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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Keramikelement-Trägerstruktur für eine Gasturbine
zum Tragen von einem Verbrennungsgas ausgesetzten Keramikelementen.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Das
japanische Patent Nr. 2717352 offenbart eine Keramikelement-Trägerstruktur
dieser Art, welche in einer Gasturbine enthalten ist und welche
Keramikelemente, beispielsweise eine Keramikspirale, die ein Verbrennungsgas
von Brennkammern zu einer Turbine leitet, Düsen (stationäre Schaufeln)
und einen Turbinenrotor trägt,
wobei diese bessere Wärmebeständigkeitseigenschaften
als Metallelemente haben. Wenn jedoch eines der durch die bekannte Keramikelement-Trägerstruktur
gelagerten Keramikelemente, beispielsweise eine Spirale, beschädigt wird,
ist die Keramikelement-Trägerstruktur
nicht mehr in der Lage, das andere zugehörige Keramikelement, wie beispielsweise
das Flammrohr, in korrekter Weise zu lagern, und das dazugehörige weitere Keramikelement,
d. h. das Flammrohr, wird beschädigt.
Somit ist es wahrscheinlich, dass eine Beschädigung eines der Keramikelemente,
das von der Keramikelement-Trägerstruktur
gelagert wird, die übrigen
Keramikelemente beeinträchtigt.
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US-A-5
457 954 offenbart eine weitere Keramikelement-Trägerstruktur.
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INHALT DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung erfolgte in Anbetracht des zuvor erläuterten Problems, und es ist
daher ein Ziel der Erfindung, eine Keramikelement-Trägerstruktur
für eine
Gasturbine bereitzustellen, die zum Tragen von Keramikelementen
befähigt
ist, so dass nicht ohne weiteres eine Beschädigung der Keramikelemente erfolgen
kann und eine Beschädigung
eines dieser Keramikelemente kaum geeignet ist, die übrigen Keramikelemente
zu beeinträchtigen.
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Im
Hinblick auf das zuvor beschriebene Ziel wird eine Keramikelement-Trägerstruktur
gemäß Anspruch
1 bereitgestellt.
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Da
die Keramikelement-Trägerstruktur
für die
Gasturbine das Keramikelement mittels des metallischen Trägerelementes
am Gehäuse
lagert und das Keramikelement mit dem Trägerelement so verbindet, dass
es relativ zum Trägerelement
beweglich ist, und zwar mittels der elastischen Elemente, kann der
Unterschied bei der thermischen Ausdehnung zwischen dem metallischen
Trägerelement
und dem Keramikelement durch die elastischen Elemente absorbiert
werden, und somit wird das Keramikelement nicht ohne weiteres beschädigt. Da
das Keramikelement durch das metallische Trägerelement gelagert wird, erfolgt
durch eine Beschädigung
des Keramikelementes nicht ohne weiteres eine Beeinträchtigung der übrigen Keramikelemente.
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Vorzugsweise
ist ein Metallelement jeweils zwischen die benachbarten Keramikelemente
eingesetzt, die entlang der Strömungsrichtung
eines Verbrennungsgases angeordnet sind.
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Da
die benachbarten Keramikelemente nicht in direktem Kontakt miteinander
stehen, kann der Einfluss einer Beschädigung von einem der benachbarten
Keramikelemente auf das andere Keramikelement auf das geringstmögliche unvermeidbare
Ausmaß vermindert
werden.
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Vorsprünge können auf
einem Außenumfang des
Keramikelementes ausgebildet sein und Vertiefungen können in
einem Innenumfang des metallischen Trägerele mentes ausgebildet sein,
oder Vorsprünge
können
auf einem Innenumfang des metallischen Trägerelementes ausgebildet sein
und Vertiefungen können
in einem Außenumfang
des Keramikelementes ausgebildet sein, um das Keramikelement und
das metallische Trägerelement
in einer korrekten Positionsbeziehung bezüglich Umfangs- und Radialrichtungen
zu verbinden.
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Im
Gegensatz zu einer Positionierung des Keramikelementes relativ zum
Trägerelement
mittels metallischer Positionierstifte, bei der eine konzentrierte
Spannung in das Keramikelement eingebracht wird, ist die Kombination
aus Vorsprüngen
und Vertiefungen in der Lage, das Keramikelement relativ zum Trägerelement
zu positionieren, ohne eine Spannungskonzentration zu verursachen.
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Vorzugsweise
ist der überwiegende
Teil der Außenfläche des
Keramikelementes durch das Trägerelement
abgedeckt.
