DE102015216772A1

DE102015216772A1 - Method for manufacturing and assembling a resonator for a burner

Info

Publication number: DE102015216772A1
Application number: DE102015216772.0A
Authority: DE
Inventors: Felix Breul; Olga Deiss; Hartwig Dümler; Christopher Grandt; Thomas Grieb; Julian Timmermann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2017-03-02
Also published as: WO2017036665A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung und Montage eines metallischen Körpers (1) mit mehreren durch Kanten (2) getrennten Flächen (3) auf einem metallischen Träger (4), wobei eine Auffaltung (5) des Körpers (1) aus einem Blech hergestellt wird und die Auffaltung (5) zu einem Körper (1) mit noch offenen Kanten (6) gebogen wird, die offenen Kanten (6) des Körpers (1) verschweißt werden und der Körper (1) mit dem metallischen Träger (4) verschweißt wird.The invention relates to a method for producing and assembling a metallic body (1) with a plurality of surfaces (3) separated by edges (2) on a metallic carrier (4), wherein a fold (5) of the body (1) is made of sheet metal is bent and the unfold (5) to a body (1) with still open edges (6), the open edges (6) of the body (1) are welded and the body (1) welded to the metallic support (4) becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung und Montage eines metallischen Körpers, insbesondere eines Resonators für einen Brenner einer Gasturbine. The invention relates to a method for manufacturing and assembling a metallic body, in particular a resonator for a burner of a gas turbine.

Brenneranordnungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Während des Betriebs einer Brenneranordnung, wie beispielsweise einer Brenneranordnung einer Gasturbine, entstehen in der Brennkammer thermoakustisch induzierte Verbrennungsschwingungen. Diese können Komponenten der Brenneranordnung zu Schwingungen anregen. Fällt dabei eine anregende Schwingung mit einer Resonanzfrequenz der Brenneranordnung oder ihrer Komponenten zusammen, so kann es zur Zerstörung von Bauteilen kommen. Die Anregung der Brenneranordnung und ihrer Komponenten im Bereich solcher Resonanzfrequenzen muss entsprechend vermieden werden. Burner arrangements are known in the prior art in various configurations. During operation of a burner arrangement, such as a burner arrangement of a gas turbine, thermoacoustically induced combustion oscillations arise in the combustion chamber. These can excite components of the burner assembly to vibrate. If a stimulating oscillation coincides with a resonant frequency of the burner arrangement or its components, components can be destroyed. The excitation of the burner assembly and its components in the range of such resonance frequencies must be avoided accordingly.

Es ist bereits bekannt, die akustischen Eigenschaften von Brenneranordnungen und ihrer Komponenten durch den Einbau von Resonatoren zu verändern, die nach dem Helmholtz-Prinzip arbeiten. So schlägt beispielsweise die Druckschrift EP 1 792 123 B1 vor, Verdichterluft durch in die Brennkammerwand integrierte Resonatorvorrichtungen in die Brennkammer zu leiten. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht in der Kopplung von Wandkühlung und Resonatorspülung sowie in der Integration von Mittel- und Hochfrequenzresonatoren in der Brennkammerwand. It is already known to change the acoustic properties of burner assemblies and their components by incorporating resonators that operate on the Helmholtz principle. For example, the publication proposes EP 1 792 123 B1 to direct compressor air into the combustion chamber through resonator devices integrated into the combustion chamber wall. The advantage of this design is the coupling of wall cooling and Resonatorspülung and in the integration of medium and high frequency resonators in the combustion chamber wall.

Auf dem Liner angeordnete Resonator-Boxen bestehen typischerweise aus einzelnen Bauteilen, die zusammengeschweißt werden, um der komplexen Geometrie gerecht zu werden: den Resonatorwänden oder Seitenflächen und einem Deckel. Die Problematik besteht darin, dass die Resonatorwände den gekrümmten Liner berühren müssen. Weiterhin kann die Anforderung bestehen, dass auch die Resonatordeckel der Krümmung des Liners entsprechen müssen. Resonator boxes mounted on the liner typically consist of discrete components which are welded together to cope with the complex geometry: the resonator walls or side surfaces and a lid. The problem is that the resonator walls must touch the curved liner. Furthermore, there may be a requirement that the resonator covers must also correspond to the curvature of the liner.

