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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Brennkammer
und insbesondere auf eine Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk.
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Um
die Emissionsvorschriften für
industrielle Gasturbinentriebwerke mit niedriger Emission zu erfüllen, ist
eine gestufte Verbrennung erforderlich, um die Menge der erzeugten
Stickoxide (NOx) zu vermindern. Gegenwärtig betragen die Emissionsvorschriften
weniger als 25 volumetrische Teile pro Million in den Abgasen einer
industriellen Gasturbine. Die grundsätzliche Möglichkeit zur Verminderung
der Emissionen von Stickoxiden besteht darin, die Verbrennungsreaktionstemperatur
zu erniedrigen, und dies erfordert eine Vorvermischung von Brennstoff und
der gesamten Verbrennungsluft, bevor eine Verbrennung auftritt.
Die Stickoxide (NOx) werden gewöhnlich
durch ein Verfahren vermindert, das eine zweistufige Brennstoffeinspritzung
benutzt. Unser britisches Patent
GB1489339 beschreibt
eine zweistufige Brennstoffeinspritzung. Unsere internationale Patentanmeldung
Nr. WO 92/07221 beschreibt eine zweistufige und dreistufige Brennstoffeinspritzung. Bei
der stufenweisen Verbrennung suchen sämtliche Verbrennungsstufen,
eine magere Verbrennung durchzuführen
und demgemäß niedrige
Verbrennungstemperaturen zu benutzen, wie sie erforderlich sind,
um NOx zu vermindern. Der Ausdruck "magere Verbrennung" bedeutet eine Verbrennung von Brennstoff
in Luft, wobei das Brennstoff/Luft-Verhältnis niedrig ist, d.h. niedriger
als das stoichiometrische Verhältnis.
Um die erforderlichen geringen Emissionen von NOx und CO zu erreichen,
ist es wichtig, den Brennstoff mit der Luft gleichmäßig zu vermischen.
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Das
industrielle Gasturbinentriebwerk, das in unserer internationalen
Patentanmeldung WO 92/07221 beschrieben ist, benutzt mehrere Rohrbrennkammern,
deren Achsen allgemein in Radialrichtung verlaufen. Die Einlässe der
Rohrbrennkammern befinden sich an ihren radial äußeren Enden, und Übergangskanäle verbinden
die Auslässe
der Rohrbrennkammern mit einer Reihe von Düsenleitschaufeln, um die heißen Gase
axial in die Turbinenabschnitte des Gasturbinentriebwerks einzuleiten. Jede
Rohrbrennkammer besitzt zwei koaxiale radiale Strömungsverwirbeler,
die eine Mischung von Brennstoff und Luft in eine Primärverbrennungszone
einleiten. Ein ringförmiger
Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal umgibt
die Primärverbrennungszone
und fördert
eine Mischung von Brennstoff und Luft in eine Sekundärverbrennungszone.
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Ein
Problem, das mit Gasturbinentriebwerken verknüpft ist, wird durch Druckfluktuationen
in der Luftströmung
oder Gasströmung
durch das Gasturbinentriebwerk verursacht. Druckfluktuationen in der
Luftströmung
oder der Gasströmung
durch das Gasturbinentriebwerk können
zu schwerwiegenden Beschädigungen
oder einem Ausfall von Komponenten führen, wenn die Frequenz der
Druckfluktuationen mit der Eigenfrequenz eines Vibrationsmodus einer
oder mehrerer der Komponenten übereinstimmt. Diese
Druckfluktuationen können
durch den Verbrennungsprozess verstärkt werden, und unter ungünstigen
Bedingungen kann eine Resonanzfrequenz eine so große Amplitude
erhalten, dass eine schwerwiegende Beschädigung der Brennkammer und
des Gasturbinentriebwerks erfolgen kann.
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Es
können
Dämpfungseinrichtungen
vorgesehen werden, um das Problem der Reibungsabnutzung am stromaufwärtigen Ende
des Übergangskanals
zu begrenzen, der von der Brennkammer herführt. In der US-A 5572863 ist
ein elastischer, federartiger Flansch an dem Übergangskanal angeschweißt oder
integral mit diesem verbunden. Ein X-förmiger Träger erstreckt sich um die Brennkammer
und ist mit dem beweglichen Flansch an einem Ende verbunden und
an einem festen Element mit dem anderen Ende. Im Betrieb dehnt sich
der Flansch aus und er zieht sich zusammen, um die Relativbewegungen
des Übergangskanals
und der Brennkammer zu dämpfen.
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Es
hat sich gezeigt, dass Gasturbinentriebwerke, die mit magerer Verbrennung
arbeiten, besonders diesem Problem ausgesetzt sind. Weiter hat sich
gezeigt, dass bei Gasturbinentriebwerken mit magerer Verbrennung,
bei denen sich die Emissionen auf niedrigere Werte durch Schaffung
einer gleichmäßigeren
Vermischung von Brennstoff und Luft vermindern, die Amplitude der
Resonanzfrequenz noch größer wird.
Es wird angenommen, dass diese Verstärkung der Druckfluktuationen
in der Brennkammer auftritt, weil die Wärme, die durch die Verbrennung
des Brennstoffs freigesetzt wird an einer Stelle in der Brennkammer,
die an einem Schwingungsbauch oder einer Druckspitze in den Druckfluktuationen
liegt.
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Demgemäß sucht
die vorliegende Erfindung eine Brennkammer zu schaffen, die das
vorstehend erwähnte
Problem verkleinert oder minimiert.
