CH708653B1

CH708653B1 - Stützkonstruktion für ein Brennerrohr und Brennkammerkappenanordnung.

Info

Publication number: CH708653B1
Application number: CH00137/15A
Authority: CH
Inventors: Michelle Pangle Ansley; Bernard Wilson Matthew; Michael Poschel William
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2017-10-31
Also published as: US20140033717A1; US9003803B2; DE112013003847T5; JP6212555B2; JP2015524911A; WO2014022627A1

Abstract

Eine Stützkonstruktion (42) für ein Brennerrohr in einer Brennkammerkappenanordnung für eine Gasturbinenbrennkammer enthält: einen äusseren Kreisring (44); eine innere ringförmige Nabe (46); und mehrere Streben (48), die sich radial zwischen dem äusseren Kreisring (44) und der inneren Nabe (46) erstrecken. Die innere Nabe (46) ist mit einer Kolbenringnut (54) und einem Kolbenring versehen, der dazu eingerichtet ist, ein inneres Ende des Brennerrohrs aufzunehmen und abzudichten.

Description

Beschreibung Hintergrund der Erfindung [0001] Die Erfindung betrifft das Gebiet der Gasturbinenverbrennungstechnologie und spezieller eine vereinfachte Konstruktion für eine Stützkonstruktion für ein Brennerrohr und eine Brennkammerkappenanordnung.

[0002] In gewissen Ring-Rohr-Brennkammereinrichtungen erdgebundener elektrischer Kraftwerksgasturbinen sind an dem vorderen oder stromaufwärtigen Ende der Brennkammeranordnung Brennkammerkappenanordnungen vorgesehen, die dazu dienen, Brennstoffdüsen zu stützen, die in die Brennkammer ragen. Gewöhnlich stützen die Brennkammerkappenanordnungen mehrere Brennstoffdüsen an zwei Stellen, die die vorderen Enden an den Düsen und die hinteren Enden der Düsen und/oder der Brennerrohre beinhalten, die die Düsen umgeben. In einigen Konstruktionen ist lediglich eine zentrale Brennstoffdüse von einem Brennerrohr umgeben, wohingegen in anderen Konstruktionen sämtliche der Brennkammerdüsen von entsprechenden Brennerrohren umgeben sind.

[0003] In gewissen bekannten Anordnungen der Brennkammerkappenanordnung befindet sich an dem hinteren Ende, wo die Kappenanordnung (d.h. das der Brennkammer am nächsten gelegene Ende) an hintere Enden der Brennstoffdüsen und/oder der Brennerrohre grenzt, eine Diffusionsplatte, die mit mehreren Öffnungen ausgebildet ist, wobei jede von einer Kolbenringhülse umgeben ist, die das hintere Ende des Brennerrohrs teleskopartig aufnimmt. Gewöhnlich ist die Kolbenringhülse als Komponente der Kappenanordnung an die Diffusionsplatte stumpfgeschweisst, und das Brennerrohr ist über die Kolbenhülse aufgenommen, wobei sich radial dazwischen ein Dichtungsreifen befindet. Eine Stützkonstruktion, die innere und äussere Ringe aufweist, die durch mehrere Speichen oder Streben verbunden sind, ist benachbart der Diffusionsplatte um die Endkolbenringhülse angeordnet und an Ort und Stelle verschweisst. Die Brennerrohrhülse ist an dem gegenüberliegenden oder stromaufwärtigen Ende der Kappenanordnung mittels einer Kehlschweissnaht an eine Stützplatte geschweisst.

[0004] Die herkömmliche Konstruktion ist kompliziert und erfordert mehrere Teile, was den Zusammenbau, Reparaturen, und dergleichen erschwert. Es besteht daher weiter ein Bedarf nach einer vereinfachten Konstruktion einer Brennkammerkappenanordnung, die mit einer geringeren Anzahl von Teilen auskommt und den Zusammenbau oder das Zerlegen vereinfacht, jedoch ohne jede Beeinträchtigung der strukturellen Festigkeit.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0005] Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist für ein Brennerrohr in einer Brennkammerkappenanordnung für eine Gasturbinenbrennkammer eine Stützkonstruktion geschaffen, zu der gehören: ein äusserer Kreisring; eine innere ringförmige Nabe und mehrere Streben, die sich radial zwischen dem äusseren Kreisring und der inneren Nabe erstrecken, wobei die innere Nabe mit einer Kolbenringnut und einem Kolbenring versehen ist, der dazu eingerichtet ist, ein inneres Ende des Brennerrohrs aufzunehmen und abzudichten.