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Das
auf diese Weise durch das Trägerelement
abgedeckte Keramikelement schlägt
bei einer Montage oder Demontage einer das Keramikelement beinhaltenden
Struktur nicht gegen andere Elemente, so dass die Möglichkeit
einer Beschädigung
des Keramikelement vermindert werden kann.
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Das
Keramikelement kann ein in einer Brennkammer enthaltenes Flammrohr
sein, die elastischen Elemente können
zwischen einen oberen Endteil des Keramikelementes und ein erstes
Trägerelement
eingelegt sein, und ein unterer Endteil des Keramikelementes kann
durch die Elastizität
des elastischen Elementes in Strömungsrichtung
des Verbrennungsgases gedrückt
werden, so dass es gegen ein zweites Trägerelement gedrückt wird.
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Das
Keramikelement, d. h. das Flammrohr der Brennkammer, ist so gelagert,
dass die Differenz bei der thermischen Ausdehnung zwischen Flammrohr
und metallischem Trägerelement
durch das elastische Element absorbiert werden kann, und somit erfolgt
nicht ohne weiteres eine Beschädigung des
Keramikelementes.
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Bei
der Keramikelement-Trägerstruktur,
welche das Flammrohr der Brennkammer, d. h. das Keramikelement lagert,
kann ein oberer Endteil eines Übergangskanals,
der ein Verbrennungsgas aus einer Brennkammer zu einer Gasturbine
leitet, mit einem unteren Endteil des zweiten Trägerelementes mittels eines
ringförmigen
Abdichtungselementes so verbunden sein, dass er entlang eines Verbrennungsgasdurchlaufes
oder in Richtung senkrecht zum Verbrennungsgasdurchlauf relativ
zum zweiten Trägerelement
beweglich ist.
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Somit
kann der Unterschied bei der thermischen Ausdehnung zwischen dem
Flammrohr, d. h. dem Keramikelement der Brennkammer, und dem aus
einem Metall bestehenden zweiten Trägerelement absorbiert werden,
und der Spalt zwischen einem unteren Endteil des Flammrohrs der
Brennkammer und dem oberen Endteil des Übergangskanals kann sicher
abgedichtet werden.
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Gemäß der Erfindung
kann das Keramikelement ein Übergangskanal
sein, der ein Verbrennungsgas von einer Brennkammer zu einer Turbine führt, ein
oberer Endteil des Übergangskanals
kann mittels der elastischen Elemente mit einem Verbindungsteil
des Trägerelementes
verbunden sein, und zwar in der Nähe eines oberen Endteils des Übergangskanals,
und ein unterer Endteil des Übergangskanals
kann am Gehäuse
gelagert sein.
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Der Übergangskanal,
d. h. das Keramikelement, kann am Gehäuse so gelagert werden, dass der
Unterschied bei der thermischen Ausdehnung zwischen dem Übergangskanal
und dem aus einem Metall bestehenden Trägerelement durch das elastische
Element absorbiert werden kann. Somit erfolgt nicht ohne weiteres
eine Beschädigung
des Übergangskanals,
d. h. des Keramikelementes.
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Gemäß der Erfindung
kann die Mehrzahl von Keramikelementen um die Achse der Gasturbine
herum angeordnet sein, und ein Dichtungsring, der aus einer Mehrzahl
von kreisbogenförmigen
Segmenten besteht, kann federnd gegen zumindest die Innen- oder
die Außenumfänge der
Keramikelemente gedrückt
werden.
