EP2012060A1 - Drei-Punkt-Fixierung von Zündelektroden eines Brenners - Google Patents

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EP2012060A1
EP2012060A1 EP07013006A EP07013006A EP2012060A1 EP 2012060 A1 EP2012060 A1 EP 2012060A1 EP 07013006 A EP07013006 A EP 07013006A EP 07013006 A EP07013006 A EP 07013006A EP 2012060 A1 EP2012060 A1 EP 2012060A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
holder
ignition electrodes
ignition
electrodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07013006A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Dr. Hohmann
Andre Kluge
Roland Dr. Liebe
Elmar Pfeiffer
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
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Priority to KR1020107002211A priority patent/KR101493248B1/ko
Priority to RU2010103446/06A priority patent/RU2457399C2/ru
Priority to AT08785889T priority patent/ATE546693T1/de
Priority to ES08785889T priority patent/ES2379138T3/es
Priority to DK08785889.0T priority patent/DK2160542T3/da
Priority to JP2010513953A priority patent/JP4833354B2/ja
Priority to EP08785889A priority patent/EP2160542B1/de
Priority to US12/665,389 priority patent/US8590285B2/en
Priority to CN2008800115898A priority patent/CN101652608B/zh
Priority to PCT/EP2008/058353 priority patent/WO2009003973A1/de
Priority to PT08785889T priority patent/PT2160542E/pt
Publication of EP2012060A1 publication Critical patent/EP2012060A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00—Igniters using electrically-produced sparks
    • F23Q3/008—Structurally associated with fluid-fuel burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q3/00—Igniters using electrically-produced sparks
    • F23Q3/006—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2207/00—Ignition devices associated with burner

Definitions

  • the present invention relates to the attachment of ignition electrodes to a burner of a gas turbine.
  • An important component of a gas turbine is, among other things, the so-called combustion chamber, in which fuel is burned with the aid of an oxidizer.
  • the oxidizer is typically air. The resulting during combustion in the combustion chamber hot gas is forwarded to a turbine.
  • the so-called burner On the side facing away from the turbine of the combustion chamber is typically the so-called burner. This serves to ignite the fuel or the fuel-air mixture and is equipped for this purpose with ignition electrodes.
  • the fuel and air are injected through openings of the burner into the combustion chamber.
  • the ignition electrodes are arranged in the vicinity of these openings and ignite the passing gas there.
  • a spark is generated by applying an ignition voltage between two ignition electrodes. This spark is present during the entire ignition duration. In order to achieve an optimal spark, the exact observance of a certain distance of the tips of the ignition electrodes is required.
  • the ignition electrodes are often attached by means of a clamp on the outer surface of the burner.
  • the ignition electrodes are clamped in the clamp with the aid of a centrally located between the ignition electrodes screw.
  • the contact surfaces of the ignition electrodes are at their full extent on the clamp, which may for example have a round cross-section of.
  • the ignition electrodes are usually encased with a ceramic.
  • the ceramic sheath serves the electrical insulation of the ignition electrodes and thus reduces their thermal expansion. Fluctuations in the surface quality of the ceramic and inaccuracies in the shape and position of the clamp can cause the ignition electrodes can not be properly attached.
  • the attachment is either too tight or too loose. In the case of too strong attachment, the thermal expansion of the ignition electrode is prevented and in the case of loose fastening occur unwanted vibrations of the ignition electrodes.
  • the ignition electrodes are not arranged centrally between a so-called diagonal grid and a burner carrier, since the clamps used for the attachment of the ignition electrodes are often screwed to a cam, which has a certain height because of the minimum depth of engagement.
  • the distance to the diagonal grid is thus small and it can come to the spark skip in this area, provided that the distance at this point is smaller than at the so-called spark gap at which the spark is to be generated. The consequence of this is that the affected burner can no longer be fired directly.
  • the burner according to the invention comprises two ignition electrodes and a holder, wherein the holder is arranged on the outer surface of the burner.
  • the burner is characterized in that the ignition electrodes are held at three points of their circumference by the holder in a fixed position.
  • This three-point fixation which may also be a three-line fixation because of the axial extent of the holder, a statically optimal fixation is ensured.
  • the three fixing points or the three fixing lines can optimally be distributed over the circumference of the ignition electrodes such that the angles between them are 120 °.
  • the ignition electrodes can be axially displaceably mounted in the holder, which can be realized for example by a resilient configuration of the holder. Such an axial displacement of the ignition electrodes can be caused by a thermal expansion of the ignition electrodes. Due to the axially displaceable mounting axial thermal stresses in the ignition electrode can be avoided. At the same time, the ignition electrodes can be fixed radially securely, so that possible problems resulting from lack of distance fidelity of the ignition electrodes can be avoided.
  • each ignition electrode may have a ceramic jacket.
  • the ceramic jacket serves to electrically insulate the ignition electrode.
