EP1880140A1 - Brennkammerwand, gasturbinenanlage und verfahren zum an- oder abfahren einer gasturbinenanlage - Google Patents

Brennkammerwand, gasturbinenanlage und verfahren zum an- oder abfahren einer gasturbinenanlage

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Publication number
EP1880140A1
EP1880140A1 EP06755116A EP06755116A EP1880140A1 EP 1880140 A1 EP1880140 A1 EP 1880140A1 EP 06755116 A EP06755116 A EP 06755116A EP 06755116 A EP06755116 A EP 06755116A EP 1880140 A1 EP1880140 A1 EP 1880140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
chamber wall
gas turbine
wall
outlet end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06755116A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claus Krusch
Jens Kleinfeld
Andreas Böttcher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP06755116A priority Critical patent/EP1880140A1/de
Publication of EP1880140A1 publication Critical patent/EP1880140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002—Wall structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F23M5/085—Cooling thereof; Tube walls using air or other gas as the cooling medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/60—Support structures; Attaching or mounting means

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber wall for a combustion chamber, in particular a combustion chamber outer wall for a Can combustion chamber or an annular combustion chamber with a combustion exhaust outlet enabling the exit of a hot combustion exhaust gas, wherein the combustion chamber wall comprises an outlet end surrounding the combustion chamber outlet.
  • the combustion chamber wall can be designed both as a support structure or a hot gas limitation against the hot gases occurring in a gas turbine plant.
  • the present invention relates to a gas turbine plant and a method for starting or stopping a gas turbine plant.
  • the outlet end of a combustion chamber wall in particular the outlet end of a combustion chamber outer wall of a gas turbine ⁇ combustion chamber (also called Aftend) heats up much slower during the starting than the rest of the combustion chamber itself.
  • the slower heating leads during the start-up phase to a lower thermal expansion of the combustion chamber wall at its outlet end compared to the other areas. If the outer wall is divided, then the outlet end may invaginate due to the different heating. Due to the different thermal expansion deformations occur, which can lead to high mechanical stresses at the outlet end.
  • the lower thermal expansion of the outlet end in a rotationally symmetrical combustion chamber with a circular outlet end leads to a constriction at the outlet end and thus to an ovalization of the combustion chamber cross section at the outlet end.
  • the high voltages occurring due to the uneven deformation can lead to damage of the supporting structure, in particular in the transition section between the outlet end and an adjacent region with passage openings for the passage of compressed air of the compressor mass flow through the combustion chamber wall.
  • axially symmetrical combustion chambers usually have two-part combustion chamber outer walls, which are screwed together along an axial outer line by means of screws.
  • the high mechanical stresses which occur when the gas turbine starts up in the transition region between the outlet end and the rest of the combustion chamber wall can exceed the load limit of the screw located directly at the outlet end. This screw can therefore be exposed to enormous bending loads, which can ultimately lead to the destruction of the screw.
  • the Turbinenleitschaufein of the first guide vane ring of the turbine in the outlet end of the internal chamber also ⁇ are integrated, for example.
  • the Turbinenleitschaufein of the first guide vane ring of the turbine in the outlet end of the internal chamber also ⁇ are integrated, for example.
  • Turbine blades at a ring combustion chamber in which the above-mentioned ovalization occurs, radially shift according to the ovalization. Therefore, large gaps must be kept between the exit end and the vanes to allow the vanes to shift to prevent the vanes from hitting the housing.
  • the size of the column is measured so according to occur during transient states of the gas turbine plant, and in particular when starting the gas turbine plant deformations of the outlet ⁇ end.
  • large gaps present problems in creating a sealing concept in the area of the transition between the turbine guide vane and the combustion chamber wall, which must be taken into account in the sealing concept.
  • large column that comparatively much working medium of the gas turbine plant can escape through the column. Since the escaping working medium for driving the turbine is lost, large gaps reduce the efficiency of the gas turbine plant.
  • the object of the present invention is therefore to provide a combustion chamber wall, in particular a combustion chamber outer wall, and a gas turbine plant with which the stated problems can be reduced.
  • Another object of the present invention is to provide a method for starting up a gas turbine plant in which the above-mentioned problems occur to a lesser degree.
  • the first object is or a gas turbine plant according to claim 8 and the second object is achieved by a combustor wall according to claim 1. ⁇ by a method of starting a gas turbine plant according to claim. 11
  • the dependent claims contain advantageous embodiments of the combustion chamber wall and the method.
  • combustion-chamber wall for a combustion chamber with the exit of a hot combustion exhaust gas ⁇ possible combustor exit end, that a heating and / or cooling device is provided to a combustor exit surrounding outlet end which riervorides with a ⁇ Tempe.
  • the combustion chamber wall may in particular be designed to form a combustion chamber outer wall either alone or in conjunction with at least one further combustion chamber wall.
  • the present invention is based on the realization that the difference in temperature between the outlet end and the combustion chamber wall can be reduced when the egress ⁇ end of the combustion chamber wall is heatable, thus heated or cooled, configured. Temperature differences between the outlet end and the adjacent remaining regions of the combustion chamber wall can thus be equalized. The reduction of the temperature difference leads to a ⁇ An equation of thermal expansion and hence to a reduction of the stresses in the transition area. As a result, the relative gaps between the exit end and guide vanes attached thereto can be reduced, thereby increasing the efficiency of the gas turbine plant.
  • the tempering that is, the heating or cooling of the outlet end can be structurally relatively simply achieved in that the temperature control device for the outlet end fluid channels includes channels which are in contact with a Temperiertluidzussel, ie a dressedfluidzuschreib and / or a cooling fluid supply.
  • the Temperiertluid the Ver ⁇ dense mass flow or a part of the compressor mass flow. If air from the compressor mass flow is used as tempering fluid, then it is possible in a particularly simple and elegant manner to bring about an approximation of the temperature of the outlet end to the immediately adjacent regions of the combustion chamber wall.
  • Combustion chambers often have a rotational symmetry, so ⁇ they have an axial direction and a circumferential direction.
  • the axial direction would be given by the axis of the turbine shaft, in a silo combustion chamber, however, by the flow direction of the combustion gases in the combustion chamber.
  • an axial direction and a circumferential direction can also be specified for the combustion chamber walls from which these combustion chambers are constructed.
