WO2016173920A1 - Heissgasführendes gehäuse - Google Patents

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WO2016173920A1
WO2016173920A1 PCT/EP2016/058891 EP2016058891W WO2016173920A1 WO 2016173920 A1 WO2016173920 A1 WO 2016173920A1 EP 2016058891 W EP2016058891 W EP 2016058891W WO 2016173920 A1 WO2016173920 A1 WO 2016173920A1
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housing
wall
hot gas
slots
gas turbine
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PCT/EP2016/058891
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Milan Schmahl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03342—Arrangement of silo-type combustion chambers

Definitions

  • Housing inner wall and the outside by a provided with at least one hot gas inlet opening housing outer wall is limited, at its one end face by a the
  • housing inner wall and the housing outer wall with each other verbin ⁇ ing housing end wall is closed and at its other end face has an annular H disclosegasauslassö réelle, projecting from the housing inner wall, an annular fastening web radially inwardly.
  • the present He ⁇ invention a gas turbine plant with a a compressor and a turbine receiving gas turbine housing, a passing through the gas ⁇ turbine housing and the compressor and the turbine interconnecting shaft and at least one is arranged outside the gas turbine housing combustion chamber arranged above into the gas turbine housing hot gas ⁇ leading housing of the aforementioned type is fluidly connected to the gas turbine housing, wherein the shaft of the housing inner wall of the hot gas-carrying housing surrounded and between the housing inner wall and the shaft, a hollow cylindrical shaft protection jacket is arranged, the egg ⁇ nen outwardly projecting and with a den Fastening web of the hot gas-carrying housing receiving circumferential groove provided annular shoulder, which is spaced by a predetermined amount in the radial direction of the housing
  • Compressor and a turbine are included, with the compressor and turbine are connected by a shaft. Furthermore, several combustion chambers are provided which, for example, example arranged in the form of silo separation chambers on both sides of the gas turbine housing and fluidly connected via a gas turbine housing used in the hot gas Ge ⁇ housing with the interior of the gas turbine housing.
  • the hot gas-carrying housing comprises a hot gas duct with an annular cross-section, which is internally through a
  • Housing inner wall and the outside by a housing outer wall be ⁇ limited , which is provided with a plurality of hot gas inlet openings, the number of which normally corresponds to the number of combustion chambers.
  • the hot gas channel has a ring ⁇ shaped H contemplatgasauslassö réelle, as there hot gas leading housing is disposed within the gas turbine housing such that the housing end wall to the compressor and the hot ⁇ gas outlet opening in the direction of the turbine has.
  • To fix the hot gas-carrying housing within the Turbinenge ⁇ housing is from the housing inner wall an annular fastening web radially inwardly, which engages in a circumferential groove of an annular shoulder of a hollow cylindrical Wellentikman- tels, which is arranged between the housing inner wall of the hot gas ⁇ leading housing and the shaft , which is bordered by the housing inner wall of the hot gas-carrying housing.
  • a fuel-air mixture is burned, whereupon initiated the hot and pressurized combustion gases from the combustion chambers via the hot gas-carrying housing in the Gastur ⁇ binenstrom and led to the turbine in which the Set shaft in rotation.
  • the compressor provides the combustion air required for the combustion.
  • part of the compressed air emerging from the compressor is mostly used as cooling fluid for cooling thermally stressed components of the gas turbine plant.
  • a thermally stressed component is, inter alia, the housing inner wall of the hot gas-carrying housing. This is cooled by compressed ambient air is passed through a cooling channel, which is defi ⁇ ned between the wave protective jacket and the housing inner wall of the hot gas-carrying housing.
  • a problem with the cooling of the housing inner wall of the hot gas ⁇ leading housing is that cracks often occur in the transition region between the housing inner wall and the fastening web on ⁇ due to thermal stresses especially in the housing inner wall, which regularly undergo extensive and expensive maintenance and repair work by itself.
  • the thermal stresses are due to large temperature differences between the mounting bar and the inside of the
  • the present invention provides a hot gas-carrying housing of the type mentioned, which is characterized in that the fastening web is provided along its circumference with a plurality of the fastening web in the axial direction severing slots, each having at least a first slot portion, starting from extends outwardly from the free end of the fastening web.
  • Such slots which are produced according to the invention preferably by means of water jet cutting, act as discharge sections and compensate for thermally induced tightening ⁇ voltages in the transition region between the housing inner wall and the fastening web. Investigations have shown that the slot load change number can be improved many times thanks to the arrangement of such slots.
  • the second slot sections preferably extend at least partially in the circumferential direction.
  • At least some of the slots, in particular ⁇ all slots are formed substantially T-shaped.
  • recesses Preferably close to the free ends of the second slot sections recesses, in particular circular recesses. Such recesses also serve to reduce the notch effect.
  • the second slot sections and / or the Schlitzendab ⁇ sections advantageously have a width between 0.05 and 1.5 mm, in particular in the range of 0.1 to 0.5 mm.
  • the fastening web is provided with a plurality of elongated passage openings, the number of which, in particular, the number of slots corresponds, wherein the passage openings preferably the
  • Slits intersect, wherein crossing through openings and slots in particular form a T-shape.
  • Such passage openings serve to guide a cooling fluid through the fastening web.
  • the buildin ⁇ actuation ridge is therefore cooled directly.
  • the passage openings preferably extend substantially in the circumferential direction.
  • the passage openings have a width in the range of 3 to 10 mm, in particular in the range of 4 to 6 mm.