  • the holder according to the invention with a three-point fixation offers the advantage that it can easily compensate for possible deviations in the surface quality of the ceramic without this impairing the static fixation of the ignition electrodes.
  • the ignition electrodes can each be mounted radially resiliently in the holder.
  • This can be realized in particular in that the holder comprises at least one radially resilient clamp.
  • the radial suspension allows the Compensation of vibrations, which increases the life of the ignition electrode.
  • the three-point fixation according to the invention makes it possible to compensate for possible dimensional inaccuracies in clamp production.
  • the holder comprises a support bracket and a fixing clamp.
  • the three-point fixing according to the invention can be achieved in that the support bracket and the fixing clamp are configured and arranged relative to each other, that each ignition electrode at a point of its circumference by the support bracket and at two other points of its circumference by the fixing clamp held in a fixed position.
  • the fixing clamp is further configured so that it allows a spring action and beyond by their clamping force allows the necessary for the compensation of the thermal expansion axial displacement.
  • the use of only one support bracket and a fixing clamp for holding two ignition electrodes has the advantage that with the help of a very small number of components optimum attachment of the ignition electrodes is achieved. This arrangement also allows easy mounting and interchangeability of the ignition electrodes.
  • the holder according to the invention can be fastened in any way to the outer surface of the burner.
  • the holder is fastened by means of at least two fastening elements on the outer surface of the burner.
  • These fastening elements may in particular be releasable fastening means, for example screws.
  • the use of at least two fasteners, especially screws has the advantage that when fixing the fixing clamp is not rotated against the support bracket.
  • it does not come with the use of at least two fasteners to an uneven distributed holding force, as well as for bending the ignition electrodes. A bending of the ignition electrodes is undesirable because it can cause an enlargement of the spark gap and can result in the breakage of the ignition electrodes.
  • the burner according to the invention may in particular be the burner of a gas turbine.
  • the burner according to the invention can be reduced by the possible flat design of the holder according to the invention, the distance of the ignition electrodes to the burner carrier to which they are attached, compared to other known brackets.
  • the distance to a diagonal grid located near the burner is simultaneously increased and a sparkover to the diagonal grid is avoided.
  • a uniform spacing of the ignition electrodes to the diagonal grid and to the burner carrier is ensured by the holder according to the invention.
  • the possible by the holder according to the invention flat configuration of the same provides better protection of the ignition electrodes during installation and removal, since the distance is increased to the diagonal grid.
  • the burner according to the invention prevents misfiring in the diagonal grid. In addition, it reduces the risk of damage to the ignition electrodes during installation and removal of the same.
  • FIG. 1 shows a burner 3 for a gas turbine with a flange 5, a burner support in the form of a tube 37, a Swirler 38, which is also called Axialgitter, and a nozzle 39 which surrounds the Swirler 38 concentrically. Furthermore, the burner ignition electrodes 4 and a holder 2.
  • the holder 2 comprises a clamp 7 and a screw 10.
  • the tube 37 is adjacent to a flange 5. Both elements are slightly eccentric to each other.
  • the ignition electrodes 4 are fixed with a holder 2.
  • the ignition electrodes 4 are substantially parallel to each other.
  • air is supplied to the swirler 38 and swirled by the blades of the swirler 38.
  • the swirler 38 is supplied with fuel through the interior of the tube 37.
  • the fuel is ignited by a spark, which is formed between the two ignition electrodes 4.
  • a flame is formed which is carried into the combustion chamber (not shown) and burns the air-fuel mixture.
  • the resulting high pressure hot gas is supplied to the turbine.
  • FIG. 2 shows the section of the in the FIG. 1 shown burner 3, in which the holder 2 is located. You can see in FIG. 2 a part of the tube 37, two ignition electrodes 4 and the holder 2, which fixes the ignition electrodes 4 to the tube 37.
  • the ignition electrodes 4 are provided with a ceramic sheath 6 in the region in which the holder 2 is located. They are essentially parallel to one another.
  • the holder 2 consists of a clamp 7 which is fastened by means of a screw 10 to the tube 37.
  • the direction of rotation of the screw 10 is indicated by an arrow 12.
  • the rotation of the clamp 7 is indicated by arrows 13.
  • the twisting of the clamp 7 can lead to bending or twisting of the ignition electrodes 4. This is indicated by arrows 18.
  • the bending or twisting of the ignition electrodes 4 can lead to a change in the distance between the ignition electrodes 4 and possibly also to a breakage of the ignition electrodes 4. This is avoided by a burner according to the invention.
  • FIG. 3 shows the holder according to the invention in a perspective view. You can see in FIG. 3 a section of the burner carrier or the tube 37, on which the holder 2 is located.
  • the holder 2 fixes two ignition electrodes 4 by means of two screws 10 and two clamps 8, 9 on the tube 37. In the region of the holder 2, the ignition electrodes 4 are provided with a ceramic sheath 6.
  • the ignition electrodes 4 are substantially parallel to each other.
