DE102016212649A1

DE102016212649A1 - Burner seal of a gas turbine and method for its production

Info

Publication number: DE102016212649A1
Application number: DE102016212649.0A
Authority: DE
Inventors: Carsten Clemen
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennerdichtung einer Gasturbine mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper, welcher an einer Einströmseite eine ringförmige Einlauflippe 18 und an seiner Abströmseite einen Trichter 17 aufweist, wobei ein Innendurchmesser der Einströmseite größer ausgebildet ist, als ein Innendurchmesser einer axial vor dem Trichter angeordneten Dichtfläche 16, wobei um den Umfang verteilt in dem Grundkörper Kühlkanäle 22 ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle 22 jeweils in dem Grundkörper im Bereich der Dichtfläche 16 und des Trichters 17 ausgebildet sind und jeweils in einem axial nach außen weisenden Bereich des Trichters 17 in einem Austrittsloch 21 münden.The invention relates to a burner seal of a gas turbine having a substantially tubular base body having an annular inlet lip 18 on one inflow side and a funnel 17 on its downstream side, wherein an inner diameter of the inflow side is formed larger than an inner diameter of an axially upstream of the hopper arranged sealing surface 16, wherein distributed around the circumference in the main body cooling channels 22 are formed, characterized in that the cooling channels 22 are each formed in the base body in the region of the sealing surface 16 and the funnel 17 and each in an axially outwardly facing portion of the funnel 17 open into an outlet hole 21.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennerdichtung einer Gasturbine sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a burner seal of a gas turbine and to a method for their production.

Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Brennerdichtung mit einem im Wesentlichen rohrförmigen Grundkörper, welcher an einer Einströmseite eine ringförmige Einlauflippe und an seiner Abströmseite einen Trichter aufweist, wobei ein Innendurchmesser der Einströmseite größer ausgebildet ist als ein Innendurchmesser einer axial vor dem Trichter angeordneten Dichtfläche, wobei um den Umfang verteilt in dem Grundkörper Kühlkanäle ausgebildet sind. More particularly, the invention relates to a burner seal having a substantially tubular base body, which has an annular inlet lip on one inflow side and a funnel on its downstream side, an inner diameter of the inflow side being larger than an inner diameter of a sealing face arranged axially in front of the funnel, wherein distributed around the circumference in the main body cooling channels are formed.

Eine Brennerdichtung der oben stehenden Art wird verwendet, um Treibstoffdüsen einer Brennkammer einer Gasturbine gegenüber einer Kopfplatte und/oder einem Hitzeschild der Brennkammer abzudichten. Dabei steht insbesondere der Trichter der Brennerdichtung in den Brennraum vor und ist den dort herrschenden hohen Temperaturen ausgesetzt. Infolgedessen ist es erforderlich, die Brennerdichtung und insbesondere den Trichter ausreichend zu kühlen. Bei einer nicht ausreichenden Kühlung besteht die Gefahr, dass der Trichter mit der an ihm ausgebildeten trichterförmigen Lippe abbrennt. A burner seal of the above type is used to seal fuel nozzles of a combustion chamber of a gas turbine with respect to a top plate and / or a heat shield of the combustion chamber. In particular, the funnel of the burner seal projects into the combustion chamber and is exposed to the high temperatures prevailing there. As a result, it is necessary to sufficiently cool the burner seal and in particular the funnel. If there is insufficient cooling there is a risk that the funnel will burn off with the funnel-shaped lip formed on it.

Nachfolgend wird der der Erfindung zu Grunde liegende Stand der Technik anhand der 2 und 3 beschrieben. Dabei zeigt die 2 eine vereinfachte Axial-Schnittansicht einer Gasturbinenbrennkammer mit Brennerdichtung. In 3 ist eine schematische Schnittansicht, analog 2, der Brennerdichtung gezeigt. Hereinafter, the prior art based on the invention is based on the 2 and 3 described. It shows the 2 a simplified axial sectional view of a gas turbine combustor with burner seal. In 3 is a schematic sectional view, analog 2 Showing the burner seal.

Die in 2 dargestellte Brennkammer umfasst eine Brennkammerwand 1 mit einer Kopfplatte 2, welche mittels eines Hitzeschilds 3 gegen den Brennraum geschützt ist. An der Innenseite der Brennkammerwand 1 sind Schindeln 7 angeordnet, welche mittels Bolzen 10 und Muttern 11 mit der Brennkammerwand 1 verschraubt sind und diese gegenüber dem Brennraum abschirmen. In the 2 illustrated combustion chamber comprises a combustion chamber wall 1 with a head plate 2 , which by means of a heat shield 3 protected against the combustion chamber. On the inside of the combustion chamber wall 1 are shingles 7 arranged, which by means of bolts 10 and nuts 11 with the combustion chamber wall 1 are bolted and shield them from the combustion chamber.