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Diese
Keramikelement-Trägerstruktur,
welche den aus der Mehrzahl von Segmenten bestehenden Dichtungsring
verwendet, kann für
eine große Gasturbine
angewandt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Gasturbinen-Stromerzeugungssystems,
das eine Gasturbine verwendet, die mit einer Keramikelement-Trägerstruktur
einer ersten Ausführungsform der
Erfindung versehen ist;
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2 ist
eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht der in 1 dargestellten Gasturbine;
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3 ist
ein Längsschnitt
eines Hauptteils einer in 2 dargestellten
Brennkammer;
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4(A) ist eine Ansicht von hinten eines
in 2 dargestellten Übergangskanals;
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4(B) ist eine Draufsicht eines Abschnittes
eines unteren Endteils des in 4(A) dargestellten Übergangskanals;
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4(C) ist eine Draufsicht eines weiteren Abschnittes
des unteren Endteils der in 4(A) dargestellten Übergangskanals;
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4(D) ist eine Draufsicht eines wesentlichen
Teils einer Abdichtungsstruktur zum Abdichten des Spaltes zwischen
unteren Endteilen benachbarter Übergangskanäle;
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4(E) ist eine perspektivische Ansicht
einer Abdichtungsplatte;
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4(F) ist eine fragmentarische Stirnflächenansicht
von Teilen benachbarter Übergangskanäle um die
Verbindungsstelle der benachbarten Übergangskanäle herum;
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5(A) ist eine Ansicht von hinten eines weiteren Übergangskanals
für die
in 2 dargestellte Gasturbine;
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5(B) ist eine Draufsicht eines Abschnittes
eines unteren Endteils des in 5(A) dargestellten Übergangskanals;
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5(C) ist eine Draufsicht eines weiteren Abschnittes
des unteren Endteils des Übergangskanals;
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5(D) ist eine Draufsicht eines wesentlichen
Teils einer Abdichtungsstruktur zum Abdichten des Spaltes zwischen
unteren Endteilen benachbarter Übergangskanäle;
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5(E) ist eine fragmentarische Stirnflächenansicht
von Teilen benachbarter Übergangskanäle um die
Verbindungsstelle de benachbarten Übergangskanals herum;
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6 ist
eine Ansicht von hinten einer Trägerstruktur,
die ein unteres Endteil des in 2 dargestellten Übergangskanals
lagert;
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7 ist
eine Vorderansicht einer Düse
für die
in 2 dargestellte Turbine;
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8 ist
ein vergrößerter Längsschnitt
eines Hautteils einer Gasturbine, die eine Keramikelement-Trägerstruktur
einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung verwendet; und
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9 ist eine Ansicht von hinten einer Trägerstruktur
zum Lagern eines unteren Endteils des in 8 dargestellten Übergangskanals.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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Bezug
nehmend auf 1, die ein Gasturbinen-Stromerzeugungssystem
zeigt, das eine Gasturbine 1 beinhaltet, die mit einer
Keramikelement-Trägerstruktur
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung versehen ist, komprimiert die Gasturbine 1 Luft 1A mittels
eines Kompressors 2 und führt komprimierte Luft einer
Mehrzahl von Brennkammern 3 zu, spritzt einen Treibstoff
F, wie beispielsweise einen gasförmigen
Treibstoff oder einen flüssigen
Treibstoff in die Brennkammern 3 zur Verbrennung ein und treibt
eine Turbine 4 mittels der Energie eines hohe Temperatur
und hohen Druck aufweisenden Verbrennungsgases, das durch die Verbrennung
in der Brennkammer 3 erzeugt wird. Die Turbine 4 treibt
den Verdichter 2 an. Die Turbine 4 treibt einen
Stromgenerator 9 über
ein Untersetzungsgetriebe 7 und eine Kupplung 8 an.
Durch den Stromgenerator 9 erzeugter elektrischer Strom
wird elektrischen Verbrauchern zugeführt.
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Bezug
nehmend auf 2, welche die Gasturbine 1 in
einer teilweise geschnitten dargestellten Seitenansicht darstellt,
handelt es sich beim Verdichter 2 der Gasturbine 1 um
einen Axialverdichter. Der Axialverdichter 2 weist eine
Rotorwelle 12, eine Mehrzahl von am Außenumfang der Rotorwelle 12 angeordneten
Rotorschaufeln 13, und stationäre Schaufeln 15 auf,
die in einer Mehrzahl von Stufen am Innenumfang eines aus einem
Metall bestehenden Hauptgehäuses 14,
d. h. einem Hauptteil des Gehäuses
der Gasturbine 1 angeordnet sind. Luft 1A, die über einen
Einlaufkanal 16 zugeführt
wird, wird durch den Zusammenwirkungseffekt der Rotorschaufeln 13 und
der stationären
Schaufeln 15 verdichtet, so dass verdichtete Luft A erzeugt
wird. Die verdichtete Luft A wird einer ringförmigen Kammer 17 zugeführt.
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Die
Mehrzahl von Brennkammern 3, beispielsweise sechs Brennkammern,
sind in gleichen Winkelintervallen um die ringförmige Kammer 17 herum
angeordnet. Die in die ringförmige
Kammer 17 zugeführte
verdichtete Luft A strömt
in den Richtungen der Pfeile a und b in eine Verbrennungskammer 22 ein,
die durch ein zylindrisches Flammrohr 21 gebildet wird.
Jede Brennkammer 3 ist mit einer Treibstoffeinspritzdüse 23 versehen.
Die Treibstoffeinspritzdüse 23 spritzt
den Treibstoff F in die Verbrennungskammer 22 ein. Der
Treibstoff F wird mit der verdichteten Luft A vermischt und verbrennt.
Ein hohe Temperatur und hohen Druck aufweisendes Verbrennungsgas
G, das durch die Verbrennung des Treibstoffes F erzeugt wird, wird
durch den Übergangskanal 26 in
die Turbine 4 geführt.
