DE102010061637A1

DE102010061637A1 - Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen

Info

Publication number: DE102010061637A1
Application number: DE102010061637A
Authority: DE
Inventors: Ronald James S.C. Chila; Gregory Allen S.C. Boardman; Wei S.C. Chen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-01-06
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-07-07
Also published as: CN102182560A; JP2011141115A; US20110162378A1; CH702557A2

Abstract

Es ist ein abstimmbarer Hinterrahmen für ein Übergangsstück offenbart, das dazu dient, das Austrittsprofil der Verbrennungsprodukte einzustellen, wenn derartige Produkte von einem Übergangsstück zu einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung strömen. Der Hinterrahmen enthält einen im Wesentlichen geradlinig gestalteten Körper, der einen sich seitlich erstreckenden Flansch aufweist. In dem Flansch sind Verdünnungslöcher ausgebildet, die eingerichtet sind, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen, um das Austrittstemperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Verbrennungssysteme und insbesondere eine Verbrennungsanordnung, die dazu dient, Verbrennungsprodukte zwischen einer Brennkammer und einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung strömen zu lassen. Insbesondere betrifft der Gegenstand einen abstimmbaren Hinterrahmen eines Übergangsstücks, der Verdünnungslöcher aufweist, um ein Einstellen des Austrittstemperaturprofils der Verbrennungsprodukte zu ermöglichen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
In einer herkömmlichen Gasturbine sind zahlreiche Brennkammern um eine ringförmige Anordnung rings um die Achse der Maschine angeordnet. Ein Verdichter liefert komprimierte Luft zu jeder Brennkammer, worin die komprimierte Luft und Brennstoff miteinander vermischt und verbrannt werden. Heiße Verbrennungsgase strömen von jeder Brennkammer aus durch ein Übergangsstück hindurch zu einem Leitapparat der ersten Stufe, um die Turbine anzutreiben und Leistung zu erzeugen. Ein Hinterrahmen ist gewöhnlich an dem stromabwärtigen oder hinteren Ende des Übergangsstücks angebracht und enthält im Allgemeinen ein Dichtungselement, um eine Leckage der heißen Gase an der Grenzstelle zwischen dem Übergangsstück und dem Leitapparat der ersten Stufe zu verhindern.
Ein Verbrennungssystem in einer Gasturbine ist manchmal mit vorbestimmten Verdünnungsstromlochbereichen versehen, die verwendet werden, um Verdünnungsluft, die aus einem Teil der Verdichteraustrittsluft abgeleitet wird, in den Heißgasstrom einzuleiten. Eine derartige Verdünnungsluft wird verwendet, um die Erzeugung von luftverunreinigenden Emissionen, wie beispielsweise Stickoxiden und Kohlenmonoxid, zu reduzieren und um das Gastemperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen. Ein gewünschtes Gastemperaturprofil ergibt z. B. eine verbesserte Haltbarkeit des Heißgaspfades, eine längere Lebensdauer von Turbinenkomponenten und eine verbesserte Turbinenleistung.
Verdünnungsstromlochbereiche werden im Allgemeinen in Brennkammerflammrohre oder Übergangsstücke eingebaut, wie dies in der US-Patentschrift Nr. 4,944,149 (Kuwata) und der US-Patentschrift Nr. 7,373,772 (Simons et al.) veranschaulicht ist. An sich wird das Gastemperaturprofil der Verbrennungsprodukte gewöhnlich stromaufwärts von der Stelle, an der die Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungssystem austreten und in den Leitapparat der ersten Stufe einer Turbine eintreten, geformt. Bedauerlicherweise kann sich das zugeschnittene Gastemperaturprofil vor dem Eintritt in den Leitapparat aufgrund der turbulenten Art der Verbrennungsprodukte oder infolge verschiedener weiterer Faktoren verändern. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem System und einer Vorrichtung, die derartige Veränderungen berücksichtigen.