  • the fluid channels may extend at least partially axially through the exit end in such a combustion chamber wall.
  • the combustion chamber wall has an outer side which faces after installation in a gas turbine plant, in particular the Brennkam ⁇ merplenum the system and an inner side, facing the combustor interior.
  • fluid passages which are provided to the outside of the combustion chamber wall open towards openings, ie with openings which open after installation in a gas turbine plant in the Brennschplenum.
  • fluid channels are provided with opening to the combustion chamber interior openings, which are fluidly connected to the opening into the Brennschplenum openings. The fluidic connection of said openings makes it possible to direct the temperature control fluid after flowing through the outlet end of the combustion chamber wall in flow channels, which are formed between the combustion chamber wall and towards the combustion chamber interior upstream heat shield elements.
  • this embodiment can achieve cooling of the heat shield elements in the region of the combustion chamber adjoining the outlet end, in particular in stationary gas turbine states. In the case of combustion chamber walls according to the prior art, this would only be possible with great effort.
  • a failure of the seal would lead to a leakage mass flow with which further operation of the gas turbine plant would not be possible.
  • the seal can be arranged between the openings of the fluid channels opening into the combustion chamber plenum and the combustion chamber exit, without departing from the proven sealing concept.
  • the combustion chamber wall according to the invention can in particular be equipped as a combustion chamber outer wall of an annular combustion chamber for gas turbine plants.
  • a gas turbine according to the invention ⁇ system then comprises a plenum having at least one combustion chamber therein and a combustion chamber of the combustion chamber fluidically downstream turbine stage.
  • the combustion chamber has at least one combustion chamber wall according to the invention.
  • the combustion chamber wall can also be arranged in a Can combustion chamber.
  • the combustion chamber wall comprises fluid channels, which have openings opening into the combustion chamber plenum on the outside of the combustion chamber wall.
  • this can be realized, for example., By providing all the fluid channels additional openings, which open into a groove which is to face in one of a turbine stage portion of the outlet end EXISTING ⁇ . By covering the groove by means of a cover member, a flow channel is formed.
  • the openings arranged in the outside of the combustion chamber wall and the fluid catalytic converter Ducts can then flow compressor air from the Brennschplenum in the groove.
  • the compressor air can then be forwarded by further fluid channels and the openings facing the interior of the combustion chamber in the direction of the interior of the combustion chamber.
  • the Brennschplenum can be sealed in this embodiment against the turbine stage by a the discharge end of the combustion chamber wall tightly surrounding Dich ⁇ tion.
  • the seal surrounds the outlet ⁇ end in the region between the portion of the turbine stage is to face the outlet end and opening into the combustion chamber plenum openings of the fluid channels. It can in particular be arranged between an exit end of the combustion chamber wall vice ⁇ reproduced turbine guide vane and the outlet end of the combustion chamber wall.
  • the outlet end is tempered during the startup or shutdown process.
  • Tempering of the discharge end reduces the Verformun ⁇ gene and tensions in the transitional region between the outlet end and the rest of the combustion chamber wall.
  • a radial sym metrical combustion chamber wall such as the combustion chamber outer wall of an annular combustion chamber
  • ovalization can be reduced.
  • the reduction of ovalization also leads to a reduction of the relative gap between the combustion chamber wall and attached to it ⁇ screwed Turbinenleitschaufein, thereby cooling concepts can be easily realized.
  • the efficiency of the gas turbine plant is increased and there is a lower Be ⁇ burden of arranged in the vicinity of the outlet end screws for screwing combustion chamber half walls together.
  • the temperature control of the outlet end can be achieved ⁇ who, that a tempering fluid is passed through the outlet end angeord ⁇ designated fluid channels. As the temperature- ⁇ particular a part of the compressor mass flow can be passed through the fluid channels at least.
  • Both the combustion chamber wall according to the invention and the method according to the invention lead overall to an increase in the service life of the combustion chamber support structure in the region of the combustion chamber exit and to a reduction in the load of heat shielding elements arranged in this area on the inside of the combustion chamber wall.
  • Fig. 1 shows a gas turbine plant in a partially ge ⁇ cut side view.
  • Fig. 2 shows the combustion chamber of a gas turbine plant in a sectional side view.
  • Fig. 3 shows the outlet end of a combustion chamber outer wall in detail in a sectional perspective view.
  • Fig. 4 shows a section of the outlet end of the combustion ⁇ chamber in a simplified perspective view.
  • FIG. 6 shows the outlet end of the combustion chamber shown in perspective in FIG. 3 in a plan view of the sectional plane.
  • 1 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular ring ⁇ combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arrange ⁇ th burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 106 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the vanes 130 are secured to an inner shell 138 of a stator 143, whereas the vanes 120 of a row 125 are mounted to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ⁇ seals.
  • the be at the turbine end of the compressor 105 ⁇ compressed air provided to the burners will lead 107 ge ⁇ where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 relaxes on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106.
  • the annular combustion chamber 110 comprises a combustion chamber outer wall 54 and combustion chamber inner wall 64 which delimits the combustion chamber 51 in the direction of the shaft 8.
  • heat shield elements 56 which are located upstream of the combustion chamber interior, can also be seen. The heat shield elements 56 not only serve to protect the combustion chamber walls 54, 64 from excessive thermal stress during operation of the gas turbine installation , but also to guide the expanding hot combustion exhaust gases to the combustion chamber exit 55.
  • flow channels 57 are formed, through which a cooling medium for cooling the heat shield elements 56 is passed.
  • the cooling medium passes through the passage openings 58 in the combustion chamber outer wall 54, which are arranged in the vicinity of the Brennkam ⁇ merausgangs 55 (see Fig. 3), in the flow ⁇ channel 57 between the combustion chamber outer wall 54 and 56 of the hit ⁇ zeschildianan and flows to either the Burner 52, where it is mixed with the supplied fuel for combustion or is introduced through gaps between the heat shield ⁇ elements 56 directly into the combustion chamber 110 to to block the column against the penetration of the hot combustion gases.
  • compressor air is used, i. at least a portion of the compressor mass flow is introduced via the combustor plenum 53 through the supply ports 58 into the flow passage 57 between the heat shield elements 56 and the combustion chamber outer wall 54.
