DE102012100520A1

DE102012100520A1 - Halterung zwischen dem Übergangsstück und der Prallhülse in einer Brennkammer

Info

Publication number: DE102012100520A1
Application number: DE102012100520A
Authority: DE
Inventors: David William Cihlar; Patrick Benedict MELTON
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2012-07-26
Also published as: CN102620313A; FR2970767A1; US20120186269A1; JP2012154613A

Abstract

Offenbart wird eine Halterung (100) zwischen einem Übergangsstück (56) und einer Prallhülse (50) in einer Brennkammer (14). Die Halterung (100) umfasst einen elastischen Abschnitt (120), wobei der elastische Abschnitt (120) zur Dämpfung zwischen dem Übergangsstück (56) und der Prallhülse (50) dient. Die Halterung (100) umfasst weiter einen Montageabschnitt (110) zum Anbringen der Halterung (100) an einem der beiden Teile – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50). Die Halterung (100) umfasst weiter einen Kontaktabschnitt (130), der so gestaltet ist, dass er mit dem anderen Teil – also entweder dem Übergangsteil (56) oder der Prallhülse (50) – in Kontakt kommt.

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG
Der hier beschriebene Gegenstand betrifft allgemein Turbinenanlagen, beispielsweise Gasturbinenanlagen, und insbesondere Halterungen zwischen Übergangsstücken und Prallhülsen in Brennkammern von Turbinenanlagen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In Bereichen wie der Energieerzeugung ist die Verwendung von Turbinenanlagen weit verbreitet. Eine herkömmliche Gasturbinenanlage umfasst zum Beispiel einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Beim Betrieb einer Turbinenanlage können zahlreiche Komponenten der Anlage strukturellen Vibrationen und thermischer Ausdehnung in beträchtlichem Ausmaß ausgesetzt sein. Diese Einflüsse können die Komponenten beanspruchen und schließlich zu deren Versagen führen. Bei Gasturbinenanlagen sind zum Beispiel die Prallhülsen der Brennkammer, die die Übergangsstücke der Brennkammer umschließen, besonders empfindlich gegenüber strukturellen Vibrationen. Darüber hinaus sind sowohl die Prallhülsen als auch die Übergangsstücke anfällig für thermische Ausdehnung.
Typische Anordnungen von Prallhülsen und Übergangsstücken beinhalten Stützringe und steife, unelastische Abstandhalter, die zwischen den Prallhülsen und den Übergangsstücken angebracht sind. Die Abstandhalter sind zwischen das Übergangsstück und den Stützring geschweißt, und die Prallhülse passt auf den Stützring. Die Stützringe und Abstandhalter nehmen jedoch möglicherweise die strukturelle Vibration und die thermische Ausdehnung der Prallhülsen und der Übergangsstücke nicht in ausreichendem Ausmaß auf. Da beispielsweise zahlreiche Abstandhalter zwischen die Stützringe und die Übergangsstücke geschweißt sind, setzen die Abstandhalter den strukturellen Vibrationen und der thermischen Ausdehnung möglicherweise Widerstand entgegen. Dieser Widerstand kann zu Rissbildung an den Stützringen, den Prallhülsen und den Übergangsstücken führen.
Eine verbesserte Halterung zwischen einer Prallhülse und einem Übergangsstück in einer Brennkammer wäre daher wünschenswert. Von Vorteil wäre beispielsweise eine Halterung, die für Dämpfung und Steifigkeit sorgt, wodurch die Prallhülse gestützt würde, und dabei die strukturellen Schwingungen der Brennkammer aufnimmt. Wünschenswert wäre weiter eine Halterung, die die thermische Ausdehnung aufnimmt. Darüber hinaus wäre eine Halterung vorteilhaft, die für die strukturelle Vibration und/oder die thermische Ausdehnung einer bestimmten Brennkammer optimiert werden könnte.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt; sie können auch aufgrund der Beschreibung offensichtlich sein oder sich bei der praktischen Anwendung der Erfindung herausstellen.
Bei einer Ausführungsform wird eine Halterung zwischen einem Übergangsstück und einer Prallhülse in einer Brennkammer offenbart. Die Halterung umfasst einen elastischen Abschnitt, wobei der elastische Abschnitt zur Dämpfung zwischen dem Übergangsstück und der Prallhülse dient. Die Halterung umfasst weiter einen Montageabschnitt zum Anbringen der Halterung an dem Übergangsstück oder der Prallhülse. Die Halterung umfasst weiter einen Kontaktabschnitt, der dazu dient, den Kontakt mit dem jeweils anderen Teil – also entweder dem Übergangsstück oder der Prallhülse – herzustellen.