Bei der in 2 gezeigten Konstruktion handelt es sich um eine Ringbrennkammer. Es versteht sich, dass diese, bezogen auf eine Radialrichtung basierend auf einer Triebwerksmittelachse eine äußere und eine innere Brennkammerwand aufweist. Dies wird aus Gründen der Vereinfachung in 2 im Einzelnen nicht erläutert. At the in 2 shown construction is an annular combustion chamber. It should be understood that this has an outer and an inner combustion chamber wall based on a radial center direction based on an engine center axis. This is for the sake of simplicity in 2 not explained in detail.

In der Brennkammerwand 1 sind Zumischlöcher 8 vorgesehen, welche auch die Schindeln 7 durchgreifen und zur Zufuhr von Mischluft dienen. Die Brennkammerwand ist mit Prallkühllöchern 12 versehen, die Schindeln 7 weisen Effusionskühllöcher 13 auf. All dies ist aus dem Stand der Technik bekannt, sodass auf eine detaillierte weitergehende Beschreibung verzichtet werden kann. In the combustion chamber wall 1 are Zumischlöcher 8th provided, which also the shingles 7 pass through and serve for the supply of mixed air. The combustion chamber wall is equipped with impingement cooling holes 12 provided, the shingles 7 have effusion cooling holes 13 on. All this is known from the prior art, so that a detailed further description can be dispensed with.

Die 2 zeigt weiterhin, dass das Hitzeschild 3 mit Kühllöchern 14 versehen ist, durch welche Kühlluft, welche durch Kühlluftlöcher 15 der Kopfplatte 2 strömt, zur Kühlung des Hitzeschilds 3 Verwendung findet. Das Hitzeschild 3 ist, wie in 2 dargestellt, mittels Bolzen 10 und Muttern 11 an der Kopfplatte 2 gelagert. The 2 further shows that the heat shield 3 with cooling holes 14 is provided by which cooling air, which through cooling air holes 15 the top plate 2 flows, to cool the heat shield 3 Use finds. The heat shield 3 is how in 2 represented by means of bolts 10 and nuts 11 on the top plate 2 stored.

Sowohl die Kopfplatte 2 als auch das Hitzeschild 3 weisen eine Ausnehmung auf, in welcher eine Brennerdichtung 6 angeordnet ist. Durch die Brennerdichtung 6 wird von außen eine nur schematisch dargestellte Treibstoffdüse 5 eingeführt. Diese wird durch eine Ausnehmung des Brennkammerkopfes 4 durchgeführt und in der Brennerdichtung 6 positioniert. Both the headstock 2 as well as the heat shield 3 have a recess in which a burner seal 6 is arranged. Through the burner seal 6 is from the outside a fuel nozzle shown only schematically 5 introduced. This is through a recess of the combustion chamber head 4 performed and in the burner seal 6 positioned.

Um die Treibstoffdüse 5 gegenüber der Brennkammer in geeigneter Weise zu lagern und abzudichten, befindet sich zwischen der Kopfplatte 2 und dem Hitzeschild 3 schwimmend gelagert die Brennerdichtung 6. Diese erlaubt eine Bewegung der Treibstoffdüse 5 relativ zu der Brennkammer und hat gleichzeitig den Zweck, die Treibstoffdüse 5 so zu platzieren, dass keine Leckage zwischen der Treibstoffdüse 5 und der Kopfplatte 2 beziehungsweise dem Hitzeschild 3 entsteht. Die 2 zeigt durch die gestrichelten Linien in vereinfachter Darstellung den Strömungsweg von Kühlluft, welche aus dem Innenraum des Brennkammerkopfes 4 entlang der Brennerdichtung 6 strömt.To the fuel nozzle 5 To store and seal against the combustion chamber in a suitable manner, located between the top plate 2 and the heat shield 3 floating the burner seal 6 , This allows a movement of the fuel nozzle 5 relative to the combustion chamber and has the same purpose, the fuel nozzle 5 so that there is no leakage between the fuel nozzle 5 and the top plate 2 or the heat shield 3 arises. The 2 shows by the dashed lines in a simplified representation of the flow path of cooling air, which from the interior of the combustion chamber head 4 along the burner seal 6 flows.