  • the compressed air is usually already preheated, on the one hand due to the compression process and on the other ⁇ possibly also by a preheater, is transferred via the heat of the exiting the turbine stage 112 exhaust gas to the compressed air.
  • preheating takes place by means of a preheater, less waste heat from the gas turbine process is uselessly lost, so that the efficiency of the gas turbine plant can be increased.
  • pollutant emissions can be reduced by air preheating.
  • the temperature of the compressed air is still low, so that it can serve well as a cooling fluid.
  • heating channels 60, 61 are ⁇ arranged in the outlet end, which flows through the compressor mass flow (see Figures 3 to 6).
  • Some of the heating channels 61 have openings 63 in the region of the outlet end 59 facing the combustion chamber plenum 53 and openings 64 in the section 65 of the outlet end 59 facing the turbine stage 112.
  • FIG. 5 shows a section through the outlet end 59 along the line AA shown in FIG.
  • the turbine stage 112 facing portion 65 of the outlet end 59 is provided with an extending in the circumferential direction of the combustion chamber wall 54 profile groove 67, in the groove bottom 68, the openings 64 are arranged.
  • the pro ⁇ filnut 67 can be covered with a cover plate 69, wherein the profile of the profile groove 67 is selected such that between the groove bottom 68 and the cover plate, a flow ⁇ channel 70 is formed.
  • heating channels 60 are fluidically connected to the heating channels 61 - and thus the Brenncroplenum 53 opening out openings 63 with the opening to the combustion chamber openings 66th
  • the flow profile 71 of the compressor mass flow as heating fluid is indicated in FIG. 3 by arrows.
  • the compaction ⁇ termassenstrom enters through the Brennschplenum 53 facing openings 63 in the heating channels 61, flows through them and passes through the arranged in the groove bottom openings 64 from the heating channels 61 and into the flow channel 70 on. There, the compressor mass flow is deflected by the cover plate 69 (not shown in FIG. 3) so that it enters the heating channels 60 through the openings 64 of the heating channels 60.
  • the compressor mass flow After flowing through the heating channels 60, the compressor mass flow enters through the openings 66 opening into the interior of the combustion chamber into the flow channels 57 formed between the combustion chamber outer wall 54 and the heat shield elements 56, where it can be used to cool the heat shield elements 56, in particular in stationary gas turbine states. It can then be forwarded to the burner or introduced into the combustion chamber 110 via exit openings in heat shield elements 56 or gaps between heat shield elements 56.
  • the warmed through the exit end flowing pre ⁇ as described compressor mass flow leads to that the outlet end 59 of the combustion chamber outer wall 54 heats up faster the startup of the gas turbine plant, than without the presence ⁇ be of heating channels 60, 61.
  • the temperature difference Zvi ⁇ rule the outlet end 59 and the are adjacent portions of the combustion chamber outer wall 54 may in the first minutes of starting process so reduced and mechanical clamping ⁇ voltages at the transition from the flange of the outlet end 59 to the adjacent areas of the combustion chamber outer wall 54 can be reduced.
  • the outlet end 59 of the combustion chamber wall 54 is surrounded by Turbi ⁇ nenleitschaufelitati 114 of the turbine stage 112.
  • Turbi ⁇ nenleitschaufelitati 114 engages in a circumferential groove 119 of the combustion chamber wall 54.
  • a gasket 116 which extends around the entire circumference of the combustion chamber wall 54.
  • This sealing concept is used in particular in gas turbine plants with combustion chamber walls without fluid channels for controlling the temperature of the outlet end 59 and can be adopted without modification for gas turbine plants with combustion chamber walls according to the invention.
  • Existing experiences regarding the assembly, maintenance and dimensioning of the seal can be taken over.
  • a good sealing performance can be ensured.
  • the said alternative flow paths can also be combined with one another, for example by dividing the outlet end 59 into sections along the circumference of the combustion chamber outer wall 54, in each of which one of the described flow paths is realized.

Landscapes

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Abstract

In einer Brennkammerwand (54) für eine Brennkammer (110) mit einem den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases er- möglichenden Brennkammerausgang (55), wobei die Brennkammerwand (54) ein den Brennkammerausgang (55) 10 umgebendes Austrittsende (59) umfasst, ist das Austrittsende (59) mit einer Temperiervorrichtung (60) versehen.

Description

Beschreibung
Brennkammerwand, Gasturbinenanlage und Verfahren zum An- oder Abfahren einer Gasturbinenanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammerwand für eine Brennkammer, insbesondere eine Brennkammeraußenwand für eine Can-Brennkammer oder eine Ringbrennkammer mit einem den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases ermöglichenden Brennkammerausgang, wobei die Brennkammerwand ein den Brennkammerausgang umgebendes Austrittsende umfasst. Die Brennkammerwand kann sowohl als eine Tragstruktur oder eine Heißgasbegrenzung gegen die in einer Gasturbinenanlage vorkommenden Heißgase ausgestaltet sein. Daneben betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenanlage sowie ein Verfahren zum Anfahren oder Abfahren einer Gasturbinenanlage.
Das Austrittsende einer Brennkammerwand, insbesondere das Austrittsende einer Brennkammeraußenwand einer Gasturbinen¬ brennkammer (auch Aftend genannt) erwärmt sich während des Anfahrvorganges wesentlich langsamer als der Rest der Brennkammerwand selbst. Die langsamere Erwärmung führt während der Anfahrphase zu einer geringeren thermischen Ausdehnung der Brennkammerwand an ihrem Austrittsende im Vergleich zu den übrigen Bereichen. Ist die Außenwand geteilt, so kann sich das Austrittsende auf Grund der unterschiedlichen Erwärmung nach innen einstülpen. Durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung entstehen Verformungen, die zu hohen mechanischen Spannungen am Austrittsende führen können. Beispielsweise führt die geringere thermische Ausdehnung des Austrittsendes in einer rotationssymmetrischen Brennkammer mit kreisförmigem Austrittsende zu einer Einschnürung am Austrittsende und damit zu einer Ovalisierung des Brennkammerquerschnittes am Austrittsende . Die aufgrund der ungleichmäßigen Verformung auftretenden hohen Spannungen können insbesondere im Übergangsabschnitt zwischen dem Austrittsende und einem angrenzenden Bereich mit Durchtrittsöffnungen zum Durchtritt von verdichteter Luft des Verdichtermassenstroms durch die Brennkammerwand zu einer Beschädigung der tragenden Struktur führen.
