DE60224761T2

DE60224761T2 - Balgartiges Überschlagrohr

Info

Publication number: DE60224761T2
Application number: DE60224761T
Authority: DE
Inventors: Keith Tilson; Harmon Lindsay Simpsonville Morton; Richard Anthony Acworth Elliot
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: EP1308674A2; JP2003166716A; US6606865B2; US20030079462A1; JP4301391B2; KR20030036022A; EP1308674B1; DE60224761D1; KR100749981B1; EP1308674A3

Description

Die Erfindung betrifft Querzündrohre, die sich in einer erdgebundenen Gasturbine zwischen benachbarten Brennkammern erstrecken.
Die ringförmige Anordnung der Brennkammern in einer stationären oder erdgebundenen Gasturbine, die miteinander verbundene Querzündrohre aufweist, ist allgemein hinlänglich bekannt, wie beispielsweise aus der ebenfalls dem Anmelder gehörenden US 4 249 372 ersichtlich. Das '372-Patent beschreibt eine typische Querzündungsanordnung, die rohrförmige Teile enthält, die sich zwischen fluchtend ausgerichteten Öffnungen erstrecken, die in benachbarten Brennkammern ausgebildet sind, und durch Mittel an Ort und Stelle gehalten sind, die die gegenüberliegenden Enden der rohrförmigen Teile oder Querzündrohre strömungsmäßig mit den benachbarten Brennkammern verbunden positionieren. Der Zweck der Querzündrohre ist, die Zündung von Brennstoff in einer Brennkammer mittels Brennstoffs zu ermöglichen, der in einer benachbarten Brennkammer gezündet ist, so dass auf gesonderte Zündvorrichtungen in jeder Brennkammer verzichtet werden kann. Insbesondere wird eine von Kammer zu Kammer arbeitenden Querzündeinrichtung durch einen Druckpuls heißer Gase bewirkt, der durch das Querzündrohr von einer gezündeten Kammer zu einer nicht gezündeten Kammer übertragen wird. Die Querzündrohre dienen außerdem dem Zweck, bis zu einem gewissen Grade die unterschiedlichen Drücke zwischen den Kammern auszugleichen.
Bisher bestanden Probleme hinsichtlich erhöhter Temperaturen und Drücke, die in modernen Turbinen in Zusammenhang mit vorhandenen Querzündrohrkonstruktionen zu Leckagen- und/oder Blowouts (Verlöschen) führen. Es wurden bisher vielfältige Querzündrohrkonstruktionen verwendet. Beispielsweise wurden Faltenbalgquerzündrohre versuchsweise verwendet, die auch in der ebenfalls dem Anmelder gehörenden US 5 361 577 beschrieben sind. Eine elastische Querzündrohrkonstruktion wird in der US 3 991 560 beschrieben. Diese Konstruktionen werden jedoch möglicherweise als zu kompliziert erachtet und steigern die Kosten und Einbauzeit.
Die Erfindung betrifft ein Faltenbalgquerzündrohr mit einem vereinfachten Aufbau. In dem äußeren Querzündrohr ist ein inneres Querzündrohr angeordnet, das den Druckpuls heißen Gases während der Querzündung überträgt. Das innere Querzündrohr ist unverändert und somit nicht Teil der Erfindung. Die Faltenbalgkonstruktion für das äußere Rohr dient dazu, eine Verringerung der Teilezahl und auf diese Weise eine Reduzierung der Ein-/Ausbaukosten und der damit vor Ort verbundenen Wartungskosten zu ermöglichen. In der bevorzugten Anordnung ist das äußere Querzündrohr im Wesentlichen zylindrisch gestaltet und enthält einen Faltenbalgabschnitt und an entgegensetzten Seiten des Faltenbalgabschnitts ein Paar freie Enden mit übereinstimmendem Durchmesser. Die freien Enden sind dazu eingerichet, in entsprechenden Öffnungen, die in benachbarten Brennkammerflanschen ausgebildet sind, in Presssitz zu gelangen. Die Konstruktion ist mit einer rechnerischen Konstruktionslebensdauer von 2400 Zyklen und 48.000 Stunden besonders als eine Nachrüstkomponente für bestehende Turbinen geeignet. Die Konstruktion ist in der Lage, aufgrund von Toleranzstapeln und Ausdehnungen auftretende seitliche und axiale Durchbiegungen aufzunehmen, und die Konstruktionswerkstoffe sind geeignet ausgewählt, um den Betriebsgüteanforderungen zu genügen.
Das äußere Querzündrohr wird vorzugsweise in Kombination mit einer das äußere Querzündrohr umgebenden äußeren Hülsenanordnung verwendet und basiert auf einem Paar Teleskophülsen elementen, die jeweils an einen entsprechend Brennkammerflansch geschweißt sind.
