EP2487417B1 - Brennkammergehäuse - Google Patents

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EP2487417B1
EP2487417B1 EP11153769.2A EP11153769A EP2487417B1 EP 2487417 B1 EP2487417 B1 EP 2487417B1 EP 11153769 A EP11153769 A EP 11153769A EP 2487417 B1 EP2487417 B1 EP 2487417B1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
shell
wear
outer shell
projection
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Andreas Dr. Böttcher
Christopher Grandt
Thomas Kunadt
Wilhelm Scheidtmann
Holger Streb
Daniel Vogtmann
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Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/60—Support structures; Attaching or mounting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00012—Details of sealing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber housing which is formed by a combustion chamber outer shell with a shell interior and a combustion chamber inner shell with a shell interior.
  • a gas turbine has a rotor rotatably mounted about a rotation axis with a shaft.
  • a rotor rotatably mounted about a rotation axis with a shaft.
  • an intake housing a compressor
  • a combustion chamber for example an annular combustion chamber
  • a combustion chamber housing for guiding hot gas and with a plurality of coaxially arranged burners
  • a turbine and an exhaust housing.
  • the combustion chamber housing is formed by an annular combustion chamber outer shell and a combustion chamber inner shell.
  • these L-rings tend in operation to strong scaling.
  • wear between the L-rings and the Brennschau- ⁇ enschale or the combustion chamber inner shell takes place.
  • the pressure plate is also characterized by high susceptibility to wear and thus short life. Due to the high wear, therefore, the sealing plate with the L-rings on the combustion chamber housing must be frequently replaced. The assembly of these components on the combustion chamber housing is very tedious and very difficult.
  • Such a construction is for example from the document EP 1 312 865 A known.
  • the object of the invention is to provide a combustion chamber housing which avoids the disadvantages described above.
  • Combustor inner shell is formed with a shell interior, the combustion chamber outer shell and the inner combustion chamber each having an open, continuous, circumferential recess to the shell interior, wherein in these recesses, a two-part wear strip is provided, wherein the wear strip with the combustion chamber outer shell and the combustion chamber inner shell is detachably connected, the following is achieved:
  • the wear strip consists of a first wear ring and a second wear ring, wherein the first wear ring has a projection, and the second wear ring has a groove corresponding to the projection, so that the projection can be introduced into the groove, and the projection thereby fixable in the groove is.
  • combustion chamber inner shell and combustion chamber outer shell can be easily positioned in the assembly and connected because they can be centered by the projection and the groove easy to each other (self-centering connection).
  • a Dehnspalte is provided between the projection and the groove corresponding to the projection. As a result, temperature-induced expansions of the material can be better compensated.
  • the first wear ring is provided in the recess belonging to the combustion chamber outer shell, wherein the first wear ring is bolted to the combustion chamber outer shell and the second wear ring in the recess belonging to the combustion chamber inner shell, wherein the second wear ring bolted to the combustion chamber inner shell.
  • the first wear ring is provided in the recess belonging to the combustion chamber inner shell, wherein the first wear ring is bolted to the combustion chamber inner shell and the second wear ring in the recess belonging to the combustion chamber outer shell, wherein the second wear ring is bolted to the combustion chamber outer shell.
  • a gas turbine comprises a combustion chamber housing according to the invention.
  • a gas turbine plant 1 according to FIG. 1 has a compressor 2 for combustion air, a combustion chamber 4 and a turbine 6 for driving the compressor 2 and a generator, not shown.
  • the combustion chamber 4 is provided with a number of Burners 10 equipped for the combustion of a liquid or gaseous fuel. It also has a combustion chamber outer shell 20 and a combustion chamber inner shell 30, also called hub on.
  • the turbine 6 has a number of rotatable blades 12.
  • the rotor blades 6 serve to drive the turbine shaft 8 by momentum transfer from the turbine 6 flowing through the working medium M.
  • the vanes 14, however, serve to guide the flow of the working medium M between two in the flow direction of the working medium M. seen consecutive blade rows or blade rings.
  • the invention relates to the area designated 11 and is in the FIGS. 2 and 3 described.
  • Fig. 2 1 shows a detail of a combustion chamber outer shell 20 with a shell interior and a combustion chamber inner shell 30 with a shell interior.
  • the combustion chamber outer shell 20 and the combustion chamber inner shell 30 have open to one end face 5, continuous, circumferential recesses 27,37, which point to the shell interior.
  • a wear strip is provided in this recess 27,37 .
  • the wear strip consists of a first wear ring 25 and a second wear ring 35.
  • the first wear ring 25 has a projection 26, while the second wear ring 35 has a groove 36 corresponding to the projection 26.
  • the projection 26 can be introduced into the groove 36.