Hinzu kommt, dass axialsymmetrische Brennkammern in der Regel zweigeteilte Brennkammeraußenwände aufweisen, die entlang einer axialen Außenlinie mittels Schrauben miteinander verschraubt sind. Die beim Anfahren der Gasturbine im Übergangsbereich zwischen dem Austrittsende und dem Rest der Brennkammerwand entstehenden hohen mechanischen Spannungen können die Belastungsgrenze der unmittelbar am Austrittsende gelegenen Schraube überschreiten. Diese Schraube kann daher enormen Biegebelastungen ausgesetzt sein, die letztendlich zur Zerstörung der Schraube führen können.
Häufig sind zudem die Turbinenleitschaufein des ersten Leitschaufelkranzes der Turbine in das Austrittsende der Brenn¬ kammer integriert, bspw. indem sie mit dem Austrittsende von Brennkammerwänden, insbesondere mit dem Austrittsende von Brennkammeraußenwänden, verschraubt sind. Eine Verformung des Austrittsendes führt zu einer Verschiebung dieser Leitschaufeln. Beispielsweise würden sich die
Turbinenschaufeln bei einer Ringbrennkammer, bei der die oben genannte Ovalisierung auftritt, entsprechend der Ovalisierung radial verschieben. Es müssen daher große Spalte zwischen dem Austrittsende und den Leitschaufeln vorgehalten werden, damit sich die Leitschaufeln verschieben können, damit die Schaufeln nicht an das Gehäuse anschlagen. Die Größe der Spalte bemisst sich dabei nach den bei transienten Zuständen der Gasturbinenanlage und insbesondere beim Anfahren der Gasturbinenanlage auftretenden Verformungen des Austritts¬ endes. Große Spalte bereiten jedoch Probleme beim Erstellen eines Dichtungskonzeptes im Bereich des Übergangs zwischen den Turbinenleitschaufein und der Brennkammerwand, die beim Dichtungskonzept berücksichtigt werden müssen. Zudem bedeuten große Spalte, dass vergleichsweise viel Arbeitsmedium der Gasturbinenanlage durch die Spalte austreten kann. Da das austretende Arbeitsmedium für das Antreiben der Turbine verloren ist, senken große Spalte den Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Brennkammerwand, insbesondere eine Brennkammeraußenwand, und eine Gasturbinenanlage zur Verfügung zu stellen, mit der sich die genannten Probleme verringern lassen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Anfahren einer Gasturbinenanlage zur Verfügung zu stellen, in welchem die oben genannten Probleme in weniger gravierendem Maße auftreten.
Die erste Aufgabe wird durch eine Brennkammerwand nach An¬ spruch 1 bzw. eine Gasturbinenanlage nach Anspruch 8 und die zweite Aufgabe durch ein Verfahren zum Anfahren einer Gasturbinenanlage nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Brennkammerwand bzw. des Verfahrens.
Eine erfindungsgemäße Brennkammerwand für eine Brennkammer mit einem den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases er¬ möglichenden Brennkammerausgang umfasst ein den Brennkammerausgang umgebendes Austrittsende, welches mit einer Tempe¬ riervorrichtung, also einer Heiz- und/oder Kühlvorrichtung versehen ist. Die Brennkammerwand kann insbesondere zum Bilden einer Brennkammeraußenwand entweder alleine oder in Verbindung mit wenigstens einer weiteren Brennkammerwand ausgebildet sein.
In Brennkammerwänden nach dem Stand der Technik beruht die Tatsache, dass sich das Austrittsende der Brennkammerwand langsamer als der Rest der Wand erwärmt, darauf, dass die Brennkammerwand außer im Bereich des Austrittsendes vom Verdichtermassenstrom, also von Luft aus dem Verdichter der Gasturbinenanlage, umströmt wird. Die der Brennkammerwand zugeführte Verdichterluft ist jedoch vorgewärmt, sodass der Verdichtermassenstrom zu Beginn des Anfahrvorganges eine Erwärmung der von ihm umströmten Bereiche der Brennkammerwand herbeiführt. Das nicht umströmte Austrittsende erfährt dage¬ gen keine Erwärmung durch den Verdichtermassenstrom.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Austrittsende und der Brennkammerwand verringert werden kann, wenn das Austritts¬ ende der Brennkammerwand temperierbar, also beheizbar oder kühlbar, ausgestaltet ist. Temperaturunterschiede zwischen dem Austrittsende und den angrenzenden übrigen Bereichen der Brennkammerwand lassen sich so einander angleichen. Die Verringerung des Temperaturunterschiedes führt zu einer An¬ gleichung der thermischen Ausdehnung und damit zu einer Verringerung der Spannungen im Übergangsbereich. Als Folge können die Relativspalte zwischen dem Austrittsende und daran befestigten Leitschaufeln reduziert und damit der Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage erhöht werden.
Das Temperieren, also das Heizen oder Kühlen des Austrittsendes lässt sich konstruktiv relativ einfach dadurch erreichen, dass die Temperiervorrichtung für das Austrittsende Fluidka- näle umfasst, welche mit einer Temperiertluidzufuhr, also einer Wärmefluidzufuhr und/oder einer Kühlfluidzufuhr in Verbindung stehen. Vorzugsweise ist das Temperiertluid der Ver¬ dichtermassenstrom oder ein Teil des Verdichtermassenstroms. Wenn Luft aus dem Verdichtermassenstrom als Temperiertluid Verwendung findet, so lässt sich damit in besonders einfacher und eleganter Weise eine Angleichung der Temperatur des Austrittsendes an die unmittelbar angrenzenden Bereiche der Brennkammerwand herbeiführen.
Brennkammern weisen häufig eine Rotationssymmetrie auf, so¬ dass sie eine Axialrichtung und eine Umfangsrichtung besitzen. In der Ringbrennkammer einer Gasturbine wäre bspw. die Axialrichtung durch die Achse der Turbinenwelle gegeben, in einer Silobrennkammer dagegen durch die Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase in der Brennkammer. Entsprechend kann auch bei den Brennkammerwänden, aus denen diese Brennkammern aufgebaut sind, ebenfalls eine Axialrichtung und eine Umfangs- richtung angegeben werden. Die Fluidkanäle können sich in einer derartigen Brennkammerwand wenigstens zum Teil in Axialrichtung durch das Austrittsende erstrecken.
