in diesem Forschungsprjekt ist es, die Mechanismen, die zu diesen instabilen Systemzuständen führen, an einem institusteigenen Vormischbrennkammer-prüfstand (Leistung Pth < 100 KW) zu identifizieren und Maßnahmen zu erarbeiten, die das System hinsichtlich der thermoakustisch induzierten Verbrennungsinstabilitäten beeinflussen können.
Die Auswirkungen auf das Emissionsverhalten von Gasturbinenbrennkammern in Abhängigkeit von Größen, die instabile Verbrennungszustände charakterisieren, sind ebenfalls Untersuchungsgegenstand.

 

Methode

Experimentelle Erfassung charakteristischer Größen zur Identifizierung thermo-akustisch induzierter Verbrennungsinstabilitäten: Schalldruckamplitudenmessung, FFT-Analyse, Temperatur- und Druckmessung, Abgasanalyse, Chemilumineszenz-messungen, PIV, LDA, 1D-Modellierungsansätze.

 

Publikation

Frank Weidner, Manfred Wirsum
Analysis of Combustion Instabilities in a Matrix Burner Test Rig with Premixed Methane-/Air-Combustion
15th International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, Feb. 24-28, 2014, , Honolulu, Hawaii, USA