[0006] In einem weiteren Aspekt ist eine Brennkammerkappenanordnung geschaffen, zu der gehören: eine derartige Stützkonstruktionskappenanordnung an ihren vorderen und hinteren Enden, um mehrere Brennstoffdüsen und umgebende Brennerrohre einschliesslich einer zentralen Düse und eines zentralen Brennerrohrs zu stützen, wobei die Stützkonstruktion an dem hinteren Ende eine Diffusionsplatte mit einer zentralen Öffnung enthält, die zum Teil durch eine Hülse, die dem vorderen Ende zugewandt ist, gebildet ist.

[0007] Die Erfindung wird nun in Verbindung mit den im Folgenden ausgewiesenen Zeichnungen im Einzelnen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0008]

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Brennkammerkappenanordnung gemäss einer bekannten Konstruktion;

Fig. 2 zeigt eine Düsenbrennerrohrstützkonstruktion, die von der Kappenanordnung von Fig. 1 abgenommen ist;

Fig. 3 zeigt eine abgeschnittene Teilansicht der in Fig. 2 gezeigten Stützkonstruktion;

Fig. 4 zeigt eine Düsenbrennerstützkonstruktion gemäss einem exemplarischen, jedoch nicht beschränkenden

Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer Düsenbrennerrohrstützkonstruktion gemäss der Erfindung und veranschaulicht zusätzliche Stützen für umgebende Düsen;

Fig. 6 zeigt eine teilweise quergeschnittene Ansicht einer Brennkammerkappenanordnung, die die Düsenbrennerrohrstützkonstruktion von Fig. 4 verwendet; und

Fig. 7 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 6, die jedoch zusätzlich eine zentrale Düse veranschaulicht, die in dem Düsenbrennerrohr eingebaut ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0009] Fig. 1 stellt eine bekannte Brennkammerkappenanordnung 10 dar, die dazu dient, mehrere (nicht gezeigte) Brennstoffdüsen in einer Anordnung zu stützen, in der fünf äussere Düsen eine zentrale Düse umgeben. In diesem speziellen Beispiel sind sämtliche der Düsen mit umgebenden oder äusseren Brennerrohren versehen, die auf einem hinteren Ende der Brennkammerkappenanordnung gestützt sind. In Fig. 1 sind zwei äussere Düsenbrennerrohre 12 und 14 zusammen mit einem zentralen Brennerrohr 16 dargestellt. Die Erfindung betrifft hier insbesondere die Stütze für das zentrale Brennerrohr 16 an dem inneren oder hinteren Ende 18 der Kappenanordnung 10. Dementsprechend wird in der Beschreibung der in Fig. 1 gezeigten bekannten Anordnung im Einzelnen insbesondere das zentrale Brennerrohr 16 und sein Zusammenwirken mit dem inneren oder hinteren Ende 18 der Brennkammerkappenanordnung beschrieben.

[0010] An ihren inneren oder vorderen Enden (den der Brennkammer zugewandten oder benachbarten Enden) sind die unterschiedlichen Brennerrohre durch Hülsen 20 gestützt, die an eine Diffusorplatte 22 geschweisst sind. Die (hier auch als «Kolbenhülse» bezeichnete) zentrale Hülse 20 ist (wie am besten in Fig. 2 und 3 zu sehen) ausserdem seitlich durch eine «Wagenrad»-Konstruktion 24 gestützt, die durch einen äusseren Ring 26 und einen inneren Ring oder eine Nabe 28 gebildet ist, die über mehrere (in dem veranschaulichten Beispiel fünf) sich radial erstreckende Speichen oder Streben 30 verbunden sind. Es versteht sich, dass die fünf umgebenden Düsen/Brennerrohre bei dieser Anordnung jeweils in dem Raum angeordnet sind, der durch ein Paar benachbarte Streben 30 definiert ist.

