DE2140401B2 - Flammrohr für Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flammrohr für Gasturbi- π nen, bestehend aus einem keramischen Rohrteil, in dessen Ende sich ein Lufteinlaß mit einer Leitschaufel befindet, die die einströmende Luft gegen die Wand dieses Rohrteiles lenkt, und einem mit diesem Rohrteil fluchtenden, in axialem Abstand zu ihm angeordneten zweiten keramischen Rohrteil sowie einem Mittel zum Halten des zweiten Rohrteiles gegenüber dem ersten Rohrteil.

Flammrohre, die aus einem Mantelrohr und einer feuerfesten Auskleidung bestehen, sind seit langem bekannt (GB-PS 7 54 000). Man hat auch schon Flammrohre vorgeschlagen, deren Innenfutter aus einzelnen feuerfesten Steinen zusammengesetzt ist, die zwischen metallischen Endringen in Stellung gehalten werden (DE-AS 10 21 647). Schließlich ist auch schon ein Flammrohr bekanntgeworden, dessen Innenfutter aus einzelnen gebogenen keramischen Platten besteht die mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen befestigt sind (GB-PS 7 91 051).

Wenn das Flammrohr aus zwei fluchtend hintereinander angeordneten Rohrteilen besteht und die Rohrteile von keramischen Schalen gebildet werden, ergeben sich beträchtliche Schwierigkeiten, die Rohrteile und die einzelnen Schalen so miteinander zu verbinden, daß sie auch bei thermischer Ausdehnung und Kontraktion zuverlässig in ihrer Lage gehalten werden. Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Flammrohr zur Verfügung zu stellen, bei dem die Rohrteile und die Rohrschaien betriebssicher und haltbar miteinander verbunden sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Flammrohr der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Haltemittel außerhalb der beiden Rohrteile und parallel zu ihren Achsen liegt und an nach außen ragenden Flächen von Ansätzen der Rohrteile angreift, die zueinander in Richtung auf die Achse des Rohres hin konvergieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht daß bei Erwärmung des Flammrohrs die einzelnen Rohrschalen sich ausdehnen können, aber dennoch fest aneinandergehalten werden, und daß auch die beiden Flammrohrteile in fluchtender Verbindung bleiben.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine bildliche Darstellung eines Flammrohrs;

Fig.2 einen Teilquerschnitt längs der Ebene 2-2 durch das Flammrohr von Fig. 1; sowie

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des Flammrohrs.

Das in den F i g. 1 und 2 dargestellte Flammrohr besteht aus einem Paar axial ausgerichteter Rohrteile 10,11. Die Öffnungen 12,13 an den Enden der Rohrteile 10,11 bilden eine Einström- und ein? Ausströmöffnung des Flammrohres. Das Rohrteil 10 ist aus vier identischen Quadrantschalen 14 aufgebaut. An jeder der Schalen 14 sind zwei nach außen ragende Ansätze 15 angeformt. Benachbarte Paare der Ansätze 15 werden durch Vorrichtungen 16 erfaßt, die die Schalen 14 in enge Berührung miteinander bringen. Die Vorrichtungen 16 bestehen aus einander gegenüberliegenden Teilen 16a, 166, an denen Stangen 17 angebracht sind. Die Stangen 17 erstrecken sich parallel zur Achse des Flammrohrs. Die Teile 16a, 166 sind an einem Ring 18 befestigt, der das Rohrteil 10 umgibt.

Das Rohrteil 11 ist in ähnlicher Weise aus vier identischen Quadrantschalen 19 aufgebaut, die durch Halteeinrichtungen 20 mit den Teilen 20a, 206 miteinander verbunden sind. An den Teilen 20a, 206 sind ebenfalls Stangen 17 befestigt, die die Rohrteile 10,11 so in einer axialen Abstandslage zueinander halten, daß zwischen ihnen eine ringförmige Öffnung 21 gebildet wird. Die Enden der Stangen 17 sind in der Nähe der Vorrichtungen 20 an einem Ring 22 befestigt der das Rohrteil 11 umgibt. Die gegenüberliegenden Enden der Stangen 17 sind mit Flanschen versehen, mit deren Hilfe das Flammrohr in einer später zu beschreibenden Weise in ein Traggestell montiert werden kann.