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Bezug
nehmend auf 3, die ein Hauptteil eines der
Brennkammern 3 in einem vergrößerten Längsschnitt zeigt, ist das Flammrohr 21 in
ein aus einem Metall be stehendes Brennkammergehäuse 14A eingesetzt,
das mit dem Hauptgehäuse 14 verbunden
ist und einen Teil von diesem bildet. Ein ringförmiger Zwischenraum 18 ist
zwischen dem Brennkammergehäuse 14A und
dem Flammrohr 21 ausgebildet.
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Das
Flammrohr 21 beinhaltet ein aus einem Keramikmaterial bestehendes
oberes Halbrohr 27 und ein aus einem Metall bestehendes
unteres Halbrohr 28. Ein unterer Endteil des oberen Halbrohrs 27 ist
in einen oberen Endteil 28a des unteren Halbrohrs 28 eingesetzt.
Ein oberer Endteil des oberen Halbrohrs 27 ist am Brennkammergehäuse 14A mittels
eines aus Metall bestehenden ersten Trägerelementes 29 gelagert.
Das erste Trägerelement 29 ist
mit einer Federhalteeinrichtung 30 versehen, die mit der
Treibstoffeinspritzdüse 23 koaxial
ist und diese umgibt. Ein Basisendteil eines rohrförmigen Elementes 21,
das mit der Federhalteeinrichtung 30 verschweißt ist,
ist am Brennkammergehäuse 14A befestigt.
Eine Mehrzahl von Schraubenfedern 32, d. h. elastische
Elemente, und ein aus einem Keramikmaterial bestehender Trägerring 33 sind
zwischen der Federhalteeinrichtung 30 des ersten Trägerelementes 29 und einen
oberen Endteil des oberen Halbrohrs 27 eingesetzt. Eine
Mehrzahl von Vertiefungen 30a sind in der Federhalteeinrichtung 30 in
gleichen Winkelintervallen ausgebildet, um die Schraubenfedern in
dieser zu halten. Die in den Vertiefungen 30a gehaltenen Schraubenfedern 32 üben über den
Trägerring 33 eine
Federkraft auf den oberen Endteil des oberen Halbrohrs 27 aus,
um den unteren Endteil des oberen Halbrohrs 27 gegen den
oberen Endteil des unteren Halbrohrs 28 in Strömungsrichtung
des Verbrennungsgases G zu drücken.
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Eine
am Brennkammergehäuse 14A befestigte
Zündkerze 36 ist
in ein oberes Gebiet eines Zwischenraums im oberen Halbrohr 27 eingesetzt.
Eine Mehrzahl von Hilfsdüsen 37,
die am Brennkammergehäuse 14A befestigt
sind, sind in ein unteres Gebiet des Zwischenraums im oberen Halbrohr 27 eingesetzt.
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Das
aus Metall bestehende untere Halbrohr 28 ist eine Doppelwand-Struktur,
die zwei Wände aufweist,
die einen Wärmeisolationsraum
definieren. Das untere Halbrohr 28 dient auch als zweites
Trägerelement,
das einen unteren Endteil des oberen Halbrohrs 27 lagert.
Der Innenumfang des unteren Halbrohrs 28 ist an einer Mehr zahl
von Leitschaufeln 11 befestigt, die mit Bolzen 65 am
Brennkammergehäuse 14A befestigt
sind. Das untere Halbrohr 28 ist am Brennkammergehäuse 14A befestigt.
Ein ringförmiges
Abdichtungselement 39 ist auf einem unteren Endteil des
unteren Halbrohrs 28 aufgesetzt. Das Abdichtungselement 39 ist
in engem Kontakt mit dem Innenumfang eines Abdichtungsträgers 38,
der auf einem oberen Endteil 26a des Übergangskanals 26 ausgebildet
ist. Somit ist der Spalt zwischen dem unteren Halbrohr 28 und
dem Übergangskanal 26 durch das
Abdichtungselement 39 dicht verschlossen, so dass ermöglicht wird,
dass sich der Übergangskanal 26 und
das untere Halbrohr 28 relativ zueinander in Richtung parallel
oder senkrecht zum Durchlauf des Verbrennungsgases G bewegen.
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Der Übergangskanal 26 ist
aus einem Keramikmaterial ausgebildet. Der obere Endteil 26a des Übergangskanals 26 ist
am Hauptgehäuse 14 mittels eines
aus Metall bestehenden dritten Trägerelementes 41 gelagert.
Der Basisteil 41b des aus Metall bestehenden dritten Trägerelementes
ist am Hauptgehäuse 14 mit
Bolzen befestigt. Das Trägerelement 41 ist
ein rohrförmiges
Element, das den überwiegenden
Teil der Außenfläche des Übergangskanals 26 verdeckt.