[0011] Mit weiterem Bezug auf Fig. 2 und 3 passt die innere Nabe 28 über die Kolbenhülse 20, und das zentrale Brennerrohr 16 ist teleskopartig über die Kolbenhülse geschoben, so dass sich das innere Ende 32 des Brennerrohrs 16 in unmittelbarer Nähe des äusseren Randes 34 der inneren Nabe 28 befindet, wobei dazwischen ein axialer Spalt vorhanden ist. Zu beachten ist auch, dass zwischen dem inneren Rand 36 der inneren Nabe 28 und der mit einem Flansch versehenen Basis 38 der Kolbenhülse 20 ein ähnlicher axialer Spalt vorhanden ist. Diese Spalte lassen eine thermische Ausdehnung während des Betriebs zu. In dieser bekannten Anordnung ist radial zwischen dem inneren Ende des Brennerrohrs 16 und der Kolbenhülse 20 eine ringförmige herkömmliche Feder oder ein «Dichtungsreifen» 40 angeordnet, um einen Luftleckstrom über die Diffusionsplatte auf ein Minimum zu reduzieren.

[0012] Fig. 4 und 5 veranschaulichen eine vereinfachte Anordnung, die dazu dient, das innere Ende eines zentralen Brennerrohrs 66 an der Brennstoffdüsenanordnung (siehe Fig. 7) zu stützen, gemäss einem exemplarischen jedoch nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine innere Wagenradkonstruktion 42 eines zentralen Brenners basiert auf einem äusseren Kreisring 44 und einem inneren Ring oder einer Nabe 46 mehreren sich dazwischen radial erstreckenden Speichen oder Streben 48. In diesem Fall ist die innere Nabe 46 jedoch so konstruiert, dass auf eine gesonderte Kolbenhülse und einen Dichtungsreifen verzichtet werden kann. Darüber hinaus ist das zentrale Brennerrohr 66 an dem vorderen Ende der Düsenanordnung (Fig. 7) gestützt und lediglich an der Wagenradkonstruktion 42 abgedichtet. Insbesondere weist die innere Nabe 46 konisch zulaufende vordere bzw. hintere Enden 50, 52 und einen Innenumfang auf, der axial zwischen den Enden 50, 52 mit einer ringförmigen Kolbenringnut 54 ausgebildet ist. Wie am besten in Fig. 5 und 6 zu sehen, kann ein sich abwärts erstreckender ringförmiger Randwulstabschnitt 53 des hinteren konisch zulaufenden Endes 52 an einen komplementären Rand 56 in der Diffusionsplatte 58 stumpfgeschweisst sein. Das nach vorne konisch zulaufende Ende 50 erleichtert es, das zentrale Brennstoffdüsenbrennerrohr 66 teleskopartig in die innere Nabe 46 zu schieben, und ein Kolbenring 60, der in die Nut 54 eingesetzt ist, dichtet den Zwischenraum zwischen dem Brennstoffdüsenbrennerrohr 66 und der inneren Nabe 46 ab.

[0013] Fig. 5 zeigt ausserdem umgebende Brennerrohrstützhülsen 61 einer anderen Anordnung, als sie in Fig. 1 gezeigt ist, soll jedoch in keiner Weise die oben beschriebene Brennerrohrstützkonstruktion beschränken.

[0014] Fig. 6 und 7 zeigen die Wagenradstützkonstruktion 42, die in eine Brennkammerkappenanordnung 62 eingebaut ist, und Fig. 7 zeigt die gleiche Kappenanordnung 62 mit einer zentralen Düse 64, die in das Brennstoffdüsenbrennerrohr 66 eingebaut ist und sich in dieses hinein erstreckt.

[0015] Das hintere Ende des Brennstoffdüsenbrennerrohrs ist an dem Kolbenring 60 abgedichtet, jedoch in sonstiger Weise dort, wo das Brennerrohr durch die Diffusionsplatte 58 in Eingriff genommen ist, nicht befestigt. Diese Anordnung gestattet dem Brennstoffdüsenbrennerrohr, sich wenigstens in axialer Richtung bezüglich der inneren Nabe 46 und der Diffusionsplatte thermisch auszudehnen, während die Abdichtung an dem Kolbenring 60 aufrechterhalten wird.

[0016] Diese Anordnung stellt eine wirkungsvolle Stütze für das innere Ende des zentralen Brennerrohrs unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Teilen und mit einer einfachen Konstruktion bereit, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Während die Erfindung im Vorliegenden in Zusammenhang mit einer zentralen Brennerrohrdüse beschrieben ist, kann sie in jedem beliebigen Düsenbrennerrohr und sogar unter Verzicht auf die «Wagenrad»-Stützkonstruktion genutzt werden. D.h. es könnte eine dem inneren Ring oder der Nabe 46 ähnelnde Stütze an eine beliebige Stelle, an der ein Düsenbrennerrohr zu stützen ist, an die Diffusionsplatte geschweisst sein.

