DE102009003674A1

DE102009003674A1 - Schwimmender Bund einer Brennkammerkappe mit E-Dichtung

Info

Publication number: DE102009003674A1
Application number: DE102009003674A
Authority: DE
Inventors: Geoffrey David Myers; Xiaoguang Yu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2009-10-01
Also published as: US8104291B2; JP5280909B2; FR2929373A1; CN101545640A; JP2009236479A; CN101545640B; US20090243230A1; FR2929373B1

Abstract

Eine verbesserte schwimmende Bundanordnung für Gasturbinen-Brennkammereinheiten (15) umfasst einen Blechbund (22) mit einem flachen Flansch (30) und eine E-förmige Dichtung (23), die innerhalb eines Epoxidblocks (34) vorkomprimiert ist. Der Bund (22) passt über ein entsprechendes Brennstoffdüsen-Brennerrohr (16) und ist durch eine flache Platte (24) an einer Kappenanordnung (10) gehalten. Während der Montage ist der Bund (22) lose, so dass er schwimmt, was die Montage der Kappe (10) vereinfacht. Während eines Betriebs heizt sich das zur Vorkompression der E-Dichtung (23) verwendete Epoxid (34) auf und brennt weg, woraufhin sich die E-Dichtung (23) entspannt und eine Spannkraft zwischen dem Bund (22) und der Platte (24) erzeugt, die ausreichend hoch ist, um den Bund (22) am verdrehen zu hindern und dadurch einen Verschleiß des Bundes zu reduzieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Gasturbinen und insbesondere einen schwimmenden Bund einer Brennkammerkappe für Gasturbinenbrennkammereinheiten.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Ein Gasturbinenverbrennungssystem besteht gewöhnlich aus mehreren Brennkammern, wobei innerhalb jeder Kammer mehrere Brennstoffdüsenanordnungen vorgesehen sind. Über den Brennstoffdüsen ist eine Kappenanordnung positioniert, die mit einer passenden Anzahl von schwimmenden Bünden oder Kragen ausgestattet ist, die innerhalb zugehöriger Senkungen durch eine Halteplatte gehaltert sind. Im montierten Zustand passen diese schwimmenden Bünde über die Außenseitenfläche der Brennstoffdüsen-Brennerrohre und wirken als Luftleckagebegrenzer. Die meisten schwimmenden Kappenbünde unterliegen während eines Verbrennungsbetriebs einem schweren Verschleiß und müssen ersetzt werden, was dazu führt, dass Betriebskosten und Zuverlässigkeit wichtige Gesichtspunkte darstellen. Eine Analyse der verschlissenen Bünde hat gezeigt, dass eine Bunddrehung während des Betriebs die Ursache für den Bundfehler darstellt. Wenn sich die schwimmenden Bünde verdrehen, kommt es zu einer reibungsbedingten Abnutzung zwischen den Bünden und einer Stützplatte.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte schwimmende bzw. bewegliche Kappenbundanordnung (kurz Kappenschwimmbundanordnung) für Gasturbinenbrennkammereinheiten, die einen Verschleiß der schwimmenden Bünde reduziert, um dadurch die Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit der schwimmenden Bünde zu verbessern. Die Schwimmbundanordnung passt über ein zugehöriges Brennstoffdüsen-Brennerrohr und wird durch eine flache Platte in einer Senkung an der Kappenanordnung gehalten. Die Bundanordnung besteht aus zwei Teilen, d. h. einem Blechbund oder -kragen mit einem flachen Flansch und einer E-förmigen Dichtung, die innerhalb eines Epoxidblocks vorgestaucht ist. Während einer Montage ist der Bund lose, so dass er sich bewegen lässt bzw. schwimmt, was die Kappenmontage einfach gestaltet. Diese Eigenschaft stellt auch eine sehr wichtige Anforderung für den Außenkundendienst dar. Wenn die Gasturbine beginnt zu laufen, heizt sich das Epoxidharz, das zum Vorkomprimieren der E-Dichtung verwendet wird, auf und brennt weg, woraufhin sich die E-Dichtung öffnet bzw. entspannt und eine Spann- bzw. Anpresskraft zwischen dem Bund und der Platte erzeugt, die ausreichend hoch ist, um den Bund davon abzuhalten, sich zu verdrehen, um dadurch einen Bundverschleiß zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine ebene Ansicht einer Kappenanordnung, die mehrere Brennstoffdüsenanordnungen bedeckt.