Diese und andere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen besser zu verstehen. Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen Teil von ihr darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen in Verbindung mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In der Beschreibung wird eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung für Durchschnittsfachleute dargelegt, eingeschlossen die bevorzugte (beste) Ausführungsform (best mode). Dabei wird auf die folgenden angefügten Zeichnungen Bezug genommen:
1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage;
2 ist eine Schnittansicht verschiedener Komponenten einer Gasturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Prallhülse, eines Übergangsstücks und mehrerer Halterungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine Vorderansicht einer Halterung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Vorderansicht einer Halterung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine Vorderansicht einer Halterung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Vorderansicht einer Halterung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine Vorderansicht einer Halterung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und
9 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Abschnitts der in 4 gezeigten Halterung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird ausführlich Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen. Ein oder mehrere Beispiele dieser Ausführungsformen sind in den begleitenden Zeichnungen dargestellt. Jedes dieser Beispiele dient nur zur Erläuterung der Erfindung und soll die Erfindung nicht einschränken. Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne vom Schutzumfang oder Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt sind oder beschrieben werden, in Verbindung mit einer weiteren Ausführungsform eine noch andere Ausführungsform ergeben. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Änderungen und Variationen abdeckt, die im Schutzumfang der angefügten Ansprüche sowie deren Äquivalenten enthalten sind.
1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage 10. Die Turbinenanlage 10 kann einen Verdichter 12, eine Brennkammer 14 und eine Turbine 16 umfassen. Die Turbinenanlage 10 kann weiter mehrere Verdichter 12, Brennkammern 14 und Turbinen 16 umfassen. Die Verdichter 12 und die Turbinen 16 können durch eine Welle 18 miteinander verbunden sein. Die Welle 18 kann eine einzelne Welle sein oder aus mehreren miteinander verbundenen Wellensegmenten bestehen, die die Welle 18 bilden.
Wie in 2 gezeigt, ist die Brennkammer 14 im Allgemeinen mit dem Verdichter 12 und der Turbine 16 strömungsverbunden. Der Verdichter 12 kann einen Diffusor 20 und ein Auslassplenum 22 umfassen, die miteinander strömungsverbunden sind, damit ein Arbeitsfluid 24 leichter zu der Brennkammer 14 geleitet werden kann. Zum Beispiel kann das Arbeitsfluid 24, nachdem es in dem Verdichter 12 verdichtet wurde, durch den Diffusor 20 strömen und dem Auslassplenum 22 zugeführt werden. Das Arbeitsfluid 24 kann anschließend aus dem Auslassplenum 22 zu der Brennkammer 14 strömen, wo das Arbeitsfluid 24 mit Kraftstoff aus den Kraftstoffdüsen 26 gemischt wird. Nach dem Vermischen kann das Gemisch aus Arbeitsfluid 24 und Kraftstoff in der Brennkammer 28 entzündet werden, um einen Heißgasstrom 30 zu erzeugen. Der Heißgasstrom 30 kann durch die Brennkammer 28, entlang einem Heißgaspfad 32, in den Hohlraum 34 eines Übergangsstücks und durch einen Turbinenleitapparat 36 zu der Turbine 16 geleitet werden.
Die Brennkammer 14 kann eine hohle ringförmige Wand umfassen, die dazu dient, den Durchfluss des Arbeitsfluids 24 zu erleichtern. Die Brennkammer 14 kann zum Beispiel ein Flammrohr 40 umfassen, das in einem Mantelrohr 42 angeordnet ist. Die Anordnung des Flammrohrs 40 und des Mantelrohrs 42 – in 2 gezeigt – ist im Wesentlichen konzentrisch und kann eine ringförmige Passage bzw. einen Strömungspfad 44 zwischen beiden festlegen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann durch das Mantelrohr 42 und das Flammrohr 40 eine erste bzw. stromauf liegende hohle, ringförmige Wand der Brennkammer 14 definiert werden. Das Mantelrohr 42 kann mehrere Einlässe 46 umfassen, die einen Strömungspfad für zumindest einen Teil des Arbeitsfluids 24 von dem Verdichter 12 durch das Auslassplenum 22 in den Strömungspfad 44 schaffen. Anders ausgedrückt, kann das Mantelrohr 42 mit einem Lochmuster versehen sein, so dass eine perforierte ringförmige Wand definiert wird. Durch den Innenbereich des Flammrohrs 40 können die im Wesentlichen zylinderförmige oder ringförmige Brennkammer 28 sowie zumindest zum Teil der Heißgaspfad 32 definiert werden, durch den der Heißgasstrom 30 geleitet werden kann.