[0017] Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt, ist die Erfindung allerdings selbstverständlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel zu beschränken, sondern soll vielmehr vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche

1. Stützkonstruktion (42) für ein Brennerrohr (66) in einer Brennkammerkappenanordnung (62) für eine Gasturbinenbrennkammer, mit: einem äusseren Kreisring (44); einer inneren ringförmigen Nabe (46); und mehreren Streben (48), die sich radial zwischen dem äusseren Kreisring (44) und der inneren Nabe (46) erstrecken; wobei die innere Nabe (46) mit einer Kolbenringnut (54) und einem Kolbenring (60) versehen ist, der dazu eingerichtet ist, ein inneres Ende des Brennerrohrs (66) aufzunehmen und abzudichten.
2. Stützkonstruktion (42) nach Anspruch 1, wobei die innere Nabe (46) an ihren gegenüberliegenden vorderen und hinteren Enden (50, 52) mit umgekehrt konisch zulaufenden Bereichen ausgebildet ist.
3. Die Stützkonstruktion (42) nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Diffusionsplatte (58), wobei die Diffusionsplatte (58) eine kreisförmige Öffnung aufweist, die durch einen von der Diffusionsplatte (58) abragenden, konisch zulaufenden Rand definiert ist, und wobei das hintere Ende (52) der inneren Nabe (46) an den von der Diffusionsplatte (58) abragenden, konisch zulaufenden Rand (53) auf der Diffusionsplatte (58) geschweisst ist.
4. Stützkonstruktion (42) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Streben (48) fünf beträgt, und wobei das Brennerrohr (66) als ein zentrales Düsenbrennerrohr in der Stützkonstruktion (42) aufnehmbar ist.
5. Stützkonstruktion (42) nach Anspruch 3, wobei die kreisförmige Öffnung in der Diffusionsplatte (58) in einem zentralen Abschnitt der Diffusionsplatte (58) ausgebildet ist, wobei mehrere Öffnungen die kreisförmige Öffnung umgeben.
6. Stützkonstruktion (42) nach Anspruch 5, wobei jede der mehreren Öffnungen mit einer von der Diffusionsplatte (58) abragenden Ringhalterung ausgebildet ist, die dazu eingerichtet ist, ein Brennerrohr (66) aufzunehmen, wobei jede von der Diffusionsplatte (58) abragenden Ringhalterung eine innere Kolbenringnut (54) aufweist, in die ein Kolbenring (60) eingesetzt ist, der dazu eingerichtet ist, das Brennerrohr (66) in Eingriff zu nehmen.
7. Brennkammerkappenanordnung (62), zu der gehören: eine Stützkonstruktion (42) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 an den vorderen und hinteren Enden (50,52) der Brennkammerkappenanordnung (62), um mehrere Brennstoffdüsen (64) und umgebende Brennerrohre (66) einschliesslich einer zentralen Düse (64) und eines zentralen Brennerrohrs (66) zu stützen; wobei die Stützkonstruktion (42) an dem hinteren Ende (52) eine Diffusionsplatte (58) mit einer zentralen Öffnung enthält, die zum Teil durch eine Hülse, die dem vorderen Ende (50) zugewandt ist, gebildet ist.
8. Brennkammerkappenanordnung (62) nach Anspruch 7, wobei innere Enden der Brennerrohre (66) unbeengt in der Stützkonstruktion (42) aufnehmbar sind, um dadurch eine thermische Ausdehnung in axialer Richtung zuzulassen.
9. Brennkammerkappenanordnung (62) nach Anspruch 7, wobei es einem hinteren Ende (52) des zentralen Brennerrohrs (66) ermöglicht ist, sich bezüglich der inneren Nabe (46) und der Hülse der Diffusionsplatte (58) thermisch auszudehnen.
10. Brennkammerkappenanordnung (62) nach Anspruch 7, wobei es den hinteren Enden (52) jedes der Brennerrohre (66) ermöglicht ist, sich bezüglich der Hülse der Diffusionsplatte (58) thermisch auszudehnen.