CH701152A2

CH701152A2 - Expansionsdichtungsreifen.

Info

Publication number: CH701152A2
Application number: CH00813/10A
Authority: CH
Inventors: Karthick Kaleeswaran; Ganesh Pejawar Rao
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2010-11-30
Also published as: CN101900339A; JP2010276018A; US8429919B2; DE102010016838A1; JP5627926B2; US20100300116A1; CN101900339B; CH701152B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Dichtungsreif (210) zur Verwendung in einer Brennkammer. Der Dichtungsreif (210) umfasst eine Anzahl von Schenkeln (220), die eine Anzahl von Schlitzen (230) definiert. Die Schlitze (230) können eine Anzahl von Expansionsschlitzen (250) beinhalten.

Description


  Technisches Gebiet

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinen und spezieller auf die Verwendung von expansionsdichtungsreifen als Schnittstelle, beispielsweise zwischen einem Brennkammereinsatz und einem Übergangsstück.

Hintergrund der Erfindung

  

[0002]    Bekannte Brennkammern können an der Schnittstelle zwischen dem Brennkammereinsatz und dem Übergangsstück einen Dichtungsreif nutzen. Ähnliche Typen von Dichtungsreifen können zwischen einer Brennkammereinsatzendkappenanordnung und dem Brennkammereinsatz und/oder an anderen Stellen der Gasturbinen genutzt werden. Wie beispielsweise in der auf den gleichen Anmelder lautenden US-Patentschrift Nr. 6 334 310 beschrieben ist, ist ein auch als "Hula-Dichtung" bezeichneter Dichtungsreif allgemein als ein System von Blattfedern definiert, die zu einem runden Ring geformt sind und allgemein verwendet werden, um eine gleitende Schnittstelle oder einen Ringspalt zwischen zwei konzentrischen Kanälen abzudichten.

  

[0003]    Es wird allgemein ein gewisser Massenstrom als Leckstrom durch den Dichtungsreif zugelassen, um an den Dichtungen niedrige Temperaturen zu erhalten. Ein Dichtungsreif mit grösserem Leckbereich kann dazu genutzt werden, einen grösseren Luftstrom auf die heisse Seite des Einsatzes zu leiten um den Luftmassenstrom zu reduzieren, der zu dem Kopfende geht. Dieser Strom kann ausserdem dabei helfen, die Magerausbrandgrenze zu erhöhen.

  

[0004]    Es besteht somit der Wunsch nach einem verbesserten Dichtungsreifdesign, das den durchgehenden Massestrom erhöht. Solch ein erhöhter Massenstrom sollte den Druckabfall vermindern um die thermische Abstrahlung um das Übergangsstück Kopfende zu verringern. Ein solcher erhöhter Strom sollte ausserdem die Brennkammergesamteffizienz sowie die Systemeffizienz als Ganzes erhöhen.

Zusammenfassung der Erfindung

  

[0005]    Die vorliegende Erfindung schafft einen Dichtungsreif zur Anwendung in einer Brennkammer. Der Dichtungsreif enthält eine Anzahl von Schenkeln, die zwischeneinander eine Anzahl von Schlitzen festlegen. Die Schlitze können eine Anzahl von Expansionsschlitzen umfassen.

  

[0006]    Die vorliegende Erfindung schafft ausserdem ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer. Das Verfahren kann die Schritte der Festlegung einer Anzahl von Expansionsschlitzen in einem Dichtungsreif die Anordnung des Dichtungsreifs um einen Brennkammereinsatz und ein Übergangsstück herum und die umfangmässige Verteilung eines Leckstroms von dem Brennkammereinsatz durch die Expansionsschlitze des Dichtungsreifs umfassen.

  

[0007]    Die vorliegende Erfindung schafft ausserdem eine Brennkammer. Die Brennkammer kann einen Einsatz, ein Übergangsstück und einen Dichtungsreif umfassen, die um den Einsatz und das Übergangsstück herum angeordnet sind. Der Dichtungsreif kann eine Anzahl von Expansionsschlitzen aufweisen.

  

[0008]    Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen und den nachfolgenden Ansprüchen gelesen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0009]    
<tb>Fig. 1<sep>ist eine schematische Ansicht einer Gasturbine.


  <tb>Fig. 2<sep>ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Einsatzes und eines Übergangsstücks einer Brennkammer.


  <tb>Fig. 3<sep>ist eine Draufsicht auf einen Brennkammereinsatz.


  <tb>Fig. 4<sep>ist eine Seitenansicht eines bekannten Dichtungsreifs.


  <tb>Fig. 5<sep>ist eine Perspektivansicht eines bekannten Dichtungsreifs.


  <tb>Fig. 6<sep>ist eine Draufsicht auf einen Dichtungsreif mit einem Schlitz.