Stromab des Flammrohrs 40 und des Mantelrohrs 42 kann eine Prallhülse 50 mit dem Mantelrohr 42 verbunden sein. Das Mantelrohr 42 kann einen Montageflansch 52 umfassen, der dazu dient, ein Montageelement 54 der Prallhülse 50 aufzunehmen. Ein Übergangsstück 56 kann in der Prallhülse 50 so angeordnet sein, dass die Prallhülse 50 zumindest einen Teil des Übergangsstücks 56 umschließt. Durch eine konzentrische Anordnung der Prallhülse 50 und des Übergangsstücks 56 kann eine ringförmige Passage bzw. ein Strömungspfad 58 zwischen beiden festgelegt werden. Die Prallhülse 50 kann mehrere Einlässe 60 umfassen, die einen Strömungspfad für zumindest einen Teil des Arbeitsfluids 24 von dem Verdichter 12 durch das Auslassplenum 22 in den Strömungspfad 58 schaffen. Anders ausgedrückt, kann die Prallhülse 50 mit einem Lochmuster versehen sein, so dass eine perforierte ringförmige Wand definiert wird. Durch den inneren Hohlraum 34 des Übergangstücks 56 kann weiter der Heißgaspfad 32 definiert werden, durch den der Heißgasstrom 30 aus der Brennkammer 28 in die Turbine 16 geleitet werden kann.
Wie gezeigt, sind der Strömungspfad 58 und der Strömungspfad 44 strömungsverbunden. Daher definieren die Strömungspfade 44 und 58 gemeinsam einen Strömungspfad, der dazu dient, den Kraftstoffdüsen 26 Arbeitsfluid 24 aus dem Verdichter 12 und dem Auslassplenum 22 zuzuführen und gleichzeitig die Brennkammer 14 zu kühlen.
Wie bereits erörtert, kann die Turbinenanlage 10 während des Betriebs Arbeitsfluid 24 aufnehmen und das Arbeitsfluid 24 dem Verdichter 12 zuführen. Der durch die Welle 18 angetriebene Verdichter 12, kann sich drehen und das Arbeitsfluid 24 verdichten. Das verdichtete Arbeitsfluid 24 kann dann in den Diffusor 20 abgelassen werden. Der Hauptteil des verdichteten Arbeitsfluids 24 kann anschließend aus dem Verdichter 12 austreten und auf dem Weg durch den Diffusor 20 und durch das Auslassplenum 22 in die Brennkammer 14 geleitet werden. Eine geringe Menge (nicht gezeigt) des verdichteten Arbeitsfluids 24 kann außerdem zur Kühlung anderer Komponenten der Turbinenanlage 10 stromab geleitet werden.
Ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 24 in dem Auslassplenum 22 kann auf dem Weg über die Einlässe 60 in den Strömungspfad 58 eintreten. Das Arbeitsfluid 24 in dem Strömungspfad 58 kann dann so in Stromaufrichtung durch den Strömungspfad 44 geleitet werden, dass das Arbeitsfluid 24 über das Flammrohr 34 geleitet wird. Auf diese Weise wird in Stromaufrichtung ein Strömungspfad durch den Strömungspfad 58 (gebildet durch die Prallhülse 50 und das Übergangsstück 56) und den Strömungspfad 44 (gebildet durch das Mantelrohr 42 und das Flammrohr 40) festgelegt. Folglich kann der Strömungspfad 44 Arbeitsfluid 24 sowohl aus dem Strömungspfad 58 als auch aus den Einlässen 46 erhalten. Das Arbeitsfluid 24 in dem Strömungspfad 44 kann dann in Stromaufrichtung zu den Kraftstoffdüsen 26 geleitet werden, wie bereits erörtert.
Während des Betriebs der Turbinenanlage 10 können unerwünschte Vibrationen der Prallhülse 50 relativ zu dem Übergangsstück 56 auftreten. Weiter können sowohl die Prallhülse 50 als auch das Übergangsstück 56 aufgrund der Temperaturen der verschiedenen, die Prallhülse 50 und das Übergangsstück 56 passierenden Ströme – wie dem Arbeitsfluidstrom 24 und dem Heißgasstrom 30 – thermischer Ausdehnung unterworfen sein. Daher werden Vorrichtungen und Geräte benötigt, um für eine Halterung zwischen der Prallhülse 50 und dem Übergangsstück 56 zu sorgen und Schäden an der Brennkammer 14 und der Turbinenanlage 10 aufgrund von Vibration und thermischer Ausdehnung der Prallhülse 50 und des Übergangsstücks 56 zu reduzieren.
