DE2849665A1

DE2849665A1 - Waermedehnungen nachgebende abdichtung einer ringbrennkammer fuer eine gasturbine

Info

Publication number: DE2849665A1
Application number: DE19782849665
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Zerlauth
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1978-11-09
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1980-05-14
Also published as: JPS5566625A; GB2035474A; CH633351A5; FR2441060A1; AT358336B; ATA817778A; SE7909227L

Description

2 P. 5374/Wg/IS Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Wärmedehnungen nachgebende Abdichtung einer Ringbrennkammer für eine Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Abdichtung einer Ringbrennkammer für eine Gasturbine gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.

Wird eine Ringbrennkammer für eine Gasturbine relativ zu anderen Maschinenteilen im Bereich ihrer Brenner fixiert, so erfährt ihr stromabwärtiges Ende infolge der herrschenden grossen Materialtemperatur-Unterschiede der angrenzenden Bauteile gegenüber diesen sowohl beim Anfahren und Abstellen als auch während des stationären Betriebs der Gasturbine erhebliche Relatiwerschiebungen. Weiterhin ist es erforderlieh, ein unkontrolliertes Einströmen der ausserhalb der Brennkammer strömenden Kühlluft, die gegenüber den Verbrennungsgasen einen erhöhten Druck aufweist, in den Strömungskanal· der Verbrennungsgase zwischen Brennkammerende und Turbineneintritt zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abdichtung zwischen dem Brennkammerende bzw. dem Strömungsweg der Verbrennungsgase auf der einen Seite und dem mit Kühlluft gefüllten, die Brennkammer umgebenden Aussenraum auf der anderen Seite zu schaffen, die den erheblichen Relativverschiebungen der sich unterschiedlich rasch und unterschiedlich stark ausdehnenden Maschinenteile zu folgen vermag.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die, wegen der erforderlichen mechanischen Festigkeiten, beispielsweise aus einem hochlegierten Stahlbl·ech bestehenden Ringmembranen sind senkrecht zu ihrer Fläche in einem solchen Masse elastisch verformbar, dass sie einerseits den Dehnungen und Kontraktionen des inneren und des äusseren Ringmantels der Brennkammer bzw. der damit verbundenen Mantelrohre folgen und dabei andererseits

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dauernd auf dem stumpfen Ende der Mantelrohre als Dichtelement aufliegen. Sie können dabei entweder frei beweglich gehalten oder einseitig eingespannt sein.

Weiter ist es für eine gleichmässige Temperaturverteilung sowohl in Umfangsrichtung als auch über eine radiale Ausdehnung vorteilhaft, wenn die Ringmembranen allseitig von Kühlluft umflossen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt einen oberhalb der

horizontal verlaufenden Maschinenachse gelegenen Ausschnitt aus einer Gasturbinenanordnung, der die Lage der Ringbrennkammer relativ zu den sie.umgebenden Maschinenteilen wiedergibt;

Fig. 2 ist in grösserem Massstab ein Detail aus Fig. 1, das auf den die erfindungsgemässen Ringmembranen enthaltenden Bereich beschränkt ist; in
Fig. 3 und 4 schliesslich ist die Lage der äusseren

(Fig. 3) bzw. der inneren (Fig. 4) Ringmembran bei kalter Maschine bzw. in einer auf Grund der Wärmedehnungen verschobenen Lage skizziert.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, ist innerhalb eines äusseren Statorgehäuses 1 einer nur im mittleren Bereich ihrer axialen Länge dargestellten Gasturbine eine Ringbrennkammer 3 gelagert, die auf der Höhe ihrer Brenner 4 gegenüber dem inneren Statorgehäuse mehrfach am Umfang entsprechend der gezeigten Stelle 34 axial fixiert und in wärmebeweglicher Weise radial zentriert ist. Dieses innere Statorgehäuse ist

beispielsweise über weiter stromaufwärts gelegene, nicht • dargestellte Streben mit einem hohlzylindrischen Innenge-

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gehäuse 5 verbunden, das mit einem später zu beschreibenden Zentralgehäuse 13 eine Einheit bildet, die ihrerseits im äusseren Statorgehäuse 1 befestigt ist. Die Brennkammer 3 ist nach aussen von einem Strahlungsschutzblech 2 umschlossen, das gleichzeitig zur Führung des Kühlluftstromes entlang dem Aussenmantel der Ringbrennkammer 3 dient. Dieser Kühlluftstrom tritt über Oeffnungen im Brennkammerringmantel 32 als Verbrennungsluft in die Brennkammer 3 ein. Das Strahlungsschutzblech 2 liegt verschiebbar auf dem stromabwärtigen Endstück 30 des äusseren Brennkammerringmantels 32 auf. In ähnlicher Weise ist der innere Ringmantel 33 der Brennkammer von einem Strahlungsschutzblech 6 umgeben, das entsprechend auf einem Endstück 31 beweglich aufliegt. Auch dieses Blech übernimmt gleichzeitig die Führung des Kühlluft- bzw. Verbrennungsluftstromes.

Das Innengehäuse 5 schliesst den die Brennkammer 3 enthaltenden Ringraum 8 gegenüber dem nicht dargestellten Rotor der Maschine ab. Der Ringraum 8 zwischen dem Aussengehäuse 1 und dem Innengehäuse 5 ist, wie erwähnt, von Kühl- bzw. Verbrennungsluft durchströmt, die gegenüber dem Verbrennungsgas im Inneren der Brennkammer 3 und im daran anschliessenden Strömungskanal 10 einen Ueberdruck aufweist.

