CH643050A5

CH643050A5 - Gasturbinentriebwerk mit ringbrennkammer.

Info

Publication number: CH643050A5
Application number: CH883279A
Authority: CH
Inventors: Andrei Leonidovich Kuznetsov; Anatoly Vladimirovich Sudarev; Viktor Vasilievich Ivakhnenko; Jury Alexandrovich Lamm; Vladimir Alexeevich Maev; Jury Ivanovich Zakharov
Original assignee: Proizv Ob Nevsky Z Im V I
Priority date: 1979-10-01
Filing date: 1979-10-01
Publication date: 1984-05-15
Also published as: US4302932A; FR2468073B1; FR2468073A1

Description

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PATENTANSPRÜCHE Es ist ferner eine weitere Ringbrennkammer für Gasturbi-

Gasturbinentriebwerk mit Ringbrennkammer, die eine in nentriebwerke bekannt geworden, deren Montage und War-ihrem Eintrittsquerschnitt befindliche Frontbrennereinrich- tung aufkosten einer Längsteilung der Brennkammer, die mit tung aufweist und in der Längsrichtung geteilt ist, welche der Teilebene des Triebwerkes zusammenfällt, vereinfacht

Teilung mit der Teilung des Triebwerkes zusammenfallt, wo- s wurde (s. Trudy Uralskogo turbomotornogo zavoda «Opyt bei ein Flammrohr vorgesehen ist, welches einen Aussen- und sozdania turbin i dizelei» (Abhandlungen der Ural-Turbinen-einen Innenmantel besitzt, die konzentrisch zueinander ange- triebwerkfabrik «Erfahrungen mit dem Turbinen- und Die-•ordnet sind und gekrümmte Oberflächen aufweisen und wo- selmotorenbau»), Heft 2,1972, S. 88-94).

bei der Aussen- und der Innenmantel in Längsrichtung in Die erwähnte Ringbrennkammer enthält eine ihrem EinSektionen geteilt und die Übergangstellen mit Dichtungsele- 10 trittsquerschnitt befestigte Frontbrennereinrichtung und ein menten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass minde- Flammrohr, das durch zwei konzentrisch angeordnete Aus-stens zwei ringförmige Tragelemente (15,16,17,18) mit sen- und Innenmäntel mit krummlinigen Oberflächen gebil-Längsteilung für jeden der Mäntel (9,10) vorgesehen sind, det ist. Jeder Mantel ist in der Längsrichtung geteilt, wobei an wobei ein Tragelement (15,17) im Bereich des Eintrittsquer- den Trennstellen Sichtungselemente in der Form von zwei schnitts der Brennkammer (1) angeordnet und in Längs- und 15 Platten angeordnet sind. Die erste Platte ist flach und mit dem Radialrichtung verschiebbar ist, während das andere Tragele- einen Ende eines Abschnittes verbunden. Mit dem zweiten ment (16,18) sich im Bereich des Austrittsquerschnittes der Ende liegt sie hingegen frei auf dem benachbarten Abschnitt Brennkammer (1) befindet und radial verschiebbar ist, und auf. Die zweite Platte ist mit dem einen Ende des Abschnittes, jede der Sektionen (11,12) der Mäntel (9,10) mit dem ent- auf dem die erste Platte frei aufliegt, verbunden, und mit dem sprechenden ringförmigen Tragelement (15,16,17,18) derart 20 anderen Ende umfasst sie diese und bildet dabei zusammen verbunden ist, dass die Sektion (11,12) mit ihrem mittleren mit ihr und dem Abschnitt eine bewegliche «Zapfen-Nut»-Teil starr am ringförmigen Element befestigt und mit ihren Verbindung. Zum Verbinden der Abschnitte der Aussen- und Enden in der Umfangsrichtung verschiebbar am ringförmi- Innenmäntel ist im Eintrittsbereich der Brennkammer eine gen Tragelement (15,16,17,18) geführt ist. Tragvorrichtung vorgesehen, die in Form eines massiven Ge-- 25 rüstes ausgeführt ist, das eine Längsteilung aufweist und sich

