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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Gabelhalterung (Bullhorn) für eine Turbinenbrennkammer, die eine einwandfreie Positionierung des Übergangselements gegenüber der Brennkammer aufrecht erhält, während sie außerdem gewisse Bewegungen der Halterung erlaubt, um mechanische Belastungen während des Betriebs zu vermindern.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Eine Turbinenbrennkammer weist eine Brennkammerwand auf, die eine Brennkammer definiert. Zwischen der Brennkammerwand und einer ersten Turbinenstufe erstreckt sich ein Übergangssegment. Eine herkömmliche Anordnung zur Sicherung eines Übergangssegments an einer Brennkammerwand weist einen Bügel auf, der als eine Halterung für die Anordnung dient, die die Brennkammer enthält. Der Bullhorn-Bügel ist gewöhnlich mit dem Übergangssegment in einer Weise verbunden, die es dem Übergangssegment gestattet, sich axial in Bezug auf die Brennkammer zu bewegen.
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Während des Betriebs der Turbine treten beträchtliche mechanische Spannungen auf. Nachteilig ist, dass sich derartige Spannungen mit unerwünschten Wirkungen auf die Bullhorn-Halterung übertragen können. Für gewisse Turbinenkonstruktionen besteht ein Bedarf, die Bullhorn-Halterung an einem Stützring zu befestigen, der in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt ist. Falls die Bullhorn-Halterung zwischen den Abschnitten befestigt ist, werden die auf die Bullhorn-Halterung übertragenen Spannungen während des Betriebs möglicherweise unangemessen hoch.
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Dementsprechend wäre eine Bullhorn- oder Übergangssegmenthalterung von Vorteil, die mechanische Belastungen während des Betriebs reduzieren kann. Ein Bullhorn oder eine Halterung, die in der Lage ist, während des Zusammenbaus eine axiale fluchtende Ausrichtung aufrecht zu erhalten, jedoch während des Turbinenbetriebs eine Ausdehnung in radialen Richtungen und in Umfangsrichtungen zu gestatten, wäre ebenfalls nützlich. Eine Bullhorn-Halterung, die in Verbindung mit einem mehrteiligen Stützring genutzt werden kann, wäre besonders vorteilhaft.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung erörtert, können sich aus der Beschreibung erschließen, oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden.
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In einem Ausführungsbeispiel schafft die Erfindung eine Halterungsanordnung zur Positionierung eines Übergangssegments an einer Brennkammer eines Turbinentriebwerks. Die Brennkammer weist Umfangs-, Axial- und Radialrichtungen auf. Die Halterungsanordnung weist mindestens ein Paar Flansche auf, die an dem Übergangssegment befestigt sind. Weiter ist eine Halterung zur Befestigung in Bezug auf die Gasturbine vorgesehen. Die Halterung weist mindestens ein Paar Arme auf, die mittels einer ineinandergreifenden Verbindung zusammengefügt sind, die einen Teil eines länglichen Abschnitts der Halterung bildet. Die ineinandergreifende Verbindung ist dazu eingerichtet, die axiale Position der Arme relativ zueinander zu sichern, während sie den Armen erlaubt, sich in der radialen und in der Umfangsrichtung zu bewegen. Die Arme erstrecken sich beide in der Radialrichtung. Die Arme enden in einem Paar Fingern, die sich entlang der Axialrichtung erstrecken und durch die Flansche aufgenommen werden.
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In noch einem Ausführungsbeispiel schafft die Erfindung eine Halterung zur Sicherung eines Übergangssegments an der Brennkammer eines Turbinentriebwerks. Die Halterung weist ein Paar Arme auf, die durch eine ineinandergreifende Verbindung aneinander lösbar befestigt sind. Das Paar Arme stellt einen längliche Abschnitt bereit, der die ineinandergreifende Verbindung definiert. Die ineinandergreifende Verbindung ist dazu eingerichtet, die axiale Bewegung der Arme relativ zueinander zu sichern, während sie den Armen erlaubt, sich entlang von radialen und in Umfangsrichtung verlaufenden Richtungen der Gasturbine zu bewegen. Die Arme sind mit dem Übergangssegment verbunden und dazu eingerichtet, dem Übergangssegment zu erlauben, sich entlang der Axialrichtung der Gasturbine zu bewegen.
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Diese und weitere Ausstattungsmerkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche verständlicher. Die beigefügten Zeichnungen, die dieser Beschreibung einverleibt sind und einen Bestandteil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Erfindung zu erläutern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und in die Praxis umsetzbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, die den besten Modus der Erfindung beinhaltet, die an den Fachmann gerichtet ist, ist in der Beschreibung unterbreitet, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt:
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1 zeigt in einer Seitenansicht eine Brennkammer und ein Übergangssegment einer Gasturbine in Verbindung mit einem Ausführungsbeispiel eines ”Bullhorns” oder einer Halterung der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Einsatz in Verbindung mit der speziellen Brennkammer oder dem Übergangssegment, wie in 1 gezeigt, beschränkt, und diese sind lediglich zur Veranschaulichung und als Beispiel dargestellt.