  • FIG. 4 shows the holder according to the invention in a sectional view along the radial direction of the tube 37. It can be seen in FIG. 4 the part of the tube 37 in which the holder 2 is located. It can be seen the two clamps, which form a flat support bracket 8 and a curved fixing clamp 9, which are fixed by means of spacers 15 and screws 10 to the tube 37. Between the support bracket 8 and the fixing clamp 9 two ignition electrodes 4 are fixed parallel to each other. The ignition electrodes 4 have in the region of the holder 2 on a ceramic sheath 6.
  • the support bracket 8 is located between the tube 37 and the ignition electrodes 4 and their ceramic sheath 6. On the flat support bracket 8 are the ignition electrodes 4 on each support point 1 on. At the support bracket 8 opposite side of the ignition electrodes 4 is the fixing clamp 9, which fixes the ignition electrodes 4 at a certain distance from each other.
  • the fixing clamp 9 has bulges in each case in the region of an ignition electrode, which, however, do not have a circular cross-sectional profile but an approximately sinusoidal cross-sectional profile. As a result, they do not lie with the entire bulge at the respective ignition electrode 4, but only at two points 1, as in FIG. 4 can be seen. Other than sinusoidal cross sections of the bulges, such as triangular cross-sectional profiles would lead to the same result.
  • the ignition electrodes 4 are mounted between the support bracket 8 and the fixing clamp 9 in such a way that they contact the support bracket 8 at two points or lines, their circumference, the fixing clamp 9 and at a third point or a third line ,
  • These fixing points 1 of an ignition electrode 4 are preferably offset at the periphery thereof at an angle of 120 ° to each other. Other angles of the fixing points 1 to each other are possible as long as a static fixation of the ignition electrodes 4 is ensured.
  • the fixing clamp 9 is characterized in the present embodiment in that it has a total of resilient properties.
  • the spring effect is characterized by an arrow 14, which indicates the possible movement of the fixing clamp 9 in the radial direction.
  • an axial displacement of the ignition electrodes 4 is ensured. This is indicated by an arrow 11 ( FIG. 3 ).
  • the axial displaceability allows compensation of the thermal expansion of the ignition electrodes 4 as a result of the heat generated during operation of the burner.
  • each ignition electrode 4 is supported by the support bracket 8 and the fixing clamp 9 radially resiliently in the holder. This allows a compensation of the radial thermal expansion of the ignition electrodes 4 occurring as a result of the heat and a recording of possibly occurring oscillations of the ignition electrodes 4.
  • only the fixing clamp 9 is designed to be radially resilient.
  • the support bracket 8 and the fixing clamp 9 are screwed by means of two screws 10 to the tube 37.
  • the screws 10 are arranged so that the ignition electrodes 4 are located between them.
  • the use of two screws 10 prevents the fixation clamp 9 and / or the support clamp 8 from twisting when fastening the fixation clamp 9 and the support clamp 8 to the tube 37.
  • more than two screws can be used.
  • FIG. 5 schematically shows a plan view of the inventive holder 2. It can be seen in the FIG. 5 two mutually parallel ignition electrodes, which are provided in the region of the holder 2 with a ceramic sheath 6.
  • the holder 2 comprises inter alia a fixing clamp 9 and two screws 10.
  • the screws 10 are arranged so that they are between the two Ignition electrodes 4 are located. Also in this case, a twisting of the fixing clamp 9 is prevented by means of the two screws 10. Basically, it is possible to use more than two screws for fixation.
  • FIG. 6 the holder 2 according to the invention is shown in a sectional view. You can see the two ignition electrodes 4, which are surrounded by a ceramic sheath 6 and rest on the support bracket 8. The ignition electrodes 4 are held in place by the fixing clamp 9 from above. The screws 10 used for fastening are located in the middle between the two ignition electrodes 4.
  • the fixing clamp 9 is bent in the region of the ignition electrodes 4 in such a way that it touches the ignition electrodes 4 at two points 1 of the circumference of the ignition electrodes 4.
  • the fixing clamp 9 has resilient properties in the region of its bends. The possible in consequence of the suspension movement of the fixing clamp 9 is exemplified by arrows 14. Due to the suspension of the fixing clamp 9, natural vibrations of the ignition electrodes 4 can be absorbed by the fixing clamp 9.
  • the holder 2 described in this embodiment has the same advantages as the holder 2 described in the first embodiment.
  • the resilient three-point fixation according to the invention enables a stable attachment of ignition electrodes to the outside of a burner, which permits axial and radial expansions and absorbs vibrations.

Abstract

Es wird ein Brenner (3) mit zwei Zündelektroden (4) und einer Halterung (2) zur Verfügung gestellt, wobei die Halterung (2) an der Außenfläche des Brenners (3) angeordnet ist und die Zündelektroden (4) an jeweils drei Punkten (1) ihres Umfanges durch die Halterung (2) in einer festgelegten Position gehalten werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Befestigung von Zündelektroden an einem Brenner einer Gasturbine.
