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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung umfasst allgemein eine Brennkammer und ein Verfahren zur Reparatur einer Brennkammer. Insbesondere ergeben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System oder Verfahren zur Modifikation oder Reparatur einer Endabdeckung in der Brennkammer.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Brennkammern sind auf dem Fachgebiet zur Zündung von Brennstoff mit Luft, um Verbrennungsgase mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen, bekannt. Zum Beispiel können Gasturbinensysteme, Flugtriebwerke und zahlreiche weitere verbrennungsbasierte Systeme eine oder mehrere Brennkammern enthalten, die ein Arbeitsfluid, wie beispielsweise Luft, mit Brennstoff vermischen und das Gemisch zünden, um Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgase zu erzeugen. Die Verbrennungsgase können anschließend verwendet werden, um eine Turbine zu drehen, Schub bereitzustellen oder verschiedene weitere Formen von Arbeit auszuführen.
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Jede Brennkammer enthält allgemein eine Endabdeckung und eine Auskleidung, die einen Brennraum umgeben und definieren, wobei das Arbeitsfluid entlang der Außenseite der Auskleidung strömen kann, um Wärme von der Auskleidung abzuführen, bevor es durch eine oder mehrere Düsen hindurch in den Brennraum einströmt. Die Düsen können radial in der Endabdeckung angeordnet oder an dieser angeschlossen sein, und der Brennstoff kann den Düsen durch die Endabdeckung zur Einspritzung in den Brennraum zugeführt werden. Zum Beispiel können durch die Endabdeckung hindurchführende Durchgänge mit komplementären Durchgängen in der Düse verbunden sein, um eine Fluidströmungsverbindung durch die Endabdeckung und die Düsen zu dem Brennraum zu schaffen. Ein Einsatz zwischen der Endabdeckung und jeder Düse kann einer einzigen Endabdeckungskonstruktion ermöglichen, mehrere verschiedene Durchgänge zur Zuführung von Luft, Brennstoff und/oder anderen Fluiden zu der Brennstoffdüse aufzunehmen. Der Einsatz kann an der Endabdeckung durch Schraubenbolzen, Hartlötung oder Schweißverbindungen befestigt werden, und jede Düse kann anschließend an dem Einsatz und/oder der Endabdeckung angeschraubt oder in sonstiger Weise befestigt werden, um den Fluidweg durch die Endabdeckung, den Einsatz und jede Düse zu vervollständigen.
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Mit der Brennkammer verbundene Temperaturveränderungen können eine ungleichmäßige Ausdehnung zwischen der Endabdeckung und dem Einsatz ergeben. Im Laufe der Zeit können die Hartlöt- oder Schweißverbindungen zwischen der Endabdeckung und dem Einsatz rissig werden oder versagen, was möglicherweise zu einer inneren Leckage zwischen den verschiedenen Durchgängen in der Endabdeckung und/oder dem Einsatz führen kann. Bei einigen Endabdeckungskonstruktionen können die Hartlöt- oder Schweißverbindungen entfernt und durch eine oder mehrere Dichtungen zwischen der Endabdeckung und dem Einsatz ersetzt werden, wie dies in der
US-Patentschrift 7,134,287 offenbart ist, die der gleichen Anmelderin der vorliegenden Erfindung gehört. Jedoch schließen geometrische Randbedingungen in einigen Endabdeckungskonstruktionen passende Sitzflächen für die Austauschdichtungen aus. Deshalb würde eine neue Brennkammerkonstruktion, die einen Austausch oder eine Reparatur einer oder mehrerer Hartlöt- oder Schweißverbindungen in der Endabdeckung ermöglicht, nützlich sein.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung angegeben oder können aus der Beschreibung offensichtlich sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkammer, die eine Endabdeckung mit einem durch die Endabdeckung hindurchführenden Bohrloch enthält. Die Brennkammer enthält ferner einen Einsatz in dem Bohrloch in der Endabdeckung und wenigstens einen kontinuierlichen Durchgang durch die Endabdeckung und den Einsatz. Ein Ring ist mit der Endabdeckung fest verbunden, wobei eine Dichtung zwischen dem Ring und dem Einsatz angeordnet ist.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkammer, die eine Endabdeckung und eine mit der Endabdeckung verbundene Düse enthält. Die Brennkammer enthält ferner einen Einsatz zwischen der Endabdeckung und der Düse und wenigstens einen kontinuierlichen Durchgang durch die Endabdeckung und den Einsatz hindurch. Ein Ring ist mit der Endabdeckung fest verbunden, wobei eine Dichtung zwischen dem Ring und dem Einsatz angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung enthält ferner ein Verfahren zum Reparieren einer Brennkammer. Das Verfahren enthält ein festes Verbinden eines Rings mit einer Endabdeckung und Einbauen eines Austauscheinsatzes in der Endabdeckung. Das Verfahren enthält ferner einen Einbau einer Dichtung zwischen dem Ring und dem Austauscheinsatz.
