DE102010036347B4

DE102010036347B4 - Dichtungen für eine Turbinenmaschine und Verfahren zur Montage einer Turbinenmaschine

Info

Publication number: DE102010036347B4
Application number: DE102010036347.2A
Authority: DE
Inventors: Krishna Kumar Venkataraman; Timur R. REPIKOV; Kevin Weston McMahan; Kara Johnston Edwards
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: US8141879B2; US20110014029A1; CN101956608A; CH701538A8; DE102010036347A1; CH701538B1; JP5743442B2; CH701538A2; JP2011021601A

Abstract

Verfahren zum Abdichten mehrerer Brennkammern (104, 220) an einem Einlassringraum einer Turbinenmaschine (100), das aufweist:Anordnen mehrerer Brennkammern (104, 220) rings um den Einlassringraum;Montieren einer inneren Umfangsdichtung (254) zwischen einer inneren Ringraumwand (202) und zugehörigen inneren Dichtungsflächen (219) jedes der Brennkammerauslässe;Montieren einer äußeren Umfangsdichtung (250) zwischen einer äußeren Ringraumwand (204) und zugehörigen äußeren Dichtungsflächen (218) jedes der Brennkammerauslässe; undMontieren einer Seitendichtung (260) zwischen jeweils zwei benachbarten Brennkammerauslässen, um einen Zwischenraum zwischen Seitenwandabschnitten (212) der Brennkammerauslässe abzudichten, wobei ein erstes Ende (262) jeder Seitendichtung (260) an einer Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250) anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der äußeren Umfangsdichtung (250) erstreckt, wobei ein zweites Ende (264) jeder Seitendichtung (260) an einer Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254) anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der inneren Umfangsdichtung (250) erstreckt;wobei das Montieren jeder Seitendichtung (260) ein Montieren der Seitendichtung (260) gegen Rückflächen (217) von Seitenflanschen, die sich entlang der Seiten der Brennkammerauslässe erstrecken, aufweist und ferner aufweist:Drücken des ersten Endes (262) jeder Seitendichtung (260) in Eingriff mit der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250), so dass sich diese an die Form der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250) anpasst und gegen diese abdichtet; undDrücken des zweiten Endes (264) jeder Seitendichtung in Eingriff mit der Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254), so dass sich diese an die Form der Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254) anpasst und gegen diese abdichtet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einigen landgestützten Turbinenmaschinen, die in elektrischen Kraftwerksanlagen eingesetzt werden, sind mehrere Brennkammern rings um den Umfang der Turbinenmaschine angeordnet, und jede der Brennkammern liefert heiße Verbrennungsgase in den Turbinenabschnitt der Maschine hinein. Der Einlass zu dem Turbinenabschnitt ist als ein Ringraum ausgebildet, der eine innere Ringraumwand und eine äußere Ringraumwand enthält. Die Auslässe der Brennkammern sind mit dem Turbineneinlassringraum verbunden. Der Auslass jeder Brennkammer ist im Wesentlichen rechteckig gestaltet. Jedoch sind die obere und die untere Seite des Auslasses bogenförmig gestaltet, so dass, wenn alle Brennkammern Seite an Seite rings um den Außenumfang der Turbinenmaschine angeordnet sind, die Auslässe der Brennkammern sich zu dem kreisförmigen Einlassringraum des Turbinenabschnitts der Maschine verbinden.
Zwischen der inneren und der äußeren Ringraumwand des Turbineneinlasses und den entsprechenden Flächen der Brennkammerauslässe sind Umfangsdichtungen vorgesehen. Zusätzlich sind Seitendichtungen zwischen den Seiten jedes Paares benachbarter Brennkammern angeordnet.