Außerdem ist es nicht unüblich, dass das Heißgastemperaturprofil etwas beeinträchtigt wird, nachdem eine Turbine für eine Zeitdauer im Betrieb gewesen ist. Dies kann z. B. auf variierende Betriebsbedingungen oder Verschleiß an den Komponenten des Verbrennungssystems zurückzuführen sein. Unter derartigen Umständen kann es erwünscht sein, die Verdünnungsstrombereiche zu verändern oder anzupassen, um die Menge und Orientierung der in die Verbrennungsprodukte einströmenden Verdünnungsluft einzustellen. Dies kann jedoch ein kostspieliger und zeitaufwendiger Prozess sein, insbesondere wenn Hauptkomponenten der Brennkammer, wie beispielsweise das Brennkammerflammrohr und das Übergangsstück, entfernt werden müssen. Somit besteht ein Bedarf nach einem System und einer Vorrichtung, das bzw. die eine Effizienz und Flexibilität bei der Veränderung oder Einstellung des Heißgastemperaturprofils, insbesondere die Fähigkeit, das Profil an eine individuelle Anwendung anzupassen, bietet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile des vorliegenden Gegenstandes sind zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung des vorliegenden Gegenstands in Praxis erfahren werden.
In einem Aspekt ergibt der vorliegende Gegenstand einen abstimmbaren Hinterrahmen eines Übergangsstücks zur Einstellung des Heißgastemperaturprofils von aus einem Übergangsstück austretenden Verbrennungsprodukten. Der abstimmbare Übergangsstück-Hinterrahmen weist einen Körper und mehrere Verdünnungslöcher auf. Der Körper ist im Wesentlichen geradlinig gestaltet und weist eine Innenfläche, eine Außenfläche und einen sich seitlich erstreckenden Flansch auf. Der Flansch ist konfiguriert, um an dem Übergangsstück angebracht zu werden. Verdünnungslöcher sind in dem Flansch ausgebildet und sind konfiguriert, um Verdünnungsluft aus dem Verdichter zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen, um das Temperaturprofil der Heißgase einzustellen.
In einem weiteren Aspekt umfasst der vorliegende Gegenstand ferner eine besondere Verbrennungsanordnung, die zwischen einer Brennkammer und einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung angeordnet ist. Die Verbrennungsanordnung enthält ein Übergangsstück und einen Hinterrahmen. Das Übergangsstück weist ein Gehäuse auf, das einen Strömungspfad für Verbrennungsprodukte definiert. Das Gehäuse weist ein vorderes Ende und ein hinteres Ende auf, wobei das vordere Ende konfiguriert ist, um Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer aufzunehmen. Der Hinterrahmen ist an dem hinteren Ende des Übergangsstücks angebracht und ist derart konfiguriert, dass die Verbrennungsprodukte, die von dem Übergangsstück aus strömen, durch den Hinterrahmen hindurchtreten und in die Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung eintreten. Verdünnungslöcher sind in dem hinteren Rahmen ausgebildet und ermöglichen einer Verdünnungsluft aus dem Verdichter, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen und das Temperaturprofil der Heißgase zu formen.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile des vorliegenden Gegenstandes werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Offenbarung enthalten sind und ein Teil desselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstandes und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien des vorliegenden Gegenstandes zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und eine Umsetzung ermöglichende Offenbarung des vorliegenden Gegenstandes, einschließlich dessen bester Ausführungsart, die sich an einen Fachmann auf dem Gebiet richtet, ist in der Beschreibung angegeben, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt, in denen zeigen:
1 eine Querschnittsansicht eines Verbrennungssystems;
2 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des abstimmbaren Übergangsstück-Hinterrahmens gemäß einem Aspekt des vorliegenden Gegenstandes;
3 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des abstimmbaren Übergangsstück-Hinterrahmens gemäß einem Aspekt des vorliegenden Gegenstandes;
4 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Verbrennungsanordnung gemäß einem Aspekt des vorliegenden Gegenstandes; und
5 eine detaillierte Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Verbrennungsanordnung gemäß einem Aspekt des vorliegenden Gegenstandes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstandes Bezug genommen, von dem ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung des vorliegenden Gegenstandes vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem vorliegenden Gegenstand vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen oder Umfang des vorliegenden Gegenstandes abzuweichen. Z. B. können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass der vorliegende Gegenstand derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in dem Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.