: aus mehreren massiven Ringen zusammensetzt, von denen mindestens einer die Abschnitte des Aussenmantels und ein Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk mit anderer diejenigen des Innenmantels umfasst. Diese Ringe

Ringbrennkammer, welche bei stationären Anlagen angewen- sind durch Rippen starr miteinander verbunden, zwei von de-

det werden kann. 30 nen, die sich bei der horizontalen Längsebene in jeder Hälfte In Gasturbinen finden zur Zeit Ringbrennkammern Ver- der Gerüstteilfuge befinden, einen Flansch der Teilfuge bil-wendung, die zwischen Verdichter und Turbine eingebaut den, und ein Teil der anderen Rippen wird zur starren Befesti-sind. Dabei weist die Brennkammer in der Regel keine Längs- gung des Gerüstes im Gehäuse benutzt.

35 Zum Verbinden der Abschnitte der Aussen- und Innenteilung auf, so dass der Arbeitsaufwand bei der Herstellung und speziell bei der Wartung des Triebwerkes gross ist, da die ....... . , . , „

Einzelteile für Wartung und Reparatur nur schwer zugänglich mf sm m Austrittsquerschnitt der Brennkammer ein-

sjn(j zelne Tragringe vorgesehen, die am Gehäuse ebenfalls starr

Es wäre daher erwünscht eine Ringbrennkammer mit ei- befcstigt sind. Die in Form eines Ringgerüstes ausgeführte ner in der Teilebene anderer Bestandteile des Triebwerkes be- Tragvorrichtung und die Tragringe sind also starr am Ge-findlichen Längsteilung zu schaffen. Die grösste Schwierig- 40 J^se befestlgt>wodurch Sle em einheitliches starres System keit bereitet dabei das unter der Hochtemperatureinwirkung bilden. , . , , . . , stehende Flammrohr der Brennkammer, dessen Bauweise der Bei derzeit der Brennkammer-insbesondere bei nichtAnforderung erhöhter Starrheit unter Gewährleistung der Stationaren Betnebszustanden - entsteht zwischen dem Rmg-Wärmeausdehnungsfreiheit seiner Einzelelemente entspre- gerust und den Mantelabschnitten ein grosser Temperaturun-chen muss, weil es widrigenfalls den Formverlust des Flamm- 45 \eruschuied>der fm Auft/eten v°n Warmeausdehnungen der rohres, das Auftreten von Wärmespannungen und, als Folge ^schnitte in bezug auf einander und m bezug auf das Gerust davon, das Verziehen der Flammrohrelemente und die Bil- fuhrrt Jeder Abschnitt ist in Ringen, die einen Rmgdurchlass dung von Rissen in diesen herbeiführt, die den Ausfall sowohl aufweisen, mittels einer Klammer befestigt Infolge der star-der Brennkammer als auch des ganzen Triebwerkes mit sich ^en Befestigung des Gerüstes und der einzelnen Rmge am Ge-brinsen 50 hause dienen der Rmgdurchlass und die Klammern gleichzei-

Versuche, Ringbrennkammern mit Wärmeausgleich ihrer tiSz+um Wärmeausgleich in Radial- Umfangs- undLängs-Einzelelemente zu schaffen, führten zur Entstehung einer r\chtu^'Dies* Befestigung fallt daher ausserordenthch kom-Brennkammer nach der GB-PS Nr. 799 605. pliziert aus und kann keine sichere Arbeit der Brennkammer gewährleisten. Da keine Warmelucken vorhanden sind treten

Die bekannte Ringbrennkammer enthält eine im Ein- 55 Wärmespannungen auf, welche ein Verziehen der Brennkam-trittsquerschnitt angeordnetè Brennereinrichtung und ein mer z.B. in ihrem Eintrittsquerschnitt und einen Formverlust Flammrohr, das durch zwei konzentrisch angeordnete Aus- verursachen.