Die Resonatoren werden bisher zweigeteilt gefertigt. Zum einen werden die Seitenflächen typischerweise an einem Stück aus einem Blech ausgeschnitten und entsprechend gebogen; die Enden werden anschließend verschweißt. Der Resonatordeckel besteht ebenso aus einem Blech, welches mit Resonatorbohrungen versehen wird. Je nach Anforderung wird der Resonatordeckel auch noch gebogen, damit er die vorgegebene Krümmung des Liners erhält. The resonators are currently manufactured in two parts. First, the side surfaces are typically cut in one piece from a sheet and bent accordingly; the ends are then welded. The resonator lid also consists of a metal sheet which is provided with resonator bores. Depending on requirements, the resonator lid is also bent so that it receives the predetermined curvature of the liner.

Die miteinander verschweißten Seitenflächen werden zuerst auf den Liner geschweißt, dann wird der Deckel mit einer umlaufenden Schweißnaht an den Seitenflächen fixiert. Dies sorgt für viele Schweißnähte, welche manuell in teils unergonomischen Positionen gefertigt werden müssen. The welded-together side surfaces are first welded to the liner, then the lid is fixed with a circumferential weld on the side surfaces. This provides many welds, which must be made manually in some unergonomic positions.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Fertigung und Montage eines metallischen Körpers mit mehreren durch Kanten getrennten Flächen auf einem metallischen Träger bereitzustellen. The object of the invention is therefore to provide an improved process for the manufacture and assembly of a metallic body with a plurality of surfaces separated by edges on a metallic support.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie ein Verfahren zur Fertigung und Montage eines metallischen Körpers mit mehreren durch Kanten getrennten Flächen auf einem metallischen Träger vorschlägt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Auffaltung des Körpers aus einem Blech hergestellt wird und die Auffaltung zu einem Körper mit noch offenen Kanten gebogen wird, die offenen Kanten des Körpers verschweißt werden und der Körper mit dem metallischen Träger verschweißt wird. The invention solves this problem by proposing a method of manufacturing and assembling a metal body having a plurality of surfaces separated by edges on a metallic support, which is characterized in that an unfolding of the body is made of a metal sheet and the unfolding into a body is bent with open edges, the open edges of the body are welded and the body is welded to the metallic support.

Anstatt zwei Bleche zu schneiden, zu biegen und zu schweißen, soll dies gemäß der Erfindung in einem einzigen Bauteil erfolgen. Ähnlich wie bei einem Würfelnetz wird die entsprechende Form ausgeschnitten, wobei anschließend gebogen und geschweißt wird. Instead of cutting, bending and welding two sheets, this is done according to the invention in a single component. Similar to a dice net, the corresponding shape is cut out and then bent and welded.

Je nach Anwendung ist es zweckmäßig, wenn die Auffaltung dadurch zu einem Körper mit noch offenen Kanten gebogen wird, dass die Auffaltung an Trennlinien zwischen zusammenhängenden Flächen des Blechs gebogen wird, also überall dort, wo nach der Herstellung die Kanten verlaufen, an denen nicht geschweißt wird. Dies ist dann der Fall, wenn der Resonatordeckel eben ist. Depending on the application, it is expedient if the unfolding is thereby bent into a body with still open edges, that the unfolding is bent at parting lines between contiguous surfaces of the sheet, ie wherever the edges after manufacture are not welded becomes. This is the case when the resonator lid is flat.

Bei gebogenen bzw. gekrümmten Resonatordeckeln ist es zweckmäßig, wenn ferner eine Fläche gekrümmt wird, nämlich eben die als Resonatordeckel vorgesehene Fläche. In the case of curved or curved resonator lids, it is expedient if, furthermore, a surface is curved, namely the surface provided as the resonator lid.

Ist die als Deckel des Körpers vorgesehene Fläche im Wesentlichen flach, ist es vorteilhaft, wenn die Auffaltung mit einer als Deckel des Körpers vorgesehenen zentralen Fläche und weiteren an die zentrale Fläche unmittelbar angrenzenden Flächen hergestellt wird. Damit wird die im Stand der Technik umlaufende Schweißnaht für den Deckel eingespart. If the surface provided as the cover of the body is substantially flat, it is advantageous if the unfolding is produced with a central surface provided as the cover of the body and further surfaces directly adjoining the central surface. This saves the circumferential weld in the prior art for the lid.