2 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die in 1 veranschaulichten Brennstoffdüsenanordnung, ohne dass die Kappe diese bedeckt, wobei diese an einer Endabdeckung montiert sind.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht von unten auf die Innenseite der Kappenanordnung unter Veranschaulichung verschiedener Senkbohrungen, in denen die Brennstoffdüsenan ordnungen eingefügt sind, und entsprechender schwimmender Bünde, die durch Halteplatten in den Senkungen gehalten sind.
4A zeigt eine vereinfachte und ausschnittsweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer Brennstoffdüsenanordnung.
4B zeigt eine ausschnittsweise, im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils der in 4A veranschaulichten Brennstoffdüsenanordnung.
5A zeigt eine im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer E-Dichtung, die als Teil der Bundanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
5B zeigt eine ebene Draufsicht auf die E-Dichtung nach 5A.
6 zeigt eine ausschnittsweise, im Querschnitt dargestellte Seitenansicht des schwimmenden Bundes und der E-Dichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem in einer Kappenanordnung montierten und mit einem Brennstoffdüsenrohr verbundenen Zustand.
7 zeigt eine schematisierte Perspektivansicht von unten auf den schwimmenden Bund gemäß der vorliegenden Erfindung, wie er mit einem Brennstoffdüsenrohr in Eingriff steht und innerhalb der Kappenanordnung durch eine Halteplatte gehalten ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine ebene Draufsicht auf eine Brennkammerkappenanordnung 10 für eine Gasturbine mit fünf Brennstoffdüsenanordnungen 12 in fünf zugehörigen Senkungen 20 in der Kappenanordnung 10. Die Kappenanordnung 10 ist innerhalb einer Brennkammer 15 montiert.
2 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf die fünf Brennstoffdüsenanordnungen 12 aus 1, die veranschaulicht sind, wie sie an einer Endabdeckung 17 angeschraubt sind. Jede der Brennstoffanordnungen 12 enthält eine Brenneranordnung 14, die in einem zugehörigen Brennstoffdüsenrohr 16 angeordnet ist. Jedes Brennstoffdüsenrohr 16 enthält eine Schulter 18, die einer Veränderung des Außendurchmessers des Brennstoffdüsenrohrs entspricht. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben, steht die Schulter 18 des Brennstoffdüsenrohrs 16 mit einem schwimmenden bzw. beweglichen Bund oder Kragen 22 in Eingriff, der einen Teil der schwimmenden bzw. beweglichen Bund- oder Kragenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung bildet.
3 zeigt eine Perspektivansicht von unten auf die Kappenanordnung 10, wie sie in 1 veranschaulicht ist. Die Kappenanordnung 10 enthält fünf Senkungen 20, wie sie in 1 veranschaulicht sind. In den Senkungen 20 sind fünf zugehörige schwimmende Bünde 22 angeordnet, die durch vier Halteplatten 24, die an der Unterseite der Kappenanordnung 10 angebracht sind, an Ort und Stelle gehalten sind. Die Art und Weise, in der die schwimmenden Bünde durch die Platten 24 gehaltert sind, ist in größeren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
4A zeigt eine vereinfachte und ausschnittsweise, im Querschnitt dargestellte Seitenansicht einer Brennstoffdüsen-Brenneranordnung 12, wobei die meisten Details von dieser für eine Erläuterung der schwimmenden Bundanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht relevant sind. 4A zeigt im Querschnitt ein Brennstoffdüsenrohr 16 und einen Brennstoffbrenner 14, der in dem Rohr 16 angeordnet ist, sowie, ebenfalls im Querschnitt, einen schwimmenden Bund 22, der über der Außenseite des Brennstoffdüsen-Brennerrohrs 16 positioniert ist.