Somit wird verhindert, dass der Übergangskanal 26,
d. h. ein Keramikelement, gegen andere Teile schlägt und gegen
eine Beschädigung
bei einer Montage oder Demontage der Brennkammer 3 geschützt ist.
Der obere Endteil 26a des Übergangskanals 26 ist
mittels Schraubenfedern 42, d. h. elastischen Elementen,
und einem Metallring 43 mit einem flanschförmigen Verbindungsteil 41a des
Trägerelementes 41 verbunden,
und zwar benachbart zum oberen Ende des Übergangskanals 26.
Der Metallring 43 ist ein Teil des Trägerelementes 41.
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Eine
Mehrzahl von Bolzen 44, von denen jeder mit einem Kopf
versehen ist, sind durch Löcher durchgesteckt,
die in Winkelintervallen im Verbindungsteil 41a des Trägerelementes 41 ausgebildet sind,
so dass sie in Richtung parallel zum Durchlauf des Verbrennungsgases
G beweglich sind. Die Köpfe der
Bolzen 44 sind mit den Metallringen 43 in Eingriff. Schraubenfedern 42 und
Federlager 45 werden in dieser Reihenfolge auf die Bolzen 44 aufgesetzt,
und Muttern werden auf die Bolzen 44 aufgeschraubt, um die
Schraubenlagern 45 jeweils auf den Bolzen 44 zu rückzuhalten.
Ein Basisteil 38a des Dichtungsträgers 38 ist am Metallring 43 mit
Bolzen befestigt, um den oberen Endteil 26a des Übergangskanals 26 zu lagern.
Wie in 4 dargestellt, sind eine Mehrzahl von Vorsprüngen 24 in
Winkelintervallen am Außenumfang
des oberen Endteils 26a des Übergangskanals 26 ausgebildet,
und eine Mehrzahl von Vertiefungen 25 sind in Winkelintervallen
am Innenumfang des Metallrings 43 ausgebildet. Die Vorsprünge 24 kommen
mit den Vertiefungen 25 in Eingriff, um den Übergangskanal 26 relativ
zum Trägerelement 41 bezüglich der
Umfangs- und Radialrichtung zur Zentrierung zu positionieren.
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Wenn
der Übergangskanal 26 auf
diese Weise relativ zum Trägerelement 41 positioniert
ist, anstelle einer Positionierung des aus einem Keramikmaterial
bestehenden Übergangskanals 26 mittels Positionierstiften,
erfolgt keine Konzentration von Spannungen in lokalen Abschnitten
des Übergangskanals 26.
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Ein
Mehrzahl von Vorsprüngen
können
in Winkelintervallen am Innenumfang des Metallrings 43 ausgebildet
sein, und eine Mehrzahl von Vertiefungen können in Winkelintervallen am
Außenumfang
des oberen Endteils 26a des Übergangskanals 26 ausgebildet
sein. Diese Trägerstruktur
trägt den oberen
Endteil 26a des Übergangskanals 26 auf
dem Trägerelement 41,
wobei der obere Endteil 26a gegen das Trägerelement 41 durch
die Federwirkung der Schraubenfedern 42 gedrückt wird.
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Ein
unterer Endteil 26b eines jeden Übergangskanals 26 ist
dem oberen Ende einer Düse
der ersten Stufe (stationäre
Schaufel der ersten Stufe) 53 der Turbine 4 zugewandt.
Wie in 4(A) dargestellt, ist der untere
Endteil 26b kreisförmig
ausgebildet, so dass er einem Umfangsteil der Düse 53 entspricht.
Diese Gasturbine 1 ist mit sechs Brennkammern 3 versehen.
Daher entspricht der untere Endteil 26b des Übergangskanals 26 im
Wesentlichen 1/6 des Umfangs der stationären Düse 53. Ein Flansch 20 ist
am unteren Endteil 26b des Übergangskanals 26 ausgebildet
und ist am Verbindungsteil 41a des Trägerelementes 41 gelagert.
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Der
untere Endteil 26b des Übergangskanals 26 ist
mittels eines Dichtrings 49 und einer Feder 50 mit
dem Hauptgehäuse 14 verbunden.
Der Dichtring 49, wie in ei nem schraffierten Gebiet in 6 dargestellt,
beinhaltet eine Mehrzahl von aus einem Keramikmaterial bestehenden
Segmenten 49a in Form eines Kreisbogens. Der Dichtring 49 wird
durch die Elastizität
der Feder 50 gegen den unteren Endteil 26b des Übergangskanals 26 gedrückt. Somit sind
die Innenumfänge
der unteren Endteile 26b der Mehrzahl von Übergangskanälen 26 durch
den Dichtring 49 dicht abgeschlossen, der die Mehrzahl
von Segmenten 49a beinhaltet. Diese Anordnung ist auf große Gasturbinen
anwendbar.