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Fachleute auf dem Gebiet werden die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und anderer bei einer Durchsicht der Beschreibung besser erkennen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, für einen Fachmann auf dem Gebiet ist in größeren Einzelheiten in der restlichen Beschreibung gegeben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen zeigen:
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1 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Brennkammer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der in 1 veranschaulichten Endabdeckung;
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3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 2 veranschaulichten Endabdeckung, wobei der Einsatz im Wesentlichen entfernt ist;
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4 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 3 veranschaulichten Endabdeckung mit einem in der Endabdeckung eingebauten Austauscheinsatz gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 4 veranschaulichten Dichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 eine vergrößerte Querschnittsansicht der in 4 veranschaulichten Dichtung gemäß einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun im Einzelnen auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Bezeichnungen durch Zahlen und Buchstaben, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen.
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Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von deren Umfang oder Wesen abgewichen wird. Zum Beispiel 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 die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen mit umfasst, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
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1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Brennkammer 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 12 kann die Brennkammer 10 umgeben, um die Luft oder das Arbeitsfluid zu enthalten, die bzw. das zu der Brennkammer 10 strömt. Wie veranschaulicht, kann die Brennkammer 10 eine oder mehrere Düsen 14 enthalten, die in einer oberen Kappe 16 radial angeordnet sind. Eine Endabdeckung 18 und eine Auskleidung 20 umgeben im Wesentlichen einen Brennraum 22, der sich stromabwärts von den Düsen 14 befindet. Eine Strömungshülse 24 mit Durchflusslöchern 26 kann die Auskleidung 20 umgeben, um einen ringförmigen Durchgang 28 zwischen der Strömungshülse 24 und der Auskleidung 20 zu bilden. Die Luft oder das Arbeitsfluid kann durch die Durchflusslöcher 26 in der Strömungshülse 24 hindurchtreten, um entlang der Außenseite der Auskleidung 20 zu strömen, um an der Auskleidung 20 eine Film- oder Konvektionskühlung zu erzielen. Die Luft oder das Arbeitsfluid kehrt anschließend seine Richtung um, um durch die eine oder mehreren Düsen 14 zu strömen, wo sie bzw. es sich mit Brennstoff vermischt, bevor sie bzw. es in der Brennkammer 22 gezündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen.
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2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Endabdeckung 18, wie sie in 1 veranschaulicht ist, vor den Verbesserungen, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten sind. Wie veranschaulicht, kann die Endabdeckung 18 ein oder mehrere Bohrlöcher 30 und kontinuierliche Durchgänge 32 enthalten, die sich durch die Endabdeckung 18 erstrecken. Die Bohrlöcher 30 und die kontinuierlichen Durchgänge 32 schaffen eine Fluidströmungsverbindung durch die Endabdeckung 18 hindurch, um einem Brennstoff, einem Verdünnungsmittel, einem Inertgas oder einem anderen Fluid zu ermöglichen, durch die Endabdeckung 18 hindurch zu der Düse 14 zu strömen. Wie in 2 veranschaulicht, kann das Bohrloch 30 in bestimmten Ausführungsformen in der Axialrichtung gestuft sein, was variierende Durchmesser des Bohrlochs 30 beim Durchgang durch die Endabdeckung 18 ergibt, die passende Sitzflächen zwischen der Endabdeckung 18 und einem Einsatz 34 bereitstellen. Der Einsatz 34 kann in dem Bohrloch 30 eingebaut und durch Bolzen oder eine oder mehrere Hartlötstellen 36 oder Schweißverbindungen mit der Endabdeckung 18 verbunden sein, und die Düse 14 kann mit der Endabdeckung 18 und/oder dem Einsatz 34 stromabwärts von dem Einsatz 34 verbunden sein, so dass der Einsatz 34 zwischen der Endabdeckung 18 und der Düse 14 angeordnet ist. Auf diese Weise können Fluide in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 durch den Einsatz 34 hindurch zu der Düse 14 strömen, und die Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen zwischen dem Einsatz 34 und der Endabdeckung 18 können eine geeignete Abgrenzung schaffen, um eine Vermengung oder Vermischung der Fluide in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 zu verhindern.