  <tb>Fig. 7<sep>ist eine Draufsicht auf einen expandierten Dichtungsreif mit einem expandierten Schlitz wie hier beschrieben.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

  

[0010]    Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Nummern durch die Verschiedenen Ansichten hindurch gleiche Elemente bezeichnen, wobei Fig. 1eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10 veranschaulicht. Wie bekannt, kann die Gasturbine 10 einen Verdichter 20 zur Verdichtung eines hereinkommenden Luftstroms aufweisen. Der Verdichter 20 liefert einen Strom verdichteter Luft an eine Brennkammer 30. Die Brennkammer 30 mischt den Strom verdichteter Luft mit einem verdichteten Brennstoffström und zündet die Mischung. (Obwohl eine einzelne Brennkammer 30 dargestellt ist, kann die Gasturbine 10 jede beliebige Anzahl von Brennkammern 30 aufweisen.) Die heissen Verbrennungsgase werden ihrerseits an eine Turbine 40 geliefert. Die heissen Verbrennungsgase treiben die Turbine 40 an und erzeugen mechanische Arbeit.

   Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt den Verdichter und eine externe Last 50 an, wie beispielsweise einen Generator oder ähnliches. Die Gasturbine kann Erdgas, verschiedene Synthesegase oder andere Brennstoffarten nutzen.

  

[0011]    Die Gasturbine 10 kann eine 9FA-Turbine oder eine ähnliche Einrichtung sein, die von der General Electric Company, Schenectady, New York hergestellt wird. Es können auch andere Arten von Gasturbinen im Rahmen der Erfindung benutzt werden. Die Gasturbine 10 kann auch einen anderen Grundaufbau haben oder andere Arten von Komponenten nutzen. Es können mehrere Gasturbinen 10, andere Gasturbinentypen oder andere Arten von Leistungserzeugungsanlagen hier gemeinsam genutzt werden.

  

[0012]    Fig. 2 veranschaulicht eine ausschnittsweise Querschnittsansicht einer Brennkammer 100. Wie bekannt, beinhaltet die Brennkammer 100 einen Brennkammereinsatz 110 und ein Übergangsstück 120. Das Übergangsstück 120 beinhaltet eine innere Wand 122 und eine äussere Wand 124. Der Einsatz 110 umfasst eine Strömungshülse 130 und eine Verbrennungszone 140. Der Einsatz 110 und das Übergangsstück 120 können durch einen Dichtungsreif 150 verbunden sein. Der Brennkammereinsatz 110 und der darauf sitzende Dichtungsreif 150 sind in Fig. 3veranschaulicht.

  

[0013]    Wie oben beschrieben, ist der Dichtungsreif 150 generell ein System von Blattfedern, das zu einer runden Schleife geformt ist. Der Dichtungsreif 150 kann aus Inkonel X750 (eine Nickel-Chrom-Legierung, die durch Zusätze von Aluminium und Titan ausscheidungshärtbar gemacht ist, mit einer hohen Kriechbruchfestigkeit bei hohen Temperaturen von ungefähr 700[deg.]C (1290[deg.]F)) oder ähnlichen Materialtypen gefertigt sein. Fig. 4 veranschaulicht die Schnittstelle zwischen dem Brennkammereinsatz 110 und der inneren Wand 122 des Übergangsstücks 120. Ein Teil des vom Verdichter kommenden Luftstroms 160 neigt dazu, einen Leckpfad zu folgen, der durch eine Anzahl von Leckflusspfeilen 170 veranschaulicht ist.

   Der Leckfluss 170 ergibt sich bei Betrieb der Brennkammer 110 im Wesentlichen aus einer Druckdifferenz zwischen dem Verdichterluftstrom 160 und einem Heissglasstrom 180 innerhalb des Einsatzes 110. Der Verdichterluftstrom 160 kann unter einem vergleichsweise höheren statischen Druck und niedrigerer Temperatur stehen, als der Heissgasstrom 180.

  

[0014]    Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen den Dichtungsreif 150. Wie veranschaulicht, enthält der Dichtungsreif 150 eine Anzahl von Schenkeln 190, die eine Anzahl von Schlitzen 200 definieren. Die Schlitze 200 sind grundsätzlich in Grösse und Form einheitlich. Der Leckstrom 170 kann durch die Schlitze 200 hindurch gehen.