Ist jedoch die als Deckel des Körpers vorgesehene Fläche gekrümmt, ist es vorteilhaft, wenn die Auffaltung so hergestellt wird, dass eine als Deckel des Körpers vorgesehene Fläche lediglich eine unmittelbar benachbarte weitere Fläche aufweist. An diese benachbarte weitere Fläche schließen sich weitere benachbarte Flächen an und bilden mit ihr einen Resonatorrand, der, nachdem die als Deckel vorgesehene Fläche gebogen wurde, mit dieser verschweißt werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird somit lediglich eine Kante der umlaufenden Schweißnaht eingespart. If, however, the surface provided as the cover of the body is curved, it is advantageous if the unfolding is produced in such a way that a surface provided as the cover of the body only has an immediately adjacent further surface. Adjacent adjacent surfaces are adjoined by further adjacent surfaces and together with them form a resonator edge which, after the surface provided as cover has been bent, can be welded thereto. In this embodiment Thus, only one edge of the circumferential weld is saved.

In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung werden in mindestens eine der Flächen Bohrungen eingebracht. Diese Fläche ist zweckmäßigerweise der Resonatordeckel. In an advantageous embodiment of the method according to the invention bores are introduced into at least one of the surfaces. This surface is expediently the resonator cover.

Mit der Erfindung kann die umlaufende Schweißnaht, die den Deckel derzeit fixiert, je nach Verfahren vollständig, zumindest aber zum Teil eingespart werden. With the invention, the circumferential weld, which currently fixes the lid, depending on the method completely, but at least partially saved.

Zudem kann eine Resonatorbox schon vor dem Festschweißen an den Liner komplett fertig gestellt werden, was die Anzahl der ergonomisch ungünstig anzubringenden Nähte (an dem Rundteil Liner) verringert. In addition, a Resonatorbox can be completely finished before the fixed welding to the liner, which reduces the number of ergonomically unfavorable to be attached seams (on the round part liner).

Neben im einfachsten Fall quaderförmigen Resonatoren ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für beispielsweise trapezförmige Resonatoren geeignet. In addition to cuboidal resonators in the simplest case, the method according to the invention is also suitable for trapezoidal resonators, for example.

Insgesamt ist das Herstell- und Montageverfahren gegenüber dem Stand der Technik verbessert, da weniger Bauteile benötigt werden, die Schweißnahtlänge verringert ist und überhaupt die Schweißnähte einfacher zu fertigen sind. Somit ergeben sich Kostenersparnisse sowie ein geringeres Fehlerpotential. Auch die Maßhaltigkeit ist aufgrund des geringeren Wärmeeintrags in die Komponente verbessert. Overall, the manufacturing and assembly method over the prior art is improved because fewer components are needed, the weld length is reduced and in general the welds are easier to manufacture. This results in cost savings and a lower potential for errors. The dimensional stability is improved due to the lower heat input into the component.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Shown schematically and not to scale:

1 eine Darstellung eines ersten Brenners mit Resonatoren auf dem Liner, 1 a representation of a first burner with resonators on the liner,

2 eine Darstellung eines zweiten Brenners mit gebogenen Resonatoren auf dem Liner, 2 a representation of a second burner with curved resonators on the liner,

3 eine Schnittform eines Resonators, 3 a sectional shape of a resonator,

4 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Resonator von außen, 4 a resonator produced according to the method according to the invention from the outside,

5 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Resonator von innen, 5 a resonator produced by the method according to the invention from the inside,

6 eine Schnittform für einen trapezförmigen Resonator, 6 a sectional shape for a trapezoidal resonator,

7 eine Außensicht eines trapezförmigen Resonators, 7 an external view of a trapezoidal resonator,

8 eine Innensicht eines trapezförmigen Resonators, 8th an interior view of a trapezoidal resonator,

9 eine Schnittform eines Resonators mit gekrümmtem Deckel, 9 a sectional shape of a resonator with a curved lid,

10 eine Innenansicht eines Resonators mit gekrümmtem Deckel und 10 an interior view of a resonator with a curved lid and

11 eine Außenansicht eines Resonators mit gekrümmtem Deckel. 11 an external view of a resonator with a curved lid.