  • the free end portions of the through holes are formed ⁇ advantageous way of rounded in order to reduce the notch effect, wherein the radially outer portions of the free end portions in particular in each describe the shape of a parabola half. Studies have shown that providing a parabolic curve with respect to the notch effect gives better results than, say, an ice arch ⁇ shaped rounding.
  • the present invention further provides a gas turbine plant with a gas turbine housing accommodating a compressor and a turbine, a shaft passing through the gas turbine housing and connecting the compressor and the turbine to each other and at least one combustion chamber arranged outside the gas turbine housing in the gas turbine housing angeord ⁇ netes hot gas carrying housing according to the present inven ⁇ tion fluidly connected to the gas turbine housing is connected ⁇ sen, wherein the shaft enclosed by the housing inner wall of the hot ⁇ gas-conducting housing and between the
  • Housing inner wall and the shaft is a hollow cylindrical shaft protection jacket is arranged, which has an outwardly projecting and provided with a fastening web of the hot gas Ge ⁇ housing receiving circumferential groove annular shoulder on has, by a predetermined amount in the radial direction of the housing inner wall of the hot gas-carrying housing
  • Housing inner wall a hollow cylindrical trained and provided with cooling air openings blast protective jacket, which is attached to the shaft protection casing.
  • a protective radiation jacket serves to prevent a transfer of heat from the housing inner wall in the direction of the shaft.
  • an impingement cooling ⁇ the housing inner wall of the hot gas-carrying housing through the cooling air openings, which achieves a very effective cooling action.
  • the jet shield is immediately adjacent to or directly attached to the annular shoulder. As a result, the impingement air cooling also cools the transition region between the inner housing wall of the hot gas-conducting housing and the fastening web projecting from it.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein heißgasführendes Gehäuse (7) umfassend einen Heißgaskanal (8) mit ringförmigem Querschnitt, wobei der Heißgaskanal (8) innen durch eine Gehäuseinnenwand (9) und außen durch eine mit zumindest einer Heißgaseinlassöffnung (11) versehenen Gehäuseaußenwand (10) begrenzt ist, an seiner einen Stirnseite durch eine die Gehäuseinnenwand (9) und die Gehäuseaußenwand (10) miteinander verbindende Gehäusestirnwand (12) verschlossen ist und an seiner anderen Stirnseite eine ringförmige Heißgasauslassöffnung (13) aufweist, wobei von der Gehäuseinnenwand (9) ein ringförmiger Befestigungssteg (14; 43) radial einwärts vorsteht, wobei der Befestigungssteg (14; 43) entlang seines Umfangs mit mehreren den Befestigungssteg (14; 43) in axialer Richtung durchtrennenden Schlitzen (15; 30; 34; 39; 44) versehen ist, die jeweils zumindest einen ersten Schlitzabschnitt (16; 31; 35; 40) aufweisen, der sich ausgehend von dem freien Ende des Befestigungsstegs (14; 43) auswärts erstreckt. Ferner betrifft die Erfindung eine Gasturbinenanlage (1) mit einem solchen heißgasführenden Gehäuse (7).

Description

Beschreibung
Heißgasführendes Gehäuse Die vorliegende Erfindung betrifft ein heißgasführendes Ge¬ häuse umfassend einen Heißgaskanal mit ringförmigem Quer¬ schnitt, wobei der Heißgaskanal innen durch eine
Gehäuseinnenwand und außen durch eine mit zumindest einer Heißgaseinlassöffnung versehenen Gehäuseaußenwand begrenzt ist, an seiner einen Stirnseite durch eine die
Gehäuseinnenwand und die Gehäuseaußenwand miteinander verbin¬ dende Gehäusestirnwand verschlossen ist und an seiner anderen Stirnseite eine ringförmige Heißgasauslassöffnung aufweist, von der Gehäuseinnenwand ein ringförmiger Befestigungssteg radial einwärts vorsteht. Ferner betrifft die vorliegende Er¬ findung eine Gasturbinenanlage mit einem einen Verdichter und eine Turbine aufnehmenden Gasturbinengehäuse, einer das Gas¬ turbinengehäuse durchsetzenden und den Verdichter und die Turbine miteinander verbindenden Welle und zumindest einer außerhalb des Gasturbinengehäuses angeordneten Brennkammer, die über ein in dem Gasturbinengehäuse angeordnetes heißgas¬ führendes Gehäuse der zuvor genannten Art strömungstechnisch an das Gasturbinengehäuse angeschlossen ist, wobei die Welle von der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses einge- fasst und zwischen der Gehäuseinnenwand und der Welle ein hohlzylindrischer Wellenschutzmantel angeordnet ist, der ei¬ nen auswärts vorstehenden und mit einer den Befestigungssteg des heißgasführenden Gehäuses aufnehmenden Umfangsnut versehenen Ringabsatz aufweist, der um ein vorbestimmtes Maß in radialer Richtung von der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses beabstandet ist.
