DE68920421T2

DE68920421T2 - Zündkerze für Gasturbine mit Kugelhaltung.

Info

Publication number: DE68920421T2
Application number: DE68920421T
Authority: DE
Inventors: John A Rizzo; Charles Evan Steber; Robert James Travis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2009-10-07
Also published as: US4903476A; DE68920421D1; JPH02238134A; JPH0585735B2; EP0376442A1; EP0376442B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkammern für Gasturbinen und insbesondere auf Zünder zum Zünden eines Brennstoff/Luft-Gemisches in einer Brennkammer von einem Gasturbinentriebwerk.
Ein Zünder für die Brennkammer von einem Gasturbinentriebwerk gestattet die Erzeugung eines elektrischen Funkens über einem Spalt, der zwischen entgegengesetzt geladenen Elektroden gebildet ist. Der so erzeugte Funken ist wirksam zum Zünden eines brennbaren Brennstoff/Luft-Gemisches innerhalb der Brennkammer.
Das US-4 275 559 beschreibt einen Zünder, der an einer Brennkammer befestigt ist, wobei sich die Elektroden eine kurze Strecke zu einer Zündposition in der Brennkammer erstrecken. Diese Vorrichtung weist eine Federhalterung der Elektroden in der Zündposition auf. Die Feder gestattet, daß die Elektroden in Gegenwart des hohen Druckes innerhalb der Erennkammer, wie er auftritt wenn eine Zündung erfolgt ist, aus der Brennkammer herausgezogen werden.
Es sind sich nicht zurückziehende Zünder bekannt, wobei der Zünder an einem Brennkammergehäuse befestigt ist und die Elektroden durch eine äffnung eine kurze Strecke nach innen führen zu einer festen Zündposition innerhalb der Brennkammerauskleidung.
Es ist wünschenswert, eine Leckage einer großen Luftströmung zwischen der Zünderelektrode und der Öffnung in der Brennkammerauskleidung zu verhindern. Diese wünschenswerte Aufgabe wird kompliziert durch eine große unterschiedliche thermische Expansion des Gehäuses und der Auskleidung und durch den Aufbau von Fertigungstoleranzen. Diese Kombination kann einen kumulativen Effekt haben, der eine Größe von sogar 6,35mm (0,25 Zoll) haben kann.
Ein Weg zur Verkleinerung der Leckage weist eine Gleitdichtung auf, die zwischen dem Zünder und einem zu groß bemessenen Loch in der Brennkammerauskleidung abdichtet. Die Erfahrung hat gezeugt, daß Gleitdichtungen wesentliche Kosten darstellen und somit zu vermeiden sind, falls dies möglich ist.
Ein anderer Weg zur Vermeidung von Leckage beinhaltet eine Ausbildung des Loches durch die Brennkammerauskleidung mit einer engen Passung zu der Zünderelektrode. Mit dem Aufbau von Positionsfehlern aufgrund der Summe von Fertigungstoleranzen und der unterschiedlichen thermischen Expansion würde eine starr angebrachte Vorrichtung gemäß dem genannten US Patent 4 275 559, wenn sie durch ein eng passendes Loch in eine Brennkammerauskleidung von einem großen Gasturbinentriebwerk eingepaßt ist, unangemessene Kräfte auf die Brennkammerauskleidung ausüben.
Andere US-Patente, die Zünder für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken zeigen, sind 4 125 998 und 4 597 260.
US-A-3 487 636 beschreibt einen Funkenzünder für einen Nachbrenner von einem Gasturbinentriebwerk. Der Nachbrennerkanal weist ein Gehäuse mit einer Auskleidung auf. Flammhalter sind in dem Nachbrennerkanal angeordnet. Ein Zünder erstreckt sich zwischen dem Gehäuse und einem der Flammhalter. Ein Körperabschnitt des Zünders ist an dem einen Ende in einer Kugelverbindung auf dem Gehäuse gehaltert und an dem anderen Ende gleitend gehaltert in einem Abschnitt von dem Flammhalter. Der Abschnitt des Zünders innerhalb des Flammhalters weist eine Zünderspitze auf.
Gemäß der Erfindung wird eine Brennkammer für eine Gasturbine geschaffen, wobei die Brennkammer ein Gehäuse, eine Auskleidung in dem Gehäuse, einen Zünder, eine Kugelverbindung, einen Körperabschnitt des Zünders, der in der Kugelverbindung befestigt ist, eine Zünderspitze auf dem Körperabschnitt, ein Loch in der Auskleidung, wobei die Zünderspitze durch das Loch und in einen Innenraum der Auskleidung eintritt, das Loch eine enge Passung mit der Zünderspitze bildet, wodurch eine Leckage an der Zünderspitze vorbei durch das Loch eingeschrängt ist, und eine Einrichtung enthält, die die Kugelverbindung im Abstand mit einer wesentlichen Strecke außen von dem Gehäuse haltert, wobei die Kugelverbindung und der Körperabschnitt über einen ausreichenden Bereich drehbar sind, um bei Vorhandensein von Fertigungstoleranzen eine Passung der Zünderspitze in dem Loch zu gestatten und zu erlauben, daß die Zünderspitze bei Vorhandensein von unterschiedlicher thermischer Expansion während des Betriebs dem Loch folgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Brennkammer enthält ferner wenigstens eine Dichtung, die mit einer Oberfläche der Kugelverbindung in Kontakt ist, wobei die wenigstens eine Dichtung aus einem Material ist, das zur Ausführung einer Dichtfunktion wirksam ist und hoher Temperatur widersteht. Die wenigstens eine Dichtung ist vorzugsweise eine Kohlenstoffolie.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zum Haltern der Kugelverbindung einen Distanz- bzw. Abstandszylinder auf, und die Kugelverbindung ist an einem entfernten Ende des Abstandszylinders gehaltert.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung deutlich, die in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird, in der