sen- und Innenmäntel gebildet ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gastur-

Der Aussenmantel ist in der Längsrichtung in Abschnitte bine mit Ringbrennkammer zu schaffen, bei der eine solche geteilt, wobei entlang der Teilung jeder Abschnitt mit Vor- eo Verbindung der Mantelsektionen des Flammrohres mit den Sprüngen und Ausnehmungen versehen sind, die beim Zu- Tragelementen vorgesehen ist, die das Auftreten von Spansammenbau des Mantels miteinander in Eingriff kommen, nungen in den Sektionen des Aussen- und Innenmantels des und eine bewegliche Verbindung bilden, so dass die Wärme- Flammrohres der Brennkammer durch Wärmeverformungen Verformungen der Brennkammer in Umfangsrichtung teil- unter Beibehaltung erhöhter Starrheit des Flammrohres verweise ausgeglichen werden. Diese Brennkammer weist einen 65 hindert.

grossen Raumbedarf auf und bleibt unzureichend starr, so Die gestellte Aufgabe wird durch eine Gasturbine mit dass die Betriebssicherheit der Brennkammer und des Gastur- Ringbrennkammer gelöst, welche die im Anspruch 1 aufge-binenwerkes insgesamt herabgesetzt wird. führten Merkmale aufweist.

Beim Betrieb des Triebwerkes werden in der Brennkammer der Aussen- und Innenmantel der ringförmigen Tragelemente sowie des Gehäuses verschieden erwärmt. Die Höchsttemperatur weist dabei der Aussen- und Innenmantel des Flammrohres auf, und die grösste Temperaturdifferenz ergibt sich zwischen dem Aussen- und dem Innenmantel und den ringförmigen Tragelementen.

In der vorgeschlagenen Brennkammer wurden durch einfache Mittel gegenseitige Verschiebungen bei Wärmeausdehnungen ermöglicht. Erstens in Umfangsrichtung zwischen den Mantelsektionen durch die vorgeschlagene Verbindung der Sektionen des Aussen- und des Innenmantels mit den entsprechenden ringförmigen Tragelementen. Die Sektion ist mit ihrem mittleren Teil starr am ringförmigen Tragelement befestigt und mit ihren Enden mit dem ringförmigen Element auf eine Art verbunden, die Verschiebungen in Umfangsrichtung zulässt, und zugleich in Radialrichtung festgehalten wird; zweitens in Längs- und Radialrichtung zwischen den ringförmigen Tragelementen und dem Gehäuse auf Kosten von mindestens zwei ringförmigen Tragelementen für jeden der Mäntel. Ein Tragelement ist im Bereich des Eintrittsquerschnitts der Brennkammer angeordnet und in Längs- und Radialrichtung verschiebbar gehalten, während das andere sich im Bereich des Austrittsquerschnitts der Brennkammer befindet und radial verschoben werden kann, so dass der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen den Sektionen, den ringförmigen Tragelementen und dem Gehäuse vollständig ausgeglichen werden.

Gleichzeitig wird das Auftreten von Spannungen durch Wärmeverformungen verhindert und die Robustheit der Konstruktion erhöht, was die Betriebssicherheit der Ringbrennkammer mit einer Längsteilung, sowie des Gasturbinentriebwerkes insgesamt wesentlich steigert.