Gasturbinenanlagen mit heißgasführenden Gehäusen der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. Sie umfassen normalerweise ein Gasturbinengehäuse, in dem ein
Verdichter und eine Turbine aufgenommen sind, wobei Verdichter und Turbine durch eine Welle miteinander verbunden sind. Ferner sind mehrere Brennkammern vorgesehen, die beispiels- weise in Form von Silobrennkammern zu beiden Seiten des Gasturbinengehäuses angeordnet und strömungstechnisch über ein in das Gasturbinengehäuse eingesetztes heißgasführendes Ge¬ häuse mit dem Innern des Gasturbinengehäuses verbunden sind. Das heißgasführende Gehäuse umfasst einen Heißgaskanal mit ringförmigem Querschnitt, der innen durch eine
Gehäuseinnenwand und außen durch eine Gehäuseaußenwand be¬ grenzt ist, die mit mehreren Heißgaseinlassöffnungen versehenen ist, deren Anzahl normalerweise der Brennkammeranzahl entspricht. An seiner einen Stirnseite ist der Heißgaskanal durch eine die Gehäuseinnenwand und die Gehäuseaußenwand mit¬ einander verbindende Gehäusestirnwand verschlossen, und an seiner anderen Stirnseite weist der Heißgaskanal eine ring¬ förmige Heißgasauslassöffnung auf, wobei da heißgasführende Gehäuse derart innerhalb des Gasturbinengehäuses angeordnet ist, dass die Gehäusestirnwand zum Verdichter und die Hei߬ gasauslassöffnung in Richtung der Turbine weist. Zur Festlegung des heißgasführenden Gehäuses innerhalb des Turbinenge¬ häuses steht von dessen Gehäuseinnenwand ein ringförmiger Be- festigungssteg radial einwärts vor, der in eine Umfangsnut eines Ringabsatzes eines hohlzylindrischen Wellenschutzman- tels greift, der zwischen der Gehäuseinnenwand des heißgas¬ führenden Gehäuses und der Welle angeordnet ist, die von der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses eingefasst ist.
Während des Betriebs der Gasturbinenanlage wird in den Brenn¬ kammern ein Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt, woraufhin die heißen und unter Druck stehenden Verbrennungsabgase aus den Brennkammern über das heißgasführende Gehäuse in das Gastur¬ binenanlage eingeleitet und zur Turbine geführt werden, in der sie die Welle in Rotation versetzen. Hierbei wird die thermische Energie der Verbrennungsabgase in mechanische Energie gewandelt. Der Verdichter stellt die für die Verbren- nung erforderliche Verbrennungsluft zur Verfügung. Ein Teil der aus dem Verdichter austretenden verdichteten Luft wird darüber hinaus meist als Kühlfluid zum Kühlen thermisch beanspruchter Komponenten der Gasturbinenanlage verwendet. Eine solche thermisch beanspruchte Komponente stellt unter anderem die Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses dar. Diese wird gekühlt, indem komprimierte Umgebungsluft durch einen Kühlkanal geleitet wird, der zwischen dem Wellenschutzmantel und der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses defi¬ niert ist.
Ein Problem bei der Kühlung der Gehäuseinnenwand des heißgas¬ führenden Gehäuses besteht darin, dass im Übergangsbereich zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Befestigungssteg auf¬ grund thermischer Spannungen häufig Risse vornehmlich in der Gehäuseinnenwand entstehen, die regelmäßig umfangreiche und teure Wartungs- und Reparaturarbeiten nach sich ziehen. Die thermischen Spannungen sind auf große Temperaturunterschiede zwischen dem Befestigungssteg und der Innenseite der
Gehäuseinnenwand zurückzuführen, da der Befestigungssteg nahe der zuvor beschriebenen Kühlung angeordnet ist, während die Innenseite der Gehäuseinnenwand den sehr hohen Temperaturen der Verbrennungsabgase ausgesetzt ist.
Eine bekannte Möglichkeit zur Verringerung der Rissbildung besteht darin, den Befestigungssteg weniger zu kühlen und die besagten Temperaturunterschiede auf diese Weise zu reduzie¬ ren. In diesem Zusammenhang wurde vorgeschlagen, die Kühlluft durch in dem Ringabsatz des Wellenschutzmantels radial ein¬ wärts des Befestigungssteges vorgesehene Kühlluftöffnungen zu leiten. Dieser Ansatz hat allerdings zur Folge, dass der ge¬ samte Übergangsbereich zwischen Gehäuseinnenwand und Befesti¬ gungssteg mangels hinreichender Kühlung sehr heiß wird, wes¬ halb die Lebensdauer des Übergangsbereiches nur geringfügig verbessert wird.
Des Weiteren wurde vorgeschlagen, den Befestigungssteg selbst mit Durchgangsöffnungen zum Hindurchleiten von Kühlluft zu versehen, so dass die Kühlluft direkt durch den Befestigungs¬ steg geleitet wird. Auf diese Weise kann eine erhebliche Ver¬ besserung der Anrisslastwechselzahl erreicht werden. Ein Nachteil solcher Durchgangsöffnungen im Befestigungssteg be- steht allerdings in einem erhöhten und variablen Kühlluftverbrauch. Darüber hinaus geht diese Lösung mit einem erhöhten Verschleiß des Befestigungssteges einher, da der Befesti¬ gungssteg eine deutlich reduzierte Anlagefläche hat.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein heißgasführenden Gehäuses sowie eine Gasturbinenanlage der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein heißgasführenden Gehäuse der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Befestigungssteg entlang seines Umfangs mit mehreren den Befestigungssteg in axialer Richtung durchtrennenden Schlitzen versehen ist, die jeweils zumindest einen ersten Schlitzabschnitt aufweisen, der sich ausgehend von dem freien Ende des Befestigungsstegs auswärts erstreckt. Derartige Schlitze, die erfindungsgemäß bevorzugt mittels Wasserstrahlschneiden hergestellt werden, wirken als Entlastungsschnitte und kompensieren thermisch bedingte Span¬ nungen im Übergangsbereich zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Befestigungssteg. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Anrisslastwechselzahl dank der Anordnung solcher Schlitze um ein Vielfaches verbessert werden kann. Werden die Schlitze dabei mit einer sehr geringen Schlitzbreite versehen, so werden zudem ein zusätzlicher variabler Kühlluftverbrauch und eine reduzierte Verschleißfläche des Befestigungssteges ef¬ fektiv vermieden. Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Schlitze in gleichmäßigen Abständen voneinander in Umfangs- richtung angeordnet, insbesondere in Teilungen im Bereich von 4° bis 10°, bevorzugt 5°. Mit derartigen Teilungen wurde eine sehr gute Entlastungswirkung erzielt.