Figur 1 ein Teilquerschnitt von einer Brennkammer von einem Gasturbinentriebwerk ist und ein Zünderbefestigungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Die folgende Beschreibung ist auf einen Zünder für ein Gasturbinentriebwerk gerichtet, wobei die Position der Elektroden fest ist. Das heißt, die Spitzen der Elektroden bleiben zu allen Zeiten in einer Zündposition, unmittelbar innerhalb einer Brennkammerauskleidung. Dies sollte nicht so verstanden werden, daß eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen zurückziehbaren Zünder auszuschließen ist, wie er beispielsweise in der eingangs genannten US-PS '559 beschrieben ist.
In Figur 1 sind, allgemein bei 10, relevante Abschnitte von einer Gasturbinen-Brennkammer gezeigt. Ein Brennkammerauskleidung 12 ist in einem Brennkammergehäuse 14 angeordnet. Eine Strömungshülse 16 ist in dem Brennkammergehäuse 14 angebracht und eine wesentliche Strecke außen von der Brennkammerauskleidung 12 im Abstand angeordnet. Der Raum zwischen der Strömungshülse 16 und der Brennkammerauskleidung 12 bildet einen Abschnitt von einer Kammer 18, die eine Druckluftströmung 20 aus einem Verdichter (nicht gezeigt) aufnimmt. In üblicher Weise weist die Brennkammerauskleidung 12 mehrere Schlitze 22 auf, damit Druckluft durch die Brennkammerauskleidung 12 strömen kann, um für Verbrennungs-Kühl- und Verdünnungsluft in einem Innenraum 24 der Brennkammerauskleidung 12 zu sorgen. Eine übliche Brennstoffdüse (nicht gezeigt) injiziert flüssigen oder gasförmigen Brennstoff in den Innenraum 24, wo der mit der Luft verbrannt wird, die durch die Schlitze 22 eintritt. Eine heiße energetische Abgasströmung von Verbrennungsprodukten, überschüssigem Brennstoff und/oder überschüssiger Luft bewegen sich in einer durch einen Pfeil 26 angegebenen Richtung in Richtung auf Turbinenschaufeln (nicht gezeigt), um die gewünschte Arbeit zu erzeugen.
Ein Befestigungssockel 28 ist an dem Brennkammergehäuse 14 starr befestigt, beispielsweise durch eine Umfangsscheißung. Ein Zünder, der allgemein bei 30 gezeigt ist, weist einen Befestigungsflansch 32 auf, der für eine Anbringung an dem Befestigungssockel 28 geeignet ist, wobei beispielsweise mehrere Bolzen 34 verwendet werden. Eine Dichtung 36 zwischen zueinander gerichteten Oberflächen des Befestigungssockels 28 und 32 verhindert eine Luftleckage an diesen Oberflächen. Ein Distanz- bzw. Abstandszylinder 38 ist an seinem unteren Ende in einem Loch 40 in dem Befestigungsflansch 32 befestigt. Ein innerer Flansch 42 ist an dem äußeren Ende des Abstandszylinders 38 befestigt. Ein Zwischenflansch 44 ist an dem Innenflansch 42 befestigt, wobei beispielsweise ein oder mehr Bolzen 46 verwendet sind. Eine Dichtung 48 zwischen zueinander gerichteten Oberflächen des Innenflansches 42 und des Zwischenflansches 44 verhindert eine Luftleckage an diesen Oberflächen. Der Innenflansch 44 weist eine Vertiefung 50 auf zum Aufnehmen der unteren Hälfte von einer Kugel 52. Ein Außenflansch 54 ist auf dem Innenflansch 44 befestigt, wobei beispielsweise ein oder mehr Bolzen 56 verwendet werden. Eine Dichtung 58 zwischen zueinander gerichteten Oberflächen des Zwischenflansches 44 und 54 verhindert eine Luftleckage an diesen Oberflächen. Der Außenflansch 54 weist eine Vertiefung 60 auf zum Aufnehmen der oberen Hälfte der Kugel 52. Eine innere Dichtung 62 in der Vertiefung 50 macht einen Reib- und Dichtkontakt mit der unteren Hälfte der Kugel 52. Eine äußere Dichtung 64 in dem Außenflansch 54 macht einen Reibund Dichtkontakt mit der oberen Halbkugel der Kugel 52.
Die innere Dichtung 62 und die äußere Dichtung 64 können aus irgendeinem zweckmäßigen Material sein, jedoch ist Kohlenstoffolie bevorzugt unter dem gegenwärtig verfügbaren Materialien wegen seiner selbst-schmierenden und hitzebeständigen Eigenschaften.
Ein Körperabschnitt 66 ist in der Kugel 52 befestigt. Es sei darauf hingewiesen, daß ein wesentliches Spielraumvolumen 68 zwischen einer äußeren Oberfläche des Körperabschnitts 66 und einer inneren Oberfläche des Abstandszylinders 38 vorgesehen ist. Dies gestattet, daß sich der Körperabschnitt 66 auf der Kugel 52 über eine wesentliche Strecke innerhalb des Abstandszylinders 38 dreht. Ein Elektrodenabschnitt 70 erstreckt sich innen über ein inneres Ende des Körperabschnittes 66 hinaus in Richtung auf die Brennkammerauskleidung 12. Eine Elektrodenspitze 72 erstreckt sich über den Elektrodenabschnitt 70 hinaus und durch ein fest passendes Loch 74, um die Elektrodenspitze 72 in einer Zündposition zu positionieren.
Ein elektrischer Verbinder 76 an einem entfernten Ende von dem Körperabschnitt 66 gestattet eine Verbindung mit einer Elektrizitätsquelle (nicht gezeigt), um einen Funken über der Elektrodenspitze 72 zu erzeugen.
Während der Installation des Zünders 30 in einer Gasturbinen-Brennkammer 10 wird der Körperabschnitt 66 auf der Kugel 52 nach Erfordernis gedreht, um die Elektrodenspitze 72 durch das Loch 74 in der Brennkammerauskleidung 12 einzupassen. Dies sorgt für eine Aufnahme von einem wesentlichen Betrag von Positionierungsfehlern, die unvermeidlich aus Fertigungstoleranzen resultieren. Wenn während der Verwendung eine unterschiedliche thermische Expansion eine Änderung in den relativen Positionen des Befestigungssockels 28 und des Loches 74 hervorruft, wird eine Kraft auf die Elektrodenspitze 72 durch das Loch 74 ausgeübt, was eine Drehung des Körperabschnitts 66 um die Kugel 52 nach Erfordernis zur Folge hat, um auf den Körperabschnitt 66 ausgeübte Beanspruchungen zu begrenzen, selbst wenn das Loch 74 fest um die Elektrodenspitze 72 eingepaßt ist.

