DE102019217983A1

DE102019217983A1 - Brennereinsatz, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung eines solchen Brennereinsatzes

Info

Publication number: DE102019217983A1
Application number: DE102019217983.5A
Authority: DE
Inventors: Fabian Göbel; Marten Schaetzke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27
Also published as: WO2021099055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennereinsatz (1), der dazu ausgelegt ist, in eine Durchgangsöffnung (20), die in einer stirnseitigen Wand (21) einer Ringbrennkammer (15) ausgebildet ist, eingesetzt zu werden und einen Brenner (2) aufzunehmen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennereinsatzes (1). Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Brennereinsatzes (1) zur Aufnahme eines Brenners (2) an einer Wand (21) einer Ringbrennkammer (15).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennereinsatz, der dazu ausgelegt ist, in eine Durchgangsöffnung, die in einer stirnseitigen Wand einer Ringbrennkammer ausgebildet ist, eingesetzt zu werden und einen Brenner aufzunehmen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Brennereinsatzes. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Brennereinsatzes zur Aufnahme eines Brenners an einer Wand einer Ringbrennkammer.
Brenneinsätze der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt. 1 zeigt beispielhaft eine bekannte Ausgestaltung eines solchen Brennereinsatzes 1 mit darin aufgenommenem Brenner 2, der einen Zumischbrenner 3 mit Zumischbrennstofflanze 4 aufweist, so dass er mit Zumischbrennstoff oder ohne Zumischbrennstoff betrieben werden kann. Der Brennereinsatz 1 umfasst einen ringförmigen Befestigungsabschnitt 5, der aus einem in zwei Bauteilhälften unterteilten Nutring besteht. Ferner weist der Brenneinsatz 1 einen an einem kaltgasseitigen axialen Endbereich des Befestigungsabschnitts 5 gehaltenen, radial einwärts von diesem vorstehenden Dichtungsring 6 auf, der in einer umfänglichen Aufnahmenut 7 des Befestigungsabschnitts 5 eingesetzt ist. Eine weitere Komponente des Brennereinsatzes 1 bildet ein sich im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 erstreckender, plattenartig ausgebildeter, den Befestigungsabschnitt 5 stirnseitig abschirmender Hitzeschildabschnitt 8, der radial auswärts über den Befestigungsabschnitt 5 vorsteht. Der Begriff „kaltgasseitig“ bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Anmeldung den im montierten Zustand des Brennereinsatzes der Ringbrennkammer abgewandten axialen Endbereich des Brennereinsatzes, das Adjektiv „heißgasseitig“ den der Ringbrennkammer zugewandten axialen Endbereich des Brennereinsatzes. Der Befestigungsabschnitt 5 und der Hitzeschildabschnitt 8 sind im Abstand voneinander angeordnet und über einen an der Innenseite des Befestigungsabschnitts 5 angreifenden, im Querschnitt stegförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt 9 derart miteinander verbunden, dass der Befestigungsabschnitt 5, der Hitzeschildabschnitt 8 und der Verbindungsabschnitt 9 gemeinsam einen umlaufenden, radial auswärts offenen Kühlkanal 10 bilden. Der Verbindungsabschnitt 9 ist einteilig mit dem Hitzeschildabschnitt 8 ausgebildet, steht radial auswärts von diesem vor und ist in eine im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 vorgesehene, umlaufend ausgebildete Haltenut 11 eingesetzt. Ferner umfasst der Hitzeschildabschnitt 8 einen vom Verbindungsabschnitt 9 radial einwärts vorstehenden Vorsprung 12, der gemeinsam mit der Außenumfangsfläche 13 des Brenners 1 einen Ringspalt 14 bildet, durch den Kühlluft in die benachbarte Ringbrennkammer 15 austreten kann. Zur Prallkühlung des Hitzeschildabschnitts 8 ist der Befestigungsabschnitt 5 an seiner Außenumfangsfläche mit einer umlaufenden Vertiefung 16 versehen, von der ausgehend sich verteilt über den Umfang angeordnete Verbindungskühlkanäle 17 erstrecken, welche die Vertiefung 16 mit dem Kühlkanal 10 verbinden. Weitere Kühlluftkanäle 18 erstrecken sich von der Außenumfangsfläche zur Innenumfangsfläche des Befestigungsabschnitts 5 und enden an einer Position axial zwischen dem Dichtungsring 6 und dem Verbindungsabschnitt 9. Die Abdichtung des Brenners 2 bezogen auf ein Plenum 19, in dem die Ringbrennkammer 15 angeordnet ist, erfolgt über den Dichtungsring 6, der dichtend an der Außenumfangsfläche 13 des Brenners 2 anliegt. Eine thermische Abschirmung des Befestigungsabschnitts 5 gegenüber der Ringbrennkammer 15 erfolgt über den Hitzeschildabschnitt 8, der im bestimmungsgemäß angeordneten Zustand die Brennkammerstirnwand von innen auskleidet. Eine Kühlung der Anordnung erfolgt über Kühlluft, die einerseits über den Brenner 2 und andererseits über die Verbindungskühlkanäle 17 sowie die Kühlluftkanäle 18 zugeführt wird. Ein Brennereinsatz 1 der in 1 gezeigten Art ist beispielsweise in den Druckschriften EP 1 934 523 B1 und EP 2 522 909 A1 beschrieben.
