EP2049840A1 - Brennkammer einer verbrennungsanlage - Google Patents

Brennkammer einer verbrennungsanlage

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Publication number
EP2049840A1
EP2049840A1 EP07787161A EP07787161A EP2049840A1 EP 2049840 A1 EP2049840 A1 EP 2049840A1 EP 07787161 A EP07787161 A EP 07787161A EP 07787161 A EP07787161 A EP 07787161A EP 2049840 A1 EP2049840 A1 EP 2049840A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
combustion chamber
cooling channel
liner
holding device
Prior art date
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Granted
Application number
EP07787161A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2049840B1 (de
Inventor
Stefan Tschirren
Daniel Burri
Andreas Abdon
Christian Steinbach
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Ansaldo Energia IP UK Ltd
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Anticipated expiration legal-status Critical

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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

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber of a combustion plant, in particular a gas turbine, with a heat shield having at least two segments.
  • combustion chambers of a combustion system such as a gas turbine, equipped with a so-called heat shield, which protects an underlying support structure from direct contact with a hot gas stream.
  • a heat shield which protects an underlying support structure from direct contact with a hot gas stream.
  • a nozzle segment for use in a gas turbine which comprises a substantially radially extending between a nozzle wall and a cover side wall and a Having spaced from the nozzle wall, inwardly facing flange.
  • the inwardly facing flange defines, together with the nozzle wall and the sidewall, an undercut area, wherein a plurality of openings leading through the inwardly facing flange are provided to flow cooling medium for impingement cooling of the sidewall into the undercut area.
  • the invention deals with the problem of providing for a combustion chamber of the type mentioned in an improved embodiment, which is characterized in particular by a locally adapted cooling of a heat shield.
  • each segment has a lining element facing a combustion chamber and a holding device, wherein the Liner element is directly exposed to the hot gas flow, and is attached via a support member to a support structure.
  • the holding device, the liner element and the support element are fixed to the support structure.
  • each liner element On the edge side, each liner element has an edge region which engages behind a flange region formed by the holding device.
  • the individual segments are arranged side by side so that between the edges of two adjacent liner elements to the combustion chamber open gap for thermal expansion remains, but in which hot gas can penetrate.
  • the holding device forms, together with the support element, a first cooling channel, in which cooling gas flows to cool the liner element.
  • the holding device has passage openings in the region of its flange region, through which cooling gas flows from the first cooling channel to the edge region to be cooled and, depending on the configuration of the passage openings, allows locally reinforced or reduced cooling of the edge region. Since the liner elements in the region of the gap do not extend completely to the support element or to the support structure, hot gas which has penetrated into the gap can lead to an impairment or damage to the support elements or the support structure.
  • the passage openings are provided, which allow targeted guidance of cooling gas from the first cooling channel to the edge region to be cooled and thereby create a need-based, locally limited, cooling.
  • the inventive, locally adapted cooling, damage or impairment of the support elements or the support structure can be avoided and thereby the life of the combustion chamber can be increased. At the same time reduces maintenance, which can be achieved a reduction in operating costs.
  • a distance between two passage openings and / or a diameter of the passage openings is adapted to a local cooling requirement.
  • a distance between two adjacent passage openings is chosen to be relatively small and / or a diameter of the passage openings is selected to be relatively large, while for a rather small cooling requirement the distance between two passage openings is larger or the diameter of the passage openings smaller can be.
  • an inner liner element is provided between the support structure and the liner element, which forms a second cooling channel together with the support structure, or in which the liner element forms a third cooling channel together with the inner liner element.
  • the pressure in the second cooling channel is greater than in the first cooling channel and larger in the first cooling channel than in the third cooling channel.
  • Fig. 1 is a sectional view through an inventive
  • Fig. 3a - 3c different arrangements of through holes between the first cooling channel and the edge region to be cooled. Ways to carry out the invention
  • FIG. 1 is a sectional view through a combustion chamber wall of an incinerator, in particular a gas turbine, with a heat shield 1, which has at least two juxtaposed segments 2 and 2 '.
  • Each of the two segments 2 and 2 ' moreover has a liner element 4 facing a combustion chamber 3 and a holding device 5.
  • the liner element 4 is formed from a heat-insensitive material, since it is in direct contact with existing in the combustion chamber 3 hot gases.
  • the two liner elements 4 and 4 ' are fixed via a support element 6 to a support structure 7, wherein the support device 5 defines both the liner element 4 and the support element 6 on the support structure 7.
  • the liner element 4 is fastened to the holding device 5 by means of an edge region 8 formed on the liner element 4, which engages behind an undercut-like manner by means of a flange region 9 formed by the holding device 5.
  • an edge region 8 formed on the liner element 4 engages behind an undercut-like manner by means of a flange region 9 formed by the holding device 5.