Die Flammrohrteile 10, 11 sind aus keramischem Material, vorzugsweise Siliciumnitrid, gefertigt wäh-

rend die Vorrichtungen 16, 20, die Stäbe 17 und die Ringe 18, 22 aus Metall, vorzugsweise einer Nimonik-Legierung, hergestellt sind. Bei der Betriebstemperatur des Flammrohrs besteht ein erheblicher Unterschied in der Wärmeausdehnung zwischen den ker.anischen und den metallischen Bauteilen.

Wie in Fig.2 dargestellt, sind die Stirnflächen 15a, 156 der Ansätze 15, die an den jeweils voneinander abgewandten Seiten der Ansätze liegen, so geformt daß sie zusammen eine keilförmige Konfiguration ergeben. Die entsprechenden Stirnflächen der Teile 16a, 166 haben einen eingeschlossenen Winkel, der mit einem eingeschlossenen Winkel der Stirnflächen 15a, 156 identisch ist Eine Temperaturerhöhung bewirkt, daß der Ring 18 sich radial stärker ausdehnt als das Rohrteil ι, 10. In gleicher Weise dehnen sich die Teile 16a, 166 und die Stange 17 in Querrichtung stärker aus als die entsprechenden Ansätze 15. Der eingeschlossene Winkel der Stirnflächen 15a, 156 wird durch den Unterschied zwischen der jeweiligen Radial- und Querausdehnung der metallischen und keramischen Teile gebildet Infolge der Wärmeausdehnung bewegt sich daher ein Punkt auf der Innenfläche eines Teiles 16a, 166 in bezug auf den benachbarten Ansatz 15 längs eines Weges, der von dem vorerwähnten Einschlußwinkel bestimmt ist Die Vorrichtungen 16 bleiben deshalb jederzeit in fester Verbindung mit den Ansätzen 15 und lassen eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zu. Die Vorrichtungen 20 greifen in ähnlicher Weise an den Ansätzen der Schalen 19 des Rohrteils 11 an und _i(> ermöglichen ebenfalls eine unterschiedliche Wärmeausdehnung.

Die Schalen 19 sind mit Löchern 23 versehen, und in der Einströmöffnung 12 ist in einer später zu beschreibenden Weise ein keramischer Leitschaufelring 3-, (nicht dargestellt) angebracht.

Eine andere Ausführungsform des Flammrohrs ist in F i g. 3 dargestellt und besteht wie die zuvor beschriebene Ausführung aus Rohrteilen 45,46, die in einer axialen Abstandslage zueinander angeordnet sind. Das Rohrteil 45 enthält ein rohrförmiges Keramikelement 47 mit einem nach außen gerichteten Ansatz oder Flansch 48. Der Flansch 48 weist ein Paar koaxialer kegelstumpfförmiger Flächen 49,50 auf.

Der Flansch 48 wird von einem Paar Metallspannringen 51, 52 erfaßt, die ebenfalls kegelstumpfförmige Flächen aufweisen und an den Flächen 49,50 angreifen. Die Innenwinkel der kegelstumpfförmigen Flächen der Ringe 51, 52 sind mit den Innenwinkeln der jeweils anliegenden Flächen 49, 50 identisch, und die Spitzen der Kegel fallen miteinander und mit der Achse des Elementes 47 zusammen.

Die axiale Abmessung des Rings 51 in dem Ring 52 ist kleiner als die axiale Abmessung des Rings 52. Bei einer Wärmeausdehnung bewegt sich daher die Spannfläche des Ringes 52 von der Spannfläche des Rings 51 weg. Die radiale Ausdehnung der Ringe 51,52 ist größer als diejenige des Keramikelementes 47. Die Innenwinkel der kegelstumpfförmigen Spannflächen sind so gewählt daß die Ringe 51, 52 den Flansch 18 so, wie im wesentlichen im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 beschrieben, mit konstanter Spannkraft eingespannt halten.

Das Rohrteil 46 hat ein rohrförmiges Keramikelement 53, das, wie vorstehend beschrieben, mit Hilfe der Spannringe 54, 55 befestigt ist Die Ringe 52, 55 sind miteinander durch einen Zylinder aus Streckmetallgewebe verbunden. Das Element 53 ist mit einer Anzahl Löcher 56 in gleichem Abstand versehen.