Die Brennkammerwand weist eine Außenseite auf, die nach dem Einbau in eine Gasturbinenanlage insbesondere dem Brennkam¬ merplenum der Anlage zugewandt ist sowie eine Innenseite, die dem Brennkammerinneren zugewandt ist. In der Brennkammerwand sind dann Fluidkanäle vorhanden, die zur der Außenseite der Brennkammerwand hin offene Öffnungen versehen sind, d.h. mit Öffnungen, die nach dem Einbau in eine Gasturbinenanlage in das Brennkammerplenum münden. Außerdem sind Fluidkanäle mit zum Brennkammerinneren hin mündenden Öffnungen vorhanden, die mit den in das Brennkammerplenum mündenden Öffnungen strömungstechnisch verbunden sind. Das strömungstechnische Verbinden der genannten Öffnungen ermöglicht es, das Temperiertluid nach dem Durchströmen des Austrittsendes der Brennkammerwand in Strömungskanäle zu leiten, die zwischen der Brennkammerwand und zum Brennkammerinneren hin vorgelagerten Hitzeschildelementen gebildet sind. Wenn bspw. Verdichtermedium als Temperiertluid Verwendung findet, kann insbesondere bei stationären Gasturbinenzuständen durch diese Ausgestaltung eine Kühlung der Hitzeschildelemente im an das Austrittsende angrenzenden Bereich der Brennkammer erreicht werden. Bei Brennkammerwänden nach dem Stand der Technik wäre dies nur mit großem Aufwand zu realisieren.
Konstruktiv kann das strömungstechnische Verbinden bspw. dadurch erreicht werden dass alle Fluidkanäle außerdem Öffnun¬ gen aufweisen, welche in eine Nut münden, die in einem der Turbinenstufe einer Gasturbinenanlage zuzuwendenden Abschnitt des Austrittsendes angeordnet ist und die sich in Umfangs- richtung der Brennkammerwand erstreckt. Die Nut ist mit wenigstens einem Abdeckelement abzudecken und bildet im abge- deckten Zustand zusammen mit dem Abdeckelement einen Strö¬ mungskanal. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, auf ein be¬ währtes Dichtkonzept zurückzugreifen, in dem eine Dichtung um das Austrittsende der Brennkammerwand herum angeordnet ist. Die Dichtung hat den Zweck, den Turbinenabschnitt der Gasturbinenanlage gegen den höheren Druck im Brennkammerplenum abzudichten. Ein Versagen der Dichtung würde zu einem Leckmassenstrom führen, mit dem ein weiterer Betrieb der Gasturbinenanlage nicht möglich wäre. Mit dem bewährten Dichtkonzept kann ein Versagen der Dichtung zuverlässig verhindert werden. Die Dichtung kann insbesondere zwischen den in das Brennkammerplenum mündenden Öffnungen der Fluidkanäle und dem Brennkammerausgang angeordnet werden, ohne vom bewährten Dichtkonzept abzuweichen.
Die erfindungsgemäße Brennkammerwand kann insbesondere als Brennkammeraußenwand einer Ringbrennkammer für Gasturbinenanlagen ausgestattet sein. Eine erfindungsgemäße Gasturbinen¬ anlage umfasst dann ein Brennkammerplenum mit wenigstens einer darin angeordneten Brennkammer und eine der Brennkammer strömungstechnisch nachgeschalteten Turbinenstufe. Die Brennkammer weist wenigstens eine erfindungsgemäße Brennkammerwand auf. Alternativ kann die Brennkammerwand auch in einer Can- Brennkammer angeordnet sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Gasturbinenanlage umfasst die Brennkammerwand Fluidkanäle, die an der Außenseite der Brennkammerwand in das Brennkammerplenum mündende Öffnungen aufweisen. Zudem weisen die Fluidkanäle zum Brennkammerinneren hin mündende Öffnungen auf, die mit den in das Brennkammerplenum mündenden Öffnungen strömungstechnisch verbunden sind. Konstruktiv kann dies bspw. realisiert werden, indem alle Fluidkanäle zusätzliche Öffnungen aufweisen, die in eine Nut münden, welche in einem einer Turbinenstufe zuzuwendenden Abschnitt des Austrittsendes vorhan¬ den ist. Durch Abdecken der Nut mittels eines Abdeckelements wird ein Strömungskanal gebildet. Durch die in der Außenseite der Brennkammerwand angeordneten Öffnungen und die Fluidka- näle kann dann Verdichterluft aus dem Brennkammerplenum in die Nut einströmen. Von der Nut aus kann die Verdichterluft dann durch weitere Fluidkanäle und die dem Inneren der Brennkammer zugewandten Öffnungen in Richtung auf das Innere der Brennkammer weitergeleitet werden. Das Brennkammerplenum kann in dieser Ausgestaltung gegen die Turbinenstufe durch eine das Austrittsende der Brennkammerwand dicht umgebende Dich¬ tung abgedichtet werden. Die Dichtung umgibt das Austritts¬ ende im Bereich zwischen dem der Turbinenstufe zuzuwendenden Abschnitt des Austrittsendes und den in das Brennkammerplenum mündenden Öffnungen der Fluidkanäle. Sie kann insbesondere zwischen einem das Austrittsende der Brennkammerwand umge¬ benden Turbinenleitschaufelträger und dem Austrittsende der Brennkammerwand angeordnet sein.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zum An- oder Abfahren einer Gasturbinenanlage mit einer Brennkammer, welche einen den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases ermöglichenden Brennkammerausgang und eine Brennkammerwand mit einem den Brennkammausgang umgebenden Austrittsende umfasst, erfolgt während des An- bzw. Abfahrvorgangs ein Temperieren des Austrittsendes .
