DE102011075865A1

DE102011075865A1 - Brennkammerseitig verschraubte Brennereinsatzplatte

Info

Publication number: DE102011075865A1
Application number: DE201110075865
Authority: DE
Inventors: Andreas Böttcher; Christopher Grandt; Ljiljana Hanf; Christian Scholz; Holger Streb; Rostislav Teteruk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22
Also published as: WO2012156186A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennereinsatzplatte (12) für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Plenumseite aufweisenden Außenschale (4), wobei die Brennereinsatzplatte (12) eine Öffnung (6) zum Einsetzen eines Brenners (1) aufweist, wobei die Brennereinsatzplatte (12) Vorrichtungen zur Befestigung an der Brennkammerseite der Außenschale (4) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkammer und eine Gasturbine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennereinsatzplatte für eine Gasturbinenbrennkammer. Daneben betrifft die Erfindung eine Brennkammer und eine Gasturbine.
Gasturbinenbrennkammern weisen ein brennerseitiges Ende und ein turbinenseitiges Ende auf. Das turbinenseitige Ende ist offen und ermöglicht ein Ausströmen der in der Brennkammer entstehenden heißen Verbrennungsgase zur Turbine. Am brennerseitigen Ende ist häufig ein Brennereinsatz vorhanden. Der Brenner ist in eine Öffnung des Brennereinsatzes eingesetzt.
In 1 ist ein Ausschnitt aus einer Brennkammer nach dem Stand der Technik in einer Schnittansicht gezeigt. Es ist ein Brenner 1 mit einem Diagonalgitter 2, ein Brennereinsatz 3, welcher den Brenner 1 ringförmig umgibt, und ein Teil der Brennkammerwand 4 zu erkennen. Die Brennkammer ist in einem Brennkammerplenum 5 angeordnet und erstreckt sich ringförmig um eine Turbinenwelle (nicht dargestellt). Der Brenner 1 ist in eine Öffnung 6 des Brennereinsatzes 3 eingesetzt. Der Brennereinsatz 3 grenzt an die Brennkammerwand 4 an und schließt die Brennkammer ab. Der Brennereinsatz 3 umfasst einen Träger 7 der als Nutring ausgebildet ist. Dem Nutring 7 zum Brennkammerinneren 8 hin vorgelagert ist eine Brennereinsatzwand 9 vorhanden, welche gleichzeitig die den Brenner 1 umgebende Abschlusswand der Brennkammer darstellt. Die Brennereinsatzwand 9 weist einen umlaufenden Steg 10 auf, mit dem die Brennereinsatzwand 9 in eine Nut 11 des Nutrings 7 eingesetzt und dort gehalten ist. Zur radialen Führung des Brenners 1 ist in den Nutring 7 ein Kolbenring 21 eingelegt. Der Brenner 1 weist einen Schiebesitz 22 auf, an dem der Kolbenring 21 anliegt.
Während einer geplanten Revision bzw. eines ungeplanten Stillstandes einer Gasturbine müssen Komponenten der Brennkammer zu Revisionszwecken bzw. zur Schaffung der Zugänglichkeit demontiert bzw. montiert werden.
Bislang erfolgt die Brennerdemontage in mehreren aufwändigen Schritten. Zunächst muss außerhalb der Gasturbine die Schottverschraubung des Diagonalgitters gelöst werden. Danach ist man in der Lage das Diagonalgitter soweit von innen aus der Brennkammer zu schieben bis die Verschraubung des Nutrings zugänglich ist. Nach dem Lösen dieser Verschraubung kann der Brennereinsatz zusammen mit dem Nutring entfernt werden. Dadurch ist das Diagonalgitter zugänglich und kann ebenfalls entfernt werden.
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Komponenten der Brennkammer und Brenner im Hinblick auf leichtere Austauschbarkeit zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine vorteilhafte Gasturbinenbrennkammer sowie eine vorteilhafte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch einen Brennereinsatzplatte nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 5 beziehungsweise eine Gasturbine nach Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Brennereinsatzplatte für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Plenumseite aufweisenden Außenschale, wobei die Brennereinsatzplatte eine Öffnung zum Einsetzen eines Brenners aufweist, weist Vorrichtungen zur Befestigung der Brennereinsatzplatte an der Brennkammerseite der Außenschale auf. Um den aufwändigen Montage- und Demontageprozess des Brenners zu vereinfachen, soll der Brennereinsatz nämlich nicht mehr durch den Nutring in der Außenschale der Brennkammer gehalten werden. Stattdessen soll die Brennereinsatzplatte nach der Erfindung selbst mit der Außenschale verbunden werden.
Somit ist es möglich, die Brennereinsatzplatte in einem Schritt von innen zu demontieren. Im Anschluss ist das Diagonalgitter ohne vorherige Verschiebung zugänglich und kann entfernt werden.
Zweckmäßiger Weise sind die Vorrichtungen zur Befestigung Löcher, die vorteilhafter Weise in aus der Brennereinsatzplatte herausragenden Positionierelementen vorgesehen sind.
Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Positionierelemente zylinderförmig sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einer Gasturbinenbrennkammer mit einer Außenschale, die Öffnungen für Brennereinsatzplatten aufweist, wenigstens eine Brennereinsatzplatte nach der Erfindung an einer Öffnung angeordnet.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Positionierelemente der Außenschale zugewandt sind.
Vorteilhafter Weise ist die Brennereinsatzplatte mit der Außenschale verschraubt, wodurch eine einfache Montage und Demontage möglich ist.
Vorteilhafter Weise ist die Verschraubung federnd gelagert, damit die thermische Dehnung der Brennereinsatzplatte während des Betriebs ausgeglichen und die Brennereinsatzplatte weiterhin vorgespannt bleibt.
Eine federnde Lagerung kann vorteilhafter Weise durch Tellerfederpakete erfolgen. Die Verschraubung ist von innen gekühlt, um die thermischen Lasten auf die Schraube niedrig zu halten.
Es ist vorteilhaft, wenn, bezogen auf die Brennerlängsachse, zur radialen Führung eines Brenners in die Öffnung der Außenschale ein Kolbenring eingelegt ist. Der zuvor in den Nutring eingelegte Kolbenring wird somit in die Öffnung der Außenschale selbst eingelegt und übernimmt so die radiale Führung des Brenners.
Es ist zweckmäßig, wenn der Brenner einen Schiebesitz aufweist, an dem der Kolbenring anliegt, wenn der Brenner in die Brennereinsatzplatte eingebaut ist. Im Vergleich zum Stand der Technik muss, da der Nutring wegfällt, der Durchmesser für den Schiebesitz am Brenner vergrößert werden.
Eine erfindungsgemäße Gasturbine ist mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkammer ausgestattet, die als erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer ausgestaltet ist. Eine derartige Gasturbine ermöglicht es, die Vorteile einer Brennkammer mit erfindungsgemäßer Brennereinsatzplatte zu realisieren, d.h. eine schnellere und einfachere Montage/Demontage von Brenner oder Brennereinsatzplatte und der Wegfall von Komponenten.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
1 einen Ausschnitt aus einer Brennkammer mit einer Brennereinsatzwand nach dem Stand der Technik im Schnitt,
2 einen Ausschnitt aus einer Brennkammer aus anderer Perspektive mit einer Brennereinsatzplatte nach der Erfindung im Schnitt,
3 eine eingebaute Brennereinsatzplatte nach der Erfindung in der Draufsicht,
4 die der Außenschale zugewandte Seite der Brennereinsatzplatte nach der Erfindung und
5 ein Tellerfederpaket für die Befestigung der Brennereinsatzplatte nach der Erfindung an der Außenschale der Brennkammer.
Die 2 zeigt einen Schnitt durch eine in die Außenschale 4 einer Brennkammer geschraubten Brennereinsatzplatte 12 nach der Erfindung mit Brenner 1. Im Unterschied zum Brennereinsatz 3 der 1 mit Nutring 7 und Brennereinsatzwand 9 wird die Brennereinsatzplatte 12 nicht mehr über einen Nutring 7 in der Öffnung der Außenwand 4 gehalten, sondern über Schrauben 13 in dafür vorgesehenen Löchern 14 in der Brennereinsatzplatte 12. 3 zeigt hierzu eine Draufsicht.
4 zeigt die Brennereinsatzplatte 12 nach der Erfindung von der der Außenschale 4 zugewandten Seite mit zylindrischen Positionierelementen 15, in denen die Löcher 14 zur Befestigung vorgesehen sind. Die Positionierelemente 15 können auch jede andere geeignete Form aufweisen.
Für die Befestigung der Brennereinsatzplatte 12 in der Außenschale 4 ist aufgrund der Temperaturänderungen eine federnd gelagerte Verschraubung vorgesehen. Die 5 zeigt ein hierzu geeignetes Tellerfederpaket 16. Eine Gussschraube 17 wird durch die Tellerfedern 18 hindurch in eine Druckplatte 19 geschraubt. Die Druckplatte 19 ist mit einem Sicherungsring 20 im Tellerfederpaket 16 gegen Verlieren gesichert. Die Sicherung wird nur benötigt, wenn die Schraube 17 nicht im Eingriff ist. Das Tellerfederpaket 16 wird bei Erstmontage kaltgasseitig an der Außenschale 4 verstemmt.