Dementsprechend betrifft die Erfindung in einem Aspekt ein Querzündrohr, zu dem gehören: ein im Wesentlichen zylindrischer Faltenbalgabschnitt; ein Paar mit einheitlichem Durchmesser bemessene freie Enden an entgegensetzten Seiten des Faltenbalgabschnitts, wobei die mit einheitlichem Durchmesser bemessenen freien Enden dazu eingerichtet sind, einen Sitz in Öffnungen zu finden, die in benachbarten Brennkammern in einer auf dem Boden betriebenen Gasturbine vorgesehen sind, wobei der Faltenbalgabschnitt sich von einem der freien Enden zu dem anderen der freien Enden erstreckt; und ein Paar Teleskophülsenelemente, die dazu eingerichtet sind, das eigentliche Querzündrohr zu umgeben, wobei entsprechende des Paars von Teleskophülsenelementen dazu eingerichtet sind, sich gesichert an den benachbarten Brennkammern anbringen zu lassen.
Das Querzündrohr kann basierend auf einer Nickellegierung hergestellt und in der Lage sein, Temperaturen bis zu 418°C (784°F) und inneren Druckwerten bis zu 1.709.900 Pascal (248 psi) standzuhalten.
Die Durchmesser der im Wesentlichen mit einheitlichem Durchmesser bemessenen freien Enden können im Wesentlichen identisch zu einem Innendurchmesser des Faltenbalgabschnitts sein.
In einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Brennkammereinrichtung, zu der ein Querzündrohr, wie es oben beschrieben ist, und wenigstens ein Paar benachbarte Brennkammern gehören, die mit Flanschen versehen sind, in denen die besagten Öffnungen ausgebildet sind, wobei die Flansche basierend auf einer Chrom-Molybdänlegierung hergestellt sind.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand von Zeichnungen eingehender beschrieben, wobei die einzige Figur eine zum Teil geschnittene Draufsicht eines äußeren Querzündrohrs gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf die Zeichnung ist ein zwischen einem Paar benachbarten Brennkammern 12 und 14 an Ort und Stelle angeordnetes äußeres Querzündrohr 10 veranschaulicht. Wie oben erwähnt, ist das innere Querzündrohr nicht Teil dieser Erfindung und ist daher in der Zeichnung nicht gezeigt. Das äußere Querzündrohr 10 ist im Wesentlichen zylindrisch gestaltet und weist einen Faltenbalgabschnitt 16 auf, der sich über den größten Teil der axialen Ausdehnung oder Länge des Rohrs erstreckt. Der Faltenbalgabschnitt basiert auf einer gewöhnlichen Faltenbalgkonstruktion mit inneren und äußeren Durchmessern, wie sie durch die axial beabstandeten Faltungen 18 definiert sind. An entgegensetzten Seiten des Faltenbalgabschnitts sind ein Paar freie Enden mit übereinstimmendem Durchmesser 20, 22 angeordnet. Die entsprechenden Durchmesser dieser freien Enden sind im Wesentlichen identisch zu dem Innendurchmesser des Faltenbalgabschnitts 16.
Die freien Enden 20, 22 sind dazu eingerichtet, in ein Paar entsprechend geformte Öffnungen 24 bzw. 26 zu passen, die in Flanschen 28, 30 der benachbarten Brennkammern 12, 14 ausgebildet sind. Die Flansche 28, 30 basieren vorzugsweise auf Chrom-Molybdänlegierungen, wobei pro Flansch sechs Bolzenlöcher ausgebildet sind, und Letztere dazu dienen die Flansche an den Brennkammern zu sichern.
Das Querzündrohr, und insbesondere der Faltenbalgabschnitt 16, ist einem Kompressionsdruck ausgesetzt, wenn es in den Öffnungen 22, 24 angeordnet ist, so dass gewährleistet ist, dass es während des Betriebs an Ort und Stelle verbleibt. Die Anzahl von Wellungen oder Faltungen in dem Faltenbalgabschnitt 16 ist anwendungsspezifisch. Zu den problematischen Konstruktionsparametern für das Rohr 10 gehören eine ausreichende Festigkeit, um der Drucklast über das Rohr hinweg standzuhalten, und eine Eigenfrequenz die sich von derjenigen der Brennkammern unterscheidet, so dass das Querzündrohr nicht synchron mit den Brennkammern 12, 14 schwingt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel basiert das Querzündrohr 10 auf einer geeigneten Nickellegierung, obwohl andere zweckmäßige Legierungen verwendet werden können. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist dazu eingerichtet, über den Betriebs- oder Arbeitsbereich hinweg Innendrücken und Temperaturen von bis zu etwa 418°C (784°F) und 1.709.900 Pascal (248 psi) zu widerstehen.
Ein Paar Teleskophülsenelemente 32, 34 sind an die entsprechende Brennkammerflansche 28, 30 geschweißt und sind auf diese Weise in der Lage, sich in axialer Richtung in Bezug zueinander zu bewegen oder zu schwingen. Die Hülsenelemente 32, 34 umgeben und schützen das äußere Querzündrohr 10 und weisen Längenabmessungen auf, die durch den Brennkammerabstand bestimmt sind. Der bevorzugte Werkstoff für die Hülsen ist rostfreier 321-Stahl.
Das oben beschriebene äußere Querzündrohr ist eine einfache und dennoch zuverlässige Konstruktion, die auf bisher erforderliche Teile verzichten kann, was die Kosten senkt und die Einbauzeit reduziert. Es eignet sich besonders vorteilhaft als ein Nachrüstteil für bestehende Brennkammern.