  • Ein wichtiger Bestandteil einer Gasturbine ist unter anderem die so genannte Brennkammer, in der Brennstoff mit Hilfe eines Oxidators verbrannt wird. Bei dem Oxidator handelt es sich typischerweise um Luft. Das bei der Verbrennung in der Brennkammer entstehende Heißgas wird zu einer Turbine weitergeleitet.
  • An der der Turbine abgewandten Seite der Brennkammer befindet sich typischerweise der so genannte Brenner. Dieser dient zur Zündung des Brennstoffes bzw. des Brennstoff-Luft-Gemisches und ist zu diesem Zweck mit Zündelektroden ausgestattet. Der Brennstoff und die Luft werden durch Öffnungen des Brenners in die Brennkammer eingedüst. Die Zündelektroden sind in der Nähe dieser Öffnungen angeordnet und entzünden das dort vorbeiströmende Gas. Dazu wird durch Anlegen einer Zündspannung zwischen zwei Zündelektroden ein Zündfunke erzeugt. Dieser Zündfunke steht während der gesamten Zünddauer an. Zur Erzielung eines optimalen Zündfunkens ist die genaue Einhaltung eines bestimmten Abstandes der Spitzen der Zündelektroden erforderlich.
  • Bisher werden die Zündelektroden häufig mit Hilfe einer Schelle an der Außenfläche des Brenners befestigt. Dabei werden die Zündelektroden in der Schelle mit Hilfe einer zwischen den Zündelektroden mittig angeordneten Schraube festgeklemmt. Typischerweise liegen die Auflageflächen der Zündelektroden an ihrem vollen Umfang an der Schelle, die beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen kann, an. Im Bereich der Schelle sind die Zündelektroden üblicherweise mit einer Keramik ummantelt. Die keramische Ummantelung dient der elektrischen Isolierung der Zündelektroden und verringert so deren wärmebedingte Ausdehnung. Schwankungen in der Oberflächengüte der Keramik und Ungenauigkeiten in der Form und der Lage der Schelle können dazu führen, dass die Zündelektroden nicht richtig befestigt werden können. Die Befestigung ist entweder zu fest oder zu lose. Im Falle einer zu festen Befestigung wird die thermische Ausdehnung der Zündelektrode verhindert und im Falle einer zu losen Befestigung treten unerwünschte Schwingungen der Zündelektroden auf.
  • Typischerweise sind die Zündelektroden nicht mittig zwischen einem so genannten Diagonalgitter und einem Brennerträger angeordnet, da die für die Befestigung der Zündelektroden verwendeten Schellen häufig an einem Nocken festgeschraubt sind, der wegen der Mindesteinschraubtiefe über eine gewisse Höhe verfügt. Der Abstand zum Diagonalgitter ist somit gering und es kann zum Funkenübersprung in diesem Bereich kommen, sofern der Abstand an dieser Stelle kleiner ist als am so genannten Zündspalt, an dem der Zündfunken erzeugt werden soll. Die Folge davon ist, dass der betroffene Brenner nicht mehr direkt gezündet werden kann.
  • Eine weitere Schwierigkeit der bisher verwendeten Zündelektrodenbefestigungen besteht in der Empfindlichkeit gegen Stöße beim Ein- und Ausbau sowie beim Transport des Brenners. Die in eine Keramik eingeklebte Zündelektrode liegt normalerweise nicht direkt am Brenner an. Es kann daher schnell zum Verbiegen und zum Bruch der Zündelektrode kommen, was ein Austauschen der Zündelektroden erforderlich macht.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner mit einer vorteilhaften Halterung zur Befestigung der Zündelektroden zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Brenner, insbesondere einen Gasturbinenbrenner, nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Der erfindungsgemäße Brenner umfasst zwei Zündelektroden und eine Halterung, wobei die Halterung an der Außenfläche des Brenners angeordnet ist. Der Brenner ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zündelektroden an jeweils drei Punkten ihres Umfanges durch die Halterung in einer festgelegten Position gehalten sind. Mit dieser Drei-Punkt-Fixierung, bei der es sich wegen der axialen Ausdehnung der Halterung insbesondere auch um eine Drei-Linien-Fixierung handeln kann, wird eine statisch optimale Fixierung gewährleistet. Dabei können die drei Fixierungspunkte bzw. die drei Fixierungslinien optimalerweise so über den Umfang der Zündelektroden verteilt sein, dass die Winkel zwischen ihnen 120° betragen.
  • Die Zündelektroden können axial verschiebbar in der Halterung gelagert sein, was sich beispielsweise durch eine federnde Ausgestaltung der Halterung realisieren lässt. Eine derartige axiale Verschiebung der Zündelektroden kann durch eine thermische Ausdehnung der Zündelektroden verursacht werden. Durch die axial verschiebbare Lagerung können axiale Wärmespannungen in der Zündelektrode vermieden werden. Gleichzeitig können die Zündelektroden radial sicher fixiert werden, so dass mögliche Probleme, die aus mangelnder Abstandstreue der Zündelektroden resultieren, vermieden werden können.