Daher betrifft die vorliegende Offenbarung, wie in 2 bis 9 gezeigt, weiter eine Halterung 100 oder mehrere Halterungen 100, die zwischen der Prallhülse 50 und dem Übergangsstück 56 einer Brennkammer 14 angeordnet sind. Wie nachfolgend erörtert wird, verfügt die Halterung 100 der vorliegenden Offenbarung über verschiedene im Wesentlichen elastische Eigenschaften, die es ermöglichen, dass die Halterung 100 sowohl zur Dämpfung als auch zur Aussteifung zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 dient und so die Vibrationen des Übergangsstücks 56 und der Prallhülse 50 relativ zueinander bei gleichzeitiger ausreichender Unterstützung der Prallhülse 50 reduziert. Die Halterung 100 ermöglicht weiter die thermische Ausdehnung des Übergangsstücks 56 und der Prallhülse 50, während gleichzeitig eine relativ enge Passung mit nur geringen Toleranzen zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 beibehalten wird. Bei beispielhaften Ausführungsformen könnten durch die Halterung 100 vorteilhafterweise Stützringe und steife, unelastische Abstandhalter zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 entfallen.
Die Halterung (100) ist im Allgemeinen an dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 angebracht und so gestaltet, dass sie mit dem jeweils anderen Teil – also dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt. Zum Beispiel ist bei beispielhaften Ausführungsformen, wie in 2 bis 7 und in 9 gezeigt, die Halterung 100 an der Prallhülse 50 angebracht und so gestaltet, dass sie mit dem Übergangsstück 56 in Kontakt kommt. Bei alternativen Ausführungsformen, wie in 8 gezeigt, kann die Halterung 100 jedoch an dem Übergangsstück 56 angebracht und so gestaltet sein, dass sie mit der Prallhülse 50 in Kontakt kommt.
Wie bereits erwähnt können eine oder mehrere Halterungen 100 zwischen der Prallhülse 50 und dem Übergangsstück 56 angeordnet sein. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann zumindest ein Teil der Halterungen 100 an oder nahe bei dem vorderen Ende des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 angeordnet sein, das dasjenige Ende des einen Teils – also des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – ist, das sich im Allgemeinen in der Nachbarschaft des Flammrohrs 40 und/oder des Mantelrohrs 42 befindet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Halterungen 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen an jeder Stelle entlang dem oder am Umfang des einen Teils – also des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – angeordnet sein können.
Zum Beispiel können mehrere Halterungen 100 vorgesehen sein, um das Übergangsstück 56 und die Prallhülse 50 relativ zueinander im Wesentlichen entlang dem gesamten Umfang oder zumindest um einen Teil des Umfangs des Übergangsstücks 56 und der Prallhülse 50 abzustützen. Daher können bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel mehrere Halterungen 100 in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung um das eine Teil – also das Übergangsstück 56 oder die Prallhülse 50 – angeordnet sein, wie in 3 gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen können beispielsweise zwei, vier, sechs, acht, zehn, zwölf oder mehr Halterungen in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung zueinander beabstandet sein. Weiter können mehrere Halterungen 100 vorgesehen sein, um das Übergangsstück 56 und die Prallhülse 50 relativ zueinander im Wesentlichen über die gesamte Länge – oder zumindest einen Teil von dieser – des Übergangsstücks 56 und der Prallhülse 50 abzustützen. Daher können, wie in 2 gezeigt, bei einigen Ausführungsformen zum Beispiel mehrere Halterungen 100 entlang dem Heißgaspfad 30 der Brennkammer 14 zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können mehrere Halterungen 100 in mehreren Anordnungen angeordnet sein, und die Anordnungen können entlang dem Heißgaspfad 30 der Brennkammer 14 zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 angeordnet sein.
Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine bestimmte Anzahl oder Anordnung der Halterungen 100 beschränkt ist. Stattdessen sind jede geeignete Anzahl und Anordnung von Halterungen 100, die zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 vorgesehen sind, im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen.
Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Halterung 100 an dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 angebracht sein. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann die Halterung 100 einen oder mehrere Montageabschnitte 110 zum Anbringen der Halterung 100 umfassen. Wie in den 4 bis 8 gezeigt, kann der Montageabschnitt 110 zum Beispiel ein Abschnitt der Halterung 100 sein, der eine Kontur aufweist, die im Wesentlichen der Kontur des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 an der Montagestelle der Halterung 100 gleicht, was die Befestigung zwischen der Halterung 100 und dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 zu einer relativ festen, stabilen Befestigung macht. Alternativ kann der Montageabschnitt 110 jedoch jede geeignete Kontur aufweisen und kann im Allgemeinen jeder Abschnitt der Halterung 100 sein, der zum Anbringen der Halterung an dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 vorgesehen ist.
Die Halterung 100, wie auch der Montageabschnitt 110, können an dem einen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – mithilfe jedes geeigneten Befestigungsmittels oder Verfahrens angebracht sein. Bei einigen Ausführungsformen können beispielsweise ein geeignetes mechanisches Befestigungselement und/oder eine geeignete Schweißnaht zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden. Geeignete mechanische Befestigungselemente können unter anderem folgende sein: Schraube-Mutter-Verbindungen, Nieten, Schrauben, Nägel oder beliebige andere geeignete mechanische Befestigungsmittel. Geeignete Schweißnähte können mithilfe jedes geeigneten Schweißverfahrens angebracht werden.