Der Auslass jeder der Brennkammern und der Turbineneinlassringraum enthalten extrem heiße Verbrennungsgase, wenn die Maschine arbeitet. In Folge dessen erfahren sowohl die Auslassabschnitte der Brennkammern als auch die Elemente des Turbineneinlassringraums, wenn eine Turbine in Betrieb genommen wird, eine große Temperaturschwankung. Die Temperaturwechselbeanspruchung zwischen Raumtemperatur und den hohen Temperaturen, die während normaler Betriebsvorgänge vorliegen, können das Auftreten wesentlicher Wärmeausdehnungen bewirken. Und auf Grund der komplexen Gestalten der einzelnen Elemente, die an dem Einlassringraum zusammen kommen, können die Ausdehnungen ungleichförmig und unvorhersehbar sein. Daher ist es normal, dass sich zwischen dem Einlassringraum und den Auslässen der Brennkammern kleine Öffnungen bilden. Ein üblicher Ort, an dem sich derartige Öffnungen bilden, sind die Ecken der Brennkammerauslässe, wo die Seitendichtung zwischen benachbarten Brennkammern mit der inneren und äußeren Umfangsdichtung zusammentrifft. Diese Öffnungen ermöglichen den heißen Verbrennungsgasen zu entweichen. Und diese Leckage von Verbrennungsgasen stellt einen unerwünschten Effizientverlust dar.
EP 1 239 118 A2 beschreibt eine Abdichtung mehrerer Brennkammern an einem Einlassringraum einer Turbinenmaschine mit einer äußeren Umfangsdichtung zwischen der äußeren Ringraumwand und zugehörigen Flächen jedes der Brennkammerauslässe, einer Seitendichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Brennkammerauslässen, um einen Zwischenraum zwischen Seiten der Brennkammerauslässe abzudichten, wobei ein erstes Ende jeder Seitendichtung an einer Rückseite der äußeren Umfangsdichtung anliegt und sich die Seitendichtung über im Wesentlichen die gesamte Höhe der äußeren Umfangsdichtung erstreckt.
US 6 162 014 A und JP H11- 200 894 A beschreiben jeweils eine Seitendichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen zwei benachbarten Übergangsstücken einer Gasturbine, die ein Arbeitsfluid von jeweils einer Brennkammer zu einer Turbinengruppe der Gasturbine führen, wobei die Seitendichtung in gegenüberliegenden Nuten in hinteren Seitenflanschen der benachbarten Übergangsstücke eingesetzt ist und sich über die gesamte Höhe der Seitenflansche und über diese hinaus erstreckt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Abdichten mehrerer Brennkammern an einem Einlassringraum einer Turbinenmaschine geschaffen, das ein Anordnen mehrerer Brennkammern rings um den Einlassringraum, Montieren einer inneren Umfangsdichtung zwischen der inneren Ringraumwand und zugehörigen inneren Dichtungsflächen jedes der Brennkammerauslässe und Montieren einer äußeren Umfangsdichtung zwischen der äu-ßeren Ringraumwand und zugehörigen äußeren Dichtungsflächen jedes der Brennkammerauslässe enthält. Das Verfahren enthält ferner ein Montieren einer Seitendichtung zwischen jeweils zwei benachbarten Brennkammerauslässen, um einen Zwischenraum zwischen Seitenwandabschnitten der Brennkammerauslässe abzudichten, wobei ein erstes Ende jeder Seitendichtung an einer Rückseite der äußeren Umfangsdichtung anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der äußeren Umfangsdichtung erstreckt und wobei ein zweites Ende jeder Seitendichtung an einer Rückseite der inneren Umfangsdichtung anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der inneren Umfangsdichtung erstreckt. Das Montieren jeder Seitendichtung weist ein Montieren der Seitendichtung gegen Rückflächen von Seitenflanschen, die sich entlang der Seiten der Brennkammerauslässe erstrecken, auf und ferner: Drücken des ersten Endes jeder Seitendichtung in Eingriff mit der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung, so dass sich diese an die Form der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung anpasst und gegen diese abdichtet, und Drücken des zweiten Endes jeder Seitendichtung in Eingriff mit der Rückseite der inneren Umfangsdichtung, so dass sich diese an die Form der Rückseite der inneren Umfangsdichtung anpasst und gegen diese abdichtet.
Figurenliste