Die ersten Schlitzabschnitte erstrecken sich bevorzugt zumin¬ dest teilweise in radialer Richtung, bevorzugt vollständig in radialer Richtung. Die Breite der ersten Schlitzabschnitte liegt vorteilhaft im Bereich von 0,05 und 1,5 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen zumindest einige der Schlitze, insbesondere alle Schlitze ei¬ nen mit dem ersten Schlitzabschnitt verbundenen, insbesondere diesen kreuzenden zweiten Schlitzabschnitt auf. Derartige zu- sätzliche zweite Schlitzabschnitte können sich ebenfalls po¬ sitiv auf die Anrisslastwechselzahl auswirken.
Bevorzugt erstrecken sich die zweiten Schlitzabschnitte zu¬ mindest teilweise in Umfangsrichtung .
Besonders bevorzugt sind zumindest einige der Schlitze, ins¬ besondere alle Schlitze im Wesentlichen T-förmig ausgebildet.
An die freien Enden der zweiten Schlitzabschnitte können sich gemäß der vorliegenden Erfindung gebogen ausgebildete
Schlitzendabschnitte anschließen, die insbesondere hakenartig gebogen sind, wobei die freien Enden der Schlitzendabschnitte eines Schlitzes vorteilhaft im Wesentlichen zueinander wei¬ sen. Durch derartige Schlitzendabschnitte lassen sich Kerb- Wirkungen reduzieren.
Bevorzugt schließen sich an die freien Enden der zweiten Schlitzabschnitte Ausnehmungen an, insbesondere kreisförmige Ausnehmungen. Auch derartige Ausnehmungen dienen zur Reduzie- rung der Kerbwirkung.
Die zweiten Schlitzabschnitte und/oder die Schlitzendab¬ schnitte weisen vorteilhaft eine Breite zwischen 0,05 und 1,5 mm auf, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.
Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung ist der Befestigungssteg mit mehreren länglichen Durchgangsöffnungen versehen, deren Anzahl insbesondere der Anzahl von Schlitzen entspricht, wobei die Durchgangsöffnungen bevorzugt die
Schlitze kreuzen, wobei einander kreuzende Durchgangsöffnungen und Schlitze insbesondere eine T-Form bilden. Derartige Durchgangsöffnungen dienen dazu, ein Kühlfluid durch den Be- festigungssteg zu leiten. Bei dieser Variante wird der Befes¬ tigungssteg also direkt gekühlt.
Die Durchgangsöffnungen erstrecken sich bevorzugt im Wesentlichen in Umfangsrichtung .
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Durchgangsöffnungen eine Breite im Bereich von 3 bis 10 mm auf, insbesondere im Bereich von 4 bis 6 mm. Die freien Endbereiche der Durchgangsöffnungen sind vorteil¬ haft gerundet ausgebildet, um die Kerbwirkung zu reduzieren, wobei die radial außen angeordneten Abschnitte der freien Endbereiche insbesondere jeweils die Form einer Parabelhälfte beschreiben. Untersuchungen haben gezeigt, dass das Vorsehen einer parabelförmigen Rundung bezogen auf die Kerbwirkung bessere Ergebnisse liefert als beispielsweise eine reisbogen¬ förmige Rundung.
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorlie- gende Erfindung ferner eine Gasturbinenanlage mit einem einen Verdichter und eine Turbine aufnehmenden Gasturbinengehäuse, einer das Gasturbinengehäuse durchsetzenden und den Verdichter und die Turbine miteinander verbindenden Welle und zumindest einer außerhalb des Gasturbinengehäuses angeordneten Brennkammer, die über ein in dem Gasturbinengehäuse angeord¬ netes heißgasführendes Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfin¬ dung strömungstechnisch an das Gasturbinengehäuse angeschlos¬ sen ist, wobei die Welle von der Gehäuseinnenwand des hei߬ gasführenden Gehäuses eingefasst und zwischen der
Gehäuseinnenwand und der Welle ein hohlzylindrischer Wellen- schutzmantel angeordnet ist, der einen auswärts vorstehenden und mit einer den Befestigungssteg des heißgasführenden Ge¬ häuses aufnehmenden Umfangsnut versehenen Ringabsatz auf- weist, der um ein vorbestimmtes Maß in radialer Richtung von der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses
beabstandet ist. Bevorzugt ist zwischen dem Wellenschutzmantel und der
Gehäuseinnenwand ein hohlzylindrisch ausgebildeter und mit Kühlluftöffnungen versehener Strahlschutzmantel angeordnet, der an dem Wellenschutzmantel befestigt ist. Ein solcher Strahlschutzmantel dient dazu, eine Übertragung von Wärme von der Gehäuseinnenwand in Richtung der Welle zu verhindern. Da¬ rüber hinaus wird über die Kühlluftöffnungen eine Prallluft¬ kühlung der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses bereitgestellt, die eine sehr effektive Kühlwirkung erzielt. Vorteilhaft ist der Strahlschutzmantel unmittelbar benachbart zum oder direkt an dem Ringabsatz befestigt. Dies führt dazu, dass die Prallluftkühlung auch den Übergangsbereich zwischen der Gehäuseinnenwand des heißgasführenden Gehäuses und dem von dieser abstehenden Befestigungssteg kühlt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Gasturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und unterschiedlicher erfindungsgemäßer heißluftführender Gehäuse unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deut¬ lich. Darin ist
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer
Gasturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines
heißgasführenden Gehäuses der in Figur 1 dargestellten Gasturbinenanlage;
Figur 3 eine perspektivische Teilansicht des in Figur 2
dargestellten heißgasführenden Gehäuses; Figur 4 eine vergrößerte Querschnittansicht der in Figur 1 dargestellten Gasturbine in einem Bereich, in dem das in Figur 2 gezeigte heißgasführende Gehäuse an einem Wellenschutzmantel der Gasturbinenanlage festgelegt ist;
Figur 5 eine Vorderansicht einer ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsform eines Befestigungssteges des in Fi¬ gur 2 dargestellten heißgasführenden Gehäuses;
Figur 6 eine Vorderansicht eines Befestigungssteges gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 7 eine Vorderansicht eines Befestigungssteges gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 8 eine Vorderansicht eines Befestigungssteges gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 9 eine Ansicht einer alternativen Ausgestaltung des in Figur 4 dargestellten Bereiches;
Figur 10 eine Vorderansicht eines Befestigungssteges gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Figur 11 eine Vorderansicht eines Befestigungssteges gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung .
Die Figuren zeigen eine Gasturbinenanlage 1 gemäß einer Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung bzw. Komponenten derselben. Die Gasturbinenanlage 1 umfasst ein Gasturbinengehäu¬ se 2, das einen Verdichter 3 und eine Turbine 4 aufnimmt, die über eine Welle 5 miteinander verbunden sind. Ferner umfasst die Gasturbinenanlage 1 zwei in Figur 1 nicht näher darge¬ stellte Brennkammern, die als Silobrennkammern seitlich des Gasturbinengehäuses 2 angeordnet und über eine entsprechende Verrohrung 6 mit einem im Gasturbinengehäuse 2 aufgenommenen heißgasführenden Gehäuse 7 strömungstechnisch verbunden sind. Das heißgasführende Gehäuse 7 umfasst einen Heißgaskanal 8 mit im Wesentlichen ringförmigem Querschnitt. Der Heißgaskanal 8 ist innen durch eine Gehäuseinnenwand 9 und außen durch eine Gehäuseaußenwand 10 begrenzt, wobei an der
Gehäuseaußenwand 10 zwei Heißgaseinlassöffnungen 11 vorgese¬ hen sind, die strömungstechnisch jeweils an eine der Verrohrungen 6 und damit an eine der Brennkammern angeschlossen sind. An seiner einen Stirnseite ist der Heißgaskanal 8 durch eine die Gehäuseinnenwand 9 und die Gehäuseaußenwand 10 mit- einander verbindende Gehäusestirnwand 12 verschlossen, und an seiner anderen Stirnseite ist eine ringförmige Heißgasaus- lassöffnung 13 vorgesehen, wobei die Gehäusestirnwand 12 in Richtung des Verdichters 3 und die Heißgasauslassöffnung 13 in Richtung der Turbine 4 weist. Von der Gehäuseinnenwand 9 steht benachbart zur Heißgasauslassöffnung 13 ein radial einwärts vorstehender ringförmiger Befestigungssteg 14 vor. Der Befestigungssteg 14 ist entlang seines Umfangs mit mehreren diesen in axialer Richtung durchtrennenden Schlitzen 15 versehen, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei eine Teilung t vorliegend 5° beträgt. Die Schlitze 15 sind im Wesentlichen T-förmig ausgebildet und umfassen einen sich radial erstreckenden ersten Schlitzabschnitt 16, der sich aus¬ gehend von dem freien Ende des Befestigungsstegs 14 radial auswärts erstreckt, und einen mit dem ersten Schlitzabschnitt 16 verbundenen und diesen kreuzenden zweiten Schlitzabschnitt 17, wobei sich an die freien Enden des zweiten Schlitzabschnitts 17 jeweils kreisförmige Ausnehmungen 18 anschließen. Die ersten Schlitzabschnitte 16 und die zweiten Schlitzab¬ schnitte 17 jedes Schlitzes 24 weisen vorliegend eine Breite B im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm auf und sind mittels Wasser¬ strahlschneidens gefertigt. Zu Fertigungszwecken ist an der Außenseite der Gehäuseinnenwand 9 ausgehend von ihrem freien Ende eine umlaufende Ausnehmung 19 ausgebildet, die es ermög- licht, eine Wasserstrahldüse sehr nah an den Befestigungssteg 14 heranzuführen.