Die 4, 6 und 8 zeigen beispielsweise ein Beispiel für ein geeignetes mechanisches Befestigungselement, eine Niete 112, die zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden kann. Die 4, 6 und 8 zeigen weiter eine Schweißnaht 114, die allein oder zusammen mit einem geeigneten mechanischen Befestigungselement – beispielsweise der gezeigten Niete 112 – zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden kann. In den 4, 6 und 8 wird die Niete 112 zur anfänglichen Befestigung der Halterung 100 verwendet, und anschließend wird die Schweißnaht 114 angebracht, um die Befestigung weiter zu sichern. Die Schweißnaht 114 kann, wie gezeigt, auf der Außenoberfläche des einen Teils – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – und/oder auf der Innenoberfläche des einen Teils – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – angebracht werden. Es sollte beachtet werden, dass bei alternativen Ausführungsformen auch nur die Niete 112 zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden kann.
5 zeigt ein weiteres Beispiel für ein geeignetes mechanisches Befestigungselement, eine Schraube-Mutter-Verbindung 116, die zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Schraube-Mutter-Verbindung 116, wie jedes andere geeignete mechanische Befestigungselement, allein oder in Verbindung mit einer geeigneten Schweißnaht 114 oder einem anderen Montagemittel oder -verfahren zum Anbringen der Halterung 100 verwendet werden kann.
7 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der eine Schweißnaht 114 zum Anbringen der Halterung 100 verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Schweißnaht 114 auf der Innenseite des einen Teils – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – angebracht, um die Halterung 100 zu befestigen.
Daher können bei einigen Ausführungsformen eine mechanische Befestigung und/oder Schweißen verwendet werden, im die Halterung 100 an dem einen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – anzubringen. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf mechanische Befestigung oder Schweißen beschränkt ist und dass vielmehr alle geeigneten Montagemittel oder -verfahren, die zum Anbringen der Halterung 100 an dem einen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – verwendet werden, im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind.
Wie bereits erörtert, kann die Halterung 100 weiter einen oder mehrere elastische Abschnitte 120 umfassen. Der offenbarungsgemäße elastische Abschnitt 120 kann zur Dämpfung und Aussteifung zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 dienen. Der elastische Abschnitt 120 kann zum Beispiel jeder geeignete Abschnitt der Halterung 120 sein, dessen Form, Dicke, Steifigkeit, Material und/oder andere Eigenschaften dafür geeignet sind, dass dieser Abschnitt als ein im Wesentlichen elastischer Mechanismus fungiert, der in der Lage ist, mechanische Energie zu speichern und der geeignete Dämpfungseigenschaften aufweist. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann sich der elastische Abschnitt 120 ähnlich wie eine Druckfeder verhalten, obwohl beachtet werden sollte, dass Zugfedern, Torsionsfedern und alle anderen geeigneten Federn oder geeigneten elastischen Mechanismen oder Materialien im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Durch derartige geeignete Dämpfungseigenschaften kann der elastische Abschnitt 120 die Vibrationen des Übergangsstücks 56 und/oder der Prallhülse 50 relativ zueinander reduzieren. Außerdem kann der elastische Abschnitt 120 so die thermische Ausdehnung des Übergangsstücks 56 und der Prallhülse 50 relativ zueinander aufnehmen und kann weiter eine relativ enge Passung mit nur geringen Toleranzen zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 aufrechterhalten. Die Steifigkeit des elastischen Abschnitts 120 kann weiter zur Halterung der Prallhülse 50 relativ zu dem Übergangsstück 56 dienen.
Bei einigen Ausführungsformen kann, wie in 4 bis 6 und in 8 gezeigt, der elastische Abschnitt 120 zumindest einen im Wesentlichen gekrümmten Abschnitt oder mehrere im Wesentlichen gekrümmte Abschnitte umfassen. Die 4 und 8 veranschaulichen zum Beispiel eine Ausführungsform einer Halterung 100 mit zwei elastischen Abschnitten 120, die zueinander beabstandet sind und sich von einem Montageabschnitt 110 aus erstrecken. Jeder der elastischen Abschnitte 120 umfasst mehrere im Wesentlichen gekrümmte Abschnitte. Die im Wesentlichen gekrümmten Abschnitte jedes elastischen Abschnitts 120 umfassen weiter einen im Wesentlichen konvexen Abschnitt 122 und einen im Wesentlichen konkaven Abschnitt 124.