Eine Querschnittsansicht eines Verbrennungssystems 10 ist als ein Beispiel in 1 veranschaulicht. Die Komponenten des Systems 10 umfassen ein Übergangsstück 18, das dazu dient, Verbrennungsprodukte für eine Strömung von einer Brennkammer 12 einer Gasturbine zu einem Leitapparat 16 der ersten Stufe einzuschließen und zu begrenzen. Es sollte verstanden werden, dass eine ringförmige Anordnung von Brennkammern vorhanden ist, um heiße Gase zu erzeugen und zu einer ringförmigen Anordnung von Leitapparaten 16 strömen zu lassen, wobei eine einzelne von allen derartigen Brennkammern 12, Leitapparaten 16 und Übergangsstücken 18 veranschaulicht ist. Ferner ist ein Teil des Verdichteraustrittsgehäuses 28 veranschaulicht. Verdichteraustrittsluft wird gewöhnlich in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 28 und dem Brennkammerflammrohr 14 sowie dem Übergangsstück 18 geliefert, um die Komponenten des Verbrennungssystems zu kühlen und als eine Verdünnungsluftquelle.
Wie in 1 veranschaulicht, enthält das Übergangsstück 18 ein Gehäuse 20 zur Begrenzung und Führung der Strömung der Verbrennungsprodukte von der Brennkammer 12 zu dem Leitapparat 16. Somit enthält das Gehäuse 20 ein vorderes Ende 22 und ein hinteres Ende 24, um jeweils die Verbrennungsprodukte zu empfangen bzw. die Verbrennungsprodukte in der Richtung des Leitapparates 16 strömen zu lassen. Das vordere Ende 22 des Übergangsstücks 18 ist im Wesentlichen kreisförmig. In einer Ausführungsform kann das Übergangsstück 18 einen Übergang von einem kreisförmigen vorderen Ende 22 im Wesentlichen in Axialrichtung und radial nach innen relativ zu der Turbinenachse bilden und in einem leicht bogenförmigen, im Wesentlichen geradlinigen hinteren Ende 24 enden. Zwischen dem hinteren Ende 24 und dem Leitapparat 16 ist ein typischer Hinterrahmen 26 angeordnet. Der Hinterrahmen 26 kann eine geradlinige Gestalt aufweisen, die mit der Gestalt des hinteren Endes 24 des Übergangsstücks 18 übereinstimmt, und ist gewöhnlich durch Anschweißen des Hinterrahmens 26 an das hintere Ende 24 an dem Übergangsstück 18 angebracht.
Wie allgemein in der Technik verständlich, wird ein Teil der Verdichteraustrittsluft als Verdünnungsluft verwendet, die durch (nicht veranschaulichte) Verdünnungsstromlochbereiche z. B. in dem Brennkammerflammrohr 14 oder dem Übergangsstück 18 strömt, um das Temperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen. Zusätzlich zu oder als eine Alternative zu derartigen Verdünnungsstromlochbereichen kann ein abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen 30, wie er anhand des vorliegenden Gegenstandes offenbart und in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben ist, in das Verbrennungssystem 10 eingebaut werden, um das Gastemperaturprofil der aus dem Verbrennungssystem austretenden Verbrennungsprodukte passend zu formen. Dies kann die Haltbarkeit des Heißgaspfades verbessern und dadurch über eine Reduktion des Kühlluftbedarfs zur hinreichenden Kühlung von Turbinenkomponenten während des Betriebs das Leistungsverhalten der Turbine verbessern. Es sollte jedoch von Fachleuten auf dem Gebiet verstanden werden, dass der hierin offenbarte abstimmbare Übergangsstück-Hinterrahmen 30 verwendet werden kann, um das Austrittsprofil von Verbrennungsprodukten zu formen, die in eine beliebige Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung oder Einrichtung einströmen. Der vorstehend beschriebene Leitapparat 16 der ersten Stufe ist lediglich als ein Beispiel vorgesehen und sollte nicht in einem die Anwendung des vorliegenden Gegenstandes auf Gasturbinen beschränkenden Sinne aufgefasst werden.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Ausführungsform des abstimmbaren Übergangsstück-Hinterrahmens 30 gemäß einem Aspekt des vorliegenden Gegenstandes veranschaulicht. Der Hinterrahmen 30 enthält einen Körper 32, der eine im Wesentlichen geradlinige Gestalt aufweist. Es sollte jedoch ohne weiteres erkannt werden, dass der Körper 32 eine beliebige gewünschte Gestalt aufweisen kann und nicht die in 2 veranschaulichte spezielle Gestalt haben muss. Z. B. kann der Hinterrahmen kreisförmig, in Form eines Ovals oder in Form eines beliebigen geeigneten Polygons gestaltet sein. Die Gestalt des Hinterrahmens 30 hängt zum großen Teil von der speziellen Gestalt und Konfiguration des Übergangsstücks 18 ab.