Ein Ausführungsbeispiel der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes wird an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch die Ringbrennkammer,

Fig. 2 einen Schnitt gemäss Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung A von Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt gemäss Linie IV-IV der Fig. 3 in ver-grössertem Massstab,

Fig. 5 eine Einzelheit B von Fig. 2 in vergrössertem Massstab,

Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5 in vergrössertem Massstab,

Fig. 7 einen Schnitt gemäss Linie VII-VII der Fig. 2 in vergrössertem Massstab,

Fig. 8 eine Einzelheit C von Fig. 1 in vergrössertem Massstab,

Fig. 9 einen Schnitt gemäss Linie IX-IX der Fig. 3, Fig. 10 einen Schnitt gemäss Linie X-X der Fig. 2, Fig. 11 einen Schnitt gemäss Linie XI-XI der Fig. 10. Die Ringbrennkammer 1 (Fig. 1) ist im Gehäuse 2 des Gasturbinentriebwerkes angeordnet und zwischen Lufttrichter 3 des Verdichters und Gehäuse 4 des Leitapparates 5 der Gasturbine untergebracht.

Die erwähnte Kammer 1 ist in der Längsrichtung geteilt, wobei die Teilung mit der Teilung des Triebwerkes zusammenfällt. Die Kammer 1 weist eine im Eintrittsquerschnitt derselben angeordnete Frontbrennereinrichtung 6 mit Gaszuführstutzen 7 sowie ein Flammrohr 8 auf. Letzteres ist durch zwei konzentrisch angeordnete Aussen- und Innenmäntel 9 bzw. 10 mit gekrümmten Oberflächen gebildet. Diese setzen sich aus einer Zylinderfläche und aus einer Kegelfläche zusammen, welche letztere in Strömungsrichtung im Querschnitt abnimmt und mit der Zylinderfläche verbunden ist.

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Jeder der Mäntel 9 und 10 ist in Sektionen 11 bzw. 12 (Fig. 2) geschnitten, die in der Achsialrichtung verlaufen. Entlang der Schnittstellen sind Dichtungselemente angeordnet, die in Form gewellter Federn 13 (Fig. 3) ausgeführt sind, wobei ein 5 Rand der streifenförmigen Feder 13 starr an einer der Sektionen 11 befestigt ist und der andere Rand frei auf der benachbarten Sektion 11 aufliegt, so dass die gegenseitigen Wärmedehnungen dieser Sektionen in Umfangsrichtung nicht behindert werden. Ähnliche Dichtungselemente sind entlang der 10Innenmäntel 10 angeordnet.

Zur Erhöhung der Wirkung der Feder 13 als Dichtungselement sind im Bereich des frei aufliegenden Randes der Feder 13, Platten 14 (Fig. 4) vorgesehen, die auf den Wellungen der Feder 13 ruhen und in einem gewissen Abstand voneinan-15 der in Längsrichtung verteilt angeordnet sind.

Die Sektionen 11 des Aussenmantels 9 und die Sektionen 12 des Innenmantels 10 sind jeweils an mindestens zwei ringförmigen Tragelementen 15,16 (Fig. 1) bzw. 17,18 befestigt.

Die Sektionen 11 werden an den ringförmigen Trag-20elementen 15,16 (Fig. 3) mittels Winkel 19 und Walzen 20 starr befestigt. Zur Befestigung der Enden der Sektionen 11 sind Winkel 21 (Fig. 5,6) vorgesehen, die ovale Löcher 22 (Fig. 5) aufweisen, in welche im ringförmigen Tragelement 16 angeordnete Walzen 23 hineinragen.

25 Aus den Fig. 2,3,4,5 ist zu ersehen, dass die Sektionen 11 bei Wärmeausdehnung in bezug auf die ringförmigen Tragelemente 15,16 (Fig. 3) in Umfangsrichtung verschiebbar sind.

Die Befestigung der Sektion 12 des Innenmantels 10 an 30 den ringförmigen Tragelementen 17,18 ist ähnlich ausgeführt.

Die ringförmigen Tragelemente 15,16,17,18 (Fig. 1)

seien nun am Beispiel des ringförmigen Tragelementes 15 (Fig. 3) behandelt, weil die übrigen ähnlich ausgeführt sind. 35 Das ringförmige Tragelement 15 besteht aus zwei Hälften 24 und 25, die im Bereich der Teilfuge mittels Winkel 26 starr verbunden sind. Die Winkel sind mittels Schraubenbolzen 27 miteinander verbunden, wobei sie eine starre lösbare Verbin-^ dung der beiden Hälften bilden.