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2 zeigt eine geschnittene Teilansicht längs der Schnittlinie 2-2 von 1.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines ”Bullhorns” oder einer Halterung, wie sie in 1 und 2 verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein ”Bullhorn” oder eine Halterung für eine Turbinenbrennkammer, die eine einwandfreie Positionierung der Brennkammer aufrecht erhält, während außerdem gewisse Bewegungen der Halterung gestattet sind, um mechanische Belastungen während des Betriebs zu vermindern. Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen, wobei einige Beispiele derselben in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Sämtliche Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Gegenstand oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht oder beschrieben sind, in Verbindung mit einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um noch ein weiteres Ausführungsbeispiel hervorzubringen. Die vorliegende Erfindung soll daher solche Modifikationen und Abweichungen abdecken, soweit diese in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren äquivalenten Formen fallen.
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Wie in 1 gezeigt, enthält eine Brennkammereinrichtung 10 einer (nicht gezeigte) Gasturbine mit mehreren Brennkammern eine Brennstoffdüse 12 (wobei einige Turbinen mehrere Düsen in jeder Brennkammer verwenden), eine Brennkammer 14 und ein Übergangssegment 16, das sich zwischen der Brennkammer 14 und einer ersten Turbinenstufe 18 erstreckt. Die Brennkammer 14 ist durch eine im Wesentlichen zylindrische Brennkammerwand 20 definiert, die wiederum von einer im Wesentlichen zylindrischen Strömungshülse 22 umgeben ist. Ein radialer Raum zwischen der Strömungshülse 22 und der Brennkammerwand 20 stellt einen Luftstromdurchlass 23 bereit, der es erlaubt, Verdichterluft zu einem stromaufwärts gelegenen Düsenende 25 der Brennkammerwand 20 zurückzuführen und sie anschließend in die Brennkammer 14 einzuspeisen, um sie mit Brennstoff zu vermischen. Für Zwecke der Veranschaulichung ist die Brennkammer oder Turbine hierin als in Umfangsrichtung verlaufende Richtungen C (2, 3), Axialrichtungen A (1, 3) und Radialrichtungen R (1, 2) definierend gezeigt.
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Das Übergangssegment 16 ist an der Brennkammerwand 20 durch ein axial schwimmendes Zwischenglied 17 gesichert. Spezieller ist es dem Übergangssegment 16 aufgrund der in Zusammenhang mit dem Betrieb der Turbine auftretenden Hochtemperaturbedingungen gestattet, sich axial längs der Richtung A auszudehnen und zusammenzuziehen. Die Relativbewegung des Übergangssegments 16 vermindert Spannungen, die andernfalls während des Betriebs entstehen würden.
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Mit Bezugnahme auf 1 bis 3 ist eine auch als Bullhorn-Halterung bezeichnete Halterung 24 durch ein Paar Arme 26 und 28 definiert. Die Arme 26 und 28 erstrecken sich radial ausgehend von einem länglichen Abschnitt 54 der Halterung 24 und entfernen sich außerdem längs der Seiten des Übergangssegments 16 voneinander nach außen. Jeder Arm 26, 28 der Halterung 24 weist einen sich axial erstreckenden Finger 30 bzw. 32 auf. Die Finger 30 und 32 erstrecken sich von Blöcken 34 und 36 nach außen, die am Ende der Arme 26 bzw. 28 angeordnet sind. Die Finger 30 und 32 erstrecken sich axial in Richtung A und in einer stromaufwärts verlaufenden Richtung, d. h. in Richtung der Brennkammer 10.
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Die Finger 30 und 32 sind in U-förmigen Nuten 38 und 40 aufgenommen, die durch ein Paar Flansche 50, 52 gebildet sind, die, wie am besten in 2 zu sehen, an dem Übergangssegment 16 angeordnet sind. Die Flansche 50 und 52 sind benachbart zu dem stromaufwärts gelegenen Brennkammerende des Übergangssegments 16 angeordnet. Die Flansche 50 und 52 gestatten den Fingern 30 und 32 sich während der Übergangsbedingungen, die während des Betriebs der Turbine auftreten, entlang der Axialrichtung A zu bewegen. In einer typischen Anordnung für eine Turbine sind für jede der mehreren Brennkammern 10, die in Verbindung mit der Turbine verwendet werden, mehrere Halterungen 24 in Umfangsrichtung um die Turbine angeordnet. Es ist selbstverständlich, dass auch andere Brennkammerkonstruktionen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, und dass die Brennkammer 10 lediglich als Beispiel unterbreitet ist.