Ein Problem, das mit solchen Brennereinsätzen einhergeht, besteht darin, dass diese nur in geringen Stückzahlen benötigt werden. Dies geht gewöhnlich mit hohen Kosten und langen Lieferzeiten einher, wenn die Brennereinsätze fremdgefertigt werden. Lange Lieferzeiten lassen sich umgehen, indem ein entsprechender Lagerbestand bevorratet wird. Aber auch die Bevorratung geht mit zusätzlichen Kosten einher.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brennereinsatz der eingangs genannten Art mit alternativem Aufbau zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Brennereinsatz umfassend einen ringförmigen Befestigungsabschnitt, einen am kaltgasseitigen axialen Endbereich des Befestigungsabschnitts gehaltenen, radial einwärts von diesem vorstehenden Dichtungsring und einen sich im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts erstreckenden, plattenartig ausgebildeten, den Befestigungsabschnitt stirnseitig abschirmenden Hitzeschildabschnitt, der zumindest bereichsweise radial auswärts über den Befestigungsabschnitt vorsteht, wobei der Befestigungsabschnitt und der Hitzeschildabschnitt im Abstand voneinander angeordnet und über zumindest einen an der Innenseite des Befestigungsabschnitts angreifenden, im Querschnitt stegförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt derart miteinander verbunden sind, dass der Befestigungsabschnitt, der Hitzeschildabschnitt und der Verbindungsabschnitt gemeinsam einen umlaufenden, radial auswärts offenen Kühlkanal bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts additiv als einteiliges Bauteil oder additiv als zwei jeweils einteilige Bauteilhälften gefertigt sind, und dass sich der Verbindungsabschnitt ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts erstreckt und im Bereich des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts mit dem Befestigungsabschnitt verbunden ist.
Erfindungsgemäß werden der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und zumindest ein Teilbereich bzw. ein Grundkörper des Befestigungsabschnitts einteilig insbesondere unter Einsatz eines additiven Fertigungsverfahrens gefertigt oder durch zwei insbesondere unter Einsatz eines additiven Fertigungsverfahrens jeweils einteilig gefertigte Bauteilhälften gebildet. Dies ist dahingehend von Vorteil, dass Unternehmen, die über additive Fertigungsanlagen verfügen, die erfindungsgemäßen Brennereinsätze problemlos selbst fertigen können. Dank unternehmensinterner Fertigung ist die Abhängigkeit von Lieferanten nicht mehr gegeben, weshalb lange Lieferzeiten entfallen. Darüber hinaus lassen sich auch Optimierungen der Konstruktion des Brennereinsatzes unternehmensintern durchführen und fertigungstechnisch umsetzen, insbesondere Optimierungen hinsichtlich der Kühlluftführung durch den Brennereinsatz.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Verbindungsabschnitts wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der einteilige Aufbau unter hohen Betriebstemperaturen thermisch und mechanisch anders beansprucht wird als ein mehrteiliger Aufbau, wie er in 1 gezeigt ist. Die erfindungsgemäße Formgebung und Anbindung des Verbindungsabschnitts an den Grundkörper des Befestigungsabschnitts verlängert den Verbindungsabschnitt und damit den umlaufenden Kühlkanal im Vergleich zu der in 1 gezeigten bekannten Ausgestaltung. Der Verbindungsabschnitt erhält auf diese Weise eine erhöhte Nachgiebigkeit. Entsprechend können sich der Befestigungsabschnitt und der Hitzeschildabschnitt trotz vollständiger oder teilweiser einteiliger Ausbildung relativ zueinander bewegen, wodurch die Entstehung zu hoher thermisch induzierter Spannungen verhindert wird.
