| Zur Erzielung niedriger NOX- Emissionen in den Brennkammern stationärer Gasturbinen werden heute fast ausschließlich Vormischflammen eingesetzt. Diese zeigen jedoch u.U. unerwünschte thermoakustische Flammenschwingungen.Ferner ist es zur Entwicklung schadstoffärmerer Brennkammern nötig, deren Betriebsbereich hin zu magereren Gemischen zu erweitern. Am Institut für Thermische Strömungsmaschinen (ITS) wird in diesem Kontext seit dem Jahr 1998 ein Gasturbinenbrenner des Projektpartners experimentell untersucht. Dazu existiert am ITS ein atmosphärischer Prüfstand, welcher im Kern einen Gasbrenner in Originalgröße nebst Brennkammer enthält. Die zum Betrieb benötigte Infrastruktur umfasst eine Luftversorgung mit elektrischer Luftvorheizung, eine Hochdruck - Erdgasversorgung sowie einen Abgastrakt. Das Institut verfügt neben konventioneller Sondenmesstechnik über Lasermesstechniken zur Messung der Strömungsgrößen und Detektion der Flamme. In den Jahren 1998 bis 2001 wurde eine erste Variante des Verbrennungsprüfstandes im Rahmen eines Vorgängerprojektes konstruiert, betrieben und detailliert untersucht. Wichtige Teilergebnisse wurden von Schildmacher und Koch zusammengefasst. Der Fokus dieser Forschungsarbeiten lag auf der experimentellen Charakterisierung der Instabilitäten der mageren Vormischflamme in stationären Gasturbinen-Brennkammern. Die dazu konstruierte Brennkammer zeigte u.a. auf Grund ihrer keramischen Auskleidung einen von der technischen Anwendung signifikant abweichenden Stabilitätsbereich. Beispielsweise ließen sich keine stationären Zustände der Flamme in der Nähe der Magerverlöschgrenze einstellen, die thermoakustische Effekte aufwiesen. Daher konnten Flammeninstabilitäten ausschließlich in gegenüber dem Auslegungszustand fetteren Betriebsbereichen untersucht werden. Insbesondere wurde weitgehend auf die in der technischen Anwendungübliche Pilotierung der Vormischflamme verzichtet, da die Pilotierung im Experiment nur geringe Auswirkungen auf die Magerverlöschgrenze und auf die Flammenstabilität hatte. Die Messungen lieferten orts- und phasenaufgelöste Geschwindigkeits-, Turbulenz- und Mischungsfelder in der Brennkammer. Dadurch konnten wesentliche Erkenntnisse über thermoakustische Schwingungsmodi gewonnen werden. Sie wurden zum Einen zur Validierung von numerischen Untersuchungen eingesetzt. Zum Anderen gelangen mit Hilfe der Messdaten direkte Rückschlüsse über Art und Entstehung der beobachteten Instabilitäten. |