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Demgemäß schafft
die vorliegende Erfindung einen Brennkammeraufbau mit mehreren in Umfangsrichtung
beabstandeten Brennkammern, mit mehreren von in Umfangsrichtung
beabstandeten Übergangskanälen, mit
wenigstens einem Dämpfungsglied
und mit wenigstens einer Befestigungseinrichtung, wobei die Brennkammer
wenigstens eine Verbrennungszone aufweist, die durch wenigstens
eine Umfangswand definiert ist und jeder Übergangskanal am stromabwärtigen Ende
jeweils einer der Brennkammern angeordnet ist, um die Abgase aus
der jeweiligen Brennkammer aufzunehmen und wobei wenigstens einer
der Übergangskanäle an das wenigstens
eine Dämpfungsglied
angeschlossen ist und der wenigstens eine Übergangskanal an das wenigstens
eine Dämpfungsglied
durch die wenigstens eine Befestigungseinrichtung angeschlossen
ist und jede Befestigungseinrichtung Mittel besitzt, um elastisch
das wenigstens eine Dämpfungsglied
in Berührung
mit dem wenigstens einen Übergangskanal
vorzuspannen, damit das wenigstens eine Dämpfungsglied relativ zu dem Übergangskanal
gleiten kann und eine Reibungsdämpfung
aller Vibrationen des wenigstens einen Übergangskanals bewirkt wird.
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Vorzugsweise
besitzt jede Brennkammer wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal, um Luft
und Brennstoff in die wenigstens eine Verbrennungszone zu leiten,
und der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal besitzt Mittel
am stromabwärtigen
Ende, um Luft und Brennstoff in die wenigstens eine Verbrennungszone
einzuleiten.
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Vorzugsweise
umfasst jede Brennkammer eine Primärverbrennungszone und eine
Sekundärverbrennungszone
stromab der Primärverbrennungszone.
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Vorzugsweise
umfasst jede Brennkammer eine Primärverbrennungszone, eine Sekundärverbrennungszone
stromab der Primärverbrennungszone
und eine Tertiärverbrennungszone
stromab der Sekundärverbrennungszone.
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Der
wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal kann Brennstoff und Luft
in die Primärverbrennungszone
einleiten, der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal kann Brennstoff
und Luft in die Sekundärverbrennungszone
einleiten oder der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal kann Brennstoff
und Luft in die Tertiärverbrennungszone einleiten.
Der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal kann mehrere Brennstoff/Luft-Mischkanäle aufweisen.
Der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal kann ein einziger
ringförmiger
Brennstoff/Luft-Mischkanal
sein.
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Das
wenigstens eine Dämpfungsglied
kann einen Dämpfungsring
aufweisen, und es gibt mehrere Befestigungseinrichtungen, und wenigstens
zwei der Übergangskanäle sind
an den Dämpfungsring angeschlossen,
und jeder der wenigstens zwei Übergangskanäle ist am
Dämpfungsring
durch wenigstens eine Befestigungseinrichtung angeschlossen, und
jede Befestigungseinrichtung umfasst Mittel, um elastisch den Dämpfungsring
in Berührung
mit dem entsprechenden Übergangskanal
vorzuspannen, damit das wenigstens eine Dämpfungsglied relativ zu dem Übergangskanal
gleiten kann und um eine Reibungsdämpfung aller Vibrationen an
den wenigstens zwei Übergangskanälen zu erreichen.
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Vorzugsweise
sind alle Übergangskanäle an dem
Dämpfungsring
angeschlossen, und jeder Übergangskanal
ist mit dem Dämpfungsring
durch wenigstens eine Befestigungseinrichtung verbunden, und jede
Befestigungseinrichtung umfasst Mittel, um elastisch den Dämpfungsring
in Berührung
mit einem entsprechenden Übergangskanal
vorzuspannen, um eine Reibungsdämpfung
aller Vibrationen aller Übergangskanäle zu bewirken.
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Wenigstens
einer der Übergangskanäle kann
mit dem Dämpfungsring über mehrere
Befestigungseinrichtungen verbunden sein, und stattdessen können alle Übergangskanäle mit dem
Dämpfungsring über mehrere
Befestigungseinrichtungen verbunden sein.
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Es
können
mehrere Dämpfungsglieder
vorgesehen werden, und jeder der Übergangskanäle ist mit einem entsprechenden
Dämpfungsglied
versehen, und jeder der Übergangskanäle ist an
ein entsprechendes Dämpfungsglied über wenigstens
eine Befestigungseinrichtung angeschlossen, und jede Befestigungseinrichtung
weist Mittel auf, um elastisch das Dämpfungsglied in Berührung mit
dem entsprechenden Übergangskanal
zu bringen und um eine Reibungsdämpfung
der Vibrationen des Übergangskanals
zu bewirken. Jeder der Übergangskanäle kann
mit dem entsprechenden Dämpfungsglied über eine
Befestigungseinrichtung verbunden sein, und die Befestigungseinrichtung
legt das Dämpfungsglied
an dem entsprechenden Übergangskanal fest.
Jeder Übergangskanal
kann mit dem entsprechenden Dämpfungsglied
durch einen Gleitaufbau verbunden sein, und der Gleitaufbau ermöglicht eine Relativbewegung
zwischen dem Dämpfungsglied und
dem entsprechenden Übergangskanal.