Bevorzugt ist der Befestigungsabschnitt an seiner Außenumfangsfläche mit einer umlaufenden Vertiefung versehen, von der ausgehend sich verteilt über den Umfang angeordnete Verbindungskühlkanäle erstrecken, welche die Vertiefung mit dem Kühlkanal verbinden, wobei die Vertiefung insbesondere im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts vorgesehen ist. Die Vertiefung wirkt dabei als Kühlluftverteiler, der ihm zugeführte Kühlluft gleichmäßig auf die Verbindungskühlkanäle verteilt. Die aus den Verbindungskühlkanälen austretende Kühlluft kühlt dann den Hitzeschildabschnitt von dessen Kaltgasseite.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind in dem Befestigungsabschnitt und in dem Verbindungsabschnitt umfänglich verteilt jeweils Paare von sich radial erstreckenden und miteinander fluchtenden Durchgangsöffnungen ausgebildet, die zur Aufnahme von Befestigungsmitteln dienen. So kann der Befestigungsabschnitt beispielsweise unter Verwendung von Befestigungsschrauben in einer Durchgangsöffnung einer stirnseitigen Wand einer Ringbrennkammer befestigt werden.
Vorteilhaft vergrößert sich die Breite des im Querschnitt betrachtet stegförmigen Verbindungsabschnitts in Richtung seiner beiden Stegabschnittsenden. Entsprechend werden sowohl eine hohe Beanspruchbarkeit des Verbindungsabschnitts als auch eine ausreichende Nachgiebigkeit des Verbindungsabschnitts erzielt.
Bevorzugt erstreckt sich ein Abschnitt des Kühlkanals, der zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Verbindungsabschnitt ausgebildet ist, im Wesentlichen axial in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endbereiches des Befestigungsabschnitts und ist insbesondere im Anfangsbereich ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt radial auswärts geneigt. Auf diese Weise wird ein optimal federnder Verbindungsabschnitt erzielt.
Das Ende eines zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Verbindungsabschnitt ausgebildeten Bereichs des Kühlkanals ist vorteilhaft abgerundet und bevorzugt aufgeweitet ausgebildet, um die Kerbwirkung zu reduzieren und eine Bewegung des Verbindungsabschnitts relativ zum Grundkörper zu erleichtern.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Verbindungsabschnitt beabstandet von dem radial inneren Ende des Hitzeschildabschnitts mit dem Hitzeschildabschnitt verbunden, wobei das radial innere Ende des Hitzeschildabschnitts einen umlaufenden, gegenüber dem Verbindungsabschnitt radial einwärts vorstehenden Vorsprung mit verstärktem Querschnitt bildet, dessen radial innerster Punkt im montierten Zustand des Brennereinsatzes gemeinsam mit dem Außenumfang des Brenners einen Ringspalt bildet, durch den Kühlluft in die Ringbrennkammer austreten kann. Der gegenüber dem Querschnitt des übrigen Hitzeschildabschnitts verstärkte Querschnitt des Vorsprungs trägt der besonderen thermischen Beanspruchung des Vorsprungs unter Betriebsbedingungen Rechnung.