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Wie
in 4(B) und 4(C) in
fragmentarischen Draufsichten dargestellt, sind Dichtnuten 51 in entgegengesetzten
Seitenflächen
des unteren Endteils 26b eines jeden Übergangskanals 26 ausgebildet,
um Spalte zwischen den Seitenflächen
der in Umfangsrichtung benachbarten Übergangskanäle 26 abzudichten.
Eine in 4(E) dargestellte Dichtplatte 52 ist
in die Dichtnut 51 eingesetzt, wie durch gestrichelte Linien
in 4(D) angegeben, so dass die Dichtplatte 52 zwischen
den jeweiligen Seitenflächen der
unteren Endteile 26b des benachbarten Übergangskanals 26 zusammengedrückt wird,
wie in 4(F) dargestellt, um den Spalt
zwischen den unteren Endteilen 26b des benachbarten Übergangskanals 26 abzudichten.
Nach dem Einsetzen der Dichtplatte 52 in die Dichtnuten 51 werden
Nasen 52a, die am oberen und dem unteren Ende der Dichtplatte 52 ausgebildet
sind, nach außen
gebogen, um die Dichtplatte 52 in den Dichtnuten 51 zurückzuhalten.
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Die
Abdichtungsstruktur zum Abdichten der Spalte zwischen den Seitenflächen der
unteren Endteile 26b der benachbarten Übergangskanäle 26 kann eine Labyrinth-Dichtstruktur sein,
wie in 5 dargestellt. Die Labyrinth-Dichtstruktur ist
dadurch aufgebaut, dass eine Vertiefung 26c in einer der
entgegengesetzten Seitenflächen
des unteren Endteils 26b des Übergangskanals 26 ausgebildet
ist, wie in 5(B) in einer fragmentarischen
Draufsicht dargestellt, und ein Vorsprung 26d auf der anderen
Seitenfläche
des unteren Endteils 26b des Übergangskanals 26 ausgebildet
ist, wie in 5(C) in einer fragmentarischen
Draufsicht dargestellt, und die Vertiefung 26c und der
Vorsprung 26d der unteren Endteile 26b der benachbarten Übergangskanäle 26 in
Eingriff gebracht werden, wie in 5(E) dargestellt.
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Die
Düse 53 der
ersten Stufe der Turbine 4 besteht aus einem Keramikmaterial.
Die Düse 53 beinhaltet
eine Mehrzahl von auf einem Kreis angeordneten Düsensegmenten 54. Ein
Vorsprung 55a ist auf der äußeren Stirnfläche 55 eines
jeden Düsensegmentes 54 angeordnet.
Ein Metallring 57 ist am Hauptgehäuse 14 befestigt (3),
so dass er die Düse 53 umgibt.
Der Ring 57 ist an seinem Innenumfang mit einer Mehrzahl
von Vertiefungen 57a versehen. Die Vorsprünge 55a der
Düsensegmente 54 kommen
jeweils mit den Vertiefungen 57a des Metallrings 57 in
Eingriff, wie in 7 dargestellt, um die Düsensegmente 54 bezüglich einer
Umfangsrichtung zu positionieren. Die Düsensegmente 54 sind
befähigt,
sich in Strömungsrichtung
des Verbrennungsgases G zu bewegen, wie durch den Pfeil in 3 angegeben.
Die unteren Endflächen
der Vorsprünge 55a der
Düsensegmente 54 sitzen
auf einem Trägerteil 14a des
Hauptgehäuses 14 auf.
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Der
Innenumfang der Düse 53 der
ersten Stufe ist, ähnlich
wie die Innenfläche
des unteren Endteils 26b des Übergangskanals 26,
mittels eines Dichtrings 59 und einer Feder 60 am
Hauptgehäuse 14 gelagert.
Der Dichtring 59 ist in eine Mehrzahl von aus einem Keramikmaterial
bestehenden Segmenten unterteilt. Die Feder 60 hat einen
Durchmesser, der nicht gleich groß wie der des Innenumfangs
des Dichtrings 59 ist, und beinhaltet eine Mehrzahl von Segmenten
aus einem Keramikmaterial, das die Form eines Kreisbogens hat. Der
Dichtring 59 wird durch die Elastizität der Feder 60 gegen
den Innenumfang der Düse 53 der
ersten Stufe gedrückt.