1 zeigt eine im Längsschnitt dargestellte Teilansicht einer Turbinenmaschine;
2 zeigt eine Perspektivansicht, die veranschaulicht, wie zwei benachbarte Brennkammerauslässe an einen Turbineneinlassringraum angefügt sind;
3 zeigt eine perspektivische Teilansicht unter Veranschaulichung der oberen Flächen von zwei benachbarten Brennkammern, die an einem Turbineneinlassringraum angebracht werden sollen;
4 zeigt eine im Schnitt dargestellte Teilansicht einer oberen Seitenecke eines Brennkammerauslasses, die veranschaulicht, wie eine Seitendichtung mit dem Brennkammerauslass gekoppelt ist;
5 zeigt eine perspektivische Teilansicht, die veranschaulicht, wie eine Seitendichtung mit zwei benachbarten Brennkammerauslässen verbunden ist;
6A zeigt eine im Querschnitt dargestellte Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der äußeren Ringraumwand des Turbineneinlassringraums verbunden ist, gemäß einem Stand der Technik;
6B zeigt eine perspektivische Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der äußeren Ringraumwand des Turbineneinlassringraums verbunden ist, gemäß einem Stand der Technik;
6C zeigt eine im Querschnitt dargestellte Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der inneren Ringraumwand des Turbineneinlassringraums verbunden ist, gemäß einem Stand der Technik;
7A zeigt eine im Querschnitt dargestellte Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der äußern Ringraumwand des Turbineneinlassringraumes unter Verwendung einer Seitendichtung gemäß der Erfindung verbunden ist;
7B zeigt eine perspektivische Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der äußeren Ringraumwand des Turbineneinlassringraums unter Verwendung der Seitendichtung gemäß der Erfindung verbunden ist;
7C zeigt eine im Querschnitt dargestellte Teilansicht, die veranschaulicht, wie ein Brennkammerauslass mit der inneren Ringraumwand des Turbineneinlassringraumes unter Verwendung der Seitendichtung gemäß der Erfindung verbunden ist.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht einige der wesentlichen Elemente einer typischen Turbinenmaschine, die in einer Kraftwerksanlage verwendet werden würde. Die Turbinenmaschine 100 enthält einen Verdichterabschnitt 102, der ankommende Luft komprimiert und diese zu einer Brennkammer 104 liefert. Die komprimierte Luft wird in der Brennkammer 104 mit Brennstoff vermischt, und das Luft-Brennstoff-Gemisch wird gezündet. Die resultierenden heißen Verbrennungsgase werden anschließend durch einen Auslass der Brennkammer 104 hindurch in einen Einlassringraum des Turbinenabschnitts 106 hinein geliefert.
Wie oben erwähnt, würden mehrere Brennkammern 104 rings um den Außenumfang der Turbinenmaschine 100 angeordnet sein. Die Auslässe jeder der Brennkammern 104 würden an einem Einlassringraum angebracht sein, der sich in den Turbinenabschnitt 106 der Turbinenmaschine 100 öffnet.
2 veranschaulicht, wie zwei benachbarte Brennkammerauslässe mit dem Einlassringraum verbunden sind, der sich in den Turbinenabschnitt 106 der Turbinenmaschine 100 öffnet. Der Einlassringraum ist durch die innere Ringraumwand 202 und die äußere Ringraumwand 204 gebildet. Die oberen und unteren bogenförmigen Flächen der Auslässe der Brennkammern 220 sind mit der inneren und äußeren Ringraumwand 202 und 204 verbunden. Zwischen der inneren Ringraumwand 202 und den unteren Wänden jedes der Brennkammerauslässe ist eine innere Umfangsdichtung montiert. In gleicher Weise ist zwischen der äußeren Ringraumwand 204 und den oberen Wänden jedes der einzelnen Brennkammerauslässe eine äußere Umfangsdichtung montiert.
Zusätzlich ist eine Seitendichtung 240 zwischen den Seitenflächen jedes Paares benachbarter Brennkammerauslässe angeordnet. Die Seitendichtung 240 erzielt eine Abdichtung zwischen benachbarten Brennkammern, so dass die Verbrennungsgase nicht aus dem Raum zwischen den Seiten der Brennkammerauslässe entweichen können.
3 liefert eine detailiertere Ansicht der Auslässe von zwei benachbarten Brennkammern. Wie in 3 veranschaulicht, enthalten die Auslässe Seitenwandabschnitte 212 und obere Wandabschnitte 216. Entsprechende untere Wandabschnitte (nicht veranschaulicht) würden an dem Boden jedes Brennkammerauslasses angeordnet sein. Die äußere Umfangsdichtung ist gegen eine schräge oder gekrümmte äußere Dichtungsfläche 218 montiert, die an der Oberseite jedes oberen Wandabschnitts 216 der Brennkammerauslasswand angeordnet ist. Die innere Umfangsdichtung ist gegen eine ähnliche schräge oder gekrümmte innere Dichtungsfläche an dem Boden jedes Brennkammerauslasses montiert. Die gekrümmten oder schrägen Flächen können in Abhängigkeit von Konstruktionsanforderungen und anderen Erwägungen flach sein.