Die 3 zeigt den Aufbau der Brennerdichtung 6 gemäß dem Stand der Technik in vereinfachter Darstellung. Die Brennerdichtung 6 umfasst eine Einlauflippe 18, an die sich in axialer Richtung (bezogen auf eine Mittelachse der Treibstoffdüse 5) ein Durchmesserbereich mit einem größeren Innendurchmesser anschließt. Hierdurch ergeben sich Strömungswege, um die in 3 gestrichelt dargestellte Kühlluftströmung einzuleiten und durch Kühllöcher 9 abzuführen. Die Kühllöcher 9 sind in Axialrichtung vor einer Dichtfläche 16 angeordnet. Die Dichtfläche 16 liegt dichtend gegen die Treibstoffdüse 5 an. In Axialrichtung anschließend an die Dichtfläche 16 ist ein Trichter 17 (trichterförmige Lippe) vorgesehen, welcher sich in den Innenraum der Brennkammer erstreckt, so wie dies in 2 dargestellt ist. Weiterhin umfasst die Brennerdichtung 6 einen Ringsteg 19, welcher zur Befestigung und Lagerung der Brennerdichtung 6 an der Kopfplatte 2 beziehungsweise dem Hitzeschild 3 dient. The 3 shows the structure of the burner seal 6 according to the prior art in a simplified representation. The burner seal 6 includes an inlet lip 18 , to which in the axial direction (with respect to a central axis of the fuel nozzle 5 ) connects a diameter region with a larger inner diameter. This results in flow paths to the in 3 dashed shown cooling air flow and through cooling holes 9 dissipate. The cooling holes 9 are in the axial direction in front of a sealing surface 16 arranged. The sealing surface 16 lies sealing against the fuel nozzle 5 at. In the axial direction following the sealing surface 16 is a funnel 17 (Funnel-shaped lip) is provided, which extends into the interior of the combustion chamber, as in 2 is shown. Furthermore, the burner seal comprises 6 a ring pier 19 which is used to fix and store the burner seal 6 on the top plate 2 or the heat shield 3 serves.

Die Brennerdichtung 6 ist stromauf zum Brennkammerkopf 4 weisend aerodynamisch günstig ausgebildet, um die Einströmung der Kühlluft (s. 3) zu verbessern. Hierzu dient die Einlauflippe 18, welche die Strömung aus dem Brennkammerkopf 4 günstig zur Treibstoffdüse 5 leitet. Auch stromab zum Brennraum weisend weist die Brennerdichtung 6 eine trichterförmige Formgebung (Trichter 17) auf, um der Strömung aus der Treibstoffdüse die Möglichkeit zu geben, sich radial möglichst weit zu öffnen. Der Trichter 17, welcher in den Brennraum vorsteht, muss ausreichend gekühlt werden, um ein Abbrennen zu verhindern. Hierzu wird gemäß dem Stand der Technik die Kühlluft durch die diskreten Kühlluftlöcher 9 geleitet. Die Kühllöcher 9 dienen dazu, die Strömung aus dem Brennkammerkopf 4 radial nach außen von der Innenseite der Brennerdichtung 6 zu deren Außenseite zu leiten und den Trichter 17 von seiner Rückseite aus zu umströmen. Hierdurch wird der Trichter 17 durch die Kühlluft an seiner Rückseite gekühlt, bevor die Kühlluft zwischen Hitzeschild 3 und Brennerdichtung 6 in den Brennraum strömt. The burner seal 6 is upstream to the combustion chamber head 4 pointing aerodynamically formed low to the inflow of the cooling air (s. 3 ) to improve. The inlet lip is used for this purpose 18 showing the flow out of the combustion chamber head 4 favorable to the fuel nozzle 5 passes. Also pointing downstream to the combustion chamber, the burner seal 6 a funnel-shaped shape (funnel 17 ) to allow the flow from the fuel nozzle to open as far as possible radially. The funnel 17 , which protrudes into the combustion chamber, must be sufficiently cooled to prevent burning. For this purpose, according to the prior art, the cooling air through the discrete cooling air holes 9 directed. The cooling holes 9 Serve to control the flow out of the combustion chamber head 4 radially outward from the inside of the burner seal 6 to conduct to the outside and the funnel 17 to flow around from its back. This will be the funnel 17 cooled by the cooling air on its back, before the cooling air between heat shield 3 and burner seal 6 flows into the combustion chamber.