  • Weiterhin kann jede Zündelektrode eine keramische Ummantelung aufweisen. Die keramische Ummantelung dient der elektrischen Isolierung der Zündelektrode. Im Vergleich zu anderen Halterungen bietet die erfindungsgemäße Halterung mit einer Drei-Punkt-Fixierung den Vorteil, dass durch sie mögliche Abweichungen der Oberflächengüte der Keramik problemlos ausgeglichen werden können, ohne dass dies die statische Fixierung der Zündelektroden beeinträchtigt.
  • Zudem können die Zündelektroden jeweils radial federnd in der Halterung gelagert sein. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die Halterung mindestens eine radial federnde Schelle umfasst. Die radiale Federung ermöglicht den Ausgleich von Schwingungen, wodurch die Lebensdauer der Zündelektrode erhöht wird. Im Zusammenhang mit einer möglichen Verwendung einer radial federnden Schelle ermöglicht die erfindungsgemäße Drei-Punkt-Fixierung einen Ausgleich von möglichen Maßungenauigkeiten bei der Schellenfertigung.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Halterung eine Auflageschelle und eine Fixierungsschelle. In diesem Falle kann die erfindungsgemäße Drei-Punkt-Fixierung dadurch erreicht werden, dass die Auflageschelle und die Fixierungsschelle so ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass jede Zündelektrode an einem Punkt ihres Umfanges durch die Auflageschelle und an zwei weiteren Punkten ihres Umfanges durch die Fixierungsschelle in einer festgelegten Position gehalten wird. Dabei ist die Fixierungsschelle weiterhin so ausgestaltet, dass sie eine Federwirkung zulässt und darüber hinaus durch ihre Spannkraft die für den Ausgleich der Wärmedehnung notwendige axiale Verschiebung zulässt. Die Verwendung von nur einer Auflageschelle und einer Fixierungsschelle zur Halterung von zwei Zündelektroden hat den Vorteil, dass mit Hilfe einer sehr geringen Anzahl von Bauteilen eine optimale Befestigung der Zündelektroden erreicht wird. Diese Anordnung ermöglicht zudem eine leichte Montierbarkeit und Austauschbarkeit der Zündelektroden.
  • Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Halterung auf beliebige Weise an der Außenfläche des Brenners befestigt sein. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Halterung mit Hilfe von mindestens zwei Befestigungselementen an der Außenfläche des Brenners befestigt ist. Bei diesen Befestigungselementen kann es sich insbesondere um lösbare Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, handeln. Die Verwendung von mindestens zwei Befestigungselementen, insbesondere Schrauben, hat den Vorteil, dass beim Befestigen die Fixierungsschelle nicht gegen die Auflageschelle verdreht wird. Im Gegensatz zur Verwendung von nur einem Befestigungselement, insbesondere von nur einer Schraube, kommt es bei der Verwendung von mindestens zwei Befestigungselementen nicht zu einer ungleichmäßig verteilten Haltekraft, sowie zum Verbiegen der Zündelektroden. Ein Verbiegen der Zündelektroden ist unerwünscht, da es eine Vergrößerung des Zündspaltes bewirken kann und den Bruch der Zündelektroden zur Folge haben kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Brenner kann es sich insbesondere um den Brenner einer Gasturbine handeln. In diesem Fall kann durch die mögliche flache Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halterung der Abstand der Zündelektroden zum Brennerträger, an dem sie befestigt sind, im Vergleich zu anderen bekannten Halterungen verringert werden. Dadurch wird gleichzeitig der Abstand zu einem in der Nähe des Brenners befindlichen Diagonalgitter vergrößert und ein Funkenüberschlag zum Diagonalgitter vermieden. Grundsätzlich wird durch die erfindungsgemäße Halterung ein gleichmäßiger Abstand der Zündelektroden zum Diagonalgitter und zum Brennerträger gewährleistet. Zusätzlich bietet die durch die erfindungsgemäße Halterung mögliche flache Ausgestaltung derselben einen besseren Schutz der Zündelektroden beim Ein- und Ausbau, da der Abstand zum Diagonalgitter vergrößert wird.