Bevorzugt sind der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt. Nickel-Basis-Legierungen zeichnen sich insbesondere durch sehr gute Temperaturbeständigkeit aus.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und ein Grundkörper des Befestigungsabschnitts als einteiliges Bauteil gefertigt, und der Befestigungsabschnitt weist ein ringförmiges Endteil auf, das mit dem Grundkörper verbunden ist und das kaltgasseitige axiale Ende des Befestigungsabschnitts bildet, wobei der Grundkörper und das Endteil gemeinsam eine an der Innenumfangsfläche des Befestigungsabschnitts umfänglich ausgebildete, den Dichtungsring aufnehmende Aufnahmenut bilden. Die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Endteil kann unlösbar beispielsweise mittels Schweißen oder Löten erfolgen. Alternativ kann die Verbindung aber auch lösbar ausgestaltet sein, beispielsweise als Schraubverbindung oder dergleichen.
Das Endteil ist bevorzugt aus einem anderen Material als dasjenige Material gefertigt, aus dem der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und der Grundkörper des Befestigungsabschnitts hergestellt sind, insbesondere aus einem hitzebeständigen, aber dennoch gut zerspanbaren Material
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Hitzeschildabschnitt, der Verbindungsabschnitt und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts additiv als einteiliges Bauteil oder additiv als zwei jeweils einteilige Bauteilhälften hergestellt werden.
Zudem schlägt die vorliegende Erfindung vor, einen erfindungsgemäßen Brennereinsatz zur Aufnahme eines Brenners an einer Wand einer Ringbrennkammer zu verwenden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

1 eine Schnittansicht eines bekannten Brennereinsatzes mit eingesetztem Brenner;
2 eine Schnittansicht eines Brennereinsatzes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine weitere Schnittansicht des in 2 gezeigten Brennereinsatzes, bei der die Schnittlinie, verglichen mit der in 2, umfänglich leicht versetzt ist;
4 eine Schnittansicht des in 2 gezeigten Brennereinsatzes im montierten Zustand;
5 eine Schnittansicht eines Brennereinsatzes gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Schnittansicht eines Brennereinsatzes gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Gleiche Bezugsziffern bezeichnen nachfolgend funktionsgleiche Bauteile bzw. Bauteilbereiche wie in 1.
Die 2 bis 4 zeigen einen Brennereinsatz 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Brennereinsatz 1 ist dazu ausgelegt, in eine Durchgangsöffnung 20, die in einer stirnseitigen Wand 21 einer Ringbrennkammer 15 ausgebildet ist, eingesetzt zu werden und einen Brenner 2 aufzunehmen. Der Brennereinsatz 1 umfasst einen ringförmigen Befestigungsabschnitt 5, einen an einem kaltgasseitigen axialen Endbereich des Befestigungsabschnitts 5 gehaltenen, radial einwärts von diesem vorstehenden Dichtungsring 6 und einen sich im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 erstreckenden, plattenartig ausgebildeten, den Befestigungsabschnitt 5 stirnseitig abschirmenden Hitzeschildabschnitt 8, der zumindest bereichsweise radial auswärts über den Befestigungsabschnitt 5 vorsteht. Der Befestigungsabschnitt 5 und der Hitzeschildabschnitt 8 sind im Abstand voneinander angeordnet und über einen an der Innenseite des Befestigungsabschnitts 5 angreifenden, im Querschnitt stegförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt 9 derart miteinander verbunden, dass der Befestigungsabschnitt 5, der Hitzeschildabschnitt 8 und der Verbindungsabschnitt 9 gemeinsam einen