Es erweist sich als nachteilig, dass der Trichter 17 der Brennerdichtung 6 nur an seiner Rückseite, welche dem Brennraum abgewandt ist, gekühlt wird. Hierdurch kann nicht ausreichend sichergestellt werden, dass der Trichter 17 und damit die Brennerdichtung 6 überhitzt und verschleißt, beispielsweise durch Abbrand. Somit muss die Brennerdichtung 6 bei Verschleiß ausgetauscht werden. Dies erfordert umfangreiche Montagearbeiten, die kostenintensiv und zeitaufwendig sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die aus der Brennerdichtung 6 ausströmende Luft nicht zur Kontrolle von Emissionen der Brennkammer genutzt werden kann, da die Luftführung sehr unbestimmt und ungezielt erfolgt. It proves to be disadvantageous that the funnel 17 the burner seal 6 only on its rear side, which faces away from the combustion chamber, is cooled. This can not be sufficiently ensured that the funnel 17 and thus the burner seal 6 overheats and wears out, for example by burning. Thus, the burner seal must 6 be replaced when worn. This requires extensive assembly work that is costly and time consuming. Another disadvantage is that from the burner seal 6 Outgoing air can not be used to control emissions of the combustion chamber, since the air flow is very vague and untargeted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Brennerdichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und sowohl eine verbesserte Kühlung als auch eine verbesserte Luftführung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Brennerdichtung zu schaffen. The invention is based on the object to provide a burner seal of the type mentioned, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost-effective manufacturability and allows both improved cooling and improved air flow. Another object of the invention is to provide a method of making an improved burner gasket.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. According to the invention the object is achieved by the feature combinations of the independent claims. The subclaims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Kühlkanäle jeweils in dem Grundkörper im Bereich der Dichtfläche und des Trichter ausgebildet sind und jeweils in einem axial nach außen weisenden Bereich des Trichters in einem Austrittsloch münden. According to the invention, it is thus provided that the cooling channels are respectively formed in the base body in the region of the sealing surface and the funnel and each open into an outlet hole in an axially outwardly pointing region of the funnel.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Brennerdichtung mittels eines additiven Herstellverfahrens hergestellt wird, beispielsweise mittels eines Laserauftragsverfahrens (DLD) oder eines ähnlichen Verfahrens. With regard to the method, the object is achieved in that the burner seal is produced by means of an additive manufacturing method, for example by means of a laser deposition method (DLD) or a similar method.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist die Möglichkeit geschaffen worden, insbesondere den Bereich der Dichtfläche und des Trichters der Brennerdichtung intern zu kühlen. Hierzu dienen die erfindungsgemäßen Kühlkanäle, welche durch ein additives Verfahren einfach und kostengünstig realisierbar sind. Derartige Kühlkanäle können nicht durch ein herkömmliches Bohrverfahren erzeugt werden, da ihr Verlauf und ihre Geometrie sehr komplex sind. Die Kühlkanäle sind dabei so ausgebildet, dass sie, in Strömungsrichtung, bezogen auf die Treibstoffdüse 5, gesehen, im Inneren der Brennerdichtung im Bereich der Dichtfläche angeordnet sind und an der zum Brennraum weisenden Seite des Trichters münden. Hierdurch kann die durch die Kühlkanäle strömende Kühlluft an der Außenseite des Trichters, welche dem Brennraum zugewandt ist, ausströmen und in effektiver Weise die Oberfläche des Trichters kühlen. Weiterhin kann die Luftströmung so gestaltet werden, dass die austretende Luft zur Reduzierung von Emissionen in den Innenraum der Brennkammer eingeleitet wird. The solution according to the invention has created the possibility of internally cooling, in particular, the region of the sealing surface and the funnel of the burner seal. Serve this purpose, the cooling channels according to the invention, which are simple and inexpensive to implement by an additive method. Such cooling channels can not be produced by a conventional drilling method, since their course and their geometry are very complex. The cooling channels are designed so that they, in the flow direction, based on the fuel nozzle 5 , Seen, are arranged in the interior of the burner seal in the region of the sealing surface and open at the facing the combustion chamber side of the funnel. As a result, the cooling air flowing through the cooling channels can flow out on the outside of the funnel, which faces the combustion chamber, and effectively cool the surface of the funnel. Furthermore, the air flow can be designed so that the exiting air is introduced to reduce emissions in the interior of the combustion chamber.

Um die Luftströmung durch die Kühlkanäle zu optimieren, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kühlkanal jeweils ein Eintrittsloch aufweist, welches in einem Bereich des größeren Innendurchmessers des Grundkörpers der Brennerdichtung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Eintrittsloch an einer stromauf liegenden Seite des Dichtbereichs positioniert ist. Hierdurch kann die Kühlluft durch den Bereich mit dem größeren Innendurchmesser in die Brennerdichtung einströmen und in optimaler Weise in die Kühlkanäle eingeleitet werden. In order to optimize the air flow through the cooling channels, it is particularly advantageous if the cooling channel in each case has an inlet hole, which is arranged in a region of the larger inner diameter of the base body of the burner seal. It is particularly advantageous if the inlet hole is positioned on an upstream side of the sealing area. In this way, the cooling air can flow through the area with the larger inner diameter in the burner seal and be introduced in an optimal manner in the cooling channels.