Claims

Brennereinsatzplatte (12) für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Plenumseite aufweisenden Außenschale (4), wobei die Brennereinsatzplatte (12) eine Öffnung (6) zum Einsetzen eines Brenners (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennereinsatzplatte (12) Vorrichtungen zur Befestigung an der Brennkammerseite der Außenschale (4) aufweist.
Brennereinsatzplatte (12) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtungen zur Befestigung Löcher (14) sind.
Brennereinsatzplatte (12) nach Anspruch 2, wobei die Löcher (4) in aus der Brennereinsatzplatte (12) herausragenden Positionierelementen (15) vorgesehen sind.
Brennereinsatzplatte (12) nach Anspruch 3, wobei die Positionierelemente (15) zylinderförmig sind.
Gasturbinenbrennkammer mit einer Außenschale (4), welche Öffnungen für Brennereinsatzplatten (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brennereinsatzplatte (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Öffnung angeordnet ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 5, wobei die Positionierelemente (15) nach Anspruch 3 oder 4 der Außenschale (4) zugewandt sind.
Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Brennereinsatzplatte (12) mit der Außenschale (4) verschraubt ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 7, wobei die Verschraubung federnd gelagert ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 8, wobei Tellerfederpakete (16) für die federnde Verschraubung vorgesehen sind.
Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei bezogen auf die Brennerlängsachse zur radialen Führung eines Brenners (1) in die Öffnung der Außenschale (4) ein Kolbenring (21) eingelegt ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 10, wobei der Brenner (1) einen Schiebesitz (22) aufweist, an dem der Kolbenring (21) anliegt, wenn der Brenner (1) in die Brennereinsatzplatte (12) eingebaut ist.
Gasturbine mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 5 bis 11.