Das Temperieren des Austrittsendes verringert die Verformun¬ gen und Spannungen im Übergangsbereich zwischen Austrittsende und dem Rest der Brennkammerwand. Im Falle einer radialsym¬ metrischen Brennkammerwand, wie etwa der Brennkammeraußenwand einer Ringbrennkammer, kann so die bereits zuvor erwähnte Ovalisierung verringert werden. Die Verringerung der Ovalisierung führt außerdem zu einer Verringerung der Relativspalte zwischen der Brennkammerwand und den daran ange¬ schraubten Turbinenleitschaufein, wodurch sich Kühlkonzepte einfacher realisieren lassen. Zudem wird der Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage gesteigert und es tritt eine geringere Be¬ lastung von in der Nähe des Austrittsendes angeordneten Schrauben zum Verschrauben von Brennkammerhalbwänden miteinander auf. Das Temperieren des Austrittsendes kann dadurch erreicht wer¬ den, dass ein Temperierfluid durch im Austrittsende angeord¬ nete Fluidkanäle geleitet wird. Als Temperierfluid kann ins¬ besondere wenigstens ein Teil des Verdichtermassenstroms durch die Fluidkanäle geleitet werden.
Sowohl die erfindungsgemäße Brennkammerwand als auch das erfindungsgemäße Verfahren führen insgesamt zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Brennkammertragstruktur im Bereich des Brennkammerausgangs sowie zu einer Reduzierung der Belastung von in diesem Bereich an der Innenseite der Brennkammerwand angeordneten heißgasführenden Hitzeschildelementen.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beilie¬ genden Figuren.
Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenanlage in einer teilweise ge¬ schnittenen Seitenansicht.
Fig. 2 zeigt die Brennkammer einer Gasturbinenanlage in einer geschnittenen Seitenansicht.
Fig. 3 zeigt das Austrittsende einer Brennkammeraußenwand im Detail in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Austrittsendes der Brenn¬ kammer in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Austrittsende der Brenn¬ kammer entlang der Linie A-A in Fig. 3.
Fig. 6 zeigt das Austrittsende der in Fig. 3 perspektivisch dargestellten Brennkammer in einer Draufsicht auf die Schnittebene . Die FIG 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbe¬ sondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren koaxial angeordne¬ ten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinandergeschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch belastet .
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
FIG 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Ringbrennkammer 110 in einer vergrößerten Darstellung. Die Ringbrennkammer 110 um- fasst eine Brennkammeraußenwand 54 sowie Brennkammerinnenwand 64, welche die Brennkammer 51 in Richtung auf die Welle 8 begrenzt. In FIG 2 sind außerdem den Brennkammerwänden zum Brennkammerinneren hin vorgelagerte Hitzeschildelemente 56 zu erkennen. Die Hitzeschildelemente 56 dienen nicht nur dazu, die Brennkammerwände 54, 64 beim Betrieb der Gas¬ turbinenanlage vor übermäßiger thermischer Beanspruchung zu schützen, sondern auch dazu, die expandierenden heißen Verbrennungsabgase zum Brennkammerausgang 55 zu führen.
Zwischen den Hitzeschildelementen und den Brennkammeraußenwände 54, 64 sind Strömungskanäle 57 gebildet, durch die ein Kühlmedium zum Kühlen der Hitzeschildelemente 56 geleitet wird. Das Kühlmedium tritt durch Durchtrittsöffnungen 58 in der Brennkammeraußenwand 54, die in der Nähe des Brennkam¬ merausgangs 55 angeordnet sind (s. FIG 3), in den Strömungs¬ kanal 57 zwischen der Brennkammeraußenwand 54 und den Hit¬ zeschildelementen 56 ein und strömt entweder zum Brenner 52, wo es mit dem zugeführten Brennstoff zur Verbrennung vermischt wird oder wird durch Spalte zwischen den Hitzeschild¬ elementen 56 direkt in die Brennkammer 110 eingeleitet, um die Spalte gegen das Eindringen der heißen Verbrennungsabgase zu sperren.
Als Kühlfluid kommt Verdichterluft zur Anwendung, d.h. wenigstens ein Teil des Verdichtermassenstroms wird über das Brennkammerplenum 53 durch die Zufuhröffnungen 58 in den Strömungskanal 57 zwischen der Hitzeschildelementen 56 und der Brennkammeraußenwand 54 eingeleitet.
Die verdichtete Luft ist in der Regel bereits vorgewärmt, einerseits aufgrund des Verdichtungsprozesses und anderer¬ seits gegebenenfalls auch durch eine Vorwärmvorrichtung, über die Wärme des aus der Turbinenstufe 112 austretenden Abgases an die verdichtete Luft übertragen wird. Wenn ein Vorwärmen mittels einer Vorwärmvorrichtung stattfindet, geht weniger Abwärme des Gasturbinenprozesses nutzlos verloren, sodass sich der Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage erhöhen lässt. Außerdem können die Schadstoffemissionen durch Luftvorwärmung vermindert werden. Im Vergleich zur Temperatur der Verbrennungsabgase ist die Temperatur der verdichteten Luft jedoch immer noch niedrig, sodass diese gut als Kühlfluid dienen kann .
Während die vorgewärmte Luft im stationären Zustand der Gas¬ turbinenanlage eine hervorragende Kühlmöglichkeit darstellt, führt sie beim Anfahren der Gasturbinenanlage, also in einem transienten Zustand (Übergangszustand) , zu einer Erwärmung der Brennkammerwände, selbst dann wenn das Vorwärmen ledig¬ lich aufgrund der Verdichtung erfolgt .
Um das Eingangs genannte Problem, dass sich insbesondere die Brennkammeraußenwand 54 im Bereich des Austrittsendes 59 beim Anfahren der Gasturbinenanlage weniger stark erwärmt als die angrenzenden Bereiche der Brennkammeraußenwand 54, sind im Austrittsende 59 Fluidkanäle als Heizkanäle 60, 61 ange¬ ordnet, die vom Verdichtermassenstrom durchströmt werden (vgl. Figuren 3 bis 6) . Einige der Heizkanäle 61 weisen Öffnungen 63 im dem Brennkammerplenum 53 zugewandten Bereich des Austrittsendes 59 und Öffnungen 64 in dem der Turbinenstufe 112 zugewandten Abschnitt 65 des Austrittsendes 59 auf. Der Verlauf dieser Heizkanäle 61 ist in Fig. 5, die einen Schnitt durch das Austrittsende 59 entlang der in FIG 3 dargestellten Linie A-A zeigt, zu erkennen.