  • the projection 26 slips into the groove 36, so that a centering of the combustion chamber outer shell 20 takes place to the combustion chamber inner shell 30.
  • This simplified centering saves a lot of assembly time.
  • the protrusion 26 with the groove 36 fixes the combustion chamber outer shell 20 to the combustion chamber inner shell 30 during operation.
  • the wear strip 25 is attached with screws 40 in the recess 27 of the combustion chamber outer shell 20 that is open to the front side 5.
  • the wear strip 35 is also with screws 40 in the for End face 5 open recess 37 of the combustion chamber inner shell 30 is attached. Instead of screws 40 can also be used any other releasable connection.
  • the screws 40 can be loosened and the wear rings 25, 35 exchanged.
  • the wear rings 25 and 35 can be easily removed in the event of wear.
  • the wear rings 25 and 35 can have a large amount of material in their thickness and length, so that the wear rings 25 and 35 have a long service life.
  • the wear now also takes place only in the two wear rings 25 and 35 and no longer, as in the prior art, between the L-rings and the combustion chamber outer shell 20 and the combustion chamber inner shell 30. This also increases the life of the combustion chamber outer shell 20 and Combustor inner shell 30.
  • Between the projection 26 and the groove 36 may be an expansion column 41, which compensates for thermal expansion during operation.
  • FIG. 3 shows a detail of the end face 5 of a combustion chamber housing according to the invention.
  • Screws 40 are distributed equidistantly over the wear ring 25, as well as screws 40 are equidistantly distributed over the wear ring 35.
  • the screws 40 of the first wear ring 25 can be arranged offset to the screws 40 of the second wear ring 35.
  • any other releasable connections can be used.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Gasket Seals (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennkammergehäuse, welches durch eine Brennkammeraußenschale mit einem Schaleninneren und eine Brennkammerinnenschale mit einem Schaleninneren gebildet ist.
  • Eine Gasturbine weist einen um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor mit einer Welle auf. Entlang dem Rotor folgen aufeinander ein Ansauggehäuse, ein Verdichter, eine Brennkammer (beispielsweise eine Ringbrennkammer) mit einem Brennkammergehäuse zum Führen von Heißgas und mit mehreren koaxial angeordneten Brennern, eine Turbine und ein Abgasgehäuse.
  • Das Brennkammergehäuse wird durch eine ringförmige Brennkammeraußenschale und eine Brennkammerinnenschale gebildet. Dabei werden die Brennkammeraußenschale und eine Brennkammerinnenschale stirnseitig, das heißt stromaufwärts, bislang über ein Andrückblech mit zwei L-Ringen verbunden. Diese L-Ringe neigen jedoch im Betrieb zu starker Verzunderung. Auch findet ein Verschleiß zwischen den L-Ringen und der Brennkammerau-βenschale bzw. der Brennkammerinnenschale statt. Das Andrückblech zeichnet sich ebenfalls durch hohe Verschleißanfälligkeit und damit kurze Lebensdauer aus. Aufgrund des hohen Verschleißes muss daher das Dichtblech mit den L-Ringen am Brennkammergehäuse häufig getauscht werden. Die Montage dieser Komponenten am Brennkammergehäuse ist jedoch sehr langwierig und auch sehr schwer.
  • Eine solche Bauweise ist zum Beispiel aus dem Dokument EP 1 312 865 A bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Brennkammergehäuse anzugeben, welches die oben beschriebenen Nachteile vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Angabe eines Brennkammergehäuses gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Durch ein Brennkammergehäuse, welches durch eine Brennkammeraußenschale mit einem Schaleninneren und eine
  • Brennkammerinnenschale mit einem Schaleninneren gebildet ist, wobei die Brennkammeraußenschale und die Brennkammerinnenschale jeweils eine zu einer Stirnseite offene, durchgängige, umlaufende Aussparung zu dem Schaleninneren aufweisen, wobei in diesen Aussparungen eine zweiteilige Verschleißleiste vorgesehen ist, wobei die Verschleißleiste mit der Brennkammeraußenschale als auch mit der Brennkammerinnenschale lösbar verbunden ist, wird folgendes erreicht:
  • Durch die Anbringung der Verschleißleiste in der zu einer Stirnseite offenen, durchgängigen, umlaufenden Aussparung und die lösbare Verbindung dieser Verschleißleiste ist diese bei Verschleißerscheinungen einfach abzumontieren. Ebenso einfach kann eine neue Verschleißleiste hinmontiert werden. Die Verschleißleiste kann bei der Revision daher einfach ausgetauscht werden. Der Austausch der Verschleißleiste ist im Hinblick auf die Montagekosten wesentlich kostengünstiger als ein Austausch der L-Ringe im Stand der Technik. Zudem kann eine solche Verschleißleiste sehr dick ausgeführt werden, was die Lebensdauer einer solchen Verschleißleiste wesentlich erhöht. Zudem findet der Verschleiß nur noch an der austauschbaren Verschleißleiste statt, und nicht mehr wie im Stand der Technik zwischen den L-Ringen und der Brennkammerinnenschale bzw. Brennkammeraußenschale.