In dem Ring 51 ist eine keramische Leitschaufel 57 montiert Die Leitschaufel 57 ist an einer Metallhalterung 58 durch eine Vorrichtung befestigt, die, wie oben beschrieben, eine unterschiedliche Wärmeausdehnung zuläßt Die Halterung 58 ist an dem Ring 51 durch e-ne Anzahl radial nach außen gerichteter Rohre 59 befestigt die auf nach innen gerichteten Stangen 60 gleiten können, die an dem Ring 51 angebracht sind. An dem Ring 51 sind Ansätze 66 vorgesehen, die zur Montage des Flammrohres an einer Endplatte 61 dienen, die einen Teil eines Traggestells bildet das allgemein bei 62 dargestellt ist. Das Gestell 62 bildet einen ringförmigen Raum 63 um das Flammrohr.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen kann ein geeignetes Packungsmaterial zwischen die einander zugewandten Keramik- und Metallflächen eingebracht werden.

Der Betrieb eines Flammrohres gemäß der Erfindung wird anhand des Beispiels der F i g. 3 beschrieben, doch ist es selbstverständlich, daß die andere Ausführungsform b :im Einsatz in ähnlicher Form arbeitet.

Axial in der Leitschaufel 57 ist eine Brennstoff-Zerstäubungsvorrichtung 64 montiert. Dem Ringraum 63 wird unter Druck stehende Luft zugeführt, die zwischen der Leitschaufel 57 und dem Element 47 hindurchströmt. Ferner tritt durch den Spalt zwischen dem ersten und zweiten Rohrteil Luft in das Flammrohr ein. Die Luftströme wirken zusammen und bilden in dem ersten Rohrteil 45 Wirbel, in denen die Verbrennung stattfindet. Die durch das zweite Rohrteil 46 strömenden Gase werden durch Luft verdünnt, die durch Löcher 56 eintritt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Flammrohr für Gasturbinen, bestehend aus einem keramischen Rohrteil, in dessen Ende sich ein Lufteinlaß mit einer Leitschaufel befindet die die ;· einströmende Luft gegen die Wand dieses Rohrteiles lenkt, und einem mit diesem Rohrteil fluchtenden, in axialem Abstand zu ihm angeordneten zweiten keramischen Rohrteil sowie einem Mittel zum Halten des zweiten Rohrteiles gegenüber dem in ersten Rohrteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Haltemittel (17,52a; außerhalb der beiden Rohrteile (iO, 11; 45, 46) und parallel zu ihren Achsen üegt und an nach außen ragenden Flächen (49,50,53J)JVOn Ansätzen (48,53a;der Rohrteile (10, 11; 45, 46) angreift, die zueinander in Richtung auf die Achse des Rohres hin konvergieren.

2. Flammrohr nach Anspruch'!, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrteile (10,11) aus einer Anzahl von Schalen (14, 19) bestehen, die an ihren aneinander stoßenden Stellen nach außen ragende Ansätze (15) aufweisen, deren Außenseiten (15a, !56; zueinander in Richtung auf die Achse des Rohrteiles (10, 11) hin konvergieren, wobei an den Außenseiten (15a, 15b) eines jeden Ansatzpaares >ί Teile (16a, 166; einer die Ansätze (15) aneinander pressenden Vorrichtung (16) anliegen, die mittels des die beiden Rohrteile (10,11) haltenden Haltemittels (17) mit einem das Rohrteil (10) im Abstand umgebenden metallischen Ring (18) verbunden sind, in

3. Flammrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Rohrteile (10,11) haltende Mittel die Form eines Stabes (17) hat, der an einem das zweite Rohrteil (11) umgebenden Ring (22) befestigt ist. r.

4. Flammrohr nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die beiden Rohrteile (10, 11; 45, 46) haltende Mittel die Form eines perforierten Rohres (52a; hat

5. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Rohrteil (11,46) mit einer Anzahl von Löchern versehen ist.

6. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre (10, 11; 45, 46) aus einer gleichen Anzahl von Schalen bestehen.

7. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der Werkstoff mindestens des ersten Rohrteiles (10, 45) Siliciumnitrid ist. w