Die übrigen Heizkanäle 60, deren Verlauf in FIG 3 zu erkennen und in FIG 6 vergrößert dargestellt ist, besitzen ebenfalls Öffnungen 64 im der Turbinenstufe 112 zugewandten Abschnitt 65 des Austrittsendes 59. Im Unterschied zu den zuvor genann¬ ten Heizkanälen 61 weisen die letztgenannten Heizkanäle 60 jedoch keine Öffnung 63 im dem Brennkammerplenum 53 zugewandten Bereich auf. Stattdessen weisen sie Öffnungen 66 auf, die zum Brennkammerinneren hin münden, insbesondere in die Strömungskanäle 57 zwischen der Brennkammeraußenwand 54 und den Hitzeschildelementen 56.
Der der Turbinenstufe 112 zugewandte Abschnitt 65 des Austrittsendes 59 ist mit einer sich in Umfangsrichtung der Brennkammerwand 54 erstreckenden Profilnut 67 versehen, in deren Nutboden 68 die Öffnungen 64 angeordnet sind. Die Pro¬ filnut 67 kann mit einer Abdeckplatte 69 abgedeckt werden, wobei das Profil der Profilnut 67 derart gewählt ist, dass zwischen dem Nutboden 68 und der Abdeckplatte ein Strömungs¬ kanal 70 gebildet wird. Durch diesen Strömungskanal 70 sind Heizkanäle 60 mit den Heizkanälen 61 strömungstechnisch verbunden - und damit die zum Brennkammerplenum 53 hin mündenden Öffnungen 63 mit den zum Brennkammerinneren hin mündenden Öffnungen 66.
Der Strömungsverlauf 71 des Verdichtermassenstroms als Heizfluid ist in FIG 3 durch Pfeile angedeutet. Der Verdich¬ termassenstrom tritt durch die dem Brennkammerplenum 53 zugewandten Öffnungen 63 in die Heizkanäle 61 ein, durchströmt diese und tritt durch die im Nutboden 68 angeordneten Öffnungen 64 aus den Heizkanälen 61 aus und in den Strömungskanal 70 ein. Dort wird der Verdichtermassenstrom von der Abdeckplatte 69 (in FIG 3 nicht dargestellt) abgelenkt, sodass er durch die Öffnungen 64 der Heizkanäle 60 in die Heizkanäle 60 eintritt. Nach dem Durchströmen der Heizkanäle 60 tritt der Verdichtermassenstrom durch die zum Brennkammerinneren hin mündenden Öffnungen 66 in die zwischen der Brennkammeraußenwand 54 und den Hitzeschildelementen 56 gebildeten Strömungskanäle 57 ein, wo er insbesondere bei stationären Gas- turbinenzuständen zum Kühlen der Hitzeschildelemente 56 Verwendung finden kann. Er kann dann zum Brenner weitergeleitet oder über Austrittsöffnungen in Hitzeschildelementen 56 oder Spalte zwischen Hitzeschildelementen 56 in die Brennkammer 110 eingeleitet werden.
Der wie beschrieben durch das Austrittsende strömende vorge¬ wärmte Verdichtermassenstrom führt dazu, dass sich das Austrittsende 59 der Brennkammeraußenwand 54 beim Anfahren der Gasturbinenanlage schneller erwärmt, als ohne Vorhanden¬ sein von Heizkanälen 60, 61. Der Temperaturunterschied zwi¬ schen dem Austrittsende 59 und den angrenzenden Abschnitten der Brennkammeraußenwand 54 in den ersten Minuten des Anfahrvorganges kann so verringert werden und mechanische Span¬ nungen am Übergang vom Flansch des Austrittsendes 59 zu den angrenzenden Bereichen der Brennkammeraußenwand 54 lassen sich verringern. Dies führt bei der dargestellten Ringbrennkammer zu einer verminderten Ovalisierung des Austrittsendes beim Anfahren der Gasturbinenanlage und damit zu verringerten Relativspalten zwischen der Brennkammer 51 und den daran angebauten Turbinenleitschaufein . Außerdem kann die Biegebelastung von in der Nähe des Austrittsendes 59 angeordneten Schrauben 62 (vgl. Figur 4), welche beispielsweise zwei Halb¬ wände 54, 54' miteinander verbinden, verringert werden. Zudem verringert sich die Belastung von Hitzeschildelementen 56, die im Bereich des Austrittsendes 59 mit der Brennkammer¬ außenwand 54 verschraubt sind.
Das Austrittsende 59 der Brennkammerwand 54 ist vom Turbi¬ nenleitschaufelträger 114 der Turbinenstufe 112 umgeben. Ein Abschnitt 118 des Turbinenleitschaufelträgers 114 (FIG 5 und 6) greift in eine Umfangsnut 119 der Brennkammerwand 54 ein. Um die Turbinenstufe 112, in der ein um ca. 10 bar nied¬ rigerer Druck als im Brennkammerplenum 53 herrscht, gegen den Druck im Brennkammerplenum 53 abzudichten, ist zwischen dem Abschnitt 118 des Turbinenleitschaufelträgers 114 und dem Boden der Umfangsnut 119 eine Dichtung 116 angeordnet, die sich um den gesamten Umfang der Brennkammerwand 54 erstreckt. Dieses Dichtkonzept kommt insbesondere in Gasturbinenanlagen mit Brennkammerwänden ohne Fluidkanäle zum Temperieren des Austrittsendes 59 zur Anwendung und kann ohne Umbau für Gasturbinenanlagen mit erfindungsgemäßen Brennkammerwänden übernommen werden. Vorhandene Erfahrungen bezüglich der Montage, Wartung und Dimensionierung der Dichtung können so übernommen werden. Zudem kann eine gute Dichtleistung gewährleistet werden.
Alternativ zum zuvor beschriebenen Strömungsverlauf ist es auch möglich, die Strömungsverhältnisse so einzustellen, dass der Verdichtermassenstrom durch die der Turbinenstufe 112 zugewandten Öffnungen 64 des Austrittsendes 59 zur Turbinenstufe hin weitergeleitet wird. In diesem Fall können alle Heizkanäle den in FIG 5 dargestellten Verlauf aufweisen. Eine Profilnut und eine Abdeckplatte sind in dieser Ausgestaltung des Strömungsverlaufes nicht notwendig. In diesem Fall ist jedoch ein angepasstes Dichtkonzept notwendig, um ein Ein¬ strömen von Verdichterluft in die Fluidkanäle zu ermöglichen.