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Vorzugsweise
besteht wenigstens eine der Befestigungseinrichtungen aus einem
Bolzen und einer Feder, wobei der Bolzen durch eine Öffnung im Übergangskanal
geführt
ist und der Bolzen am Dämpfungsring
befestigt ist und die Feder auf den Bolzen und den Übergangskanal
wirkt, um den Dämpfungsring
in Berührung
mit dem Übergangskanal
vorzuspannen.
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Vorzugsweise
besteht wenigstens eine der Befestigungseinrichtungen aus einem
hohlen, zylindrischen Abstandshalter mit einem radial nach außen verlaufenden
Flansch an einem Ende, wobei der Bolzen durch den Abstandshalter
hindurchsteht und der Kopf des Bolzens am Flansch des Abstandshalters anstößt, wobei
der Abstandshalter sich durch die Öffnung im Übergangskanal erstreckt, um
an dem Dämpfungsring
und der Feder anzustoßen,
die am Flansch des Abstandshalters anstoßen.
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Vorzugsweise
besteht wenigstens eine der Befestigungseinrichtungen aus einem
hohlen Halter mit einem radial nach innen verlaufenden Flansch an einem
Ende, um eine Öffnung
zu bilden, wobei der Bolzen und der Abstandshalter durch die Öffnung im Halter
verlaufen und der Halter den Abstandshalter, die Feder und den Bolzen
umgibt und die Feder am Flansch des Halters anstößt.
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Vorzugsweise
ist wenigstens einer der hohlen Halter an dem dem Flansch gegenüberliegenden Ende
deformiert, um den Abstandshalter und die Feder innerhalb des Halters
zu haltern. Vorzugsweise ist das dem Flansch gegenüberliegende
Ende gehämmert
bzw. verstemmt.
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Vorzugsweise
ist die Oberfläche
des Flansches des Halters, die am Übergangskanal anstößt, mit
einem verschleißfesten Überzug versehen.
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Vorzugsweise
ist die Oberfläche
des Dämpfungsringes,
die am Übergangskanal
anstößt, mit
einem verschleißfesten Überzug versehen.
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Vorzugsweise
hat der Dämpfungsring
mehrere Öffnungen,
um die Bolzen aufzunehmen. Vorzugsweise sind die Öffnungen
Gewindesacklöcher. Vorzugsweise
befinden sich die Öffnungen
im radial äußeren Ende
des Dämpfungsringes.
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Vorzugsweise
besitzt der Dämpfungsring eine
weitere Gruppe von Öffnungen
im radial inneren Ende des Dämpfungsringes,
um eine Kühlluftströmung zu
ermöglichen.
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Vorzugsweise
besitzt jeder Übergangskanal einen
Flansch, und die Öffnung
im Übergangskanal befindet
sich im Flansch.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
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1 ist
eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkammer;
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2 ist
in größerem Maßstab gezeichnet ein
Längsschnitt
durch die in 1 dargestellte Brennkammer;
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3 ist
in einem weiter vergrößerten Maßstab ein
Längsschnitt
durch einen Teil der Brennkammer gemäß 2, wobei
das Dämpfungsglied
ersichtlich ist;
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4 ist
eine in Längsrichtung
auseinandergezogene Schnittansicht des Dämpfungsgliedes gemäß 3;
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5 ist
eine weitere vergrößerte Längsschnittansicht
durch einen Teil der Brennkammer gemäß 2, wobei
ein abgewandeltes Dämpfungsglied
vorgesehen ist;
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6 ist
eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß 5;
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7 ist
eine abgewandelte Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß 5.
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Ein
industrielles Gasturbinentriebwerk 10 gemäß 1 weist
in axialer Strömungsrichtung
hintereinander einen Einlass 12, einen Kompressorabschnitt 14,
einen Brennkammeraufbau 16, einen Turbinenabschnitt 18,
einen Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 und
einen Auslass 22 auf. Der Turbinenabschnitt 20 treibt
den Kompressorabschnitt 14 über eine oder mehrere nicht
dargestellte Wellen an. Die Nutzleistungsturbine 20 treibt
einen elektrischen Generator 26 über eine Welle 24 an.
Weiter kann die Nutzleistungsturbine 20 so angeordnet sein,
dass ein Antrieb für
andere Zwecke geliefert wird, beispielsweise für Pumpen oder Propeller. Die
Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerks 10 ist die übliche und
wird daher im Einzelnen nicht beschrieben.
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Der
Brennkammeraufbau 16 ist deutlicher in 2 dargestellt.
Der Brennkammeraufbau 16 umfasst mehrere, beispielsweise
neun, im gleichen Winkelabstand angeordnete Rohrbrennkammern 28.
Die Achsen der Rohrbrennkammern 28 erstrecken sich allgemein
in Radialrichtung. Die Einlässe
der Rohrbrennkammern 28 befinden sich an ihren radial äußersten
Enden, und ihre Auslässe
liegen an ihren radial innersten Enden.
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Jede
der Rohrbrennkammern 28 weist eine stromaufwärtige Wand 30 auf,
die an das stromaufwärtige
Ende einer Ringwand 32 angeschlossen ist. Der erste stromaufwärtige Abschnitt 34 der
Ringwand 32 definiert eine Primärverbrennungszone 36, ein
zweiter mittlerer Abschnitt 38 der Ringwand 32 definiert
eine Sekundärverbrennungszone 40 und
ein dritter stromabwärtiger
Abschnitt 42 der Ringwand 32 definiert eine Tertiärverbrennungszone 44.