  • Shaker-Table-Untersuchungen haben gezeigt, dass die Eigenfrequenzen der Zündelektroden je nach Art ihrer Fixierung stark voneinander abweichen. Die Kenntnis und Reproduzierbarkeit der Eigenfrequenzen ist für die Auslegung der Bauteile von Bedeutung. Durch eine optimale Auslegung der Bauteile lassen sich mögliche Brüche der Zündelektroden vermeiden und auf diese Weise deren Lebensdauer verlängern. Es hat sich herausgestellt, dass nur bei einer festen Einspannung der Zündelektroden eindeutige und reproduzierbare Eigenfrequenzen auftreten. Die erfindungsgemäße Halterung ermöglicht einerseits eine feste Einspannung, die eindeutige und reproduzierbare Eigenfrequenzen zulässt. Andererseits ermöglicht die erfindungsgemäße Halterung gleichzeitig einen Ausgleich von auftretenden axialen und radialen Ausdehnungen, ohne dass dadurch die Festigkeit der Einspannung beeinträchtigt wird. Insgesamt hat der erfindungsgemäße Brenner, insbesondere die erfindungsgemäße Halterung, zahlreiche Vorteile. Er ermöglicht eine definierte Fixierung der Zündelektroden über drei Auflagepunkte bzw. Auflagelinien, welche im Idealfall zueinander um jeweils 120° zueinander versetzt um den Umfang der Zündelektrode verteilt sind. Die mit Hilfe von Schellen erzielte Federwirkung ermöglicht eine Aufnahme von entstehenden Schwingungen und Ausdehnungen. Dadurch werden kritische Spannungen der Zündelektroden und mögliche Brüche derselben vermieden. Gleichzeitig können die Schellen und die Zündelektroden fest fixiert werden. Weiterhin ist die benötigte Anzahl an Bauteilen sehr gering. Darüber hinaus ist eine sehr flache Ausgestaltung der Halterung möglich.
  • Der erfindungsgemäße Brenner verhindert Fehlzündungen im Diagonalgitter. Darüber hinaus verringert er die Gefahr von Schädigungen der Zündelektroden beim Ein- und Ausbau derselben.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
    • FIG 1
    zeigt schematisch einen Brenner mit Zündelektroden.
    FIG 2
    zeigt schematisch eine dem Stand der Technik entsprechende Halterung.
    FIG 3
    zeigt schematisch einen Brenner mit einer erfindungsgemäßen Halterung in perspektivischer Ansicht.
    FIG 4
    zeigt einen radialen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Halterung.
    FIG 5
    zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Halterung.
    FIG 6
    zeigt einen radialen Querschnitt durch die in Figur 5 gezeigte erfindungsgemäße Halterung.
  • Im Folgenden wird zunächst ein dem Stand der Technik entsprechende Brenner mit zwei Zündelektroden und einer Halterung anhand der Figuren 1 und 2 näher beschrieben. Die Figur 1 zeigt einen Brenner 3 für eine Gasturbine mit einem Flansch 5, einem Brennerträger in Form eines Rohres 37, einem Swirler 38, welcher auch Axialgitter genannt wird, und einer Düse 39, die den Swirler 38 konzentrisch umgibt. Weiterhin weist der Brenner Zündelektroden 4 und eine Halterung 2 auf. Die Halterung 2 umfasst eine Schelle 7 und eine Schraube 10.
  • Das Rohr 37 grenzt an einen Flansch 5 an. Beide Elemente sind leicht exzentrisch zueinander angeordnet. An der Außenseite des Rohres 37 sind die Zündelektroden 4 mit einer Halterung 2 befestigt. Die Zündelektroden 4 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Im Betrieb wird dem Swirler 38 Luft L zugeführt und durch die Schaufeln des Swirlers 38 verwirbelt. Gleichzeitig wird dem Swirler 38 durch das Innere des Rohres 37 Brennstoff zugeführt. Der Brennstoff wird durch einen Zündfunken, der zwischen den beiden Zündelektroden 4 gebildet wird, gezündet. Es bildet sich eine Flamme aus, die in die Brennkammer (nicht dargestellt) hinein getragen wird und das Luft-Brennstoff-Gemisch verbrennt. Das so entstandene unter hohem Druck stehende Heißgas wird der Turbine zugeführt.
  • Die Figur 2 zeigt den Ausschnitt des in der Figur 1 gezeigten Brenners 3, in dem sich die Halterung 2 befindet. Man sieht in Figur 2 einen Teil des Rohres 37, zwei Zündelektroden 4 und die Halterung 2, die die Zündelektroden 4 an dem Rohr 37 befestigt. Die Zündelektroden 4 sind in dem Bereich in dem sich die Halterung 2 befindet, mit einer keramischen Ummantelung 6 versehen. Sie verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Die Halterung 2 besteht aus einer Schelle 7, die mit Hilfe eine Schraube 10 an dem Rohr 37 befestigt ist. Der Drehsinn der Schraube 10 ist durch einen Pfeil 12 gekennzeichnet. Dabei besteht die Gefahr, dass beim Anziehen der Schraube 10 in Drehrichtung 12 auch die Schelle 7 leicht verdreht wird. Das Verdrehen der Schelle 7 ist durch Pfeile 13 gekennzeichnet. Das Verdrehen der Schelle 7 kann zu einem Verbiegen oder Verdrehen der Zündelektroden 4 führen. Dies ist durch Pfeile 18 gekennzeichnet. Das Verbiegen oder Verdrehen der Zündelektroden 4 kann zu einer Veränderung des Abstandes zwischen den Zündelektroden 4 und möglicherweise auch zu einem Bruch der Zündelektroden 4 führen. Dies wird durch einen erfindungsgemäßen Brenner vermieden.