4 veranschaulicht, wie eine Seitendichtung 240 zwischen jeweils zwei benachbarten Brennkammerauslässen montiert ist. Wie darin veranschaulicht, ist die Seitendichtung gegen Rückflächen 217 von Seitenflanschen montiert, die entlang der Rückseite der Seiten der Brennkammerauslässe nach unten verlaufen. 5 veranschaulicht, wie eine Seitendichtung gegen die benachbarten Rückflächen 217 der Seitenflansche von zwei benachbarten Brennkammerauslässen montiert ist, um zwischen den benachbarten Brennkammern eine Abdichtung zu schaffen.
6A-C zeigen die Abdichtung des Spalts zwischen den Seiten von benachbarten Brennkammerauslässen in einer herkömmlichen Konstruktion. 6A und 6C zeigen ausschnittsweise Querschnittsansichten, die entlang des Spalts zwischen den Seiten von benachbarten Brennkammerauslässen aufgenommen sind. Somit zeigen die 6A und 6C die Seitenfläche des Brennkammerauslasses. 6B zeigt eine Perspektivansicht, die diese Grenzstelle veranschaulicht. Diese Figuren veranschaulichen, wie die innere und die äußere Umfangsdichtung zwischen den Brennkammerauslässen und der inneren und äußeren Ringraumwand des Turbineneinlassringraums montiert sind. Diese Figuren veranschaulichen ferner die Seitendichtung, die entlang der Seiten der Brennkammerauslässe verläuft.
Wie in den 6A und 6B veranschaulicht, ist zwischen der äußeren Dichtungsfläche 218 eines Brennkammerauslasses und der äußeren Ringraumwand 204 eine mehrlagige äußere Umfangsdichtung 250 montiert. Zusätzlich ist die Seitendichtung 240 in Eingriff bzw. Verbindung mit der Rückfläche 217 der Seitenflansche gedrückt, die an der Rückseite der Seitenwand des Brennkammerauslasses ausgebildet ist.
Wie in 6C veranschaulicht, ist die innere Umfangsdichtung 254 zwischen der inneren Ringraumwand 202 und einer inneren Dichtungsfläche 219 montiert, die an dem unteren Rand des Brennkammerauslasses angeordnet ist.
Wenn die Seitendichtung 240 eine Länge aufweist, wie sie in den 6A und 6B veranschaulicht ist, können an den Ecken oder Rändern der Dichtung kleine Öffnungen entstehen, wenn die heißen Verbrennungsgase eine Ausdehnung der verschiedenen Teile bewirken.
7A-7C veranschaulichen eine modifizierte Seitendichtungskonstruktion gemäß der vorliegenden Erfindung, die helfen kann zu verhindern, dass sich zwischen den Dichtungen und den verschiedenen Teilen des Turbineneinlassringraums und der Brennkammerauslässe Öffnungen bilden. Wie in den 7A und 7B veranschaulicht, erstreckt sich ein erstes Ende 262 der modifizierten Seitendichtung 260 weiter nach außen als das erste Ende der Seitendichtung 240, die in den 6A und 6B veranschaulicht ist. Wie in den 7A und 7B veranschaulicht, ist das erste Ende 262 der modifizierten Seitendichtung 260 in Eingriff mit der gesamten Rückfläche der äußeren Umfangsdichtung 250 gedrückt. Die Seitendichtung 260 ist bewusst derart eingerichtet, dass sie flexibel ist, und derart, dass sie gegen die Rückfläche der äußeren Umfangsdichtung 250 anliegen und abdichten kann.
In gleicher Weise erstreckt sich ein zweites Ende 264 der Seitendichtung 260 weiter nach innen als das zweite Ende der in 6C veranschaulichten Seitendichtung. Auf diese Weise kann das zweite Ende 264 der Seitendichtung 260, wie sie in 7C veranschaulicht ist, gegen die Rückseite der inneren Umfangsdichtung 254 anliegen und abdichten.
Eine Seitendichtung 260, wie sie in den 7A-7C veranschaulicht ist, kann eine bessere Abdichtung zwischen den verschiedenen Elementen des Turbineneinlassringraumes und der Brennkammerauslässe erzielen. Die Seitendichtung kann die Entstehung von Öffnungen verhindern, die eine Leckage von Verbrennungsgasen ermöglichen. Somit kann die Seitendichtung den Gesamtwirkungsgrad der Turbinenmaschine 100 verbessern.
Die inneren und äußeren Umfangsdichtungen sind gewöhnlich aus mehreren Lagen ausgebildet, die jeweils in eine Metallmatte gehüllt sind. Die Seitendichtung kann in gleicher Weise aus einer oder mehreren Lagen eines Materials ausgebildet sein, das ebenfalls in einer Metallmatte eingehüllt ist. Jedoch sollten das erste und das zweite Ende der Seitendichtung hinreichend flexibel beschaffen sein, so dass sie sich an die Gestalt der Rückflächen der inneren und der äußeren Umfangsdichtungen anpassen können, um eine gute Abdichtung zwischen der Seitendichtung und der inneren und äußeren Umfangsdichtung zu schaffen.
Während die Erfindung in Verbindung mit der momentan als die praktikabelste und bevorzugte angesehenen Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt sein soll, sondern dass sie im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit umfassen soll, die in dem Rahmen und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
Eine Seitendichtung 260 zur Abdichtung der Seitenränder benachbarter Brennkammern einer Turbinenmaschine enthält verlängerte Enden 262/624. Die verlängerten Enden der Seitendichtung liegen gegen eine innere und äußere Umfangsdichtung 250/254 an und dichten gegen diese ab, um eine Leckage von Verbrennungsgasen zu verhindern.
Bezugszeichenliste