Der zweite Abschnitt 38 der Ringwand 32 hat einen
größeren Durchmesser
als der erste Abschnitt 34 der Ringwand 32, und
in gleicher Weise hat der dritte Abschnitt 42 der Ringwand 32 einen
größeren Durchmesser
als der zweite Abschnitt 38 der Ringwand 32. Das
stromabwärtige
Ende des ersten Abschnitts 34 weist einen ersten kegelstumpfförmigen Abschnitt 46 auf,
der sich im Durchmesser nach einer Einschnürung 48 hin verjüngt. Ein
zweiter kegelstumpfförmiger Abschnitt 50 verbindet
die Einschnürung 48 und
das stromaufwärtige
Ende des zweiten Abschnitts 38. Das stromabwärtige Ende
des zweiten Abschnitts 38 weist einen dritten kegelstumpfförmigen Abschnitt 52 auf,
der sich im Durchmesser nach einer Einschnürung 54 hin verjüngt. Ein
vierter kegelstumpfförmiger Abschnitt 56 verbindet
die Einschnürung 54 mit
dem stromaufwärtigen
Ende des dritten Abschnitts 42.
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Die
stromaufwärtige
Wand 30 einer jeden Rohrbrennkammer 28 weist eine Öffnung 58 auf,
um Luft und Brennstoff in die Primärverbrennungszone 36 einzuführen. Ein
erster radialer Strömungsverwirbeler 60 ist
koaxial zu der Öffnung 58 vorgesehen, und
ein zweiter radialer Strömungsverwirbeler 62 liegt
koaxial zur Öffnung 58 in
der stromaufwärtigen Wand 30.
Der erste radiale Strömungsverwirbeler 60 liegt
bezüglich
der Achse der Rohrbrennkammer 28 axial stromab des zweiten
radialen Strömungsverwirbelers 62.
Der erste radiale Strömungsverwirbeler 60 weist
mehrere Brennstoffinjektoren 64 auf, von denen jeder in
einem Kanal angeordnet ist, der zwischen zwei Leitschaufeln des
radialen Strömungsverwirbelers 60 verläuft. Der
zweite radiale Strömungsverwirbeler 62 weist
mehrere Brennstoffinjektoren 66 auf, von denen ein jeder
in einem Kanal angeordnet ist, der zwischen zwei Leitschaufeln des
radialen Strömungsverwirbelers 62 verläuft. Der
erste und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 60 und 62 sind
derart angeordnet, dass sie die Luft in entgegengesetzten Richtungen
verwirbeln. Der erste und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 60 und 62 haben
eine gemeinsame Seitenplatte 70, und die Seitenplatte 70 besitzt
eine Mittelöffnung 72,
die koaxial zur Öffnung 58 in
der stromaufwärtigen
Wand 30 liegt. Die Seitenplatte 70 hat eine geformte
Ringlippe 74, die sich in Richtung stromab in die Öffnung 58 hinein
erstreckt. Die Lippe 74 definiert einen inneren Brennstoff/Luft-Mischkanal 76 für die Strömung der Brennstoff/Luft-Mischung
aus dem zweiten radialen Strömungsverwirbeler 62 in
die Primärverbrennungszone 36 und
sie definiert einen äußeren Primär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 78 für die Strömung des
Brennstoff/Luft-Gemischs aus dem ersten radialen Strömungsverwirbeler 60 in
die Primärverbrennungszone 36.
Die Lippe 74 lenkt die Brennstoff/Luft-Mischung, die aus
den ersten und zweiten radialen Strömungsverwirbelern 60 und 62 strömt, aus
einer Radialrichtung in eine Axialrichtung um. Der primäre Brennstoff
und die Luft werden in den Kanälen
zwischen den Leitschaufeln der ersten und zweiten radialen Strömungsverwirbeler 60 und 62 und
in den primären
Brennstoff/Luft-Mischkanälen 76 und 78 miteinander
vermischt. Die Brennstoffinjektoren 64 und 66 werden
mit Brennstoff aus den Primär-Brennstoffleitungen 68 gespeist.
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Für jede der
Rohrbrennkammern 28 ist ein ringförmiger Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 vorgesehen.
Jeder Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 verläuft in Umfangsrichtung um
die Primärverbrennungszone 36 der
entsprechenden Rohrbrennkammer 28. Jeder der Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanäle 80 wird
zwischen einer zweiten Ringwand 82 und einer dritten Ringwand 84 definiert.
Die zweite Ringwand 82 definiert das innere Ende des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80,
und die dritte Ringwand 84 definiert das äußere Ende
des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80.
Das axial stromaufwärtige
Ende 86 der zweiten Ringwand 82 ist an einer Seitenplatte
des ersten radialen Strömungsverwirbelers 60 festgelegt.
Die axial stromaufwärtigen
Enden von zweiter und dritter Ringwand 82 bzw. 84 liegen
im Wesentlichen in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Rohrbrennkammer 28.
Der Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 weist
einen Sekundär-Brennstoffeinlass 88 auf,
der radial zwischen dem stromaufwärtigen Ende der zweiten Ringwand 82 und
dem stromaufwärtigen Ende
der dritten Ringwand 84 definiert wird.
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Am
stromabwärtigen
Ende des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 sind
zweite und dritte Ringwand 82 bzw. 84 an dem zweiten
kegelstumpfförmigen
Abschnitt 50 festgelegt, und der zweite kegelstumpfförmige Abschnitt 50 ist
mit mehreren Öffnungen 90 ausgestattet.