  • Der erfindungsgemäße Brenner wird im Folgenden anhand der Figuren 3 und 4 in einem ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Figur 3 zeigt die erfindungsgemäße Halterung in perspektivischer Ansicht. Man sieht in Figur 3 einen Ausschnitt des Brennerträgers bzw. des Rohres 37, auf dem sich die Halterung 2 befindet. Die Halterung 2 befestigt zwei Zündelektroden 4 mit Hilfe von zwei Schrauben 10 und zwei Schellen 8, 9 an dem Rohr 37. Im Bereich der Halterung 2 sind die Zündelektroden 4 mit einer keramischen Ummantelung 6 versehen. Die Zündelektroden 4 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Die Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Halterung in einer Schnittansicht entlang der radialen Richtung des Rohres 37. Man sieht in Figur 4 den Teil des Rohres 37 in dem sich die Halterung 2 befindet. Es sind die zwei Schellen zu erkennen, die eine ebene Auflageschelle 8 und eine gebogene Fixierungsschelle 9 bilden, welche mit Hilfe von Abstandsbolzen 15 und Schrauben 10 an dem Rohr 37 befestigt sind. Zwischen der Auflageschelle 8 und der Fixierungsschelle 9 sind zwei Zündelektroden 4 zueinander parallel verlaufend fixiert. Die Zündelektroden 4 weisen im Bereich der Halterung 2 eine keramische Ummantelung 6 auf.
  • Die Auflageschelle 8 befindet sich zwischen dem Rohr 37 und den Zündelektroden 4 bzw. deren keramischer Ummantelung 6. Auf der ebenen Auflageschelle 8 liegen die Zündelektroden 4 auf jeweils einem Auflagepunkt 1 auf. An der der Auflageschelle 8 gegenüberliegender Seite der Zündelektroden 4 befindet sich die Fixierungsschelle 9, welche die Zündelektroden 4 in einem bestimmten Abstand zueinander fixiert. Die Fixierungsschelle 9 weist jeweils im Bereich einer Zündelektrode Auswölbungen auf, die jedoch keinen kreisförmigen Querschnittsverlauf, sondern einen etwa sinusförmigen Querschnittsverlauf aufweisen. Dadurch liegen sie nicht mit der gesamten Auswölbung an der jeweiligen Zündelektrode 4 an, sondern lediglich an zwei Punkten 1, wie es in Figur 4 zu erkennen ist. Auch andere als sinusförmige Querschnitte der Auswölbungen, beispielsweise dreiecksförmige Querschnittsverläufe, würden zu dem gleichen Ergebnis führen.
  • Obwohl von Auflagepunkten die Rede ist, liegen wegen der axialen Ausdehnung der Fixierungsschelle 9 und der Auflageschelle 8 tatsächlich Auflagelinien mit einer Ausdehnung in Axialrichtung der Zündelektroden vor. Die Zündelektroden 4 sind erfindungsgemäß so zwischen der Auflageschelle 8 und der Fixierungsschelle 9 gelagert, dass sie jeweils an zwei Punkten, bzw. Linien, ihres Umfanges die Fixierungsschelle 9 und an einem dritten Punkt, bzw. einer dritten Linie, ihres Umfanges die Auflageschelle 8 berühren. Diese Fixierungspunkte 1 einer Zündelektrode 4 liegen vorzugsweise an deren Umfang in einem Winkel von jeweils 120° zueinander versetzt. Auch andere Winkel der Fixierungspunkte 1 zueinander sind möglich, solange eine statische Fixierung der Zündelektroden 4 gewährleistet ist.
  • Die Fixierungsschelle 9 zeichnet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass sie insgesamt federnde Eigenschaften aufweist. Die Federwirkung ist durch einen Pfeil 14 gekennzeichnet, der die mögliche Bewegung der Fixierungsschelle 9 in radialer Richtung andeutet. Durch diese Federung wird eine axiale Verschiebbarkeit der Zündelektroden 4 gewährleistet. Dies ist durch einen Pfeil 11 (FIG 3) gekennzeichnet. Die axiale Verschiebbarkeit ermöglicht einen Ausgleich der thermischen Ausdehnung der Zündelektroden 4 in Folge der während des Betriebes des Brenners entstehenden Hitze. Weiterhin ist jede Zündelektrode 4 durch die Auflageschelle 8 und die Fixierungsschelle 9 radial federnd in der Halterung gelagert. Dies erlaubt einen Ausgleich der in Folge der Hitze auftretenden radialen thermischen Ausdehnung der Zündelektroden 4 und eine Aufnahme von möglicherweise entstehenden Schwingungen der Zündelektroden 4. In vorliegenden Ausführungsbeispielen ist lediglich die Fixierungsschelle 9 radial federnd ausgestaltet.