  

[0015]    Fig. 7 veranschaulicht einen Dichtungsreif 210 wie er hier beschrieben ist. Wie veranschaulicht, enthält der Dichtungsreif 110 ebenfalls eine Anzahl von Schenkeln 120, die eine Anzahl von Schlitzen 230 definieren. In diesem Beispiel enthalt ein hinteres Ende 240 der jeweiligen Schenkel 220 jedoch einen Expansionsschlitz 250. Wie veranschaulicht, enthalten die Schenkel 220 einen Ausschnitt 260, so dass der Expansionsschlitz 250 weiter ist als der Schlitz 230, der an einem vorderen Ende 270 beginnt. Obwohl der Ausschnitt 260 jede gewünschte Form haben kann, ist eine Diagonalform 280 veranschaulicht. Der Ausschnitt 260 kann die gesamten oder Teile der Schenkel 220 einnehmen.

  

[0016]    Der Dichtungsreif 210 mit den Expansionsschlitzen 250 nimmt somit eine Umfangsverteilung des Leckstroms 170 vor. Der Leckstrom 170 vermindert ausserdem den Druckabfall und reduziert die thermische Strahlung um das Kopfende des Übergangsstücks 120. Die Expansionsschlitze 250 lassen einen grösseren Leckluftstrom in den Heissgasstrom eindringen um den Gesamtmassenstrom zu reduzieren. Dieser Strom sollte ein Magerausbrennen der Flamme verhindern, den Druckabfall an dem Dichtungsreif 210 mindern, und die Gesamtstandzeit des Übergangsstücks 120 erhöhen. Die Ausschnitte 260 optimieren ähnlich den Ausgangsexpansionswinkel und Bereich des Dichtungsreifs 210.

  

[0017]    Es sollte ersichtlich geworden sein, dass sich das vorstehende nur auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bezieht, und dass durch den Fachmann daran zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den allgemeinen Geist und Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, die durch die nachfolgenden Patentansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

  

[0018]    Die vorliegende Erfindung schafft einen Dichtungsreif 210 zur Verwendung in einer Brennkammer 30. Der Dichtungsreif 210 umfasst eine Anzahl von Schenkeln 220, die eine Anzahl von Schlitzen 230 definiert. Die Schlitze 230 können eine Anzahl von Expansionsschlitzen 250 beinhalten.

Bezugszeichenliste

  

[0019]    
<tb>10<sep>Gasturbine


  <tb>20<sep>Verdichter


  <tb>30<sep>Brennkammer


  <tb>40<sep>Turbine


  <tb>50<sep>Externe Last


  <tb>100<sep>Brennkammer


  <tb>110<sep>Brennkammereinsatz


  <tb>120<sep>Übergangsstück


  <tb>122<sep>Innere Wand


  <tb>124<sep>Äussere Wand


  <tb>130<sep>Flusshülse


  <tb>140<sep>Verbrennungszone


  <tb>150<sep>Dichtungsreif


  <tb>160<sep>Verdichterluftstrom


  <tb>170<sep>Leckstrom


  <tb>180<sep>Heissgasstrom


  <tb>190<sep>Schenkel


  <tb>200<sep>Schlitze


  <tb>210<sep>Dichtungsreif


  <tb>220<sep>Schenkel


  <tb>230<sep>Schlitze


  <tb>240<sep>Hinterende


  <tb>250<sep>Expansionsschlitz


  <tb>260<sep>Ausschnitt


  <tb>270<sep>Vorderkante


  <tb>280<sep>Diagonalform

Claims

1. Dichtungsreif (210) zur Verwendung in einer Brennkammer (30) ausweisend:

eine Anzahl von Schenkeln (220); und

eine Anzahl von Schenkeln (220), die eine Anzahl von Schlitzen (230) definieren;

wobei die Schlitze (230) eine Anzahl von Expansionsschlitzen (250) umfassen.

2. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 1, wobei jeder der Schenkel (220) einen Ausschnitt (260) aufweist um den Expansionsschlitz (250) zu definieren.

3. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 2, wobei der Ausschnitt (260) um ein Hinterende (240) jedes der Schenkel (220) herum angeordnet ist.

4. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 2, wobei der Ausschnitt (260) eine Diagonalform (280) hat.

5. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 1, wobei der Expansionsschlitz (250) im Vergleich zu einem vorderen Ende (270) ein weiteres hinteres Ende (240) aufweist.

6. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 1, bestehend aus einer Nickel-Chrom-Legierung.

7. Dichtungsreif (210) nach Anspruch 1, wobei die Schlitze (250) eine Anzahl von durch sie hindurchführenden Leckstrompfaden (170) definieren.

8. Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer (30) zu dem gehört:

die Definition einer Anzahl von Expansionsschlitzen (250) in einer Huladichtung (210);

die Positionierung des Dichtungsreifs (210) um einen Brennkammereinsatz (110) und ein Übergangsstück (120) herum; und

die Aufspreizung eines Leckstroms (170) von dem Brennkammereinsatz (110) durch die Expansionsschlitze (250) der Huladichtung (210) in Umfangsrichtung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ausserdem der Druckabfall an dem Dichtungsreif (210) reduziert ist.