  • Vorteilhafterweise besteht die Verschleißleiste aus einem ersten Verschleißring und einem zweiten Verschleißring, wobei der erste Verschleißring einen Vorsprung aufweist, und der zweite Verschleißring eine zum Vorsprung korrespondierende Nut aufweist, so dass der Vorsprung in die Nut einbringbar ist, und der Vorsprung dadurch in der Nut fixierbar ist. Dadurch können Brennkammerinnenschale und Brennkammeraußenschale leicht in der Montage positioniert und verbunden werden, da sie sich durch den Vorsprung und die Nut einfach zueinander zentrieren lassen (selbstzentrierende Verbindung).
  • Vorteilhafterweise ist zwischen dem Vorsprung und der zum Vorsprung korrespondierenden Nut eine Dehnspalte vorgesehen. Dadurch können temperaturbedingte Ausdehnungen des Materials besser kompensiert werden.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist der erste Verschleißring in der zur Brennkammeraußenschale gehörenden Aussparung vorgesehen, wobei der erste Verschleißring mit der Brennkammeraußenschale verschraubt ist und der zweite Verschleißring in der zur Brennkammerinnenschale gehörenden Aussparung, wobei der zweite Verschleißring mit der Brennkammerinnenschale verschraubt. Alternativ ist der erste Verschleißring in der zur Brennkammerinnenschale gehörenden Aussparung vorgesehen, wobei der erste Verschleißring mit der Brennkammerinnenschale verschraubt ist und der zweite Verschleißring in der zur Brennkammeraußenschale gehörenden Aussparung, wobei der zweite Verschleißring mit der Brennkammeraußenschale verschraubt ist. Eine solche Schraubverbindung lässt sich leicht lösen und kann zudem temperaturbeständig ausgebildet sein. Auch andere lösbare Verbindungen sind jedoch vorstellbar.
  • Zweckmäßiger Weise umfasst eine Gasturbine ein Brennkammergehäuse gemäß der Erfindung.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren 1 bis 3.
    • Figur 1
    zeigt einen Halbschnitt durch eine Gasturbinenanlage.
    Figur 2
    zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Brennkammergehäuses.
    Figur 3
    zeigt ausschnittsweise die Stirnseite eines erfindungsgemäßen Brennkammergehäuses.
  • Eine Gasturbinenanlage 1 gemäß Figur 1 weist einen Verdichter 2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine Turbine 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht dargestellten Generators auf. Die Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern 10 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt. Sie weist zudem eine Brennkammeraußenschale 20 und eine Brennkammerinnenschale 30, auch Nabe genannt, auf.
  • Die Turbine 6 weist eine Anzahl rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Weiterhin umfasst die Turbine 6 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 14. Die Laufschaufeln 12 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbine 6 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinander folgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen. Die Erfindung betrifft den mit 11 bezeichneten Bereich und wird in den Figuren 2 und 3 beschrieben.
  • Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine Brennkammeraußenschale 20 mit einem Schaleninneren und eine Brennkammerinnenschale 30 mit einem Schaleninneren. Die Brennkammeraußenschale 20 als auch die Brennkammerinnenschale 30 weisen zu einer Stirnseite 5 offene, durchgängige, umlaufende Aussparungen 27,37 auf, welche zu dem Schaleninneren zeigen. In dieser Aussparung 27,37 ist eine Verschleißleiste vorgesehen. Die Verschleißleiste besteht dabei aus einem ersten Verschleißring 25 und einem zweiten Verschleißring 35. Der erste Verschleißring 25 weist einen Vorsprung 26 auf, während der zweite Verschleißring 35 eine zum Vorsprung 26 korrespondierende Nut 36 aufweist. Der Vorsprung 26 ist in die Nut 36 einbringbar. Beim Montieren der Brennkammeraußenschale 20 zu der Brennkammerinnenschale 30, rutscht der Vorsprung 26 in die Nut 36 ein, so dass eine Zentrierung der Brennkammeraußenschale 20 zu der Brennkammerinnenschale 30 stattfindet. Diese vereinfachte Zentrierung erspart viel Montagezeit. Zudem fixiert der Vorsprung 26 mit der Nut 36 im Betrieb die Brennkammeraußenschale 20 zu der Brennkammerinnenschale 30. Die Verschleißleiste 25 ist mit Schrauben 40 in