Die Endstücke 30 und 31 am stromabwärtigen Ende der Brennkammer 3 verengen sich, so dass die Verbrennungsgase in den Strömungskanal 10 einströmen können. Dieser wird zunächst vom ersten Leitschaufelkranz 11 der nicht weiter dargestellten Turbine gebildet, der einen Zentrierring 12 trägt; dieser ist wärmebeweglich - beispielsweise durch nicht dargestellte Radialkeile - auf dem Leitschaufelkranz 11 zentriert, der seinerseits auf dem Zentralgehäuse 13 abgestützt ist. Stromabwärts schliesst - in der Soll-Lage zu dem Zentrierring 12 fluchtend gelagert, aber nicht mit ihm verbunden - eine nur in ihrem äusseren Umriss dargestellte Begrenzung 14 für den Laufschaufelkanal an, die auch als Schaufelträger für die

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Leitschaufeln der weiteren Turbinenstufen dient. Die Begrenzung 14 ist im Aussengehäuse 1 wärmebeweglich fixiert, wie bei 15 schematisch angedeutet.

Um ein unkontrolliertes Einströmen von Kühlluft in den •5 Strömungskanal 10 zu verhindern, ist es notwendig, den mit Kühlluft gefüllten Ringraum 8 gegenüber dem Strömungsweg 10 der Verbrennungsgase abzudichten. Da darüberhinaus die Materialtemperaturen der Ringbrennkammer 3 und der übrigen benachbarten Teile, beispielsweise insbesondere des Leitschaufelkranzes 11 mit dem Zentrierring 12 während der verschiedenen Betriebsphasen der Maschine stark unterschiedlich sind, muss die Abdichtung so ausgeführt sein, dass sie relativen axialen und radialen Verschiebungen der genannten Teile zueinander nachgeben kann.

An Endstücke 30 und 31 ist daher je ein Mantelrohr 16 und 17 angesetzt, das mit seinem verdickten freien Ende an je eine Ringmembran 18 und 19 anliegt. Die Membranen 18 und 19 sind in Halterungen 20 und 21 gehalten, die ihrerseits am Zentrierring 12 bzw. am Zentralgehäuse 13 befestigt, z.B. angeschraubt, sind.

Ueber den Umfang verteilt befinden sich in den Halterungen 20 und 21 Bohrungen 22 und 23 (Fig. 2) , durch die eine kontrollierte Menge Kühlluft aus dem Ringraum 8 von aussen bzw. von innen in den Strömungskanal 10 einströmen kann. Mit Hilfe von weiteren Strahlungsschutz- oder Führungsblechen 24 und 25, die zwischen die Halterungen 20 und 21 und dem Ring 12 bzw. Zentralgehäuse 13 eingeklemmt sind, wird die Kühlluft dabei so geführt, dass beide Membranen 18 und 19 von ihr völlig umspült sind. Die Strömungswege der Kühlluft sind in Fig. 2 durch kleine Pfeile verdeutlicht.

Mit dieser Kühlluftführung wird¹ erreicht, dass die Ringmembranen 18 und 19, die aus einem CrNi-Stahl genügend hoher Warmfestigkeit gefertigt sind, sowohl in Umfangs-

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als auch in radialer Richtung eine gleichmässige Temperatur aufweisen, so dass in ihnen möglichst keine Wärmespannungen und deshalb auch keine unkontrollierbarenDeformationen entstehen. Die Bleche 24 und 25 dienen dabei gleichzeitig als Strahlungsschutz für die Ringmembranen 18 und 19 und als Leit- und Führungsbleche für die Kühlluft.

Die Ringmembranen 18 und 19 sind entweder in der Halterung 20 und 21 einseitig eingespannt (Fig. 2) oder auch nur beweglich in Schlitze 26 und 27 eingelegt; in diesen Schlitzen 26 und 27 sind sie im. letzten Falle,in verengten Querschnitten 28 und 29 geführt, so gelagert, dass sie um diese Querschnitte 28, 29 als Drehpunkte Kippbewegungen ausführen können. Bewegliche Lagerungen, bei denen die Membranen 18 und 19 auf Grund ihres Gewichts auf dem oberen bzw. unteren Teil der Schlitze 26 bzw. 27 aufliegen, zeigen Fig. 3 für die äussere Ringmembran 18 und Fig. 4 für die innere Ringmembran 19. Weiterhin ist in diesen Figuren schematisch in strichpunktierten Linien Lage und Form der Membranen 18 bzw. 19 bei durch Wärmedehnungen relativ zu ihrer Umgebung verlängerter Ringbrennkammer 3 wiedergegeben.

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Claims

2SA3665

Patentansprüche

(ly Wärmedehnungen nachgebende Abdichtung des stromabwärtigen Endes einer im Bereich der Brenner fixierten Ringbrennkammer für eine Gasturbine, gekennzeichnet durch je ein Mantelrohr (16, 17), das mit einem Ende am stromabwärigen Endstück (30, 31) des äusseren bzw. des inneren Ringmahtels (32, 33) der Brennkammer (3) befestigt ist, und mit seinem freien Ende auf je einer einseitig gehaltenen, elastisch nachgebenden Ringmembran (18, 19) aufliegt.
2. Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringmembranen (18, 19) allseitig von Kühlluft umflossen sind.

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ORIGINAL INSPECTED