5 zeigt eine andere Ausführungsform einer Halterung 100 mit zwei elastischen Abschnitten 120, die durch einen Montageabschnitt 110 zueinander beabstandet sind und sich von diesem aus erstrecken. Jeder der elastischen Abschnitte 120 umfasst einen im Wesentlichen gekrümmten Abschnitt. Der im Wesentlichen gekrümmte Abschnitt 122 ist überdies ein im Wesentlichen konvexer Abschnitt 122. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei alternativen Ausführungsformen der gekrümmte Abschnitt ein im Wesentlichen konkaver Abschnitt 124 sein könnte.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Halterung 100 mit einem elastischen Abschnitt 120, der sich von einem Montageabschnitt 110 aus erstreckt. Der elastische Abschnitt 120 umfasst mehrere im Wesentlichen gekrümmte Abschnitte. Die im Wesentlichen gekrümmten Abschnitte 120 sind im Wesentlichen konvexe Abschnitte 122, so dass der elastische Abschnitt 120 gemäß dieser Ausführungsform im Wesentlichen S-förmig ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei alternativen Ausführungsformen einer oder mehrere der gekrümmten Abschnitte im Wesentlichen konkave Abschnitte 124 sein können.
Bei alternativen Ausführungsformen kann, wie in 7 gezeigt, der elastische Abschnitt 120 eine Schraubenfeder 126 sein. Die Schraubenfeder 126 kann sich von einem Montageabschnitt 110 aus erstrecken oder der Montageabschnitt 110 kann einfach derjenige Abschnitt der Schraubenfeder 126 sein, der an dem einen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – angebracht ist.
Es sollte beachtet werden, dass der elastische Abschnitt 120 nicht auf eines der bereits offenbarten Beispiele beschränkt ist und dass vielmehr jeder geeignete elastische Mechanismus oder jedes geeignete derartige Material, das über geeignete Dämpfungs- und Steifigkeitseigenschaften zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 verfügt, im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind.
Es sollte weiter beachtet werden, dass die Form, die Dicke, die Steifigkeit, das Material und/oder andere geeignete Eigenschaften des elastischen Abschnitts 120 nach Wunsch oder wie erforderlich angepasst werden können, damit sie die gewünschten Dämpfungs- und Steifigkeitseigenschaften für die Halterung 100 aufzuweisen, um beispielsweise die Vibrationen zu reduzieren. Außerdem können diese verschiedenen Eigenschaften im Hinblick auf die thermische Ausdehnung des Übergangsstücks 56 und/oder der Prallhülse 50 und im Hinblick auf das Aufrechterhalten einer relativ engen Passung mit nur geringen Toleranzen zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 nach Wunsch angepasst werden. Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen einiger dieser Eigenschaften können im Folgenden erörtert werden.
Wie bereits erwähnt, kann die offenbarungsgemäße Halterung 100 so gestaltet sein, dass sie mit dem jeweils anderen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann die Halterung 100 einen oder mehrere Kontaktabschnitte 130 umfassen, damit die Halterung mit dem anderen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt. Der Kontaktabschnitt 130 kann im Allgemeinen ein beliebiger Abschnitt der Halterung 100 sein, der so angeordnet ist, dass er mit dem anderen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt, wenn die Halterung 100 an dem einen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – angebracht ist. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann es zugelassen werden, dass der Kontaktabschnitt 130 sich relativ zu dem anderen Teil – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – bewegt. Wenn daher das Übergangsstück 56 und/oder die Prallhülse 50 vibrieren oder thermischer Ausdehnung unterworfen sind, kann sich der Kontaktabschnitt 130 bewegen, um diese Vibration und/oder thermische Ausdehnung aufzunehmen. Der Kontaktabschnitt 130 kann beispielsweise an der Oberfläche des anderen Teils – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – entlang gleiten und/oder der Kontaktabschnitt 130 kann zeitweise aufgrund von Vibration und/oder thermischer Ausdehnung mit der Oberfläche des anderen Teils – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommen.
Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen kann, wie in 4 und 9 gezeigt, die Halterung 100 überdies mit einer Verschleißschutzbeschichtung 140 versehen sein. Die Verschleißschutzbeschichtung 140 kann auf zumindest einem Teil des Kontaktabschnitts 130 angebracht sein. Überdies kann bei einigen Ausführungsformen das andere Teil – das Übergangsstück 56 oder die Prallhülse 50 – eine Verschleißschutzbeschichtung 140 aufweisen. Die Verschleißschutzbeschichtung 140 kann auf dem anderen der beiden Teile – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – im Wesentlichen an der Stelle angebracht sein, an der der Kontaktabschnitt 130 mit dem anderen der beiden Teile – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt. Die Verschleißschutzbeschichtungen 140 können dazu dienen, den Verschleiß bei dem Kontakt zwischen dem Kontaktabschnitt 130 und dem anderen der beiden Teile – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – zu reduzieren. Die Verschleißschutzbeschichtung 140 kann beispielsweise aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, das die Verschleiß- oder Reibungsbeständigkeit zwischen dem Kontaktabschnitt 130 und dem anderen der beiden Teile – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50 – beim Kontakt erhöht, wodurch die Abnutzung des Kontaktabschnitts 130 und/oder des anderen der beiden Teile – des Übergangsstücks 56 oder der Prallhülse 50 – verhindert wird. Bei beispielhaften Ausführungsformen kann eine Verschleißschutzbeschichtung 140 zum Beispiel aus Cobalt oder einer Legierung auf Cobalt-Basis ausgebildet sein. Bei weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann eine Verschleißschutzbeschichtung 140 beispielsweise aus einer Cobalt-Chrom-Legierung ausgebildet sein und zum Beispiel Wolfram, Molybdän und/oder Kohlenstoff enthalten oder kann eine andere geeignete Legierung sein, die sich aus unterschiedlichen Anteilen von Cobalt, Nickel, Eisen, Aluminium, Bor, Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Molybdän, Phosphor, Schwefel, Silicium und/oder Titan zusammensetzt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die im Vorangehenden offenbarten Materialien beschränkt ist und dass vielmehr alle geeigneten Materialien oder Materialkombinationen im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind.
Wie bereits erörtert, kann die offenbarungsgemäße Halterung 100 aus jedem geeigneten Material ausgebildet sein. Die Halterung 100 – beispielsweise der Montageabschnitt bzw. die Montageabschnitte 110, der elastische Abschnitt bzw. die elastischen Abschnitte 120 und/oder der Kontaktabschnitt bzw. die Kontaktabschnitte 130 – können zum Beispiel bei beispielhaften Ausführungsformen aus einer geeigneten Legierung oder Superlegierung auf Nickel-Basis, aus einer geeigneten Legierung oder Superlegierung auf Chrom-Basis oder aus einer geeigneten Legierung oder Superlegierung auf Nickel-Chrom-Basis ausgebildet sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die im Vorangehenden offenbarten Materialien beschränkt ist und dass vielmehr alle geeigneten Materialien oder Materialkombinationen im Schutzumfang und Sinn der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen sind.
Wie weiter bereits erörtert wurde, kann die offenbarungsgemäße Halterung 100 jede geeignete Dicke aufweisen. Die Halterung 100 – beispielsweise der Montageabschnitt bzw. die Montageabschnitte 110, der elastische Abschnitt bzw. die elastischen Abschnitte 120 und/oder der Kontaktabschnitt bzw. die Kontaktabschnitte 130 – können zum Beispiel eine Dicke 150 aufweisen. Die Dicke 150 kann bei verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen im Bereich zwischen circa 30 Millimeter und circa 2,5 Millimeter liegen, zum Beispiel zwischen circa 30 Millimetern und circa 5 Millimetern, zwischen circa 6,5 Millimetern und circa 2,5 Millimetern oder zwischen circa 6,5 Millimetern und circa 5 Millimetern.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele zur Offenbarung der Erfindung verwendet -darunter die bevorzugte (beste) Ausführungsform – die auch dazu dienen sollen, alle Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung anzuwenden, eingeschlossen die Herstellung und Verwendung jeder Vorrichtung oder jedes Systems sowie die Durchführung jedes enthaltenen Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, wie sie Fachleuten einfallen könnten. Derartige andere Beispiele sollen in dem Schutzbereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn diese Beispiele strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Bedeutung der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Bedeutung der Ansprüche aufweisen.
Offenbart wird eine Halterung 100 zwischen einem Übergangsstück 56 und einer Prallhülse 50 in einer Brennkammer 14. Die Halterung 100 umfasst einen elastischen Abschnitt 120, wobei der elastische Abschnitt 120 zur Dämpfung zwischen dem Übergangsstück 56 und der Prallhülse 50 dient. Die Halterung 100 umfasst weiter einen Montageabschnitt 110 zum Anbringen der Halterung 100 an einem der beiden Teile – dem Übergangsstück 56 oder der Prallhülse 50. Die Halterung 100 umfasst weiter einen Kontaktabschnitt 130, der so gestaltet ist, dass er mit dem anderen Teil – also entweder dem Übergangsteil 56 oder der Prallhülse 50 – in Kontakt kommt.