  • Die Auflageschelle 8 und die Fixierungsschelle 9 sind mit Hilfe von zwei Schrauben 10 an das Rohr 37 angeschraubt. Die Schrauben 10 sind dabei so angeordnet, dass sich die Zündelektroden 4 zwischen ihnen befinden. Die Verwendung von zwei Schrauben 10 verhindert es, dass sich beim Befestigen der Fixierungsschelle 9 und der Auflageschelle 8 an dem Rohr 37 die Fixierungsschelle 9 und/oder die Auflageschelle 8 verdrehen. Alternativ können auch mehr als zwei Schrauben verwendet werden.
  • Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Halterung des erfindungsgemäßen Brenners anhand der Figuren 5 und 6 näher beschrieben. Elemente, die den im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Elementen entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern versehen und werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben.
  • Die Figur 5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Halterung 2. Man sieht in der Figur 5 zwei parallel zueinander verlaufende Zündelektroden, die im Bereich der Halterung 2 mit einer keramischen Ummantelung 6 versehen sind. Die Halterung 2 umfasst u. a. eine Fixierungsschelle 9 und zwei Schrauben 10. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schrauben 10 so angeordnet, dass sie sich zwischen den beiden Zündelektroden 4 befinden. Auch in diesem Fall wird mit Hilfe der zwei Schrauben 10 ein Verdrehen der Fixierungsschelle 9 unterbunden. Grundsätzlich ist es möglich, auch mehr als zwei Schrauben zur Fixierung zu verwenden.
  • In Figur 6 ist die erfindungsgemäße Halterung 2 in einer Schnittansicht dargestellt. Man sieht die zwei Zündelektroden 4, die von einer keramischen Ummantelung 6 umgeben sind und auf der Auflageschelle 8 aufliegen. Die Zündelektroden 4 werden von oben durch die Fixierungsschelle 9 in ihrer Position festgehalten. Die zur Befestigung verwendeten Schrauben 10 befinden sich in der Mitte zwischen den beiden Zündelektroden 4.
  • Die Fixierungsschelle 9 ist im Bereich der Zündelektroden 4 so gebogen, dass sie die Zündelektroden 4 jeweils an zwei Punkten 1 des Umfanges der Zündelektroden 4 berührt. Die Fixierungsschelle 9 hat im Bereich ihrer Biegungen federnde Eigenschaften. Die in Folge der Federung mögliche Bewegung der Fixierungsschelle 9 ist beispielhaft durch Pfeile 14 gekennzeichnet. Durch die Federung der Fixierungsschelle 9 können Eigenschwingungen der Zündelektroden 4 von der Fixierungsschelle 9 aufgenommen werden. Im Übrigen hat die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Halterung 2 die gleichen Vorteile wie die im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels beschriebene Halterung 2.
  • Zusammenfassend ermöglicht die erfindungsgemäße federnde Drei-Punkt-Fixierung eine stabile Befestigung von Zündelektroden an der Außenseite eines Brenners, die axiale und radiale Ausdehnungen zulässt und Schwingungen aufnimmt.

Claims (11)

  1. Brenner (3) mit zwei Zündelektroden (4) und einer Halterung (2), wobei die Halterung (2) an der Außenfläche des Brenners (3) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündelektroden (4) an jeweils drei Punkten (1) ihres Umfanges durch die Halterung (2) in einer festgelegten Position gehalten sind.
  2. Brenner (3) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die drei Punkte (1) so über den Umgang der Zündelektrode verteilt sind, dass die Winkel zwischen ihnen 120° betragen.
  3. Brenner (3) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündelektroden (4) axial verschiebbar in der Halterung (2) gelagert sind.
  4. Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede Zündelektrode (4) eine keramische Ummantelung (6) aufweist.
  5. Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jede Zündelektrode (4) radial federnd in der Halterung (2) gelagert ist.
  6. Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halterung (2) mindestens eine radial federnde Schelle (9) umfasst.
  7. Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halterung (2) eine Auflageschelle (8) und eine Fixierungsschelle (9) umfasst.
  8. Brenner (3) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auflageschelle (8) und die Fixierungsschelle (9) so ausgestaltet und relativ zueinander angeordnet sind, dass jede Zündelektrode (4) an einem Punkt (1) ihres Umfanges durch die Auflageschelle (8) und an zwei weiteren Punkten (1) ihres Umfanges durch die Fixierungsschelle (9) in einer festgelegten Position gehalten ist.
  9. Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Halterung (2) mit Hilfe von mindestens zwei Befestigungselementen an der Außenfläche des Brenners (3) befestigt ist.
  10. Brenner (3) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    es sich bei den Befestigungselementen um Schrauben (10) handelt.
  11. Gasturbine mit einem Brenner (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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