In einer weiteren Alternative zu den zuvor beschriebenen Strömungsverläufen ist es auch möglich, die Strömungsverhältnisse so einzustellen, dass durch die Durchtrittsöffnungen 58 in den Strömungskanal 57 eintretender Verdichtermassenstrom teilweise in die Heizkanäle 60 gelenkt und von diesen an die Turbinenstufe 112 weitergeleitet wird. Auf diese Weise kann der durch die Heizkanäle 60 strömende Verdichtermassenstrom im späteren stationären Zustand der Gasturbinenanlage zum Kühlen des Austrittsendes 59 und der Turbinenstufe 112, etwa der Leitschaufeln in der Turbinenstufe 112, herangezogen wer- den. In diesem Fall können alle Heizkanäle bspw. den in FIG 8 dargestellten Verlauf aufweisen. Eine Abdeckplatte ist nicht notwendig.
Die genannten alternativen Strömungsverläufe können auch miteinander kombiniert werden, bspw. indem das Austrittsende 59 entlang des Umfangs der Brennkammeraußenwand 54 in Sektionen eingeteilt wird, in denen jeweils einer der beschriebenen Strömungsverläufe realisiert ist.
Die mit den Heizkanälen beim Anfahren der Gasturbinenanlage erzielbaren Vorteile ergeben sich sinngemäß auch beim Abfahrvorgang der Gasturbinenanlage und bei anderen transienten Gasturbinenzuständen, sofern diese eine hinreichend große Temperaturänderung mit sich bringen. Beim Abfahrvorgang führen die „Heizkanäle" statt zu einem schnelleren Erwärmen des Austrittsendes, wie dies beim Anfahrvorgang der Fall ist, zu einem schnelleren Abkühlen des Austrittsendes. Auch hierbei werden Spannungen aufgrund inhomogener Temperaturverteilungen verringert .

Claims

Patentansprüche
1. Brennkammerwand (54) für eine Brennkammer (110) mit einem den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases ermöglichenden Brennkammerausgang (55), wobei die Brennkammerwand (54) ein den Brennkammerausgang (55) umgebendes Austrittsende (59) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittsende (59) mit einer Temperiervorrichtung (60, 61, 70) versehen ist.
2. Brennkammerwand (54) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung Fluidkanäle (60, 61, 70) umfasst, welche mit einer Temperiertluidzufuhr (53) in Verbindung stehen .
3. Brennkammerwand (54) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiertluidzufuhr zum Zuführen wenigstens eines Teils des Verdichtermassenstromes ausgestaltet ist.
4. Brennkammerwand (54) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Axialrichtung und eine Umfangsrichtung aufweist und dass sich die Fluidkanäle (60, 61) wenigstens teil¬ weise in Axialrichtung durch das Austrittsende (59) erstrecken .
5. Brennkammerwand (54) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- Fluidkanäle (61) vorhanden sind, die mit derart an der Außenseite der Brennkammerwand (54) angeordneten Öffnungen
(63) versehen sind, dass die Öffnungen nach dem Einbau der Brennkammerwand in eine Gasturbinenanlage in ein Brennkammerplenum (53) münden,
- Fluidkanäle (60) mit zum Brennkammerinneren hin mündenden Öffnungen vorhanden sind und
- die in der Außenseite der Brennkammerwand (54) ange¬ ordneten Öffnungen (63) mit den zum Brennkammerinneren hin mündenden Öffnungen (66) strömungstechnisch verbunden sind.
6. Brennkammerwand (54) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Fluidkanäle (60, 61) Öffnungen (64) aufweisen, die in eine Profilnut münden, welche in einem einer Turbinenstufe (112) zuzuwendenden Abschnitt (65) des Austrittsendes (59) vorhanden ist, und dass wenigstens ein Abdeckelement (69) zum Abdecken der Profilnut (67) vorhanden ist, welches bei Abdeckung der Profilnut (67) mit dieser Zusammen einen Strömungskanal (70) bildet.
7. Brennkammerwand (54) nach einer der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausgestaltung als Brennkammeraußenwand einer Ring¬ brennkammer für Gasturbinenanlagen. Gasturbinenanlage mit einem wenigstens eine Brennkammer (110) beinhaltenden
Brennkammerplenum (53) und einem der Brennkammer strömungstechnisch nachgeschalteten
Turbinenstufe (112), dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (110) eine Brennkammerwand (54) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
9. Gasturbinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Brennkammerwand (54) gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6 ausgebildet ist,
- eine das Brennkammerplenum (53) gegen das Brennkammerinnere und die Turbinenstufe (112) abdichtende Dichtung
(116) vorhanden ist und
- die Dichtung (116) das Austrittsende (59) der Brennkammerwand (54) im Bereich zwischen den in der Außenseite der Brennkammerwand (54) angeordneten Öffnungen
(63) und dem der Turbinenstufe (112) zuzuwendenden Abschnitt (65) des Austrittsendes (59) dicht umgibt.
10. Gasturbinenanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenstufe (112) einen das Austrittsende (59) der Brennkammerwand (54) umgebenden Turbinenleitschaufelträger (114) umfasst und die Dichtung (116) zwischen dem Turbinenleitschaufelträger (114) und dem Austrittsende (59) der Brennkammerwand (54) angeordnet ist.
11. Verfahren zum Anfahren oder Abfahren einer Gasturbinenanlage mit einer Brennkammer (110), welche einen den Austritt eines heißen Verbrennungsabgases ermöglichenden Brennkammerausgang (55) und eine Brennkammerwand (54) mit einem den Brennkammerausgang (55) umgebenden Austrittsende (59) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anfahrvorganges bzw. des Abfahrvorganges ein Temperieren des Austrittsendes (59) erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Temperieren ein Temperiertluid durch im Austrittsende (59) angeordnete Fluidkanäle (60, 61, 70) geleitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperiertluid wenigstens ein Teil des Verdichtermas¬ senstromes durch die Fluidkanäle (60, 61, 70) geleitet wird.
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