EP1302723A1

EP1302723A1 - Auskleidung für Innenwände von Brennkammern

Info

Publication number: EP1302723A1
Application number: EP01124603A
Authority: EP
Inventors: Milan Schmahl; Christine Dr. Taut; Marc Tertilt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2003-04-16
Also published as: CN100498076C; JP2003176915A; US6840047B2; US20030079475A1; CN1412476A

Abstract

Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, an einer Auskleidung für Innenwände von Brennkammern mit unter Spaltbelassung an der Innenwand anzuordnenden, im wesentlichen plattenförmigen Abschirmelementen (1), eine effiziente Abdichtung gegen Eindringen von Heißgasen durch Verwendung von in den Spalt (2) zwischen benachbarten Abschirmelementen einsetzbare Strömungsbarrieren (3), unter Verwendung wirtschaftlich bereitstehender Mittel, einzubringen. Die erfindungsgemäße Einführung der Strömungsbarrieren bewirkt die Senkung des Luftbedarfs. Die Senkung des Luftbedarfs wirkt sich positiv auf die Stabilität der Brennerflammen, die Effektivität der Maschine und die Schadstoffemissionen aus und ermöglicht eine weitere Leistungssteigerung unter Einhaltung maximal gegebener Materialtemperaturen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auskleidung für Innenwände von Brennkammern mit unter Spaltbelassung an der Innenwand anzuordnenden, im wesentlichen plattenförmigen Abschirmelementen. Weiterhin betrifft die Erfindung Strömungsbarrieren zum Einsatz in entsprechenden Auskleidungen.

Auskleidungen für Innenwände von Brennkammern, insbesondere auch solche für Gasturbinen, auf welche sich die vorliegende Erfindung auch bezieht, sind an sich bekannt. Die Brennkammern werden mit im wesentlichen plattenförmigen Abschirmelementen ausgekleidet, welche temperaturbeständig sind und wobei "plattenförmig" die Grunddimension beschreibt. Die Abschirmelemente können auch als Hohlelemente ausgebildet sein. Um unterschiedliche bzw. instationäre Wärmeausdehnungen aufnehmen zu können, werden üblicherweise zwischen benachbarten Abschirmelementen Spalte belassen. Da in diese Spalte aus der Brennkammer stammendes Heißgas eintreten kann, was zur Überhitzung an Abschirmelementen, Halteelementen oder der Brennkammerwand führen kann, ist es bekannt, zwischen Brennkammerwand und Abschirmelementen Sperrluft einzuführen, so daß die Spalte gegen Heißgaseinzug gesperrt sind.

Ein Teil der Sperrluft wird zur Kühlung der Abschirm- bzw. Befestigungselemente benötigt. Der Mindestluftverbrauch ist durch die zur Kühlung der Abschirm- und Befestigungselemente notwendige Luftmenge definiert. Im Idealfall sollte diese zur Kühlung benötigte Luftmenge auch zur Sperrung der Spalte ausreichen. Die Sperrung der technisch bedingt erforderlichen Spalte (Wärmedehnung stationär und instationär, Fertigungstoleranzen, Montageerfordernisse) zwischen den Abschirmelementen erfordert jedoch erheblich höhere Luftmengen. Der Luftbedarf ist somit direkt von der Spaltfläche abhängig.

Weiterhin bildet sich im Inneren der Brennkammer ein Druckund Temperaturfeld aus. Bei der Bemessung des Luftbedarfs muss dieses Druck- und Temperaturfeld berücksichtigt werden. Dadurch sind lokal höhere Luftmengen erforderlich. Die vorgeschlagene Strömungsbarriere verringert die Spaltfläche und ermöglicht somit eine erhebliche Reduktion des Luftbedarfs. Zudem wird der Luftbedarf von Druck- und Temperaturfeld weitgehend entkoppelt, was ein weiteres Einsparpotential erschließt.

Die Senkung des Luftbedarfs wirkt sich positiv auf die Stabilität der Brennerflammen, die Effektivität der Maschine und die Schadstoffemissionen aus und ermöglicht eine weitere Leistungssteigerung unter Einhaltung maximal gegebener Materialtemperaturen.