Die im Bereich des Austrittsquerschnitts der Brennkammer 1 angeordneten ringförmigen Tragelemente 16,18 (Fig. 1) sind bezüglich des Gehäuses 4 des Leitapparates 5 radial 45 frei verschiebbar. Diese freie Verschiebbarkeit ist z.B. für das ringförmige Tragelement 16 mit Hilfe einer Konsole 28 (Fig. 7) gewährleistet, welche an einem Ende am Gehäuse 4 befestigt ist und an seinem anderen Ende einen Zapfen bildet, der in die Nut eines Trägers 29 hineinragt. Ein Bolzen 30 des Trä-50 gers 29 passt in ein radiales Loch 31 des ringförmigen Tragelementes 16. Die Konsole ist mittels eines versplinteten Bolzens 32 mit dem Träger 29 verbunden. Die freie radiale Verschiebbarkeit des ringförmigen Tragelementes 16 ist mittels eines am Tragelement 18 ausgebildeten Bundes 33 (Fig. 8) 55 verwirklicht, der in einen Ringdurchlass 34 des Gehäuses 4 hineinragt, und so das ringförmige Tragelement 18 in Längsrichtung verriegelt.

Die Möglichkeit einer Wärmeausdehnung in Radialrichtung in bezug auf das Gehäuse 4 bleibt bestehen. Zum Wär-60meschutz des Gehäuses 4 sind mit den Sektionen 12 verbundene Schirme 35 vorgesehen.

Das im Bereich des Eintrittsquerschnitts der Brennkammer 1 befindliche ringförmige Tragelement 15 (Fig. 1) ist relativ zum Gehäuse 2 in Längs- und Radialrichtung verschieb-65bar. In der Teilebene des Tragelementes 15 sind hierzu Leisten 37 (Fig. 9) vorgesehen, die in einer Aussparung 38 im Flansch der Längsteilung des Gehäuses 2 mit einem Radialspiel 39 (Fig. 10) und einem Längsspiel 40 untergebracht sind.

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Das ringförmige Tragelement 17 (Fig. 1), das sich im Bereich des Eintrittquerschnitts der Brennkammer 1 befindet, ist in bezug auf den Lufttrichter 3 in Längs- und Radialrichtung verschiebbar. In der Teilebene des Tragelementes 17 (Fig. 11) sind dazu Leisten 41 vorgesehen, die in einer Aussparung 42 im Flansch der Längsteilung des Lufttrichters 3 mit einem Radialspiel 43 (Fig. 10) und einem Längsspiel 44 untergebracht sind.

Zwecks Aussteifung und Erhöhung der Dichtheit der Teilfuge des Innenmantels 10 ist der letztere mit zusätzlichen Halbringen 45 und 46 (s. Fig. 1,10) bewehrt, die mit dem Mantel ähnlich wie die ringförmigen Tragelemente 17 und 18

verbunden sind. Zur Vereinfachung der Demontage der Brennkammer 1 weisen die Halbringe 45 und 46 keine starre Verbindung untereinander auf, stützen sich nur in der Teilebene aufeinander ab und sind z.B. mit einer Keilverbindung s in Radialrichtung gegeneinander gesichert.

Zur Temperatursenkung des Lufttrichters 3 sind Schirme 47 vorgesehen, die aus einer Reihe von in der Teilebene offenen zylindrischen Leitblechen bestehen. Sie sind zwischen dem Lufttrichter 3 und dem Innenmantel 10 (s. Fig. 10) an io den ringförmigen Tragelementen 17 und 18 und an den zusätzlichen Halbringen 45 und 46 befestigt.

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3 Blatt Zeichnungen