4B zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Abschnitts des Brennstoffdüsenrohrs 16 und des schwimmenden Bundes 22, wie sie in 4A veranschaulicht sind, um die Art und Weise besser zu veranschaulichen, in der der schwimmende Bund mit dem Brennstoffbrennerrohr 16 in Eingriff steht, wenn er über der Außenseite des Brennstoffbrennerrohrs 16 positioniert ist. Wie aus 4B ersehen werden kann, enthält das Brennstoffbrennerrohr 16 eine Schulter 18, die eine Veränderung des Außendurchmessers des Brennstoffbrennerrohrs 16 darstellt. Der schwimmende Bund 22 greift an der Schulter 18 des Brennstoffbrennerrohrs 16 an, wenn die Senkung 20 in der Kappenanordnung 10 über dem Rohr 16 positioniert ist, wenn die Kappenanordnung an einer Brennstoffdüsen-Brenneranordnung angebracht ist.
5A und 5B zeigen eine im Querschnitt dargestellte Seitenansicht bzw. eine ebene Draufsicht auf eine Dichtungsfeder 23, die verwendet wird, um den schwimmenden Bund 22 während eines Brennerbetriebs an Ort und Stelle zu halten. Wie in 5A zu sehen, weist die Dichtungsfeder 23 im Querschnitt vorzugsweise eine Gestalt auf, die dem Buchstaben ”E” ähnlich ist, obwohl beachtet werden sollte, dass in der vorliegenden Erfindung Dichtungsfedern mit anderen Formen verwendet werden könnten. Wie in 5B zu ersehen, weist die Dichtungsfeder 23 in der ebenen Ansicht vorzugsweise eine Gestalt auf, die im Wesentlichen kreisringförmig ist, um der Dichtungsfeder 23 zu ermöglichen, auch über der Außenseite des Brennstoffdüsen-Brennerrohrs 16 positioniert zu werden.
In ihrer bevorzugten E-förmigen Ausführungsform weist die Dichtungsfeder 23 einen Mittelabschnitt 28, der ähnlich wie eine Haarnadel geformt ist, und zwei gekrümmte Enden 26 auf, die jeweils an einem Ende mit dem Mittelabschnitt 28 verbunden sind, um die „E”-Querschnittsgestalt der Dichtungsfeder 23 zu vervollständigen. Wie aus 5A ersehen werden kann, ergibt die bevorzugte „E”-Gestalt der Dichtungsfeder 23 eine Federkonfiguration, die komprimiert bzw. gestaucht werden kann, um eine Kraft zu erzeugen, die entgegen der Kompression der Dichtungsfeder 23 wirkt. Hier sollte wiederum beachtet werden, dass in der vorliegenden Erfindung auch Dichtungsfedern mit anderen zusammendrückbaren Formen, die eine ähnliche Gegenkraft erzeugen, verwendet werden könnten.
6 zeigt die Konstruktion des schwimmenden Kappenbundes gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn dieser anfangs in der Kappenanordnung einer Gasturbine eingebaut ist. Wie in 6 veranschaulicht, enthält die Kappenanordnung 10 eine Schulter 32, die mit einem flachen Flansch 30 des schwimmenden Bundes 22 in Eingriff steht. Über dem flachen Flansch 30 ist zwischen der Kappe 10 und der Halteplatte 24 die Dichtungsfeder 23 positioniert. Wie aus 6 ersehen werden kann, ist die Dichtungsfeder 23 anfänglich in einem Block aus einem Epoxidharz 34 eingeschlossen. Wie ferner aus 6 ersehen werden kann, weist der schwimmende Bund 22 eine „kurvenreiche” Gestalt auf, so dass er sich im Verlauf seiner Erstreckung von dem flachen Flansch 30 aus nach innen und nach außen zu der Seitenwand des Brennstoffbrennerohrs 16 hin und von dieser weg krümmt, so dass ein erster Krümmungsabschnitt 36 des Bundes 22 an einer ersten Stelle mit dem Rohr 16 in Eingriff steht und ein zweiter Krümmungsabschnitt 38 des Bundes 22 an der Rohrschulter 18 mit dem Rohr 16 in Eingriff steht.