Der Körper 32 enthält eine Außenfläche 34 und eine Innenfläche 36. Die Außenfläche 34 kann parallele Nuten 42 enthalten, die sich um den Umfang der Außenfläche 34 erstrecken. Derartige Nuten können z. B. eingerichtet sein, um ein (nicht veranschaulichtes) Dichtungselement aufzunehmen, um eine Leckage der Verbrennungsprodukte zu verhindern, während diese von dem Übergangsstück 18 zu einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung, wie beispielsweise dem Leitapparat 16 der ersten Stufe, strömen. Die Außenfläche 34 kann ferner wenigstens einen Montagehaken 44 enthalten, der sich von der Außenfläche 34 aus im Wesentlichen nach außen erstreckt. Der Montagehaken 44 kann eingerichtet sein, um den Hinterrahmen 30 an einer beliebigen Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung oder Einrichtung zu sichern. Es können auch Hinterrahmenkühllöcher 52 an der Außenfläche angeordnet sein, wie dies in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert ist.
Der Körper 32 enthält ferner einen sich in Seitenrichtung erstreckenden Flansch 38. Der Flansch 38 ist derart konfiguriert, dass der Hinterrahmen 30 an einem Übergangsstück 18 eines Verbrennungssystems angebracht werden kann. Der Hinterrahmen 30 kann z. B. an dem Übergangsstück 18 angeschweißt sein. In einer derartigen Ausführungsform kann eine äußere Lippe 46 des Flansches 38 derart eingerichtet sein, dass der Flansch 38 an dem hinteren Ende 24 des Übergangsstücks 18 angeschweißt werden kann. Außerdem kann der Flansch 38 allgemein jede beliebige Länge und Dicke aufweisen. In einer Ausführungsform beträgt die maximale Flanschlänge 5,1 cm, und die Flanschdicke liegt in dem Bereich von 0,3 cm bis 0,65 cm, wie beispielsweise von 0,4 cm bis 0,6 cm und allen anderen Teilbereichen dazwischen.
Außerdem sind in dem Flansch 38 des abstimmbaren Übergangsstück-Hinterrahmens 30 Verdünnungslöcher 40 ausgebildet. Die Verdünnungslöcher 40 sind konfiguriert, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzutreten und die Heißgasströmung zu durchdringen. Da die Verdünnungsluft kühler ist als die Verbrennungsprodukte, die durch das Übergangsstück 18 strömen, kann die Verdünnungsluft das Temperaturprofil der aus dem Verbrennungssystem austretenden Verbrennungsprodukte wesentlich verändern.