umlaufenden, radial auswärts offenen Kühlkanal 10 bilden. Der Hitzeschildabschnitt 8, der Verbindungsabschnitt 9 und der Befestigungsabschnitt 5 sind vorliegend durch zwei einteilige Bauteilhälften 22 und 23 gebildet, die durch eine sich in axialer Richtung erstreckende Schnittebene geteilt sind. Jede der beiden Bauteilhälften 22, 23 ist einteilig unter Einsatz eines additiven Fertigungsverfahrens aus einer hochtemperaturfesten Legierung hergestellt, wie beispielsweise aus einer Nickel-Basis-Legierung oder dergleichen. Der Innendurchmesser des Befestigungsabschnitts 5 ist im kaltgasseitigen axialen Endbereich mit einer umlaufenden Aufnahmenut 7 zur Aufnahme des Dichtungsrings 6 versehen. Am Außenumfang des Befestigungsabschnitts 5 ist im heißgasseitigen axialen Endbereich eine umlaufende Vertiefung 16 ausgebildet, von der ausgehend sich verteilt über den Umfang angeordnete Verbindungskühlkanäle 17 erstrecken, welche die Vertiefung 16 mit dem Kühlkanal 10 verbinden. Ferner kann der Befestigungsabschnitt 5 analog zur in 1 dargestellten Anordnung weitere Kühlluftkanäle 18 aufweisen, auch wenn diese aufgrund der in den Figuren gewählten Schnittdarstellungen nicht zu sehen sind. Durch den Befestigungsabschnitt 5 und den Verbindungsabschnitt 9 erstrecken sich umfänglich verteilt jeweils Paare von sich radial erstreckenden und miteinander fluchtenden Durchgangsöffnungen 24, 25. Der Verbindungsabschnitt 9 erstreckt sich ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt 8 in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 und ist im Bereich des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 mit diesem verbunden. Die Breite des im Querschnitt betrachtet stegförmigen Verbindungsabschnitts 9 vergrößert sich vorliegend jeweils in Richtung seiner beiden Stegabschnittsenden, so dass der Verbindungsabschnitt 9 zwischen seinen Stegabschnittsenden eine minimale Breite B_min aufweist. Der Befestigungsabschnitt 5 und der Verbindungsabschnitt 9 sind derart geformt, dass sich ein Abschnitt des Kühlkanals 10, der zwischen dem Befestigungsabschnitt 5 und dem Verbindungsabschnitt 9 ausgebildet ist, im Wesentlichen axial in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endbereiches des Befestigungsabschnitts 5 erstreckt und ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt 8 radial auswärts geneigt ist. Das Ende 27 dieses Abschnitts des Kühlkanals 10 ist vorliegend abgerundet und aufgeweitet ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 9 ist beabstandet von dem radial inneren Ende des Hitzeschildabschnitts 8 mit dem Hitzeschildabschnitt 8 verbunden. An dem radial inneren Ende des Hitzeschildabschnitts 8 ist ein umlaufender, gegenüber dem Verbindungsabschnitt 9 angeordneter, einwärts vorstehender Vorsprung 12 mit verstärktem Querschnitt ausgebildet.
4 zeigt den in den 2 und 3 dargestellten Brennereinsatz 1 im montierten Zustand, in dem der Brennereinsatz 1 in eine Durchgangsöffnung 20, die in einer stirnseitigen Wand 21 der Ringbrennkammer 15 ausgebildet ist, eingesetzt und unter Einsatz von durch die Durchgangsöffnungen 24, 25 des Verbindungsabschnitts 9 und des Befestigungsabschnitts 5 eingesetzten Befestigungsschrauben 28 an der Wand 21 befestigt ist. In den Brennereinsatz 1 ist ein Brenner 2 derart eingesetzt, dass der Dichtungsring 6 dichtend an der Außenumfangsfläche 13 des Brenners 2 anliegt. Der umlaufende Vorsprung 12 des Hitzeschildabschnitts 8 und die Außenumfangsfläche 13 des Brenners 2 bilden zwischen sich einen Ringspalt 14, durch den Kühlluft in die Ringbrennkammer 15 entweichen kann.