Claims

Anordnung die ein Querzündrohr (10) enthält, zu dem gehören: ein im Wesentlichen zylindrischer Faltenbalgabschnitt (16); ein Paar mit einheitlichem Durchmesser bemessene freie Enden (20, 22) an entgegensetzten Seiten des Faltenbalgabschnitts (16), wobei die mit einheitlichem Durchmesser bemessenen freien Enden (20, 22) dazu eingerichtet sind, einen Sitz in Öffnungen zu finden, die in benachbarten Brennkammern in einer auf dem Boden betriebenen Gasturbine vorgesehen sind, wobei zu der Anordnung ferner gehören: ein Paar Teleskophülsenelemente (32, 34), die dazu eingerichtet sind, das eigentliche Querzündrohr (10) zu umgeben, wobei entsprechende des Paars von Teleskophülsenelementen (32, 34) dazu eingerichtet sind, sich gesichert an den benachbarten Brennkammern anbringen zu lassen.
Anordnung nach Anspruch 1, die basierend auf einer Nickellegierung hergestellt ist und bei der das Querzündrohr (10) in der Lage ist, Temperaturen bis zu 418°C (784°F) und inneren Druckwerten bis zu 1.709.900 Pascal (248 psi) standzuhalten.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Durchmesser der im Wesentlichen mit einheitlichem Durchmesser bemessenen freien Enden (20, 22) im Wesentlichen identisch zu einem Innendurchmesser des Faltenbalgabschnitts (16) sind.
Brennkammer, die eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und wenigstens ein Paar benachbarte Brennkammern aufweist, die mit Flanschen (28, 30) versehen sind, die mit den Öffnungen darin ausgebildet sind, wobei die Flansche basierend auf einer Chrom-Molybdänlegierung hergestellt sind.