Die Verdünnungslöcher 40 können jede beliebige Form oder Größe haben, jede beliebige geeignete Tiefe haben, auf eine beliebige Weise angeordnet sein und in jeder beliebigen Art verteilt sein. Z. B. können die Verdünnungslöcher 40 kreisförmig sein und Durchmesser im Bereich von 0,2 cm bis 1,3 cm, wie beispielsweise von 0,5 cm bis 1,2 cm und allen anderen Teilbereichen dazwischen, haben. Die Verdünnungslöcher 40 können einen Teilungsabstand haben, der in dem Bereich des 0,5-fachen bis 2,0-fachen des Verdünnungslochdurchmessers liegt, wie beispielsweise vom 1,2 bis 1,5-fachen des Verdünnungslochdurchmessers und allen anderen Teilbereichen dazwischen. Außerdem kann jede beliebige Anzahl von Verdünnungslöchern 40 in dem Hinterrahmen 30 eingeformt sein. In einer Ausführungsform des Hinterrahmens 30 kann die Gesamtzahl der Verdünnungslöcher 40 im Bereich von 50 bis 300 Löchern, wie beispielsweise von 100 bis 280 Löchern und allen anderen Teilbereichen dazwischen, liegen.
Außerdem können die Verdünnungslöcher 40, wie in 2 veranschaulicht, die gleiche Fläche aufweisen, so dass im Wesentlichen gleiche Mengen der Verdünnungsluft in die Strömung der Verbrennungsprodukte durch jedes Verdünnungsloch 40 eintreten. Umgekehrt könnten die Verdünnungslöcher 40 variierende Flächen haben um zu ermöglichen, dass unterschiedliche Verdünnungsluftmengen in die Verbrennungsprodukte an bestimmten Stellen um den Hinterrahmen 30 herum einströmen. Außerdem können die Verdünnungslöcher 40 an dem Flansch 38 gleichmäßig voneinander beabstandet sein, oder sie können entlang des Flansches 38 willkürlich oder in variierenden Abständen beabstandet sein.
Es sollte ohne weiteres erkennbar sein, dass die Größen, Formen und Konfigurationen der Verdünnungslöcher 40 in Abhängigkeit von dem gewünschten oder vorgeschriebenen Gastemperaturprofil für jede spezielle Anwendung gewählt werden. Z. B. kann das gewünschte Profil der Verbrennungsprodukte in einer Anwendung räumlich gleichförmig sein. In einer anderen kann es bevorzugt sein, ein radial ungleichförmiges Profil zu haben, bei dem die Verbrennungsprodukte in der Nähe der Innenfläche 36 des Hinterrahmens 30 am kühlsten und in der Nähe einer Mittellinie der Verbrennungsprodukte am heißesten sind. Ein derartiges radial ungleichmäßiges Temperaturprofil kann z. B. bei der Anwendung in einer Gasturbine von Vorteil sein, da die in Umfangsrichtung verlaufenden Plattformen an den radialen Enden der Turbinenleitschaufeln der ersten Stufe grundsätzlich schwieriger zu kühlen sind als das Schaufelblatt, das sich zwischen den Plattformen in Radialrichtung erstreckt.
Außer die Möglichkeit zu bieten, das Austrittsprofil der Verbrennungsgase, die durch ein neues Verbrennungssystem strömen, geeignet zu formen, kann der abstimmbare Übergangsstück-Hinterrahmen 30 gemäß dem vorliegenden Gegenstand in einem existierenden Verbrennungssystem schnell und effizient eingebaut werden, um das Gastemperaturprofil passend einzustellen und eine gewünschte Haltbarkeit des Heißgaspfades zu erreichen. Z. B. könnte der Hinterrahmen 30 in einem existierenden System eingebaut werden, in dem die Haltbarkeit des Heißgaspfades beeinträchtigt worden ist. Um dies zu bewerkstelligen, können die Betriebsbedingungen des Systems, einschließlich der Brennkammerausgangstemperaturen und dergleichen, analysiert werden, um eine geeignete Konfiguration, Größe und Gestalt der Verdünnungslöcher 40 zu bestimmen, um das Austrittsprofil des existierenden Verbrennungssystems effektiv einzustellen, um seine Heißgaspfadhaltbarkeit und Leistung zu verbessern.