Somit wird der Innenumfang der Düse 53 der
ersten Stufe, welche die Mehrzahl von aus einem Keramikmaterial bestehenden
Düsensegmenten 54 beinhaltet,
durch den Dichtring 59 abgedichtet. Diese Anordnung ist auf
große
Gasturbinen anwendbar. Der Dichtring 59 bestimmt die Position
der Düse 53 der
ersten Stufe bezüglich
der Durchmesserrichtungen und ist befähigt, die Position der Düse 53 der
ersten Stufe für
ein Zentrieren gemäß der thermischen
Ausdehnung der zugehörigen
Metallelemente anzupassen.
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Ein
Federhaltering 61 umgibt die Düse 53 der ersten Stufe.
Der Federhaltering 61 ist gemeinsam mit der Düse 53 der
ersten Stufe am Hauptgehäuse 14 mit
Bolzen befestigt. Eine Mehrzahl von Schraubenfedern 62,
d. h. elastische Elemente, wer den durch den Federhaltering 61 in
einer Umfangsanordnung gehalten. Die Federkraft der Schraubenfedern 62 wird
mittels eines Federlagers 63 auf die Oberseiten der Vorsprünge 55a der
Düsensegmente 54 in
axialer Richtung aufgebracht. Eine somit ausgebildete Düsenträgerstruktur
für die
Düse 53 absorbiert
die Differenz bei der thermischen Ausdehnung zwischen der Düse 53 der
ersten Stufe, d. h. einem Keramikelement, und dem Metallring 57 mittels
der Schraubenfedern 62, d. h. elastische Elemente, so dass
nicht ohne weiteres eine Beschädigung
der Düse 53 erfolgt.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist das obere Halbrohr 27, d. h. ein Keramikelement, des
Flammrohrs 21 der in 3 dargestellten
Brennkammer am Brennkammergehäuse 14A mittels
des Trägerelementes 29,
d. h. einem metallischen Element, gelagert, und ist mit dem Übergangskanal 26 mittels
des unteren Halbrohrs 28, d. h. einem metallischen Element
verbunden, und daher kann der Einfluss einer Beschädigung des
oberen Halbrohrs 27 auf den Übergangskanal 26,
d. h. ein Keramikelement, verhindert werden. Da das obere Halbrohr 27 mittels
der Schraubenfedern 32 mit dem Trägerelement 29 verbunden
ist, so dass es in Strömungsrichtung
des Verbrennungsgases G beweglich ist, kann die Differenz bei der
thermischen Ausdehnung zwischen dem aus Metall bestehenden Trägerelement 29 und
dem aus einem Keramikmaterial bestehenden oberen Halbrohr 27 durch
die Schraubenfeder 32, d. h. elastische Elemente, absorbiert
werden, so dass ein Brechen des oberen Halbrohrs 27 bedingt
durch eine Differenz bei der thermischen Ausdehnung zwischen dem Brennelement 29 und
dem oberen Halbrohr 27 verhindert werden kann.
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Der Übergangskanal 26,
d. h. ein Keramikelement, das mit dem unteren Ende des Flammrohrs 21 verbunden
ist, ist mittels des aus einem Metall bestehenden Trägerelementes 41 und
dem Metallring 43 am Hauptgehäuse 14 gelagert. Daher
kann der Einfluss einer Beschädigung
des Übergangskanals 26 auf
das obere Halbrohr 27, d. h. ein Keramikelement verhindert
werden. Da der Übergangskanal 26 mittels
der Schraubenfedern 41 mit dem Trägerelement 41 so verbunden
ist, dass er in Strömungsrichtung
des Verbrennungsgases G beweglich ist, kann die Differenz bei der
thermischen Ausdehnung zwischen dem Trägerelement 41, d.
h. einem Metallele ment, und dem Übergangskanal 2,
d. h. einem Keramikelement, durch die Schraubenfedern 42 absorbiert
werden, so dass ein Brechen des Übergangskanals 26,
das durch die Differenz bei der thermischen Ausdehnung zwischen
dem Trägerelement 41 und dem Übergangskanal 26 bedingt
ist, verhindert wird.
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Da
der überwiegende
Teil der Außenfläche des Übergangskanals 26,
d. h. eines Keramikelementes, durch das Trägerelement 41 verdeckt
ist, wird verhindert, dass der Übergangskanal 26 gegen andere
Teile schlägt,
und ist gegen eine Beschädigung
bei der Montage und Demontage der Brennkammer 3 geschützt.