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Mit Bezugnahme auf 2 sind die Arme 26 und 28 durch eine ineinandergreifende Verbindung 56 aneinandergefügt, die als Teil des länglichen Abschnitts 54 der Halterung 24 ausgebildet ist. Die ineinandergreifende Verbindung 56 ist dazu eingerichtet, die axiale Position der Arme 26 und 28 relativ zueinander zu sichern, während den Armen Bewegungen in der Radialrichtung R und in der Umfangsrichtung C gestattet sind. Spezieller ist es den Armen 26 und 28 aufgrund der Konstruktion der ineinandergreifenden Verbindung 56 nicht möglich, entlang der Axialrichtungen A relativ zueinander zu gleiten oder sich zu verschieben. Allerdings erlaubt die ineinandergreifende Verbindung 56 es den Armen 26 und 28 dabei in der Tat, sich in Bezug zueinander längs Radialrichtungen R oder der Umfangsrichtung C zu bewegen.
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Dementsprechend gestattet die Halterung 24 die Positionierung des Übergangssegments 16 in Bezug auf die Brennkammer 10, während gleichzeitig eine gewisser Freiheitsgrad zugelassen ist, um Spannungen zu reduzieren, die während des Betriebes der Turbine auftreten. Darüber hinaus ist die feststehende Positionierung der Arme 26 und 28 entlang der Axialrichtung besonders während des Zusammenbaus des Übergangssegments 16 nützlich, da die ineinandergreifende Verbindung 56 beispielsweise die Drehung der Arme 26 und 28 relativ zueinander ausschließen wird.
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Anhand der hierin beschriebenen Lehre ist verständlich, dass vielfältige sonstige Konstruktionen der ineinandergreifenden Verbindung 56 vorgesehen sein können, die die relative axiale Bewegung der Arme 26 und 28 verhindern werden, während sie Bewegungen in den Radialrichtungen R und Umfangsrichtungen C erlauben. In 2 basiert die ineinandergreifende Verbindung 56 auf einer lösbaren Verbindung von Nut 64 und Feder 62. Spezieller lässt sich die Feder 62 durch eine fortgesetzte Bewegung entlang der Umfangsrichtung oder der radial verlaufenden Richtung C und R ohne weiteres aus der Nut 64 entfernen. Beispielsweise beinhalten sonstige Konstruktionen der ineinandergreifenden Verbindung 56 eine Sägezahnform, eine oder mehrere mit Nuten ausgebildete Formen, eine Keilgestalt, und dergleichen.
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Wie am besten in 2 zu sehen ist, die Halterung 24 an einem Stützring 58 befestigt, der einen Spalt oder eine Diskontinuität/Unterbrechung 60 aufweist. Für gewisse Turbinenkonstruktionen ist der Spalt 60 bevorzugt, da er es den unterschiedlichen Abschnitten des Stützrings 58 gestattet, sich relativ zueinander zu bewegen. In einem solchen Fall ist die Halterung 24 besonders vorteilhaft, da sie gewisse beträchtliche Spannungen eliminiert oder reduziert, die andernfalls während des Turbinenbetriebs auftreten würden. Falls der Stützring 58 sich beispielsweise während des Betriebs in der Umfangsrichtung C ausdehnt, wird auch die Halterung 24 eine Ausdehnung zulassen, ohne davon unangemessene Spannungen zu erfahren.
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Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung zusätzlich zu dem in den Zeichnungen für die Halterung 24 gezeigten Formen, Halterungen mit anderen Formen und Ausrichtungen, beispielsweise unterschiedliche Formen und Ausrichtungen der Arme und/oder Finger, aufweisen, vorausgesetzt eine Bewegung wird, wie im Vorausgehenden beschrieben, kontrolliert zugelassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die nur unwesentlich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche abweichen.
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Es ist eine Gabelhalterung für eine Turbinenbrennkammer geschaffen. Die Halterung erhält eine einwandfreie Positionierung des Übergangselements in Bezug auf die Brennkammer aufrecht, während gleichzeitig gewisse Bewegungen der Halterung zugelassen sind, um mechanische Belastungen während des Turbinenbetriebs zu vermindern. Die Halterung ist aus mindestens zwei Teilen aufgebaut, die eine ineinandergreifende und lösbare Verbindung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennkammer(-Anordnung)
- 12
- Brennstoffdüse
- 14
- Brennkammer
- 16
- Übergangssegment
- 18
- Erste Turbinenstufe
- 20
- (Brennkammer)-Wand
- 22
- Strömungshülse
- 23
- Luftstromdurchlass
- 24
- Halterung
- 25
- Düsenende
- 26
- Arm
- 28
- Arm
- 30
- Finger
- 32
- Finger
- 34
- Block
- 36
- Block
- 38
- Nut
- 40
- Nut
- 50
- Flansch
- 52
- Flansch
- 54
- Länglicher Abschnitt
- 56
- Ineinandergreifende Verbindung
- 58
- Trägerring
- 60
- Spalt/Diskontinuität
- 62
- Zunge
- 64
- Nut
- A
- Axialrichtung
- C
- Umfangsrichtung
- R
- Radialrichtung