Ausgehend vom vorbeschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Auskleidung für Innenwände von Brennkammern mit unter Spaltbelassung an der Innenwand anzuordnenden, im wesentlichen plattenförmigen Abschirmelementen bereitzustellen, welche durch eine effiziente Abdichtung das Einwandern von Heißgasen unter Verwendung wirtschaftlich bereitstehender Mittel vermeidet.

Zur technischen Lösung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß in einen Spalt zwischen benachbarten Abschirmelementen einsetzbare Strömungsbarrieren verwendet werden.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Strömungsbarrieren kann einerseits ein Einwandern von Heißgas in den Bereich zwischen Abschirmelementen und Brennkammerwandung wirksam verhindert werden, zum anderen kann die in diesem Bereich geführte Kühlluft gezielt eingesetzt werden, da sie nun nicht mehr über offene Spalte austritt. Damit reduziert sich die Sperrwirkungs-Notwendigkeit nur noch auf solche Spaltbereiche, an welchen keine Strömungsbarrieren eingesetzt sind.

Insbesondere wird nur sehr wenig Luft für Sperrluft benötigt, wodurch sich ein erheblicher wirtschaftlicher Nutzen erschließt.

In erfindungsgemäßer Weise wird die Strömungsbarriere durch flexible, temperaturbeständige Dichtelemente gebildet, die in vorteilhafter Weise porös sind. Durch die Porösität ergibt sich die Möglichkeit der Kühlung der Dichtelemente.

Weiterhin wird mit Vorteil vorgeschlagen, daß die Dichtelemente streifenförmig ausgebildet sind und somit zur Spaltabdichtung gut einsetzbar sind. In vorteilhafter Weise können die Dichtelemente aus Materialgemenge wie Drahtgewirke, Drahtgestricke, Drahtgemenge, Fasergemenge, Gewebe, Keramikgewebe und dergleichen gebildet werden.

Auch ist es möglich, schlauchförmige Dichtelemente auszubilden und diese nach Bedarf mit entsprechendem Material zu verfüllen.

In vorteilhafter Weise werden die Dichtelemente mittels Haltern in den Spaltbereich positioniert und dort fixiert.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Vorschlag sind die Seitenkanten der Abschirmelemente mit Nuten versehen, so daß sich streifenförmige Dichtelemente in den Nuten und damit die Spalte verdeckend positionieren lassen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf neuartige Strömungsbarrieren für den Einsatz in Spalten zwischen Abschirmelementen von Brennkammerinnenwänden. Derartige Strömungsbarrieren ermöglichen eine effiziente und gezielte Kühlung, reduzieren den Sperrluftbedarf und wirken sich auf eine höhere Flammenstabilität sowie die Möglichkeit, die Brennkammer mit verringerter Flammentemperatur zu betreiben, aus.

Die Erfindung läßt sich mit geringem wirtschaftlichen Aufwand unter Verwendung geeigneter Materialien realisieren. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine Draufsicht auf eine Abschirmelementanordnung mit schematisch dargestellten Strömungsbarrieren;
Fig. 2: eine Schnittansicht entlang Linie II-II gemäß Fig. 1;
Fig. 3: eine Schnittansicht gemäß III-III gemäß Fig. 1;
Fig. 4: eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels für ein Dichtelement;
Fig. 5: eine perspektivische Ansicht für eine alternative Ausführungsform eines Dichtelement-Trägers;
Fig. 6: eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform für ein Dichtelement;
Fig. 7: eine perspektivische Ansicht eines eingesetzten Dichtelementes gemäß Fig. 6;
Fig. 8: eine Schnittansicht mit Dichtelementen gemäß Fig. 6 und
Fig. 9: Schnittansichten durch mögliche Ausführungsvarianten von Dichtelementen gemäß Fig. 6

In den Fig. werden für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet.

Fig. 1 zeigt einen Grundaufbau von beispielsweise an der Innenwand einer Brennkammer angeordneten Abschirmelementen 1, zwischen denen sich Spalte 2 befinden, in welche gemäß der Erfindung Strömungsbarrieren 3 eingesetzt sind. Die Strömungsbarrieren können fest montierte Leitbleche, Düsenbleche, Materialgemenge, Kompositaufbauten und dergleichen sein.