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Während transienter oder ausgedehnter Betriebseinsätze können Temperaturgradienten zwischen der Endabdeckung 18 und dem Einsatz 34 die Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen zwischen der Endabdeckung 18 und dem Einsatz 34 schwächen oder beschädigen. Infolgedessen können Leckagen zwischen dem Bohrloch 30 und den Durchgängen 32 entstehen, die eine Vermengung oder Vermischung der Fluide in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 ermöglichen. Obwohl die Brennkammer 10 mit einem gewissen Maß an Leckage zwischen dem Bohrloch 30 und verschiedenen Durchgängen 32 weiter betrieben werden kann, kann jede Leckage durch Veränderung des ausgelegten Fluiddurchflusses durch die Düse 14 den Brennkammerbetrieb beeinträchtigen. Die geschwächten oder beschädigten Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen können schwer zu überprüfen und zu erkennen sein, und wenn sie erkannt werden, können die räumlichen oder geometrischen Beschränkungen im inneren des Bohrlochs 30 herkömmliche Reparaturmaßnahmen ohne Austausch der gesamten Endabdeckung 18 schwierig oder unpraktisch machen. Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben ein System und Verfahren zur Modifikation einer neuen oder existierenden Endabdeckung 18, das eine oder mehrere existierende Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen durch einen Ring 40 ersetzt oder mit einem Ring 40 repariert. Der Ring 40 weist gewöhnlich eine geringere Steifigkeit als der ursprüngliche Einsatz 34 auf, was geringere Zugspannungen zwischen dem Ring 40 und der Endabdeckung 18 ergibt. Außerdem kann in Folge des Entfernens oder der Reparatur einer oder mehrerer Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen der Ring 40 für nachfolgende Überprüfungen und Reparaturen, falls notwendig, leichter zugänglich sein. Im Ergebnis kann die Endabdeckung 18 modifiziert oder repariert werden, um die Endabdeckung 18 mit der Düse 14 zu koppeln, ohne eine umkonstruierte Endabdeckung 18 oder Austauschendabdeckung 18 zu erfordern, was zu deutlichen Einsparungen bei den Reparatur- oder Austauschkosten führt.
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3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der in 2 veranschaulichten Endabdeckung 18, wobei der ursprüngliche Einsatz 34 entfernt ist. Der ursprüngliche Einsatz 34 und jegliche geschwächten oder beschädigten Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen können von dem Bohrloch 30 zum Beispiel durch Schleifen oder maschinelle Bearbeitung im Wesentlichen entfernt werden, wobei an der Stelle ein oder mehrere Ringe 40 aus dem ursprünglichen Einsatz 34 und den zugehörigen Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen, die weiterhin funktionieren, hinterlassen werden können. Alternativ können, wie in 3 veranschaulicht, der ursprüngliche Einsatz 34 und alle zugehörigen Hartlötverbindungen 36 oder Schweißverbindungen vollständig entfernt und durch einen oder mehrere Ringe 40 ersetzt werden, die mit der Endabdeckung 18 fest verbunden werden. Jeder Ring 40 kann unabhängig davon, ob er ein Überbleibsel von dem ursprünglichen Einsatz 34 oder ein neues Teil ist, ein Band enthalten, das an der Endabdeckung 18, wie vorher, angelötet oder angeschweißt ist. Die reduzierte Masse und offene Geometrie jedes Ringes 40 reduziert die Steifheit jedes Rings 40, was eine entsprechende Reduktion der Zugspannung zwischen jedem Ring 40 und der Endabdeckung 18 zur Folge hat. Außerdem stellt jeder Ring 40 eine geeignete Oberfläche bereit, die mit einem Austauscheinsatz 42 zusammenpasst, während die kontinuierlichen Durchgänge 32 durch die Endabdeckung 18 und den Austauscheinsatz 42 weiter erhalten bleiben.