Der einteilige Aufbau der jeweiligen Bauteilhälften 22 und 23, die gemeinsam den Befestigungsabschnitt 5, den Hitzeschildabschnitt 8 und den Verbindungsabschnitt 9 des Brennereinsatzes 1 bilden, ist dahingehend von Vorteil, dass Unternehmen, die über additive Fertigungsanlagen verfügen, den Brennereinsatz 1 problemlos selbst fertigen können. Dank unternehmensinterner Fertigung ist die Abhängigkeit von Lieferanten nicht mehr gegeben, weshalb lange Lieferzeiten entfallen. Darüber hinaus lassen sich auch Optimierungen der Konstruktion des Brennereinsatzes 1 unternehmensintern durchführen und fertigungstechnisch umsetzen, insbesondere Optimierungen hinsichtlich der Kühlluftführung durch den Brennereinsatz 1.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung des Verbindungsabschnitts wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der einteilige Aufbau unter hohen Betriebstemperaturen thermisch und mechanisch anders beansprucht wird als ein mehrteiliger Aufbau, wie er in 1 gezeigt ist. Die erfindungsgemäße Formgebung und Anbindung des Verbindungsabschnitts an den Befestigungsabschnitt verlängert den Verbindungsabschnitt und damit den umlaufenden Kühlkanal im Vergleich zu der in 1 gezeigten bekannten Ausgestaltung. Der Verbindungsabschnitt erhält auf diese Weise seine Nachgiebigkeit. Entsprechend können sich der Befestigungsabschnitt und der Hitzeschildabschnitt trotz vollständiger oder teilweiser einteiliger Ausbildung relativ zueinander bewegen, wodurch die Entstehung zu hoher thermisch induzierter Spannungen verhindert wird.
5 zeigt einen Brennereinsatz 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der ebenfalls dazu ausgelegt ist, in eine Durchgangsöffnung 20, die in einer stirnseitigen Wand 21 einer Ringbrennkammer 15 ausgebildet ist, eingesetzt zu werden und einen Brenner 2 aufzunehmen. Der Brennereinsatz 1 umfasst einen ringförmigen Befestigungsabschnitt 5, einen an einem kaltgasseitigen axialen Endbereich des Befestigungsabschnitts 5 gehaltenen, radial einwärts von diesem vorstehenden Dichtungsring 6 und einen sich im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts 5 erstreckenden, plattenartig ausgebildeten, den Befestigungsabschnitt 5 stirnseitig abschirmenden Hitzeschildabschnitt 8, der zumindest bereichsweise radial auswärts über den Befestigungsabschnitt 5 vorsteht. Der Befestigungsabschnitt 5 und der Hitzeschildabschnitt 8 sind im Abstand voneinander angeordnet und über einen an der Innenseite des Befestigungsabschnitts 5 angreifenden, im Querschnitt stegförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt 9 derart miteinander verbunden, dass der Befestigungsabschnitt 5, der Hitzeschildabschnitt 8 und der Verbindungsabschnitt 9 gemeinsam einen umlaufenden, radial auswärts offenen Kühlkanal 10 bilden. Der Befestigungsabschnitt 5 umfasst bei dieser Ausführungsform einen Grundkörper 29 und ein ringförmiges Endteil 30 in Form einer Hülse, die das kaltgasseitige axiale Ende des Befestigungsabschnitts 5 bildet. Der Grundkörper 29 ist unter Einsatz eines additiven Fertigungsverfahrens als einteiliges Bauteil gemeinsam mit dem Hitzeschildabschnitt 8 und dem Verbindungsabschnitt 9 gefertigt, bevorzugt aus einer Nickel-Basis-Legierung oder aus einer anderen hochtemperaturfesten Legierung. Bei dem Endteil 30 handelt es sich um ein separates Bauteil, das von außen auf den Grundkörper 29 aufgeschoben und an diesem befestigt ist, vorliegend stoffschlüssig über eine Lötverbindung. Alternativ ist aber auch eine andere Verbindung denkbar, wie beispielsweise eine Schraubverbindung. Das Endteil ist bevorzugt aus einem anderen Material als das den Grundkörper 29, den Hitzeschildabschnitt 8 und den Verbindungsabschnitt 9 bildende Bauteil gefertigt, insbesondere aus einer besser zerspanbaren Legierung. Der Dichtungsring 6 ist bei dieser Ausführungsform in eine an der Innenumfangsfläche des Befestigungsabschnitts 5 umfänglich ausgebildete Aufnahmenut 7 eingesetzt, die gemeinsam durch den Grundkörper 29 und das Endteil 30 gebildet wird. Am Außenumfang des Endteils 30 sind Durchgangsöffnungen 31 ausgebildet, die mit den Durchgangsöffnungen 24 und 25 fluchten, die analog zur ersten Ausführungsform im Befestigungsabschnitt 5 und im Verbindungsabschnitt 9 vorgesehen sind. Im Übrigen entspricht der Aufbau des in 5 gezeigten Brennereinsatzes demjenigen des in den 2 bis 4 dargestellten und zuvor beschriebenen Brennereinsatzes 1, weshalb an dieser Stelle auf Wiederholungen verzichtet wird.