7 zeigt eine schematisierte perspektivische Ansicht des schwimmenden Bundes 22 gemäß der vorliegenden Erfindung, wie er an der Kappenanordnung 10 eingebaut ist und ein Brennstoffdüsenrohr 16 umgibt. Hier kann wiederum ersehen werden, dass der schwimmende Bund 22 in Bezug auf die Kappenanordnung 10 durch die Halteplatte 24 derart in Stellung gehalten wird, dass, wenn die Brennstoffdüsenrohre 16, die einen Teil der Brennstoffdüsenanordnung 12 bilden, in die Kappenanordnung 11 eingeführt sind, der schwimmender Bund 12 an der Außenwand des Brennstoffdüsenrohrs 16 anliegt.
Während eines Betriebs der Gasturbine heizt sich der Epoxidblock 34, der anfänglich die Dichtungsfeder 23 einkapselt, auf und brennt weg, woraufhin die Dichtungsfeder 23 in der Lage ist, sich zu öffnen bzw. zu entspannen und eine Spannkraft bzw. Anpressbelastung zu erzeugen, die ausreichend hoch ist, um den schwimmenden Bund 22 während eines Betriebs der Gasturbine an einer Verdrehung rings um das Brennstoffdüsenrohr 16 zu hindern. Die Kraft wird zwischen der Kappenanordnung 10 an der Schulter 32 und der Halteplatte 24, gegen die die Unterseite der Dichtungsfeder 23 abgestützt ist, ausgeübt.
Somit sind in der vorliegenden Erfindung für eine typische Kappenanordnung fünf Schwimmbünde 22 vorhanden, die innerhalb der Kappenanordnung 10 durch entsprechende Halteplatten 24 gehalten sind. Sobald die Kappenanordnung 10 über den Brennstoffdüsenanordnungen 12 eingebaut ist, die die an der Endabdeckung 17 montierten Brennstoffdüsen 14 enthalten, passen die Brennstoffdüsen 14 durch die Senkbohrungen 20 in der Kappenan ordnung 10 hindurch. Bei der Endmontage ruhen oder sitzen die schwimmenden Bünde 22 auf einer Außenseite der Düsenrohre 16 und sind schließlich durch die Dehnkraft der zugehörigen Dichtungsfedern 23 in Stellung gehalten, die nach dem Aufheizen und Wegbrennen der Epoxidblöcke 34, die verwendet werden, um die Dichtungsfedern 23 anfänglich zu komprimieren, die Spann- bzw. Anpresskräfte erzeugen. Eine Dehnung der Dichtungsfedern 23 und die resultierenden Spannkräfte hindern die schwimmenden Bünde 22 daran, sich während eines Brennerbetriebs zu verdrehen. Dies wiederum reduziert den Verschleiß der schwimmenden Bünde und verbessert dadurch deren Funktionssicherheit.
Während die Erfindung in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, das als die momentan praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, sollte es verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass die Erfindung im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, mit umfassen soll.