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4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der in 3 veranschaulichten Endabdeckung 18 mit dem in der Endabdeckung 18 eingebauten Austauscheinsatz 42 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 veranschaulicht, kann der Austauscheinsatz 42, der weit weniger als eine Austauschendabdeckung 18 kostet, in das Bohrloch 30 eingeführt werden. Eine Dichtung 44 zwischen jedem Ring 40 und dem Austauscheinsatz 42 schafft eine geeignete Abgrenzung, um eine Vermengung oder Vermischung der Fluide in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 zu verhindern. Die Dichtung 44 kann einen kreisringförmigen Metallring mit einem im Wesentlichen W-förmigen oder C-förmigen Querschnitt aufweisen, der der Dichtung 44 ermöglicht, sich in Abhängigkeit von einer relativen Bewegung zwischen dem Austauscheinsatz 42 und dem zugehörigen Ring 40 leicht elastisch zu verformen. Die Düse 14 kann wieder mit der Endabdeckung 18 und/oder dem Austauscheinsatz stromabwärts von dem Austauscheinsatz 42 verbunden werden, so dass sich der Austauscheinsatz 42 zwischen der Endabdeckung 18 und der Düse 14 befindet. Auf diese Weise können Fluide in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 durch den Austauscheinsatz 42 zu der Düse 14, wie zuvor, strömen, und die Kombination der Ringe 40 mit den Dichtungen 44 zwischen dem Austauscheinsatz 42 und der Endabdeckung 18 ergibt eine geeignete Abgrenzung, um eine Vermengung oder Vermischung zwischen den Fluiden in dem Bohrloch 30 und/oder den Durchgängen 32 zu verhindern.
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5 und 6 zeigen vergrößerte Querschnitte der in 4 veranschaulichten Dichtungen 44 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, verhindern die Dichtungen 44 einen Fluiddurchfluss an den Dichtungen 44 vorbei während einer Ausdehnung oder Zusammenziehung der benachbarten Flächen. Insbesondere zeigt 5, dass die W-förmige Dichtung 44 zwischen dem Ring 40 und dem Austauscheinsatz 42 dem Ring 40 und dem Austauscheinsatz ermöglicht, sich während eines Betriebs auszudehnen oder zusammenzuziehen, ohne einen Fluidfluss über der Dichtung 44 zuzulassen. Ähnlich zeigt 6, dass die C-förmige Dichtung 44 eine existierende Hartlöt- oder Schweißverbindung zwischen der Endabdeckung 18 und dem Austauscheinsatz 42 ersetzen kann.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis 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 Umfang 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.
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Eine Brennkammer
10 enthält eine Endabdeckung
18 mit einem Bohrloch
30 durch die Endabdeckung
18. Die Brennkammer
10 enthält ferner einen Einsatz
34 in dem Bohrloch
30 in der Endabdeckung
18 und wenigstens einen kontinuierlichen Durchgang
32 durch die Endabdeckung
18 und den Einsatz
34. Ein Ring
40 ist mit der Endabdeckung
18 fest verbunden, wobei eine Dichtung
44 zwischen dem Ring
40 und dem Einsatz
34 angeordnet ist. Ein Verfahren zur Reparatur
40 einer Brennkammer
10 enthält ein festes Verbinden eines Rings
40 mit einer Endabdeckung
18 und Einbauen eines Austauscheinsatzes
34 in der Endabdeckung
18. Das Verfahren enthält ferner ein Einbauen einer Dichtung
44 zwischen dem Ring
40 und dem Austauscheinsatz
34. Teileliste:
| Bezugszeichen | Komponente |
| 10 | Brennkammer |
| 12 | Gehäuse |
| 14 | Düsen |
| 16 | Obere Kappe |
| 18 | Endabdeckung |
| 20 | Auskleidung |
| 22 | Brennraum |
| 24 | Strömungshülse |
| 26 | Durchflusslöcher |
| 28 | ringförmiger Durchgang |
| 30 | Bohrloch |
| 32 | Durchgänge |
| 34 | Einsatz |
| 36 | Hartlötverbindung |
| 40 | Ring |
| 42 | Austauscheinsatz |
| 44 | Dichtung |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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