Das Austrittsloch des jeweiligen Kühlkanals ist bevorzugterweise so gestaltet, dass sich ein Kühlluftfilm an der Außenseite des Trichters ausbildet und auf diesen anliegt, um eine Filmkühlung des Trichters zu gewährleisten. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Austrittsloch in eine radial nach außen weisende Richtung, bezogen auf den Trichter, angeordnet ist. Hierdurch ist eine gezielte Führung der Kühlluft möglich. The outlet hole of the respective cooling channel is preferably designed so that a cooling air film forms on the outside of the funnel and rests on this, in order to ensure film cooling of the funnel. It is particularly advantageous if the outlet hole in a radially outwardly facing direction, based on the funnel, is arranged. As a result, a targeted guidance of the cooling air is possible.

Der Kühlkanal kann erfindungsgemäß in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Er kann sich geradlinig, mit einem Winkel zur Mittelachse der Brennerdichtung oder gekrümmt oder spiralförmig erstrecken. Der Kühlkanal kann auch aus mehreren geradlinigen Abschnitten oder unterschiedlichen gebogenen oder gekrümmten Abschnitten zusammengesetzt sein. Es ergeben sich erfindungsgemäß somit verschiedenste Varianten, um eine optimale Kühlung der Brennerdichtung, insbesondere des Dichtbereichs und des Trichters sicherzustellen. The cooling channel may be formed according to the invention in different ways. It may extend rectilinearly at an angle to the central axis of the burner seal or curved or spiral. The cooling channel can also be composed of a plurality of straight sections or different curved or curved sections. Thus, according to the invention, various variants result in order to ensure optimum cooling of the burner seal, in particular of the sealing area and of the funnel.

Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, den Querschnitt des Eintrittslochs und/oder des Austrittslochs so auszugestalten, dass eine optimierte Durchströmung erfolgt. Die Löcher können kreisförmig, elliptisch, rautenförmig oder tropfenförmig ausgebildet sein. Furthermore, it may be advantageous according to the invention, the cross section of the inlet hole and / or the outlet hole in such a way that an optimized flow occurs. The holes may be circular, elliptical, diamond-shaped or teardrop-shaped.

Weiterhin kann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, die Kühlkanäle hinsichtlich ihrer Querschnittsform zwischen dem Eintrittsloch und dem Austrittsloch variabel auszubilden, beispielsweise mit einem elliptischen Eintrittsloch und einem runden Austrittsloch. Der Querschnittsverlauf des jeweiligen Kühlkanals kann zwischen dem Eintrittsloch und dem Austrittsloch konstant ausgestaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, den Kühlkanal in Richtung des Austrittsloches aufzuweiten, sodass das Eintrittsloch einen engsten Querschnitt bildet und der Kühlkanal als Diffusor wirkt. Es ist alternativ auch möglich, den Kühlkanal düsenartig auszugestalten und somit das Austrittsloch mit einer geringeren Querschnittsfläche auszugestalten, als das Eintrittsloch. Der Querschnitt des Kühlkanals kann auch so ausgebildet sein, dass das Eintrittsloch hinsichtlich seines Querschnitts den kleinsten Bereich darstellt und sich der Kühlkanal im Querschnitt aufweitet. Er kann dabei eine Kavität bilden und sich zum Austrittsloch hin wiederum verjüngen. Furthermore, it can be provided in an advantageous development of the invention, the cooling channels in terms of their cross-sectional shape between the inlet hole and the outlet hole variable form, for example, with an elliptical inlet hole and a round outlet hole. The cross-sectional profile of the respective cooling channel can be made constant between the inlet hole and the outlet hole. However, it is also possible to widen the cooling channel in the direction of the outlet hole, so that the inlet hole forms a narrowest cross-section and the cooling channel acts as a diffuser. It is alternatively also possible to design the cooling channel nozzle-like and thus to design the outlet hole with a smaller cross-sectional area than the inlet hole. The cross section of the cooling channel can also be formed so that the inlet hole is the smallest area in terms of its cross section and the cooling channel widens in cross section. He can form a cavity and rejuvenate to the exit hole.

Insgesamt sind die Ausgestaltung des Kühlkanals sowie dessen Verlauf bevorzugterweise so gewählt, dass der Auslass der Kühlluft möglichst radial an dem Trichter beziehungsweise der Lippe des Trichters erfolgt und die austretende Kühlluft nach außen strömt. Overall, the design of the cooling channel and its course are preferably chosen so that the outlet of the cooling air as possible takes place radially on the funnel or the lip of the funnel and the exiting cooling air flows to the outside.