Der Befestigungssteg 14 ist in einer Umfangsnut 20 gehalten, die an einem um ein vorbestimmtes Maß in radialer Richtung von der Gehäuseinnenwand 9 beabstandet angeordnetem Ringab¬ satz 21 eines hohlzylindrischen Wellenschutzmantels 22 ausge¬ bildet ist, der die Welle 5 im Bereich des heißgasführenden Gehäuses 7 umgibt und zwischen der Welle 5 und der
Gehäuseinnenwand 9 des heißgasführenden Gehäuses 7 angeordnet ist. Zwischen dem Wellenschutzmantel 22 und der
Gehäuseinnenwand 9 erstreckt sich ein hohlzylindrisch ausge¬ bildeter und mit Kühlluftöffnungen 23 versehener Strahlschutzmantel 24, der ebenfalls in einer ringförmigen Ausneh- mung 25 des Wellenschutzmantels 22 aufgenommen ist. Die ring¬ förmige Ausnehmung 25 ist gemäß Figur 4 in einem zweiten radial auswärts von dem Wellenschutzmantel 22 vorstehenden zweiten Ringabsatz 26 ausgebildet, der beabstandet von dem Ringabsatz 21 angeordnet ist, an dem das heißgasführende Ge- häuse 7 befestigt ist. Zwischen dem Strahlschutzmantel 24 und der Gehäuseinnenwand 9 des heißgasführenden Gehäuses 7 ist ein erster ringförmiger Kühlluftkanal 27 definiert, durch den während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Gasturbinenanlage 1 Kühlluft von dem Verdichter 3 in Richtung der Turbine 4 ge- leitet wird. Der Kühlluftkanal 27 wird durch Kühlluftbohrun¬ gen 28 fortgesetzt, die sich axial durch den Ringabsatz 21 erstrecken und radial einwärts der Umfangsnut 15 ausgebildet sind. Ein weiterer ringförmiger Kühlluftkanal 29 ist zwischen dem Wellenschutzmantel 22 und dem Strahlschutzmantel 24 defi- niert und über die Kühlluftöffnungen 23 mit dem ersten Kühl- luftkanal 27 strömungstechnisch verbunden.
Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Gasturbinenanlage 1 wird in den Brennkammern ein Brennstoff-Luft-Gemisch ver- brannt, wobei die Brennkammern von dem Verdichter 3 mit komprimierter Umgebungsluft versorgt werden. Die in den Brennkammern erzeugten heißen und unter Druck stehenden Verbrennungsgase werden über die Verrohrungen 6 und die Heißgasein- lassöffnungen 11 in das heißgasführende Gehäuse 7 eingelei¬ tet, durchströmen dann den Heißgaskanal 8 und werden durch die Heißgasauslassöffnung 13 in Richtung der Turbine 4 in das Gasturbinengehäuse 2 eingeleitet. Die durch den Kontakt mit den heißen Verbrennungsgasen thermisch stark belastete
Gehäuseinnenwand 9 des heißgasführenden Gehäuses 7 wird mit¬ tels Kühlluft gekühlt, die, während sie durch den ersten Kühlluftkanal 27 strömt, Wärme von der Gehäuseinnenwand 9 aufnimmt und, nachdem sie die am Ringabsatz 21 des Wellen- schutzmantels 22 ausgebildeten Kühlluftbohrungen 28 passiert hat, in Richtung der Turbine 4 abgeführt wird. Eine ergänzen¬ de Kühlung der Gehäuseinnenwand 9 wird durch eine Prallluft¬ kühlung erzielt, die durch einen Kühlluftstrom hervorgerufen wird, der durch den zweiten Kühlluftkanal 29 geleitet und durch die Kühlluftöffnungen 23 direkt gegen Bereiche der Gehäuseinnenwand 9 gerichtet wird.
Im Übergangsbereich zwischen der Gehäuseinnenwand 9 des heißgasführenden Gehäuses 7 und dem Befestigungssteg 14 treten große Temperaturunterschiede auf, da die Gehäuseinnenwand 9 aufgrund der Verbrennungsgase wesentlich höheren Temperaturen als der Befestigungssteg 14 ausgesetzt ist. Dank der Bewe¬ gungsfreiheit, die dem Befestigungssteg 14 dank der Schlitze 15 verliehen wird, können Spannungen, die durch diese Tempe- raturunterschiede hervorgerufen werden, zu großen Teilen kompensiert werden, wodurch die Lastwechselzahl, bis zu der eine Rissbildung der Gehäuseinnenwand 9 im Übergangsbereich auftritt, deutlich erhöht wird. Dies hat zur Folge, dass War- tungs- und Reparaturintervalle verlängert und damit Kosten reduziert werden können.
Die Figuren 6 bis 8 zeigen Ansichten des Befestigungssteges 14 mit alternativ ausgebildeten Schlitzen. Die Schlitze 30 gemäß Figur 6 umfassen jeweils einen ersten Schlitzabschnitt 31 und einen zweiten Schlitzabschnitt 32, deren Ausbildung im Wesentlichen derjenigen der Schlitzabschnitte 16 und 17 der Schlitze 15 entspricht. An die freien Enden der zweiten Schlitzabschnitte 32 schließen sich jeweils hakenartig gebogen ausgebildete Schlitzendabschnitte 33 an, deren freien Enden im Wesentlichen zueinander weisen. Die Schlitze 34 gemäß Figur 7 umfassen einen ersten Schlitzabschnitt 35, der sich ausgehend von dem freien Ende des Be¬ festigungsstegs 14 radial auswärts erstreckt, einen mit dem ersten Schlitzabschnitt 35 verbundenen und diesen kreuzenden zweiten Schlitzabschnitt 36, zwei hakenartig ausgebildete Übergangsschlitzabschnitte 37, die sich an die freien Enden des zweiten Schlitzabschnitts 36 anschließen und zueinander weisen, und zwei dritte Schlitzabschnitte 38, die sich an die Übergangsschlitzabschnitte 37 anschließen und sich im Wesent¬ lichen parallel zum ersten Schlitzabschnitt 35 erstrecken.