Der in 5 dargestellte Brennereinsatz 1 geht mit den gleichen Vorteilen einher, die zuvor bereits bezogen auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden. Die Verwendung eines hülsenförmigen Endteils 30 bietet den zusätzlichen Vorteil, dass sich der Außendurchmesser eines solchen Endteils 30 sowohl im Rahmen der Herstellung als auch im Rahmen einer Nachbearbeitung sehr gut an den Durchmesser der Durchgangsöffnung anpassen lässt, in die der Brennereinsatz 1 eingesetzt werden soll.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Brennereinsatzes 1, der sich nur in Bezug auf das Endteil 30 von der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform unterscheidet. Das Endteil 30 ist vorliegend nicht hülsenförmig, sondern scheibenförmig mit im Wesentlichen L-förmigem Querschnitt ausgebildet. Es ist auf dem Grundkörper 29 axial aufgesetzt und umfänglich mit diesem verschweißt. Die entsprechende Schweißnaht ist mit der Bezugsziffer 32 gekennzeichnet. Dabei fluchten die Außendurchmesser des Grundkörpers 29 und des Endteils 30 in axialer Richtung miteinander. Alternativ können Grundkörper 29 und Endteil 30 auch auf andere Weise miteinander verbunden werden, beispielsweise unter Verwendung von Schraubverbindungen, die durch Strichpunktlinien 33 angedeutet sind. Auch bei der dritten Ausführungsform bilden der Grundkörper 29 und das Endteil 30 gemeinsam die Aufnahmenut 7 zur Aufnahme des Dichtungsrings 6. Hierzu ist vorliegend im Endteil 30 eine entsprechende Vertiefung vorgesehen. Diese Vertiefung kann alternativ auch im Grundkörper 29 ausgebildet sein.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1934523 B1 [0002]
EP 2522909 A1 [0002]

Claims

Brennereinsatz (1), der dazu ausgelegt ist, in eine Durchgangsöffnung (20), die in einer stirnseitigen Wand (21) einer Ringbrennkammer (15) ausgebildet ist, eingesetzt zu werden und einen Brenner (2) aufzunehmen, umfassend einen ringförmigen Befestigungsabschnitt (5), einen am kaltgasseitigen axialen Endbereich des Befestigungsabschnitts (5) gehaltenen, radial einwärts von diesem vorstehenden Dichtungsring (6) und einen sich im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts (5) erstreckenden, plattenartig ausgebildeten, den Befestigungsabschnitt (5) stirnseitig abschirmenden Hitzeschildabschnitt (8), der zumindest bereichsweise radial auswärts über den Befestigungsabschnitt (5) vorsteht, wobei der Befestigungsabschnitt (5) und der Hitzeschildabschnitt (8) im Abstand voneinander angeordnet und über zumindest einen an der Innenseite des Befestigungsabschnitts (5) angreifenden, im Querschnitt stegförmig ausgebildeten Verbindungsabschnitt (9) derart miteinander verbunden sind, dass der Befestigungsabschnitt (5), der Hitzeschildabschnitt (8) und der Verbindungsabschnitt (9) gemeinsam einen umlaufenden, radial auswärts offenen Kühlkanal (10) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschildabschnitt (8), der Verbindungsabschnitt (9) und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts (5) additiv als einteiliges Bauteil oder additiv als zwei jeweils einteilige Bauteilhälften (22, 23) gefertigt sind, und dass sich der Verbindungsabschnitt (9) ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt (8) in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts (5) erstreckt und im Bereich des kaltgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts (5) mit dem Befestigungsabschnitt (5) verbunden ist.