Die Öffnungen 90 sind
so angeordnet, dass das Brennstoff/Luft-Gemisch in die Sekundärverbrennungszone 40 in
einer Richtung stromab nach der Achse der Rohrbrennkammer 28 geleitet
wird. Die Öffnungen 90 können kreisförmig oder
als Schlitze ausgebildet sein und sie haben eine gleiche Strömungsquerschnittsfläche.
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Der
Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 verjüngt sich
im Querschnitt vom Einlass 88 am stromaufwärtigen Ende
nach den Öffnungen 90 am stromabwärtigen Ende.
Die Form des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 erzeugt
eine beschleunigte Strömung
durch den Kanal 80, ohne dass irgendwelche Bereiche vorhanden
sind, wo eine Rezirkulationsströmung
auftreten kann.
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Ein
ringförmiger
Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 ist
für jede
Rohrbrennkammer 28 vorgesehen. Jeder Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 ist
in Umfangsrichtung um die Sekundärverbrennungszone 40 der
jeweiligen Rohrbrennkammer 28 herum angeordnet. Jeder der Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanäle 92 wird
zwischen einer vierten Ringwand 94 und einer fünften Ringwand 96 definiert.
Die vierte Ringwand 94 definiert das innere Ende des Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92 und
die fünfte
Ringwand 96 definiert das äußere Ende des Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92.
Die axial stromaufwärtigen
Enden der vierten und fünften
Ringwände 94 und 96 liegen
im Wesentlichen in der gleichen Ebene senkrecht zur Achse der Rohrbrennkammer 28.
Der Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 besitzt
einen tertiären
Lufteinlass 98, der radial zwischen dem stromaufwärtigen Ende
der vierten Ringwand 94 und dem stromaufwärtigen Ende der
fünften
Ringwand 96 definiert ist.
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Am
stromabwärtigen
Ende des Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92 sind
die vierte und die fünfte
Ringwand 94 bzw. 96 an dem vierten kegelstumpfförmigen Abschnitt 56 festgelegt,
und der vierte kegelstumpfförmige
Abschnitt 56 ist mit mehreren Öffnungen 100 ausgestattet.
Die Öffnungen 100 sind so
ausgebildet, dass sie das Brennstoff/Luft-Gemisch in die Tertiärverbrennungszone 44 in Richtung
stromab nach der Achse der Rohrbrennkammer 28 richten. Die Öffnungen 100 können kreisförmig oder
als Schlitze ausgebildet sein und sie haben eine gleiche Strömungsquerschnittsfläche.
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Der
Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 verjüngt sich
im Querschnitt vom Einlass 98 an seinem stromaufwärtigen Ende
nach den Öffnungen 100 an
seinem stromabwärtigen
Ende hin. Die Form des Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92 erzeugt eine
Beschleunigungsströmung
durch den Kanal 92, ohne dass irgendwelche Bereiche vorhanden
sind, wo eine Rezirkulationsströmung
auftreten kann.
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Es
sind mehrere Sekundär-Brennstoffsysteme
102 vorgesehen,
um Brennstoff nach den Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanälen
80 jeder
Rohrbrennkammer
28 zu leiten. Das Sekundär-Brennstoffsystem
102 für jede Rohrbrennkammer
28 umfasst
eine Sekundär-Brennstoffleitung
104,
die koaxial zur Rohrbrennkammer
28 am stromaufwärtigen Ende
der Rohrbrennkammer
28 verläuft. Jede Sekundär-Brennstoffleitung
104 besitzt
mehrere, beispielsweise zweiunddreißig, von im gleichen Umfangsabstand
angeordneten sekundären
Brennstoffinjektoren
106. Jeder der sekundären Brennstoffinjektoren
106 weist
einen Hohlkörper
108 auf,
der sich axial bezüglich
der Rohrbrennkammer
28 von der Sekundär-Brennstoffleitung
104 in
Richtung stromab durch den Einlass
98 des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals
80 und
in den Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal
80 erstreckt.
Jeder Hohlkörper
108 erstreckt
sich in Richtung stromab längs
des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals
80 nach
einer Stelle, die genügend
weit vom Einlass
88 entfernt ist, wo keine Rezirkulationsströmungen in dem
Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal
80 infolge der
Luftströmung
in den Kanal
80 auftreten. Die Hohlkörper
108 besitzen
mehrere Öffnungen
109,
um Brennstoff in Umfangsrichtung auf die benachbarten Hohlkörper
108 zu
richten. Der Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal
80 und
die sekundären
Brennstoffinjektoren
106 sind im Einzelnen in unserer europäischen Patentanmeldung
EP0687864A beschrieben.
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Es
sind mehrere Tertiär-Brennstoffsysteme 110 vorgesehen,
um Brennstoff nach den Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanälen 92 einer
jeden Rohrbrennkammer 28 zu leiten. Das Tertiär-Brennstoffsystem 110 für jede Rohrbrennkammer 28 weist eine
Tertiär-Ringbrennstoffleitung 112 auf,
die außerhalb
eines Gehäuses 118 angeordnet
ist, die aber auch innerhalb des Gehäuses 118 liegen kann.