Wie aus Fig. 2 erkennbar, sind in den Seitenkanten der Abschirmelemente 1 gemäß einer Ausführungsform Nuten 4 ausgebildet, in welche ein im wesentlichen stabförmiges Dichtelement 3 zur Bildung einer Strömungsbarriere eingesetzt ist. Das Dichtelement 3 weist Halter 5 auf, welche der Befestigung der Dichtelemente 3 dienen, beispielsweise um ein willkürliches Längsverschieben zu vermeiden. Fig. 3 zeigt eine entsprechende Seitenansicht.

Fig. 4 zeigt die Darstellung eines entsprechenden Dichtelementes. Bei diesem sind die Halter 5 mittels eines Halterankers 6, mit welchem sie einen T-förmigen Querschnitt bilden, in das Dichtelement eingesetzt. Das Dichtelement kann beispielsweise aus einem Gewebeschlauch, Keramik oder dergleichen bestehen, welches mit entsprechenden Füllmaterialien gefüllt ist. Auch können für die Verstärkung in Längsrichtung Streben vorgesehen sein. Fig. 9 zeigt mögliche Ausführungsvarianten des gefüllten Schlauches.

Gemäß Fig. 5 ist ein alternativer Halter gezeigt, welcher eine Dichtelementbasis 7 und Halter 8 umfaßt. Die Dichtelementbasis 7 kann nun entsprechend mit Material zum Abdichten versehen sein, beispielsweise mit einem Textilschlauch überzogen und befüllt, mit Gemenge versehen, mit Gewirk, Gestrick, Schaum oder dergleichen.

Fig. 6 zeigt einen Strang 9 aus einem Materialgemenge, beispielsweise Stahlwolle oder dergleichen, in einer länglichen Form, angedeutet durch die Hüllkurve 10. Gemäß Fig. 7 kann ein solcher Gemengestrang, Gewirkstrang oder dergleichen 9 in eine Nut 4 eines Abschirmelementes 1 eingesetzt und dort fixiert werden, beispielsweise durch Einpressen, Kleben, Verhaken oder dergleichen. Beim Aneinandersetzen von Abschirmelementen 1 ergibt sich dann im Spalt 2 die Abdichtung durch die aneinanderliegenden Gemengestränge 9, wie in Fig. 8 gezeigt. Diese parallele Anordnung zur Abdichtung des Spaltes in jeweils gegenüberliegenden Nuten in Abschirmelementen kann auf alle Ausführungsformen der Strömungsbarrieren (Gewebe-schlauch, Materialgemenge, Leitblech, Kompositaufbauten und dergleichen) angewendet werden.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung und sind nicht beschränkend.

Claims

Auskleidung für Innenwände von Brennkammern mit unter Spaltbelassung an der Innenwand anzuordnenden, im wesentlichen plattenförmigen Abschirmelementen (1),
gekennzeichnet durch in einen Spalt (2) zwischen benachbarten Abschirmelementen (1) einsetzbare Strömungsbarrieren (3).
Auskleidung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) durch flexible, temperaturbeständige Dichtelemente (3) gebildet wird.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) aus einem porösen Material gebildet ist.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere durch streifenförmige Elemente (3) gebildet ist.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere wenigstens teilweise aus einem Materialgemenge (9) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) wenigstens teilweise aus einem Gewebe gebildet ist.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) wenigstens teilweise aus Keramik gebildet ist.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) ein schlauchförmiges Element umfaßt.
Auskleidung aus einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) mittels Halteelementen (5) ortsfest positionierbar ist.
Auskleidung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmelemente (1) in Seitenkanten Nuten (4) zur Aufnahme von Strömungsbarrieren (3) aufweisen.
Strömungsbarriere (3, 9) für Auskleidungen für Innenwände von Brennkammern, bei welchen unter Spaltbelassung an der Innenwand der Brennkammer im wesentlichen plattenförmige Abschirmelemente (1) angeordnet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsbarriere (3) zum Einsetzen in einen Spalt (2) zwischen benachbarten Abschirmelementen (1) ausgebildet ist.