Die Schlitze 39 gemäß Figur 8 umfassen einen ersten Schlitzabschnitt 40, der sich ausgehend von dem freien Ende des Be¬ festigungsstegs 14 radial auswärts erstreckt, einen mit dem ersten Schlitzabschnitt 40 verbundenen und diesen kreuzenden zweiten Schlitzabschnitt 41 sowie sich an die freien Enden des zweiten Schlitzabschnitts 41 anschließende und hakenartig gebogen ausgebildete Schlitzendabschnitte 42, deren freien Enden im Wesentlichen zueinander weisen, wobei die Rundung bzw. der Radius der Schlitzendabschnitte 42 wesentlich größer als derjenige der in Figur 6 gezeigten Schlitzendabschnitte 33 gewählt ist.
Figur 9 und 10 zeigen eine alternative erfindungsgemäße Aus¬ gestaltung des in Figur 4 dargestellten Bereiches. Darge- stellt ist die Gehäuseinnenwand 9, die benachbart zur Heiß- gasauslassöffnung mit einem radial einwärts vorstehenden ringförmigen Befestigungssteg 43 versehen ist. Der Befesti¬ gungssteg 43 ist entlang seines Umfangs mit mehreren diesen in axialer Richtung durchtrennenden Schlitzen 44 versehen, die sich ausgehend vom freien Ende des Befestigungsstegs 43 radial auswärts erstrecken und in gleichmäßigen Abständen mit einer vorbestimmten Teilung angeordnet sind. Ferner ist der Befestigungssteg 43 mit mehreren länglichen Durchgangsöffnun- gen 45 versehen, deren Anzahl der Anzahl von Schlitzen 44 entspricht, wobei die Durchgangsöffnungen 45 die Schlitze 44 kreuzen und gemeinsam mit diesen im Wesentlichen eine T-Form bilden. Die Breite B der Schlitze 44 liegt vorliegend im Be- reich von 0,1 bis 0,5 mm, die Breite b der Durchgangsöffnungen 45 im Bereich von 3 bis 10 mm und die Länge 1 der Durchgangsöffnungen 45 im Bereich von 20 bis 40 mm. Die freien Endbereiche der Durchgangsöffnungen 45 sind gerundet ausge¬ bildet, wobei jede Rundung vorliegend die Form eines Halb- kreises beschreibt. Der Befestigungssteg 43 ist in einer Um- fangsnut 46 gehalten, die an einem um ein vorbestimmtes Maß in radialer Richtung von der Gehäuseinnenwand 9 beabstandet angeordneten Ringabsatz 47 eines hohlzylindrischen Wellen- schutzmantels 48 ausgebildet ist, der die Welle 5 im Bereich des heißgasführenden Gehäuses 7 umgibt und zwischen der Welle 5 und der Gehäuseinnenwand 9 des heißgasführenden Gehäuses 7 angeordnet ist. Zwischen dem Wellenschutzmantel 48 und der Gehäuseinnenwand 9 erstreckt sich ein hohlzylindrisch ausge¬ bildeter und mit Kühlluftöffnungen 49 versehener Strahl- schutzmantel 50, der ebenfalls in einer ringförmigen Ausnehmung 51 des Ringabsatzes 47 aufgenommen ist. Zwischen dem Strahlschutzmantel 50 und der Gehäuseinnenwand 9 des heißgas¬ führenden Gehäuses 7 ist ein erster ringförmiger Kühlluftkanal 52 definiert, durch den während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Gasturbinenanlage 1 Kühlluft von dem Verdichter 3 in Richtung der Turbine 4 geleitet wird. Der Kühlluftkanal 52 wird durch die am Befestigungssteg 43 vorgesehenen Durchgangsöffnungen 45 in Richtung der Turbine 4 fortgesetzt. Ein weiterer ringförmiger Kühlluftkanal 53 ist zwischen dem Wel- lenschutzmantel 48 und dem Strahlschutzmantel 50 definiert und über die Kühlluftöffnungen 49 mit dem ersten Kühlluftkanal 52 strömungstechnisch verbunden.
Die in Figur 9 dargestellte Variante hat gegenüber der in Fi- gur 4 dargestellten Variante den Vorteil, dass der Befesti¬ gungssteg 43 dank der an diesem ausgebildeten Durchgangsöffnungen 45 besser gekühlt wird. Ferner wirkt die Prallluftkühlung auch in einem Bereich nahe des Übergangsbereiches zwi- sehen Gehäuseinnenwand 9 und Befestigungssteg 43, da der Strahlschutzmantel 50 unmittelbar am Ringabsatz 47 festgelegt ist . Figur 11 zeigt eine alternative Ausgestaltung von an dem Befestigungssteg 43 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 54. Die Durchgangsöffnungen 54 unterscheiden sich dahingehen von den in Figur 10 dargestellten Durchgangsöffnungen 45, dass die Rundungen der freien Endbereiche der Durchgangsöffnungen 54 im Bereich ihrer radial außen angeordneten Abschnitte jeweils die Form einer Parabelhälfte beschreiben. Eine derartige Run¬ dung ist vorteilhaft in Bezug auf eine Verringerung der Kerb¬ wirkung . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Heißgasführendes Gehäuse (7) umfassend einen Heißgaskanal (8) mit ringförmigem Querschnitt, wobei der Heißgaskanal (8) innen durch eine Gehäuseinnenwand (9) und außen durch eine mit zumindest einer Heißgaseinlassöffnung (11) versehenen Gehäuseaußenwand (10) begrenzt ist, an seiner einen Stirnsei¬ te durch eine die Gehäuseinnenwand (9) und die Gehäuse¬ außenwand (10) miteinander verbindende Gehäusestirnwand (12) verschlossen ist und an seiner anderen Stirnseite eine ringförmige Heißgasauslassöffnung (13) aufweist, wobei von der Gehäuseinnenwand (9) ein ringförmiger Befestigungssteg (14; 43) radial einwärts vorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungssteg (14; 43) entlang seines Umfangs mit meh- reren den Befestigungssteg (14; 43) in axialer Richtung durchtrennenden Schlitzen (15; 30; 34; 39; 44) versehen ist, die jeweils zumindest einen ersten Schlitzabschnitt (16; 31; 35; 40) aufweisen, der sich ausgehend von dem freien Ende des Befestigungsstegs (14; 43) auswärts erstreckt.