Die 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen ersten Brenner 11. Das Flammrohr 12 (auch Liner) des ersten Brenners 11 ist zylindrisch. Zur Dämpfung von Verbrennungsschwingungen sind auf ihm Resonatoren 13 angeordnet, der Liner 12 ist somit auch ein metallischer Träger 4 für die Resonatoren 13. Die Deckel 8 der Resonatoren 13 sind im Beispiel der 1 flach. The 1 shows schematically and by way of example a first burner 11 , The flame tube 12 (also liner) of the first burner 11 is cylindrical. For damping of combustion oscillations resonators are on it 13 arranged the liner 12 is thus also a metallic carrier 4 for the resonators 13 , The lids 8th the resonators 13 are in the example of 1 flat.

Die 2 zeigt schematisch und beispielhaft einen zweiten Brenner 14. Hier sind die Deckel 9 der Resonatoren 13 gekrümmt. Die Krümmung der Deckel 9 folgt im Wesentlichen der Krümmung des Liners 12. Ferner kommen Resonatoren 13 mit trapezförmigen Seitenflächen zum Einsatz. The 2 shows schematically and by way of example a second burner 14 , Here are the lids 9 the resonators 13 curved. The curvature of the lid 9 essentially follows the curvature of the liner 12 , There are also resonators 13 with trapezoidal side surfaces used.

Details zur Herstellung metallischer Körper 1, wie beispielsweise solcher Resonatoren 13, und deren Montage auf metallischen Trägern 4, wie beispielsweise Linern 12, werden in den folgenden Figuren gezeigt. Details for the production of metallic bodies 1 , such as such resonators 13 , and their mounting on metallic supports 4 such as liners 12 , are shown in the following figures.

3 zeigt eine Schnittform, ein Netz, oder auch eine Auffaltung 5 eines metallischen Körpers 1, der als Resonator 13 für einen ersten Brenner 11 der 1 verwendet werden soll. Die Auffaltung 5 der 3 besteht aus fünf Flächen 3. Da der Deckel 8 des Resonators 13 keine Krümmung hat, kann der komplette Resonator 13 durch vier zu jeder Seite abgeklappte Seitenwände gefertigt werden, wodurch die umlaufende Schweißnaht, die den Deckel 8 im Stand der Technik fixiert, eingespart wird, d.h. die Auffaltung 5 präsentiert sich mit insgesamt fünf Flächen 3. Dabei ist eine Fläche 3 eine als Deckel des Körpers 1 vorgesehenen zentralen Fläche 8 und die weiteren Flächen 3 grenzen unmittelbar an die zentrale Fläche 8 unmittelbar an. Die genannten vier weiteren Flächen 3 werden an vier gedachten Trennlinien 7 aus der Ebene der zentralen Fläche 8 weggebogen. Im Beispiel der 3 beträgt der Winkel der Biegung ca. 90°, so dass benachbarte Seiten benachbarter Flächen 3 nach dem Biegen offene Kanten 6 bilden, die anschließend verschweißt werden. Die Resonatorbox kann somit schon vor dem Festschweißen an den Liner 12 komplett fertig gestellt werden, was die Anzahl der ergonomisch ungünstig anzubringenden Nähte am Rundteil Liner 12 verringert. Ferner zeigt die 3 Bohrungen 10 im Resonator-Deckel 8, über die im Betrieb Kühlluft in den Resonator-Hohlraum gelenkt werden kann. 3 shows a sectional shape, a network, or a folding 5 a metallic body 1 that as a resonator 13 for a first burner 11 of the 1 should be used. The unfolding 5 of the 3 consists of five surfaces 3 , Because the lid 8th of the resonator 13 has no curvature, the complete resonator can 13 made by four side walls folded down to each side, whereby the circumferential weld, which covers the lid 8th Fixed in the art, is saved, ie the unfolding 5 presents itself with a total of five surfaces 3 , Here is an area 3 one as the lid of the body 1 provided central area 8th and the other surfaces 3 border directly on the central area 8th immediately. The mentioned four other surfaces 3 become at four imaginary dividing lines 7 from the plane of the central plane 8th bent. In the example of 3 the angle of the bend is about 90 °, so that adjacent sides of adjacent surfaces 3 open edges after bending 6 form, which are then welded. The Resonatorbox can thus already before welding to the liner 12 Completely finished, what the number of ergonomically unfavorable seams to be attached to the round liner 12 reduced. Furthermore, the shows 3 drilling 10 in the resonator lid 8th , via which cooling air can be directed into the resonator cavity during operation.