Die Brennerdichtung weist bevorzugterweise eine Anzahl von Kühllöchern zwischen zehn bis vierzig auf. Der engste Lochdurchmesser (Eintrittsloch oder Austrittsloch) beträgt beispielsweise bei einem kreisförmigen Querschnitt 0,5 mm bis 1 mm und/oder hat eine Fläche von 0,8 mm² bis 3 mm². The burner seal preferably has a number of cooling holes between ten and forty. The narrowest hole diameter (entrance hole or exit hole) is, for example, 0.5 mm to 1 mm in a circular cross section and / or has an area of 0.8 mm ² to 3 mm ² .

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen verbessert sich die Kühlung der Brennerdichtung, sodass sich ein geringerer Verschleiß und geringere Wartungskosten ergeben. Zusätzlich resultiert die erfindungsgemäße Luftführung in einer verbesserten Emissionskontrolle. Hierdurch können insbesondere Ruß-Emissionen reduziert werden.The measures according to the invention improve the cooling of the burner seal, resulting in less wear and lower maintenance costs. In addition, the air guide according to the invention results in improved emission control. As a result, in particular soot emissions can be reduced.

Mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann die Brennerdichtung mit sehr komplexen Geometrien der Kühlkanäle sowie deren Eintritts- und Austrittslöchern hergestellt werden. Dies ist mit anderen Herstellungsverfahren nicht möglich.By means of the manufacturing method according to the invention, the burner seal can be produced with very complex geometries of the cooling channels and their inlet and outlet holes. This is not possible with other manufacturing processes.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the drawing. Showing:

1 ein Gasturbinentriebwerk zur Verwendung der erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer, 1 a gas turbine engine for using the gas turbine combustor according to the invention,

2 eine vereinfachte Axialschnittansicht einer Gasturbinenbrennkammer gemäß dem Stand der Technik, 2 2 is a simplified axial sectional view of a gas turbine combustor according to the prior art;

3 eine vergrößerte Detailansicht der in 2 gezeigten Brennerdichtung, 3 an enlarged detail view of in 2 shown burner seal,

4 Schnittansichten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der Brennerdichtung und der Kühlkanäle in analoger Darstellung zu 3, 4 Sectional views of different embodiments of the burner seal and the cooling channels in an analogous representation to 3 .

5 unterschiedliche Ausgestaltungsvarianten in Ansicht A gemäß 4, 5 different design variants in view A according to 4 .

6 unterschiedliche Ausgestaltungsvarianten in Ansicht A oder B gemäß 4, 6 different design variants in view A or B according to 4 .

7 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels analog 4, 7 a partial perspective view of an embodiment of the invention analog 4 .

8 und 9 perspektivische Ansichten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der Brennerdichtung. 8th and 9 perspective views of different embodiments of the burner seal.

Das Gasturbinentriebwerk 110 gemäß 1 ist ein allgemein dargestelltes Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Das Triebwerk 110 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 111, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 112, einen Mitteldruckkompressor 113, einen Hochdruckkompressor 114, eine Brennkammer 115, eine Hochdruckturbine 116, eine Mitteldruckturbine 117 und eine Niederdruckturbine 118 sowie eine Abgasdüse 119, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksmittelachse 101 angeordnet sind.The gas turbine engine 110 according to 1 is a generalized example of a turbomachine, in which the invention can be applied. The engine 110 is formed in a conventional manner and comprises one air inlet in succession in the flow direction 111 , a circulating in a housing fan 112 , a medium pressure compressor 113 , a high pressure compressor 114 , a combustion chamber 115 , a high-pressure turbine 116 , a medium pressure turbine 117 and a low-pressure turbine 118 and an exhaust nozzle 119 all around a central engine centerline 101 are arranged.

Der Mitteldruckkompressor 113 und der Hochdruckkompressor 114 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 120 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Kerntriebwerksgehäuse 121 in einen ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 113, 114 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 122 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 125 vorstehen, die mit Naben 126 der Hochdruckturbine 116 beziehungsweise der Mitteldruckturbine 117 gekoppelt sind. The medium-pressure compressor 113 and the high pressure compressor 114 each comprise a plurality of stages, each of which comprises a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 120 which are generally referred to as stator blades and which are radially inwardly of the core engine housing 121 in an annular flow channel through the compressors 113 . 114 protrude. The compressors further include an array of compressor blades 122 on, which is radially outward from a rotatable drum or disc 125 project with hubs 126 the high-pressure turbine 116 or the medium-pressure turbine 117 are coupled.