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Bezug
nehmend auf 8 weist eine Brennkammer 3,
die eine Trägerstruktur
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung verwendet, ein aus einem Keramikmaterial ausgebildetes
Flammrohr 35 in einem einzigen Stück auf, sowie einen aus einem
Keramikmaterial bestehenden Übergangskanal 26,
der mit dem unteren Ende des Flammrohrs 35 verbunden ist.
Ein oberer Endteil des Flammrohrs 35 ist auf einem Brennkammergehäuse 14A mittels
eines aus Metall bestehenden ersten Trägerelementes 29 mit einer
Mehrzahl von Schraubenfedern 32, d. h. elastischen Elementen
gelagert, die zwischen das erste Trägerelement 29 und
das Flammrohr 35 eingesetzt sind.
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Ein
unterer Endteil des Flammrohrs 35 ist am Brennkammergehäuse 14A mittels
eines aus Metall bestehenden zweiten Trägerelementes 34 gelagert. Das
zweite Trägerelement 34 ist
ein zylindrisches Element, das den unteren Endteil des Flammrohrs 35 verdeckt.
Das zweite Trägerelement 34 weist
einen unteren Endteil, der enganliegend auf den unteren Endteil
des Flammrohrs 35 aufgesetzt ist, und einen Basisteil auf,
der am Brennkammergehäuse 14A mittels
Bolzen 66 befestigt ist. Das Trägerelement 34 ist mit
einer Mehrzahl von Öffnungen 34a versehen.
Ein ringförmiges
Abdichtungselement 39 ist auf den unteren Endteil des Trägerelementes 34 aufgesetzt. Das
Abdichtungselement 39 befindet sich in engem Kontakt mit
dem Innenumfang eines Dichtungsträgers 38, der auf einem
oberen Endteil 26a des Übergangskanals 26 ausgebildet
ist. Somit ist der Spalt zwischen dem Trägerelement 34 und
dem Übergangskanal 26 durch
das Abdichtungselement 39 dicht verschlos sen, so dass ermöglicht wird,
dass sich der Übergangskanal 26 und
das Trägerelement 34 relativ
zueinander in Richtung parallel oder senkrecht zum Durchlauf des
Verbrennungsgases G bewegen.
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Ein
oberer Endteil des Übergangskanals 26 ist
am Gehäuse 14 mittels
eines dritten Trägerelementes 41 gelagert,
und zwar mittels eines ähnlichen Verfahrens
wie bei der ersten Ausführungsform.
Der obere Endteil 26a des Übergangskanals 26 ist, ähnlich wie
der obere Endteil 26a des Übergangskanals 26 bei
der ersten Ausführungsform,
mittels Schraubenfedern 42, Bolzen 44 und einem
Metallring 43 mit einem oberen Endteil des Trägerelementes 41 verbunden.
Der Übergangskanal 26 ist
an seinem Außenumfang
mit einer kreisförmigen
Rippe 47 versehen, und das Trägerelement 41 ist
an seinem Innenumfang mit einer kreisförmigen Nut 47 versehen.
Die kreisförmige
Rippe 47 befindet sich in Eingriff mit der kreisförmigen Nut 48,
um die Axialbewegung des Übergangskanals 26 relativ
zum Trägerelement 41 einzuschränken.
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Wie
in 9 dargestellt, ist ein unteres
Endteil 26b des Übergangskanals 29 mittels
eines Dichtrings 69 und einer Feder 70 mit dem
Hauptgehäuse 14 verbunden.
Eine Trägerstruktur,
die auf diese Weise den unteren Endteil 26b des Übergangskanals 26 trägt, ist ähnlich dem
der ersten Ausführungsform. Die
zweite Ausführungsform
ist in übriger
Hinsicht ähnlich
der ersten Ausführungsform.
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung klar hervorgeht, trägt die Keramikelement-Trägerstruktur
gemäß der Erfindung
für eine
Gasturbine das Keramikelement mittels des am Gehäuse befindlichen Metallelementes,
und somit erfolgt nicht ohne weiteres eine Beschädigung des Keramikelementes. Da
das Keramikelement mit dem Trägerelement
mittels der elastischen Elemente so verbunden ist, dass das Keramikelement
und das Trägerelement
befähigt sind,
sich relativ zueinander zu bewegen, kann die Differenz bei der thermischen
Ausdehnung zwischen dem metallischen Trägerelement und dem Keramikelement
durch die elastischen Elemente absorbiert werden.
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Zwar
wurde die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem gewissen
Grad an Spezifität
beschrieben, jedoch sind offensichtlich bei dieser viele Änderungen
und Variationen möglich.
Daher versteht es sich, dass die Erfindung anders ausgeführt sein kann
als hier speziell beschrieben, und zwar ohne vom Schutzumfang abzuweichen,
der durch die Ansprüche
bestimmt ist.