Jede Tertiär-Brennstoffleitung 112 besitzt
mehrere, beispielsweise zweiunddreißig, im gleichen Umfangsabstand
angeordnete tertiäre
Brennstoffinjektoren 114. Jeder tertiäre Brennstoffinjektor 114 weist
einen Hohlkörper 116 auf,
der sich anfänglich
radial und dann axial bezüglich
der Rohrbrennkammer 28 von der Tertiär-Brennstoffleitung 112 in Richtung
stromab durch den Einlass 98 des Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92 und
in den Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 hinein
erstreckt. Jeder Hohlkörper 116 erstreckt
sich in Richtung stromab längs des
Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 92 nach
einer Stelle, die genügend
weit vom Einlass 98 entfernt liegt, wo keine Rezirkulationsströmung in
dem Tertiär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 92 infolge
der Luftströmung
durch den Kanal 92 auftreten kann. Die Hohlkörper 116 besitzen
mehrere Öffnungen 117,
um Brennstoff in Umfangsrichtung nach den benachbarten Hohlkörpern 116 zu
richten.
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Wie
bereits vorstehend erörtert,
werden Brennstoff und Luft, die den Verbrennungszonen zugeführt werden,
vorgemischt und jede der Verbrennungszonen ist so ausgebildet, dass
eine magere Verbrennung stattfindet, um NOx-Abgase zu vermindern.
Die Produkte der Verbrennung aus der Primärverbrennungszone 36 strömen durch
die Einschnürung 48 in
die Sekundärverbrennungszone 40 und die
Verbrennungsprodukte von der Sekundärverbrennungszone 40 strömen durch
die Einschnürung 54 in
die Tertiärverbrennungszone 44.
Infolge von Druckfluktuationen in die Rohrbrennkammern 28 hinein
verstärkt
der Verbrennungsprozess die Druckfluktuationen aus den oben erwähnten Gründen und
es können
Bauteile des Gasturbinentriebwerks beschädigt werden, wenn sie eine
Eigenfrequenz eines Vibrationsmodus haben, die mit der Frequenz
der Druckfluktuationen zusammenfällt.
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Es
sind mehrere im gleichen Umfangsabstand angeordnete Übergangskanäle 118 vorgesehen
und jeder der Übergangskanäle 118 weist
einen kreisförmigen
Querschnitt an seinem stromaufwärtigen
Ende 120 auf. Das stromaufwärtige Ende 120 eines
jeden Übergangskanals 118 liegt
koaxial zum stromabwärtigen
Ende 122 einer entsprechenden Rohrbrennkammer 28,
und das stromabwärtige
Ende 124 einer jeden Rohrbrennkammer 28 und das stromabwärtige Ende 124 eines
jeden Übergangskanals 118 sind
dichtend mit einem Winkelabschnitt der Düsenleitschaufeln (nicht dargestellt)
verbunden.
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Jeder Übergangskanal 118 ist
mit einem Flansch 126 ausgerüstet, der eine oder mehrere Öffnungen 128 aufweist,
die hindurchstehen, wie dies deutlicher aus den 3 und 4 ersichtlich
ist. Ein einziger Dämpfungsring 130 ist
für den
Brennkammeraufbau derart vorgesehen, dass der Dämpfungsring 130 mit
jedem der Übergangskanäle 118 verbunden
ist. Im Einzelnen ist der Dämpfungsring 130 mit
einer Vielzahl von in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten axial
verlaufenden Gewindesacklöchem 132 in
dem Bereich nach dem radial äußersten
Ende versehen und mehrere in Umfangsrichtung im Abstand zueinander
angeordnete axial verlaufende Durchgangsöffnungen 134 befinden
sich in dem Bereich nach dem radial innersten Ende.
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Der
Dämpfungsring 130 ist
in dem Bereich zwischen den Übergangskanälen 118 und
dem Innengehäuse
der Brennkammer angeordnet. Der Dämpfungsring 130 ist
so ausgebildet, dass die größtmögliche Masse
innerhalb des verfügbaren Raumes
geschaffen wird.
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Der
Dämpfungsring 130 ist
mit den Durchgangsöffnungen 134 einer
genügenden
Zahl und einer genügenden
Abmessung derart versehen, dass der Dämpfungsring 130 nicht
die Strömung
der Kühlluft
nach den Düsenleitschaufeln
stört.
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Der
Dämpfungsring 130 muss
relativ zu den Übergangskanälen 118 gleiten,
um Vibrationen der Übergangskanäle 118 zu
dämpfen.
Demgemäß ist die
Oberfläche
des Dämpfungsringes 130,
die den Flansch 126 berührt,
mit einem verschleißfesten Überzug versehen.
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Der
Dämpfungsring 130 ist
mit jedem Übergangskanal 118 durch
eine oder mehrere Befestigungseinrichtungen 136 festgelegt.
Jede Befestigungseinrichtung 136 besteht aus einem Bolzen 138, einem
Abstandshalter 140, einer Feder 142 und einer Manschette 144.
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Der
Bolzen 138 ist durch eine der Öffnungen 128 im Flansch 126 des Übergangskanals 118 gesteckt
und in ein entsprechendes Gewindeloch 132 im Dämpfungsring 130 eingeschraubt.
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Der
Abstandshalter 140 ist zylindrisch und besitzt eine Bohrung 146,
die axial durchgeht, und ein Ende des Abstandshalters 140 ist
mit einem Flansch 148 versehen, der sich radial nach außen erstreckt.
Der Bolzen 138 ist außerdem
so angeordnet, dass er durch die Bohrung 146 im Abstandshalter 140 gesteckt
werden kann, und der Kopf 150 des Bolzens 138 ist
so angeordnet, dass er am Flansch 148 des Abstandshalters 140 anliegt.