Die 4 und 5 zeigen einen solchen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Resonator 13 von außen und innen. Gezeigt ist die Stelle der eingesparten umlaufenden Schweißnaht 15 an der Kante 2 sowie die noch verbleibenden Schweißnähte 16 zur Verbindung der Seiten des Resonators 13. The 4 and 5 show such a resonator produced by the method according to the invention 13 from outside and inside. Shown is the location of the saved circumferential weld 15 on the edge 2 as well as the remaining welds 16 for connecting the sides of the resonator 13 ,

Analog zu den 3, 4 und 5 zeigen die 6, 7 und 8 eine Auffaltung 5 bzw. Ansichten von außen und innen eines trapezförmigen Resonators 13. Hier kann dasselbe Fertigungsverfahren zum Einsatz kommen. Analogous to the 3 . 4 and 5 show the 6 . 7 and 8th a unfolding 5 or views from the outside and inside of a trapezoidal resonator 13 , Here, the same manufacturing process can be used.

Etwas anders sieht es aus, wenn eine Resonatorbox für einen in der 2 gezeigten zweiten Brenner 14 hergestellt und montiert werden soll. Der gekrümmte Deckel 9 lässt eine Auffaltung 5 wie in den 3 und 6 gezeigt nicht zu. Die 9 zeigt die Auffaltung 5 eines Resonators 13 mit gekrümmtem Deckel 9, wobei die Auffaltung 5 einseitig abgewickelte Seitenwände aufweist, die als schmale Flächen 3 in der Figur gezeigt sind. Somit wird zumindest eine Schweißnaht eingespart und es muss bei der Montage des Deckels 9 dieser nicht anderweitig fixiert werden. Zudem kann auch hier die Resonatorbox schon vor dem Festschweißen am Liner 12 komplett fertiggestellt werden. Die 10 und 11 zeigen wiederum die Ansicht der Resonatorbox von innen und außen. It looks a bit different when a Resonatorbox for a in the 2 shown second burner 14 to be manufactured and assembled. The curved lid 9 leaves a unfolding 5 like in the 3 and 6 not shown. The 9 shows the unfolding 5 a resonator 13 with curved lid 9 , where the unfolding 5 unilaterally developed side walls that as narrow surfaces 3 are shown in the figure. Thus, at least one weld is saved and it must be during assembly of the lid 9 this not otherwise fixed. In addition, the resonator box can also be used here before welding to the liner 12 completely finished. The 10 and 11 again show the view of the resonator box from inside and outside.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1792123 B1 [0003]

Claims

Method for manufacturing and assembling a metallic body ( 1 ) with several by edges ( 2 ) separate areas ( 3 ) on a metallic support ( 4 ), characterized in that an unfolding ( 5 ) of the body ( 1 ) is produced from a sheet metal and the unfolding ( 5 ) to a body ( 1 ) with still open edges ( 6 ), the open edges ( 6 ) of the body ( 1 ) and the body ( 1 ) with the metallic carrier ( 4 ) is welded.

The method of claim 1, wherein the unfolding ( 5 ) thereby to a body ( 1 ) with still open edges ( 6 ), that the unfolding ( 5 ) at dividing lines ( 7 ) between contiguous surfaces ( 3 ) of the sheet is bent.

The method of claim 2, further comprising an area ( 3 ) is curved.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the unfolding ( 5 ) with a lid of the body ( 1 ) central area ( 8th ) and further to the central area ( 8th ) immediately adjacent surfaces ( 3 ) will be produced.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the unfolding ( 5 ) is made so that a surface provided as a lid of the body ( 9 ) only an immediately adjacent further surface ( 3 ) having.

Method according to one of the preceding claims, wherein in at least one of the surfaces ( 8th . 9 ) Drilling ( 10 ) are introduced.

Method according to claim 6, wherein in the area provided as the cover of the body ( 8th . 9 ) Drilling ( 10 ) are introduced.