100: Turbinenmaschine
102: Verdichterabschnitt
104: Brennkammer
106: Turbinenabschnitt
202: Innere Ringraumwand
204: Äußere Ringraumwand
210: Übergangsstück
212: Seitenwandabschnitte
214: Untere Wandabschnitte
216: Obere Wandabschnitte
217: Rückflächen von Seitenflanschen
217a: Flanschfläche
217b: Flanschfläche
218: Äußere Dichtungsfläche
219: Innere Dichtungsfläche
220: Brennkammern
240: Seitendichtung
250: Äußere Umfangsdichtung
254: Innere Umfangsdichtung
260: Seitendichtung
262: Erstes Ende
264: Zweites Ende

Claims

Verfahren zum Abdichten mehrerer Brennkammern (104, 220) an einem Einlassringraum einer Turbinenmaschine (100), das aufweist: Anordnen mehrerer Brennkammern (104, 220) rings um den Einlassringraum; Montieren einer inneren Umfangsdichtung (254) zwischen einer inneren Ringraumwand (202) und zugehörigen inneren Dichtungsflächen (219) jedes der Brennkammerauslässe; Montieren einer äußeren Umfangsdichtung (250) zwischen einer äußeren Ringraumwand (204) und zugehörigen äußeren Dichtungsflächen (218) jedes der Brennkammerauslässe; und Montieren einer Seitendichtung (260) zwischen jeweils zwei benachbarten Brennkammerauslässen, um einen Zwischenraum zwischen Seitenwandabschnitten (212) der Brennkammerauslässe abzudichten, wobei ein erstes Ende (262) jeder Seitendichtung (260) an einer Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250) anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der äußeren Umfangsdichtung (250) erstreckt, wobei ein zweites Ende (264) jeder Seitendichtung (260) an einer Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254) anliegt und sich über im Wesentlichen die gesamte Höhe der inneren Umfangsdichtung (250) erstreckt; wobei das Montieren jeder Seitendichtung (260) ein Montieren der Seitendichtung (260) gegen Rückflächen (217) von Seitenflanschen, die sich entlang der Seiten der Brennkammerauslässe erstrecken, aufweist und ferner aufweist: Drücken des ersten Endes (262) jeder Seitendichtung (260) in Eingriff mit der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250), so dass sich diese an die Form der Rückseite der äußeren Umfangsdichtung (250) anpasst und gegen diese abdichtet; und Drücken des zweiten Endes (264) jeder Seitendichtung in Eingriff mit der Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254), so dass sich diese an die Form der Rückseite der inneren Umfangsdichtung (254) anpasst und gegen diese abdichtet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Montierens einer inneren Umfangsdichtung (254) ein Montieren mehrerer bogenförmiger Dichtungssegmente zwischen der inneren Ringraumwand (202) und zugehörigen inneren Dichtungsflächen (219) jedes der Brennkammerauslässe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Montierens einer äußeren Umfangsdichtung (250) ein Montieren mehrerer bogenförmiger Dichtungssegmente zwischen der äußeren Ringraumwand (204) und zugehörigen äußeren Dichtungsflächen (218) jedes der Brennkammerauslässe aufweist.