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Die
Manschette 144 ist zylindrisch ausgebildet und besitzt
eine Bohrung 152 mit großem Durchmesser, die sich koaxial
hindurch erstreckt, und ein Ende der Manschette 144 ist
mit einem Flansch 154 versehen, der sich radial nach innen
erstreckt, um eine Öffnung 156 mit
kleinem Durchmesser zu bilden. Der Bolzen 138 wird durch
die Bohrung 152 und die Öffnung 156 in der
Manschette 144 gesteckt. Der Durchmesser des Abstandshalters 140 ist
kleiner als der Durchmesser der Öffnung 156 im
Flansch 154 der Manschette 144, so dass das Ende
des Abstandshalters 140, das dem Flansch 148 entgegengesetzt
liegt, durch die Öffnung 156 und
durch die Öffnung 128 im
Flansch 126 des Übergangskanals 118 treten
kann, um am Dämpfungsring 130 anzustoßen.
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Der
Außendurchmesser
des Flansches 148 des Abstandshalters 140 ist
kleiner als der Durchmesser der Bohrung 152 der Manschette 144,
so dass der Abstandshalter 140 in die Manschette 144 einpasst.
Die Feder 142 ist so angeordnet, dass sie am Flansch 148 des
Abstandshalters 140 und am Flansch 154 der Manschette 144 anliegt.
Der Flansch 154 auf der Manschette ist so angeordnet, dass
er am Flansch 126 des entsprechenden Übergangskanals 118 anliegt.
Die Stirnfläche
des Flansches 154 der Manschette 144 ist mit einem
verschleißfesten Überzug versehen.
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Die
Feder 142 kann von irgendeiner Bauart sein, die in der
Lage ist, hohen Betriebstemperaturen zu widerstehen, und die Feder
muss aus einem geeigneten Material hergestellt sein, das unter hohen Temperaturen
arbeitsfähig
ist. Die Manschette 144 ist so ausgebildet, dass sie den
größten Lagerbereich bildet,
der zwischen der Feder 142 und dem Flansch 126 des Übergangskanals 118 vorhanden
ist. Die Manschette 144 überführt die Belastung von der Feder 142 auf
den Flansch 126 des Übergangskanals 118.
Der Abstandshalter 140 ist so ausgebildet, dass das volle
Bolzendrehmoment aufgebracht werden kann, ohne die Arbeitsweise
des Dämpfungsringes 130 und
der Befestigungseinrichtung 136 bei der Bewegung unter
allen Triebwerksbedingungen zu stören. Der Abstandshalter 140 schafft
auch die Mittel für
eine Federreaktion gegen den Kopf des Bolzens 138.
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Ein
wichtiges Merkmal der Anordnung besteht darin, dass die Manschette 144 eine
Sekundärfunktion
durchführt
und ein Behältnis
für den
Bolzen 138, den Abstandshalter 140 und die Feder 142 bildet.
Der Abstandshalter 140 und die Feder 142 können überprüft werden,
bevor ein Einbau in den Brennkammeraufbau erfolgt. Dann wird das
Ende 158 der Manschette 144 derart verformt, dass
der Abstandshalter 140 und die Feder 142 innerhalb
der Manschette 144 gehalten werden und dies verhindert,
dass der Abstandshalter 140 und die Feder 142 im
Triebwerk während
der Montage oder der Demontage oder bei dem unwahrscheinlichen Fall
eines Federbruchs verlorengehen.
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Demgemäß weist
jede Befestigungseinrichtung 136 einen federbelasteten
Bolzen 138 auf, wobei der Bolzen 138 durch die
Feder 142 und den Flansch 126 des Übergangskanals 118 hindurchsteht und
in den Dämpfungsring 130 eingeschraubt
ist. Der Dämpfungsring 130 kann
an jedem Übergangskanal 118 durch
einen oder mehrere federbelastete Bolzen 138 festgelegt
werden. Die Federrate einer jeden Feder 142 kann so verändert werden,
dass eine Optimierung der Reibungskraft zustandekommt, um eine maximale
Dämpfung
der Übergangskanäle 118 zu erreichen.
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Die
Befestigungseinrichtung 136 hält eine Berührung zwischen dem Dämpfungsring 130 und dem
Flansch 126 am Übergangskanal 118 und
zwischen der Manschette 144 und dem Flansch 126 am Übergangskanal 118 aufrecht,
um die Reibkorrosion und die Abnutzung zu absorbieren, wodurch eine dauerhafte
und innige Verklemmung gewährleistet wird.
Die gesamte Abnutzung wird innerhalb der Arbeitslänge der
Feder 142 aufgenommen.
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Die
Befestigungseinrichtung 136 ist eine in sich abgeschlossene
Einheit, die vor Einbau in das Triebwerk zusammengefügt werden
kann. Die Feder 142 der Befestigungseinrichtung 136 ist
innerhalb der Manschette 144 enthalten, wodurch die Gefahr der
Freigabe fehlerhafter Komponenten in das Triebwerk vermindert wird.
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Der
Durchmesser jeder Öffnung 128 im Flansch 126 des Übergangskanals 118 ist
größer bemessen,
um zu gewährleisten,
dass ein Zwischenraum zwischen dem Abstandshalter 140 und
der Wand der Öffnung 128 unter
allen Triebwerkstoleranzen und allen Übergangserscheinungen und thermischen
Bedingungen verbleibt. Dies gewährleistet, dass
eine gesteuerte Reibung die Vibration der Übergangskanäle 118 dämpft, indem
die Berührung
zwischen der Wand der Öffnungen 128 im
Flansch 126 der Übergangskanäle 118 minimiert
wird.