Bezugszeichenliste

10: Turbinenanlage
12: Verdichter
14: Brennkammer
16: Turbine
18: Welle
20: Diffusor
22: Auslassplenum
24: Arbeitsfluid
26: Kraftstoffdüse
28: Brennkammer
30: Heißgasstrom
32: Heißgaspfad
34: Hohlraum des Übergangsstücks
36: Turbinenleitapparat
40: Flammrohr
42: Mantelrohr
44: Strömungspfad
46: Einlass
50: Prallhülse
52: Montageflansch
54: Montageelement
56: Übergangsstück
58: Strömungspfad
60: Einlass
100: Halterung
110: Montageabschnitt
112: Niete
114: Schweißnaht
116: Mutter-Schraube-Verbindung
120: elastischer Abschnitt
122: konvexer Abschnitt
124: konkaver Abschnitt
126: Schraubenfeder
130: Kontaktabschnitt
140: Verschleißschutzbeschichtung
150: Dicke

Claims

Halterung (100) zwischen einem Übergangsstück (56) und einer Prallhülse (50) in einer Brennkammer (14), wobei die Halterung (100) umfasst: einen elastischen Abschnitt (120), wobei der elastische Abschnitt (120) zur Dämpfung zwischen dem Übergangsstück (56) und der Prallhülse (50) dient; einen Montageabschnitt (110) zum Anbringen der Halterung (100) an einem der beiden Teile – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – und einen Kontaktabschnitt (130), der so gestaltet ist, dass er mit dem anderen Teil – also entweder dem Übergangsteil (56) oder der Prallhülse (50) – in Kontakt kommt.
Halterung (100) nach Anspruch 1, wobei der Montageabschnitt (110) an dem einem der beiden Teile – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – mithilfe einer mechanischen Befestigung und/oder einer Schweißverbindung angebracht ist.
Halterung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die weiter eine Verschleißschutzbeschichtung (140) auf zumindest einem Teil des Kontaktabschnitts (130) umfasst, wobei die Verschleißschutzbeschichtung (140) dazu dient, den Verschleiß beim Kontakt des Kontaktabschnitts (130) mit dem anderen Teil – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – zu reduzieren.
Halterung (100) nach Anspruch 3, wobei die Verschleißschutzbeschichtung (140) aus Cobalt oder einer Legierung auf Cobalt-Basis ausgebildet ist.
Halterung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der elastische Abschnitt (120), der Montageabschnitt (110) und der Kontaktabschnitt (130) eine Dicke (150) von circa 30 Millimetern bis circa 2,5 Millimetern aufweisen.
Halterung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der elastische Abschnitt (120) einen im Wesentlichen gekrümmten Abschnitt umfasst.
Halterung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiter mehrere elastische Abschnitte (120) umfasst.
Halterung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der elastische Abschnitt (120), der Montageabschnitt (110) und der Kontaktabschnitt (130) aus Inconel oder einer Legierung auf Inconel-Basis ausgebildet sind.
Brennkammer (14), die umfasst: ein Übergangsstück (56); eine Prallhülse (50), die zumindest einen Teil des Übergangsstücks (56) umschließt, und eine im Wesentlichen elastische Halterung (120), die an dem einen Teil – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – angebracht und so gestaltet ist, dass sie mit dem jeweils anderen Teil – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – in Kontakt kommt.
Brennkammer (14) nach Anspruch 9, die weiter mehrere Halterungen (100) umfasst, die in einer im Wesentlichen ringförmigen Anordnung um das eine Teil – das Übergangsstück (56) oder die Prallhülse (50) – angeordnet sind.
Brennkammer (14) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, die weiter mehrere Halterungen (100) umfasst, die in mehreren im Wesentlichen ringförmigen Anordnungen um das eine Teil – das Übergangsstück (56) oder die Prallhülse (50) – angeordnet sind, wobei die im Wesentlichen ringförmigen Anordnungen entlang einem Heißgaspfad (32) der Brennkammer (14) angeordnet sind.
Brennkammer (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Halterung (100) einen Montageabschnitt (110) umfasst, der zum Anbringen der Halterung (100) an dem einen Teil – also dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – dient.
Brennkammer (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Halterung (100) einen Kontaktabschnitt (130) umfasst, der so gestaltet ist, dass er mit dem anderen Teil – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – in Kontakt kommt.
Brennkammer (14) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Halterung (100) und das andere Teil – also das Übergangsstück (56) oder die Prallhülse (50) – jeweils über eine Verschleißschutzbeschichtung (140) verfügen, wobei die Verschleißschutzbeschichtungen (140) dazu dienen, den Verschleiß beim Kontakt der Halterung (100) mit dem anderen Teil – also dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50) – zu reduzieren.
Brennkammer (14), die umfasst: ein Übergangsstück (56); eine Prallhülse (50), die zumindest einen Teil des Übergangsstücks (56) umschließt, und elastische Mittel zur elastischen Halterung des einen Teils – des Übergangsstücks (56) oder der Prallhülse (50) – relativ zu dem anderen Teil – dem Übergangsstück (56) oder der Prallhülse (50).