Brennereinsatz (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (5) an seiner Außenumfangsfläche mit einer umlaufenden Vertiefung (16) versehen ist, von der ausgehend sich verteilt über den Umfang angeordnete Verbindungskühlkanäle (17) erstrecken, welche die Vertiefung (16) mit dem Kühlkanal (10) verbinden, wobei die Vertiefung (16) insbesondere im Bereich des heißgasseitigen axialen Endes des Befestigungsabschnitts (5) vorgesehen ist.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Befestigungsabschnitt (5) und in dem Verbindungsabschnitt (9) umfänglich verteilt jeweils Paare von sich radial erstreckenden und miteinander fluchtenden Durchgangsöffnungen (24, 25) ausgebildet sind, die zur Aufnahme von Befestigungsmitteln dienen.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Breite des im Querschnitt betrachtet stegförmigen Verbindungsabschnitts (9) in Richtung seiner beiden Stegabschnittsenden vergrößert.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abschnitt des Kühlkanals (10), der zwischen dem Befestigungsabschnitt (5) und dem Verbindungsabschnitt (9) ausgebildet ist, im Wesentlichen axial in Richtung des kaltgasseitigen axialen Endbereiches des Befestigungsabschnitts (5) erstreckt und insbesondere im Anfangsbereich ausgehend von dem Hitzeschildabschnitt (8) radial auswärts geneigt ist.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (27) eines zwischen dem Befestigungsabschnitt (5) und dem Verbindungsabschnitt (9) ausgebildeten Bereichs des Kühlkanals (10) abgerundet und bevorzugt aufgeweitet ausgebildet ist.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (9) beabstandet von dem radial inneren Ende des Hitzeschildabschnitts (8) mit dem Hitzeschildabschnitt (8) verbunden ist, und dass das radial innere Ende des Hitzeschildabschnitts (8) einen umlaufenden, gegenüber dem Verbindungsabschnitt (9) radial einwärts vorstehenden Vorsprung (12) mit verstärktem Querschnitt bildet, dessen radial innerster Punkt im bestimmungsgemäß montierten Zustand des Brennereinsatzes (1) gemeinsam mit dem Außenumfang des Brenners (2) einen Ringspalt (14) bildet, durch den Kühlluft in die Ringbrennkammer (15) austreten kann.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschildabschnitt (8), der Verbindungsabschnitt (9) und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts (5) aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt sind.
Brennereinsatz (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschildabschnitt (8), der Verbindungsabschnitt (9) und ein Grundkörper (29) des Befestigungsabschnitts (5) als einteiliges Bauteil gefertigt sind, und dass der Befestigungsabschnitt (5) ein ringförmiges Endteil (30) aufweist, das mit dem Grundkörper (29) verbunden ist und das kaltgasseitige axiale Ende des Befestigungsabschnitts (5) bildet, wobei der Grundkörper (29) und das Endteil (30) gemeinsam eine an der Innenumfangsfläche des Befestigungsabschnitts (5) umfänglich ausgebildete, den Dichtungsring (6) aufnehmende Aufnahmenut (7) bilden.
Brennereinsatz (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Endteil (30) aus einem anderen Material als dasjenige Material gefertigt ist, aus dem der Hitzeschildabschnitt (8), der Verbindungsabschnitt (9) und der Grundkörper (29) des Befestigungsabschnitts (5) hergestellt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Brennereinsatzes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hitzeschildabschnitt (8), der Verbindungsabschnitt (9) und zumindest ein Teilbereich des Befestigungsabschnitts additiv als einteiliges Bauteil oder additiv als zwei jeweils einteiligen Bauteilhälften hergestellt werden.
Verwendung eines Brennereinsatzes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Aufnahme eines Brenners (2) an einer Wand (21) einer Ringbrennkammer (15).