der zur Stirnseite 5 offenen Aussparung 27 der Brennkammeraußenschale 20 angebracht. Die Verschleißleiste 35 ist ebenfalls mit Schrauben 40 in der zur Stirnseite 5 offenen Aussparung 37 der Brennkammerinnenschale 30 angebracht. Anstatt Schrauben 40 kann auch eine beliebige andere lösbare Verbindung herangezogen werden. Wird nun ein Verschleiß bei dem Verschleißring 25 bzw. 35 oder den beiden Verschleißringen 35 und 25 festgestellt, so können die Schrauben 40 gelöst und die Verschleißringe 25,35 ausgetauscht werden. Durch die Anbringung der Verschleißringen 35 und 25 an den zur Stirnseite 5 offenen, durchgängigen, umlaufenden Aussparungen 27 und 37 und die lösbare Schraubverbindung können die Verschleißringe 25 und 35 bei Verschleißbefund einfach abmontiert werden. Auch können die Verschleißringe 25 und 35 in ihrer Dicke und Länge sehr viel Material aufweisen, so dass die Verschleißringe 25 und 35 eine hohe Lebensdauer aufweisen. Der Verschleiß findet nun zudem lediglich bei den beiden Verschleißringen 25 und 35 statt und nicht mehr, wie im Stand der Technik, zwischen den L-Ringen und der Brennkammeraußenschale 20 bzw. der Brennkammerinnenschale 30. Dies erhöht auch die Lebensdauer der Brennkammeraußenschale 20 bzw. der Brennkammerinnenschale 30. Zwischen den Vorsprung 26 und der Nut 36 kann eine Dehnspalte 41 vorhanden sein, welche thermische Ausdehnungen im Betrieb kompensiert.
  • Figur 3 zeigt ausschnittsweise die Stirnseite 5 eines erfindungsgemäßen Brennkammergehäuses. Schrauben 40 sind dabei äquidistant über den Verschleißring 25 verteilt, ebenso wie Schrauben 40 äquidistant über den Verschleißring 35 verteilt sind. Dabei können die Schrauben 40 des ersten Verschleißringes 25 versetzt zu den Schrauben 40 des zweiten Verschleißringes 35 angeordnet sein. Anstatt Schrauben 40 können auch beliebig andere, lösbare Verbindungen herangezogen werden.

Claims (6)

  1. Brennkammergehäuse, welches durch eine Brennkammeraußenschale (20) mit einem Schaleninneren und eine Brennkammerinnenschale (30) mit einem Schaleninneren gebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammeraußenschale (20) und die Brennkammerinnenschale (30) jeweils eine zu einer Stirnseite (5) offene, durchgängige, umlaufende Aussparung (27,37) zu dem Schaleninneren aufweisen, wobei in diesen Aussparungen (27,37) eine zweiteilige Verschleißleiste vorgesehen ist, wobei die Verschleißleiste mit der Brennkammeraußenschale (20) als auch mit der Brennkammerinnenschale (30) lösbar verbunden ist.
  2. Brennkammergehäuse nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißleiste aus einem ersten Verschleißring (25) und einem zweiten Verschleißring (35) besteht, wobei der erste Verschleißring (25) einen Vorsprung (26) aufweist und der zweite Verschleißring (35) eine zum Vorsprung (26) korrespondierende Nut (36) aufweist, so dass der Vorsprung (26) in die Nut (36) einbringbar ist, und der Vorsprung (26) dadurch in der Nut (36) fixierbar ist.
  3. Brennkammergehäuse nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Vorsprung (26) und der zum Vorsprung (26) korrespondierenden Nut (36) eine Dehnspalte (41) vorgesehen ist.
  4. Brennkammergehäuse nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschleißring (25) in der zur Brennkammeraußenschale (20) gehörenden Aussparung (27) vorgesehen ist und wobei der erste Verschleißring (25) mit der Brennkammeraußenschale (20) verschraubt ist und der zweite Verschleißring (35) in der zur Brennkammerinnenschale (30) gehörenden Aussparung vorgesehen ist und wobei der zweite Verschleißring (35) mit der Brennkammerinnenschale (30) verschraubt ist.
  5. Brennkammergehäuse nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verschleißring (25) in der zur Brennkammerinnenschale (30) gehörenden Aussparung (37) vorgesehen ist und wobei der erste Verschleißring (25) mit der Brennkammerinnenschale (30) verschraubt ist und der zweite Verschleißring (35) in der zur Brennkammeraußenschale (20) gehörenden Aussparung (27) vorgesehen ist und wobei der zweite Verschleißring (35) mit der Brennkammeraußenschale (20) verschraubt ist.
  6. Gasturbine mit einem Brennkammergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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