2. Gehäuse (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (15; 30; 34; 39; 44) in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sind, insbesondere in Teilungen (t) im Bereich von 4° bis 10°, bevorzugt 5°.
3. Gehäuse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Schlitzabschnitte (16; 31; 35; 40) zumindest teilweise in radialer Richtung er¬ strecken .
4. Gehäuse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schlitzabschnitte (16; 31; 35; 40) eine Breite (B) zwischen 0,05 und 1,5 mm aufwei¬ sen, insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm.
5. Gehäuse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Schlitze (15; 30; 34; 39), insbesondere alle Schlitze einen mit dem ersten Schlitzabschnitt (16; 31; 35; 40) verbundenen, insbesondere diesen kreuzenden zweiten Schlitzabschnitt (17; 32; 36; 41) aufweisen .
6. Gehäuse (7) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweiten Schlitzabschnitte (17; 32; 36; 41) zumindest teilweise in Umfangsrichtung erstrecken.
7. Gehäuse (7) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich- net, dass zumindest einige der Schlitze (15; 30; 34; 39), insbesondere alle Schlitze im Wesentlichen T-förmig ausgebil¬ det sind.
8. Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass sich an die freien Enden der zweiten
Schlitzabschnitte (32; 41) gebogen ausgebildete Schlitzendab¬ schnitte (33; 42) anschließen, insbesondere hakenartig gebo¬ gene Schlitzendabschnitte.
9. Gehäuse (7) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Schlitzendabschnitte (33; 42) eines Schlitzes (30; 39) im Wesentlichen zueinander weisen.
10. Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass sich an die freien Enden der zweiten
Schlitzabschnitte (17) Ausnehmungen (18) anschließen, insbesondere kreisförmige Ausnehmungen.
11. Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schlitzabschnitte (17; 32;
36; 41) und/oder die Schlitzendabschnitte (33; 42) eine Brei¬ te zwischen 0,05 und 1,5 mm aufweisen, insbesondere im Be¬ reich von 0,1 bis 0,5 mm.
12. Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungssteg (43) mit mehreren länglichen Durchgangsöffnungen (45; 54) versehen ist, deren Anzahl insbesondere der Anzahl von Schlitzen (44) entspricht, wobei die Durchgangsöffnungen (45; 54) bevorzugt die Schlitze (44) kreuzen, wobei einander kreuzende Durchgangsöffnungen (45; 54) und Schlitze (44) insbesondere eine T-Form bilden.
13. Gehäuse (7) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchgangsöffnungen (45; 54) im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken.
14. Gehäuse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnungen (45; 54) eine Breite (b) im Be¬ reich von 3 bis 10 mm aufweisen, insbesondere im Bereich von 4 bis 6 mm.
15. Gehäuse (7) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Endbereiche der Durchgangs¬ öffnungen (45; 54) gerundet ausgebildet sind, wobei die radi¬ al außen angeordneten Abschnitte der freien Endbereiche ins¬ besondere jeweils die Form einer Parabelhälfte beschreiben.
16. Gasturbinenanlage (1) mit einem einen Verdichter (3) und eine Turbine (4) aufnehmenden Gasturbinengehäuse (2), einer das Gasturbinengehäuse (2) durchsetzenden und den Verdichter (3) und die Turbine (4) miteinander verbindenden Welle (5) und zumindest einer außerhalb des Gasturbinengehäuses (2) an- geordneten Brennkammer, die über ein in dem Gasturbinengehäuse (2) angeordnetes heißgasführendes Gehäuse (7) nach einem der vorhergehenden Ansprüche strömungstechnisch an das Gasturbinengehäuse (2) angeschlossen ist, wobei die Welle (5) von der Gehäuseinnenwand (9) des heißgasführenden Gehäuses (7) eingefasst und zwischen der Gehäuseinnenwand (7) und der Welle (5) ein hohlzylindrischer Wellenschutzmantel (22; 49) angeordnet ist, der einen auswärts vorstehenden und mit einer den Befestigungssteg (14; 43) des heißgasführenden Gehäuses (7) aufnehmenden Umfangsnut (20; 46) versehenen Ringabsatz (21; 47) aufweist, der um ein vorbestimmtes Maß in radialer Richtung von der Gehäuseinnenwand (9) des heißgasführenden Gehäuses (7) beabstandet ist.
17. Gasturbinenanlage (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wellenschutzmantel (22; 48) und der Gehäuseinnenwand (9) ein hohlzylindrisch ausgebildeter und mit Kühlluftöffnungen (23; 49) versehener Strahlschutz- mantel (24; 50) angeordnet ist, der an dem Wellenschutzmantel (22; 48) befestigt ist.
18. Gasturbinenanlage (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlschutzmantel (50) unmittelbar be- nachbart zum oder direkt an dem Ringabsatz (47) befestigt ist .
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