Die Turbinenabschnitte 116, 117, 118 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 123, die radial nach innen vom Gehäuse 121 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 116, 117, 118 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 124, die nach außen von einer drehbaren Nabe 126 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 125 und die darauf angeordneten Schaufeln 122 sowie die Turbinenrotornabe 126 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 124 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksmittelachse 101. The turbine sections 116 . 117 . 118 have similar steps, comprising an array of fixed vanes 123 extending radially inward from the housing 121 into the annular flow channel through the turbines 116 . 117 . 118 project, and a subsequent arrangement of turbine blades 124 facing outward from a rotatable hub 126 protrude. The compressor drum or compressor disk 125 and the blades arranged thereon 122 as well as the turbine rotor hub 126 and the turbine blades disposed thereon 124 rotate around the engine centerline during operation 101 ,

Die 4 zeigt unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele der Brennerdichtung 6 in analoger Darstellung zu 3. Dabei ist insbesondere ersichtlich, dass angrenzend an den Bereich größeren Innendurchmessers, durch welchen die Kühlluft einströmt (s. 3) in Axialrichtung vor der Dichtfläche 16 ein Eintrittsloch 20 eines Kühlkanals 22 angeordnet ist. Die Ausströmung der Luft aus dem Kühlkanal 22 erfolgt durch ein Austrittsloch 21. The 4 shows different embodiments of the invention of the burner seal 6 in analogous representation to 3 , It can be seen in particular that adjacent to the region of larger inner diameter through which flows the cooling air (s. 3 ) in the axial direction in front of the sealing surface 16 an entrance hole 20 a cooling channel 22 is arranged. The outflow of air from the cooling channel 22 takes place through an exit hole 21 ,

Die unterschiedlichen Ausgestaltungsvarianten der 4 zeigen, dass das Austrittsloch 21 jeweils an der dem Brennraum zugewandten Seite des Trichters 17 positioniert ist. Hierdurch tritt die Kühlluft an der heißen Seite des Trichters 17 aus und kann sich als Kühlluftfilm auf die Oberfläche des Trichters auflegen. The different design variants of 4 show that the exit hole 21 each at the combustion chamber facing side of the funnel 17 is positioned. As a result, the cooling air occurs on the hot side of the funnel 17 and can hang up as cooling air film on the surface of the funnel.

Die Ausführungsbeispiele der 4 zeigen, dass der Kühlkanal 22 in unterschiedlicher Weise dimensioniert und hinsichtlich seiner Geometrie ausgebildet sein kann. Gemäß 4a ist der Kühlkanal 22 bogenförmig gekrümmt, die 4b zeigt eine s-förmige Krümmung, ähnlich der Ausgestaltung gemäß 4c. Gemäß 4d ist das Austrittsloch 21 mit einem vergrößerten Querschnitt versehen. Die 4e zeigt einen Querschnitt des Kühlkanals 22, welcher in seinem mittleren Bereich eine Kavität 23 aufweist. Gemäß 4f ist das Austrittsloch 21 an einem radial außen liegenden Bereich des Trichters 17 positioniert. Die 4g zeigt eine gestufte, aus geradlinigen Komponenten zusammengesetzte Querschnittsform des Kühlkanals 22, während 4h ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei welchem der Kühlkanal 22 wendelartig ausgebildet ist, um die Kühlung der Brennerdichtung 6 beziehungsweise des Trichters 17 zu optimieren. The embodiments of the 4 show that the cooling channel 22 dimensioned in different ways and may be formed in terms of its geometry. According to 4a is the cooling channel 22 arcuately curved, the 4b shows an s-shaped curvature, similar to the embodiment according to FIG 4c , According to 4d is the exit hole 21 provided with an enlarged cross-section. The 4e shows a cross section of the cooling channel 22 , which in its central area a cavity 23 having. According to 4f is the exit hole 21 at a radially outer region of the funnel 17 positioned. The 4g shows a stepped, composed of rectilinear components cross-sectional shape of the cooling channel 22 , while 4h an embodiment shows, in which the cooling channel 22 is formed helically to the cooling of the burner seal 6 or the funnel 17 to optimize.

Die 4g zeigt Ansichten A und B, welche in den 5 und 6 zu Grunde gelegt sind. Die 5a zeigt jeweils runde Eintrittslöcher 20, an welche sich geradlinige (5a), schräg gestellte (5b), bogenförmige (5c), gewendelte (5d), diffusorartig erweiterte (5e) oder mit einer Kavität 23 versehene (5f) Verläufe der Kühlkanäle 22 anschließen.The 4g shows views A and B, which in the 5 and 6 are based on. The 5a shows each round entry holes 20 to which rectilinear ( 5a ), inclined ( 5b ), arcuate ( 5c ), coiled ( 5d ), diffuser-like extended ( 5e ) or with a cavity 23 provided ( 5f ) Course of the cooling channels 22 connect.

Die 6 zeigt in Ansicht A beziehungsweise Ansicht B mögliche Ausgestaltungen der Eintrittslöcher 20 und der Austrittslöcher 21. Diese können kreisrund (6a), oval (6b und 6c) oder rautenförmig (6d) ausgestaltet sein.The 6 shows in view A and view B possible embodiments of the entrance holes 20 and the exit holes 21 , These can be circular ( 6a ), oval ( 6b and 6c ) or diamond-shaped ( 6d ) be configured.