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Wenn
im Betrieb des Gasturbinentriebwerks eine oder mehrere der Brennkammern 28 einen
Lärm erzeugen
und dies zu einer Vibration der Übergangskanäle 118 führt, wird
die Vibration der Übergangskanäle 118 durch
die Reibungsberührung
zwischen dem Dämpfungsring 130 und
den Flanschen 126 der Übergangskanäle 118 und
zwischen den Manschetten 144 und den Flanschen 126 der Übergangskanäle 118 gedämpft.
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5 zeigt
eine abgewandelte Befestigungseinrichtung 136B, die aus
einem einfachen Bolzen 138B und einer Feder 142B besteht,
wobei die Feder 142B gegen den Kopf des Bolzens 138B und
auf den Flansch 126 des Übergangskanals 118 wirkt.
Die Befestigungseinrichtung 136B arbeitet in gleicher Weise,
um die Vibrationen der Übergangskanäle 118 durch
Reibungsberührung
zwischen dem Dämpfungsring 130B und
den Flanschen 126 der Übergangskanäle 118 zu
dämpfen.
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Gemäß der vorstehenden
Beschreibung wurde der Übergangskanal
am Dämpfungsring
durch eine oder mehrere Befestigungseinrichtungen festgelegt. Es
ist jedoch in gewissen Fällen
auch möglich,
dass nicht alle der Übergangskanäle mit dem Dämpfungsring
verbunden sind. Es ist jedoch wesentlich, dass im Falle eines Dämpfungsringes
mehrere Übergangskanäle, d.h.
zwei oder mehrere, mit dem Dämpfungsring
durch Befestigungseinrichtungen verbunden sind.
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6 ist
eine Ansicht des Dämpfungsringes 130,
durch die Öffnungen 134 und
die Gewindelöcher 132 hindurch
gesehen. In diesem Fall werden zwei Gewindelöcher 132 benutzt,
um den Dämpfungsring 130 an
jedem der Übergangskanäle 118 durch
zwei Befestigungseinrichtungen 136 festzulegen, die durch
die Öffnungen 128 im
Flansch 126 des Übergangskanals 118 angeordnet
sind.
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7 zeigt
ein abgewandeltes Dämpfungsglied 130C.
Der Brennkammeraufbau 10 weist mehrere Dämpfungsglieder 130C auf,
und ein Dämpfungsglied 130C ist
für jeden Übergangskanal 118 vorgesehen.
Jedes Dämpfungsglied 130C ist
außerdem mit
mehreren axial durchgehenden Öffnungen 134C im
Bereich des radial inneren Endes versehen, und es sind mehrere axial
verlaufende Gewindesacklöcher 132C angeordnet.
Beispielsweise sind drei Gewindesacklöcher 132C vorgesehen,
die sämtlich den
gleichen Durchmesser besitzen.
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Der
Flansch 126C auf jedem Übergangskanal 118 ist
mit mehreren Öffnungen 128B, 128D und 128E versehen.
Die Öffnungen 128C, 128D und 128E sind
unterschiedlich. Die Öffnung 128C,
die Mittelöffnung
eines jeden Übergangskanals 118, nimmt
eine Befestigungseinrichtung 136 auf. Die Öffnung 128D eines
jeden Übergangskanals 118 nimmt einen
Bolzen 137 auf, der den gleichen Durchmesser wie der Bolzen 138 der
Befestigungseinrichtung 136 hat, so dass der Bolzen 137 in
der Öffnung 128D eine Befestigungseinrichtung
bildet, um das Dämpfungsglied 130C am Übergangskanal 118 festzulegen.
Die Öffnung 128E eines
jeden Übergangskanals 118 ist geschlitzt,
um einen Bolzen 139 aufzunehmen, der den gleichen Durchmesser
wie der Bolzen 138 der Befestigungseinrichtung 136 aufweist,
so dass der Bolzen 139 in der Öffnung 128E einen
Gleitaufbau bildet, der eine Relativbewegung zwischen dem Dämpfungsglied 130C und
dem Übergangskanal 118 ermöglicht.
Die Öffnung 128E ermöglicht eine
relative thermische Ausdehnung in tangentialer Richtung.
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Diese
Anordnung arbeitet in ähnlicher
Weise wie die anderen Ausführungsbeispiele
insofern, als die Vibration eines jeden Übergangskanals 118 durch Reibungsberührung zwischen
dem Dämpfungsglied 130C und
den Flanschen 126 des jeweiligen Übergangskanals 118 und
zwischen den Manschetten 144 und den Flanschen 126 der Übergangskanäle 118 gedämpft wird.
Der Vorteil der Anordnung, bei der jeder Übergangskanal 118 mit
seinem eigenen Dämpfungsglied 130C ausgestattet
ist, besteht darin, dass jeder Übergangskanal 118 auf
einfache Weise mit seinem Dämpfungsglied 130C abgebaut
werden kann, anstatt die Übergangskanäle 118 vom
Dämpfungsring 130 abzubauen,
um den Übergangskanal 118 zu
demontieren.
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Die
Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit Übergangskanälen beschrieben, die Flansche
aufweisen, damit die Befestigungseinrichtungen die Übergangskanäle mit dem
Dämpfungsring verbinden
können,
jedoch können
die Übergangskanäle auch
mit Ansätzen
oder anderen geeigneten Strukturen versehen werden, um die Möglichkeit
zu schaffen, dass die Befestigungseinrichtungen die Übergangskanäle am Dämpfungsring
festlegen.