Claims

1. Brennkammer (10) für eine Gasturbine, enthaltend:

ein Gehäuse (14),

eine Auskleidung (12) in dem Gehäuse (14),

einen Zünder (30),

eine Kugelverbindung (52),

wobei ein Körperabschnitt (66) des Zünders (30) in der Kugelverbindung (52) befestigt ist,

eine Zünderspitze (72) auf dem Körperabschnitt (66),

gekennzeichnet durch:

ein Loch (74) in der Auskleidung (12),

wobei die Zünderspitze (72) durch das Loch (74) und in den Innenraum (24) der Auskleidung (12) eintritt,

wobei das Loch (74) eine enge Passung zu der Zünderspitze (72) hat, wodurch eine Leckage an der Zünderspitze (72) vorbei durch das Loch (74) begrenzt ist, und

eine Einrichtung (38), die die Kugelverbindung (52) in einem wesentlichen Abstand außen von dem Gehäuse (40) haltert,

wobei die Kugelverbindung (52) und der Körperabschnitt (66) über einen ausreichende Bereich drehbar sind, um eine Passung der Zünderspitze (72) in dem Loch (74) in Gegenwart von Fertigungstoleranzen zu gestatten und zu erlauben, daß die Zünderspitze (72) dem Loch (74) bei einer unterschiedlichen thermischen Expansion während des Betriebes folgt.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, ferner wenigstens eine Dichtung (62, 64) enthaltend, die eine Oberfläche der Kugelverbindung (52) berührt, wobei die wenigstens eine Dichtung (62, 64) aus einem Material ist, das eine Dichtfunktion ausübt und einer hohen Temperatur widersteht.

3. Brennkammer nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Dichtung (62, 64) eine Kohlenstofffolie ist.

4. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Einrichtung zur Halterung der Kugelverbindung (52) einen Distanzzylinder (38) aufweist und die Kugelverbindung (52) an einem entfernten Ende des Distanzzylinders (38) gehaltert ist.