Die 7 zeigt zur Verdeutlichung eine perspektivische Teil-Schnittansicht der erfindungsgemäßen Brennerdichtung, aus welcher sich insbesondere die Anordnung des Eintrittslochs 20, des Austrittslochs 21 sowie des Kühlkanals 22 ergibt. The 7 shows for clarity a perspective partial sectional view of the burner seal according to the invention, from which in particular the arrangement of the inlet hole 20 , the exit hole 21 and the cooling channel 22 results.

Die 8 und 9 zeigen jeweils perspektivische Darstellungen unterschiedlicher Ausgestaltungsvarianten, welche sich insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung und Dimensionierung des Eintrittslochs 20 und des Austrittslochs 21 unterscheiden.The 8th and 9 each show perspective views of different design variants, which in particular with regard to the design and dimensioning of the inlet hole 20 and the exit hole 21 differ.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Brennkammerwand combustion chamber wall
22: Kopfplatte headstock
33: Hitzeschild heat shield
44: Brennkammerkopf bulkhead
55: Treibstoffdüse fuel nozzle
66: Brennerdichtung Brenner seal
77: Schindel shingle
88th: Zumischloch Zumischloch
99: Kühlloch cooling hole
1010: Bolzen bolt
1111: Mutter mother
1212: Prallkühlloch Impingement cooling hole
1313: Effusionskühlloch Effusionskühlloch
1414: Kühlloch cooling hole
1515: Kühlluftloch Cooling air hole
1616: Dichtfläche sealing surface
1717: Trichter funnel
1818: Einlauflippe intake lip
1919: Ringsteg ring land
2020: Eintrittsloch entry hole
2121: Austrittsloch exit hole
2222: Kühlkanal cooling channel
2323: Kavität cavity
101101: Triebwerksmittelachse Engine centerline axis
110110: Gasturbinentriebwerk/Kerntriebwerk Gas turbine engine / core engine
111111: Lufteinlass air intake
112112: Fan fan
113113: Mitteldruckkompressor (Verdichter) Medium pressure compressor (compressor)
114114: Hochdruckkompressor High pressure compressor
115115: Brennkammer combustion chamber
116116: Hochdruckturbine High-pressure turbine
117117: Mitteldruckturbine Intermediate pressure turbine
118118: Niederdruckturbine Low-pressure turbine
119119: Abgasdüse exhaust nozzle
120120: Leitschaufeln vanes
121121: Kerntriebwerksgehäuse Core engine casing
122122: Kompressorlaufschaufeln Compressor blades
123123: Leitschaufeln vanes
124124: Turbinenschaufeln turbine blades
125125: Kompressortrommel oder -scheibe Compressor drum or disc
126126: Turbinenrotornabe Turbinenrotornabe
127127: Auslasskonus outlet cone

Claims

Burner seal of a gas turbine with a substantially tubular base body, which at an inflow an annular inlet lip ( 18 ) and on its downstream side a funnel ( 17 ), wherein an inner diameter of the inflow side is formed larger than an inner diameter of an axially disposed in front of the hopper sealing surface ( 16 ), distributed around the circumference in the main body cooling channels ( 22 ), characterized in that the cooling channels ( 22 ) in each case in the base body in the region of the sealing surface ( 16 ) and the funnel ( 17 ) are formed and in each case in an axially outwardly facing region of the funnel ( 17 ) in an exit hole ( 21 ).

Burner seal according to claim 1, characterized in that the cooling channels ( 22 ) one entry hole each ( 20 ), which is arranged in a region of the larger inner diameter of the base body.

Burner seal according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling channels ( 22 ) one entry hole each ( 20 ), which in the sealing area ( 16 ) is arranged.

Burner seal according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outlet hole ( 21 ) for forming a cooling air film on the outside of the funnel ( 17 ) is configured.

Burner seal according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outlet hole ( 21 ) for forming a cooling air flow in radially outward direction from the funnel ( 17 ) is configured.

Brenner gasket according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cooling duct ( 22 ) is provided with a circular, elliptical, diamond-shaped and / or teardrop-shaped cross-section.

Burner seal according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cross section of the cooling channel ( 22 ) is formed variable over the length thereof.

Burner seal according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cooling channel ( 22 ) is curved over its length, bent and / or rectilinear.

Burner seal according to one of claims 1 to 8, characterized in that the surfaces of the inlet hole ( 20 ) and the exit hole ( 21 ) are each the same or different dimensions.

Method for producing a burner seal ( 6 ) according to any one of claims 1 to 9, wherein the process is an additive process.