Eine verbesserte schwimmende Bundanordnung für Gasturbinen-Brennkammereinheiten 15 umfasst einen Blechbund 22 mit einem flachen Flansch 30 und eine E-förmige Dichtung 23, die innerhalb eines Epoxidblocks 34 vorkomprimiert ist. Der Bund 22 passt über ein entsprechendes Brennstoffdüsen-Brennerrohr 16 und ist durch eine flache Platte 24 an einer Kappenanordnung 10 gehalten. Während der Montage ist der Bund 22 lose, so dass er schwimmt, was die Montage der Kappe 10 vereinfacht. Während eines Betriebs heizt sich das zur Vorkompression der E-Dichtung 23 verwendete Epoxid 34 auf und brennt weg, woraufhin sich die E-Dichtung 23 entspannt und eine Spannkraft zwischen dem Bund 22 und der Platte 24 erzeugt, die ausreichend hoch ist, um den Bund 22 am verdrehen zu hindern und dadurch einen Verschleiß des Bundes zu reduzieren.

Claims

Schwimmende Bundanordnung für eine Kappe (10) einer Brennkammereinheit, wobei die schwimmende Bundanordnung aufweist: einen Bund (22), der einen Flansch (30) zur Verbindung mit der Kappe (10) enthält, und eine Dichtungsfeder (23), die zwischen dem Flansch (30) und einer Platte (24) positioniert ist, die an der Kappe (10) angebracht ist, wobei die Dichtungsfeder (23) eine Spannkraft zwischen dem Bundflansch (30) und der Platte (24) erzeugt, um den Flansch (30) gegen die Kappe (10) zu halten und dadurch den Bund (22) während eines Betriebs der Brennkammereinheit (15) an einer Verdrehung zu hindern.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 1, wobei der Bund (22) im Wesentlichen kreisringförmig und über einer Außenseite eines Brennstoffdüsen-Brennerrohrs (16) derart positioniert ist, dass er mit einer Schulter (18) in der Rohraußenseite in Eingriff steht, wenn die Kappe (10) an der Brennkammereinheit (15) angebracht ist.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 2, wobei die Dichtungsfeder (23) im Wesentlichen kreisringförmig ist und sich rings um die Außenseite des Brennstoffdüsen-Brennerrohrs (16) erstreckt, wenn die Kappe (10) an der Brennkammereinheit (15) angebracht ist.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 2, wobei der Bund (22) einen ersten Krümmungsabschnitt (36), der mit der Außenseite des Rohrs (16) an einer ersten Stelle in Eingriff steht, und einen zweiten Krümmungsabschnitt (38) aufweist, der mit der Außenseite des Rohrs (16) an der Rohrschulter (18) in Eingriff steht.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 1, wobei der Bund (22) während einer Montage der Kappe (10) an der Brennkammereinheit (15) lose ist.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 5, wobei während einer Montage der Kappe (10) an der Brennkammereinheit (15) die Dichtungsfeder (23) durch ein Epoxidharz (34) in einer komprimierten Stellung gehalten ist.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 6, wobei während eines Betriebs der Brennkammereinheit das Epoxidharz (34) sich aufheizt und wegbrennt, woraufhin die Dichtungsfeder (23) druckentlastet wird und eine Spannkraft zwischen dem Bundflansch (30) und der Platte (24) erzeugt, um den Bund (22) davon abzuhalten, sich während eines Betriebs der Brennkammereinheit (15) zu verdrehen, um dadurch einen Verschleiß des Bundes zu reduzieren.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsfeder (23) im Querschnitt eine Gestalt aufweist, die dem Buchstaben „E” ähnlich ist.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 8, wobei die Dichtungsfeder (23) einen Mittelabschnitt (28), der ähnlich wie eine Haarnadel geformt ist, und zwei gekrümmte Enden (26) aufweist, die jeweils an einem Ende mit dem Mittelabschnitt (28) verbunden sind, um die „E”-Querschnittsgestalt der Dichtungsfeder (23) zu vervollständigen.
Schwimmende Bundanordnung nach Anspruch 1, wobei die Kappe (10) eine Schulter (32) enthält, an der der Flansch (30) des schwimmenden Bundes (22) anliegt.