Wie in 3 veranschaulicht, kann der abstimmbare Übergangsstück-Hinterrahmen 30 ferner einen oder mehrere Verdünnungslochstopfen 48 enthalten, die verwendet werden können, um die Menge der durch jedes Verdünnungsloch 40 strömenden Verdünnungsluft einzustellen, um das Gastemperaturprofil fein abzustimmen bzw. einzustellen oder zu verändern, wodurch noch mehr Flexibilität beim Anpassen des Profils der aus dem Verbrennungssystem austretenden Verbrennungsprodukte geboten wird. Z. B. kann/können ein, mehrere oder alle Verdünnungslöcher 40 zu groß bemessen sein, was bedeutet, dass zu große Mengen der Verdichteraustrittsluft in die Strömung der Verbrennungsprodukte als Verdünnungsluft eintreten. Wie in 3 veranschaulicht, kann der Stopfen 48 konfiguriert sein, um in ein Verdünnungsloch 40 eingesteckt zu werden, um den Fluss der Verdünnungsluft durch das Verdünnungsloch 40 teilweise oder vollständig zu blockieren. Z. B. kann der Stopfen 48 das Verdünnungsloch 40 vollständig umfassen, um den Verdünnungsluftdurchfluss vollständig zu sperren. Umgekehrt kann der Stopfen 48 eine Öffnung 50 enthalten, die dimensionsmäßig kleiner ist als das Verdünnungsloch 40. Die Öffnung 50 kann einer reduzierten Menge der Verdünnungsluft ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzutreten. Wenn ein Stopfen 40 in das Verdünnungsloch 40 eingesteckt ist, ist folglich die Menge der in die Verbrennungsprodukte einströmenden Verdünnungsluft etwas reduziert, was eine Feineinstellung des Austrittsprofils der heißen Gase ermöglicht. Es sollte jedoch verstanden werden, dass andere Ausführungsformen der Verdünnungslöcher 40 mit jeder beliebigen sonstigen geeigneten Technik oder Methode einstellbare Größen haben können.
Bezugnehmend auf 2 und 3 kann der Körper 32 des Hinterrahmens 30 ferner mehrere Hinterrahmenkühllöcher 52 enthalten. Die Kühllöcher 52 ermöglichen der Verdichteraustrittsluft, in den Körper 32 einzuströmen und diesen und insbesondere die Innenfläche 36 zu kühlen. Dies kann verwendet werden, um beispielsweise die Betriebslebensdauer des Hinterrahmens zu verbessern, da die Innenfläche 36 ständig heißen Verbrennungsprodukten ausgesetzt ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die primäre Funktion der Kühllöcher 52 darin besteht, den Hinterrahmen 30 zu kühlen und nicht das Heißgastemperaturprofil zu formen. Somit können die Kühllöcher 52 dimensionsmäßig kleiner als die Verdünnungslöcher 40 sein und ausgelegt sein, um einen kleineren Anteil der Verdichteraustrittsluft aufzunehmen.
Wie in 3 veranschaulicht, sind die Kühllöcher 52 an der Außenfläche 34 des Körpers 32 in der Nähe des Flansches 38 angeordnet, und sie erstrecken sich unter einem Winkel von der Außenfläche 34 aus zu der Rückseite des Körpers 32 hin. Nichtsdestoweniger sollte ohne weiteres erkannt werden, dass die Kühllöcher an jeder beliebigen Position an dem Hinterrahmen 30 angeordnet sein und jede beliebige Konfiguration oder Orientierung haben können. Z. B. kann es erwünscht sein, dass die Kühllöcher 52 sich von der Außenfläche 34 zu der Innenfläche 36 unter einem Winkel erstrecken, was der Verdichteraustrittsluft ermöglicht, auf die Innenfläche 36 auszutreten und diese unmittelbar zu kühlen.
Bezugnehmend auf 4 und 5 sollte erkannt werden, dass der vorliegende Gegenstand auch eine Verbrennungsanordnung 60 umfasst, die zwischen einer Brennkammer 12 und einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung 62 angeordnet ist und die es ermöglicht, dass das Austrittstemperaturprofil von aus der Brennkammer 12 strömenden Verbrennungsprodukten passend geformt oder eingestellt werden kann. Wie veranschaulicht, weist die Verbrennungsanordnung 60 ein Übergangsstück 18, wie es vorstehend allgemein beschrieben ist. Es sollte erkannt werden, dass die Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung 62 jede beliebige Vorrichtung oder Einrichtung sein kann, die konfiguriert, eingerichtet oder gestaltet ist, um Verbrennungsprodukte zu empfangen, die aus einer Brennkammer strömen, einschließlich eines Leitapparates der ersten Stufe in einer Gasturbine, ohne natürlich darauf beschränkt zu sein.
Die Verbrennungsanordnung 60 enthält ferner einen abstimmbaren Übergangsstück-Hinterrahmen 30, der an dem hinteren Ende 24 des Übergangsstücks 18 angebracht und derart eingerichtet ist, dass von dem Übergangsstück 18 ausströmende Verbrennungsprodukte durch den Hinterrahmen 30 hindurch und in die Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung 62 eintreten. Der Hinterrahmen 30 kann durch jede beliebige Einrichtung an dem Übergangsstück 18 angebracht sein. Wie veranschaulicht, ist der Hinterrahmen 30 an dem hinteren Ende 24 an der Außenlippe 46 des Flansches 38 angeschweißt. Außerdem kann der Hinterrahmen 30 weitere Elemente aufweisen oder kann weiter entsprechend einer beliebigen der hierin veranschaulichten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein.
Mehrere Verdünnungslöcher 40 sind in dem Hinterrahmen 30 ausgebildet und konfiguriert, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in den Strom der Verbrennungsprodukte einzutreten, um das Austrittstemperaturprofil zu formen oder einzustellen. Wie vorstehend erläutert, können die Verdünnungslöcher 40 abhängig in erster Linie von dem gewünschten Austrittsprofil der Verbrennungsprodukte jede beliebige Größe, Gestalt oder Anordnung haben und im Wesentlichen entsprechend jeder beliebigen der hierin veranschaulichten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen konfiguriert sein.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren, und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es ist ein abstimmbarer Hinterrahmen für ein Übergangsstück offenbart, das dazu dient, das Austrittsprofil der Verbrennungsprodukte einzustellen, wenn derartige Produkte von einem Übergangsstück zu einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung strömen. Der Hinterrahmen enthält einen im Wesentlichen geradlinig gestalteten Körper, der einen sich seitlich erstreckenden Flansch aufweist. In dem Flansch sind Verdünnungslöcher ausgebildet, die eingerichtet sind, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen, um das Austrittstemperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungssystem
12: Brennkammer
14: Brennkammerflammrohr
16: Leitapparat
18: Übergangsstück
20: Gehäuse
22: vorderes Ende
24: hinteres Ende
26: herkömmlicher Hinterrahmen
28: Verdichteraustrittsgehäuse
30: abstimmbarer Hinterrahmen
32: Körper
34: Außenfläche
36: Innenfläche
38: Flansch
40: Verdünnungslöcher
42: Nuten
44: Montagehaken
46: äußere Lippe
48: Verdünnungslochstopfen
50: Öffnung
52: Hinterrahmenkühllöcher
60: Verbrennungsanordnung
62: Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4944149 [0004]
US 7373772 [0004]

Claims

Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen (30) zur Einstellung des Austrittsprofils der Verbrennungsprodukte, wenn derartige Produkte von einem Übergangsstück (18) zu einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung (62) strömen, der aufweist: einen im Wesentlichen geradlinig gestalteten Körper (32), der eine Innenfläche (36), eine Außenfläche (34) und einen sich seitlich erstreckenden Flansch (38) aufweist; und mehrere Verdünnungslöcher (40) die in dem Flansch (38) ausgebildet sind, wobei jedes der mehreren Verdünnungslöcher (40) Verdünnungsluft ermöglicht, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen, um das Austrittstemperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen.
Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen (30) nach Anspruch 1, wobei jedes der mehreren Verdünnungslöcher (40) die gleiche Fläche aufweist, so dass im Wesentlichen gleiche Mengen der Verdünnungsluft durch jedes der mehreren Verdünnungslöcher (40) in die Strömung der Verbrennungsprodukte eindringen.
Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen (30) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, der ferner wenigstens einen Verdünnungslochstopfen (48) aufweist, der eingerichtet ist, um in ein beliebiges einzelnes der mehreren Verdünnungslöcher (40) eingefügt zu werden, so dass die Strömung der Verdünnungsluft, die durch ein beliebiges einzelnes der mehreren Verdünnungslöcher (40) hindurchtritt, blockiert wird.
Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen (30) nach Anspruch 3, wobei der wenigstens eine Verdünnungslochstopfen (48) den Fluss der Verdünnungsluft nur teilweise blockiert, wobei der wenigstens eine Verdünnungslochstopfen (48) eine Öffnung (50) aufweist, die eingerichtet ist, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen.
Abstimmbarer Übergangsstück-Hinterrahmen (30) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (32) ferner mehrere Hinterrahmenkühllöcher (52) aufweist, wobei jedes der mehreren Hinterrahmenkühllöcher (52) dimensionsmäßig kleiner ist als jedes einzelne der mehreren Verdünnungslöcher (40) und eingerichtet ist, um Verdichteraustrittsluft zu ermöglichen, in den Körper (32) einzuströmen und diesen zu kühlen.
Verbrennungsanordnung (60), die zwischen einer Brennkammer (12) und einer Verbrennungsprodukte aufnehmenden Vorrichtung (62) angeordnet ist, aufweisend: ein Übergangsstück (18), das ein Gehäuse (20) aufweist, das einen Strömungspfad definiert und ein vorderes Ende (22) sowie ein hinteres Ende (24) aufweist, wobei das vordere Ende (22) zur Aufnahme von Verbrennungsprodukten aus einer Brennkammer (12) eingerichtet ist; einen Hinterrahmen (30), der an dem hinteren Ende (24) angebracht und derart eingerichtet ist, dass die aus dem hinteren Ende (24) strömenden Verbrennungsprodukte durch den Hinterrahmen (30) hindurch und in eine Verbrennungsprodukte aufnehmende Vorrichtung (62) eintreten, wobei der Hinterrahmen (30) eine Innenfläche (36) und eine Außenfläche (34) aufweist; und mehrere Verdünnungslöcher (40), die in dem Hinterrahmen (30) ausgebildet sind, wobei jedes der mehreren Verdünnungslöcher (40) Verdünnungsluft ermöglicht, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen, um das Austrittstemperaturprofil der Verbrennungsprodukte zu formen.
Verbrennungsanordnung (60) nach Anspruch 6, wobei der Hinterrahmen (30) ferner einen sich seitlich erstreckenden Flansch (38) aufweist, wobei die mehreren Verdünnungslöcher (40) an dem Flansch (38) angeordnet sind.
Verbrennungsanordnung (60) nach Anspruch 6 oder 7, die ferner wenigstens einen Verdünnungslochstopfen (48) aufweist, der eingerichtet ist, um in ein beliebiges einzelnes der mehreren Verdünnungslöcher (40) eingefügt zu werden, so dass der Fluss der Verdünnungsluft, die durch ein beliebiges einzelnes der mehreren Verdünnungslöcher (40) hindurchtritt, blockiert wird.
Verbrennungsanordnung (60) nach Anspruch 8, wobei der wenigstens eine Verdünnungslochstopfen (48) den Fluss der Verdünnungsluft nur teilweise blockiert, wobei der wenigstens eine Verdünnungslochstopfen (48) eine Öffnung (50) aufweist, die eingerichtet ist, um Verdünnungsluft zu ermöglichen, in die Strömung der Verbrennungsprodukte einzudringen.
Verbrennungsanordnung (60) nach einem beliebigen einzelnen der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Hinterrahmen (30) ferner mehrere Hinterrahmenkühllöcher (52) aufweist, wobei jedes der mehreren Hinterrahmenkühllöcher (52) dimensionsmäßig kleiner ist als jedes einzelne der mehreren Verdünnungslöcher (40) und eingerichtet ist, um Verdichteraustrittsluft zu ermöglichen, in den Hinterrahmen (30) einzuströmen und diesen zu kühlen.