  • FIG. 1 further shows that between the two adjacent segments 2 and 2 ', in particular between the two adjacent liner elements 4 and 4', a gap 10 open to the combustion chamber 3 for accommodating thermal expansion of the liner elements 4, 4 'remains, in which, however, hot gas can penetrate and leads there to a high temperature load.
  • the hot gas flowing into the gap 10 act on a gap bottom almost directly on the support element 6 and this can affect in terms of its function.
  • the invention proposes that the holding device 5 together with the support element 6 forms a first cooling channel 11 and through openings 12 (see also Fig.
  • Cooling gas in particular cooling air
  • the passage openings 12 are provided in the region of the flange area 9 of the holding device 5.
  • a distance between two passage openings 12 and / or a diameter of the passage openings 12 can be varied. Such a variation is shown in FIG. 2, from which it can be seen that the passage openings 12 have a significantly smaller diameter or cross section in a left region than in a right region. In this way, with a uniform flow through the through-openings 12 in the right-hand region, a higher cooling capacity or a higher cooling-gas outrun from the through-openings 12 can be achieved than in the left-hand region. If the required cooling capacity can not be achieved for the cooling requirement with a single row of passage openings 12 shown in FIG. 2, it is conceivable that a plurality of rows of passage openings 12 extending essentially parallel to the gap 10 are provided. A second row is indicated in FIG. 2.
  • an inner liner element 13 is provided between the support structure 7 and the liner element 4, which forms a second cooling channel 14 together with the support structure 7.
  • the inner liner element 13 together with the liner element 4 forms a third cooling channel 15.
  • the individual cooling channels 11, 14 and 15 to connect with each other, a connecting channel 16 is provided between the first cooling channel 11 and the second cooling channel 14.
  • the through openings 12 are arranged, which provide a connection between the two channels.
  • the pressure in the second cooling channel 14 is greater than in the first cooling channel 11, so that preferably continuously cooling gas from the second cooling channel 14 via the Connecting channel 16 flows into the first cooling channel 11.
  • the pressure in the first cooling channel 11 should preferably be greater than in the third cooling channel 15, so that here, too, a continuous flow of cooling gas from the first cooling channel 11 via the through holes 12 in the third cooling channel 15 takes place.
  • a targeted coolant flow can be generated, which is adapted to a local cooling demand.
  • the cooling gas is still relatively cold and thereby cools the inner liner element 13.
  • the cooling gas flow flows through the passage openings 12 to the linerelement alleviaten edge region 8 and cools it, before it continues through the third cooling channel 15, which is disposed between the inner liner member 13 and the liner member 4 and there contributes to the cooling of the liner member 4.
  • cooling fins 17 are arranged on a side facing away from the combustion chamber 3 of the liner element 4 and protrude into the third cooling channel 15 inside. The enlargement of the surface thus results in an improved cooling effect, as would be possible in one embodiment without cooling ribs 17.
  • FIG. 3 several conceivable embodiments of the flange portion 9 of the holding device 5 are shown, wherein this in Fig. 3a has three rows of through holes 12 and thereby achieves a particularly high cooling effect on the facing edge region 8 of the liner element 4.
  • the flange region 9 of the holding device 5 according to FIG. 3 b has only two rows of passage openings 12, as a result of which the cooling power acting on the edge region 8 is reduced.
  • the cooling capacity can be reduced again by the flange area 9 of the holding device 5 having only one row of passage openings 12, as shown in FIG. 3 c.
  • the three different embodiments already show that, depending on the embodiment of the flange region 9 of the holding device 5 or, depending on the arrangement of the passage openings 12, a different, individually adapted to a cooling demand cooling performance can be achieved.
  • the different rows of through holes 12 extend in accordance with FIGS. 3a to 3c substantially perpendicular to the image plane.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer (3) einer Verbrennungsanlage mit einem zumindest zwei Segmente (2) und (2') aufweisenden Hitzeschutzschild (1). Jedes der Segmente (2) und (2') weist ein einem Brennraum (3) zugewandtes Linerelement (4, 4´) und eine Halteeinrichtung (5, 5´) auf, wobei das Linerelement (4) über ein Tragelement (6) an einer Tragstruktur (7) befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei über ein am Linerelement (4) ausgebildeten Randbereich (8), der einen durch die Halteeinrichtung (5) gebildeten Flanschbereich (9) hintergreift. Zur Kühlung der einem zwischen den Rändern zweier benachbarter Linerelemente (4) und (4') angeordneten Spalt (10) hin zugewandten Randbereiche (8) der Linerelemente (4), weist die Halteeinrichtung (5) im Bereich ihres Flanschbereiches (9) Durchgangsöffnungen (12) auf, durch welche Kühlgas aus einem durch die Halteeinrichtung (5) zusammen mit dem Tragelement (6) gebildeten ersten Kühlkanal (11) an den zu kühlenden Randbereich (8) strömt.

Description

Brennkammer einer Verbrennungsanlage
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Gasturbine, mit einem zumindest zwei Segmente aufweisenden Hitzeschutzschild.
Stand der Technik
Üblicherweise sind Brennkammern einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Gasturbine, mit einem sogenannten Hitzeschutzschild ausgestattet, welcher eine darunter liegende Tragstruktur vor einem direkten Kontakt mit einem Heißgasstrom schützt. Je nach Lage in der Brennkammer beziehungsweise bezüglich des Heißgasstromes sind dabei der Hitzeschutzschild beziehungsweise einzelne Segmente davon einer unterschiedlichen Temperaturbelastung ausgesetzt.
Aus der EP 1 143 109 B1 ist ein Düsensegment zur Verwendung in einer Gasturbine bekannt, welches eine sich im wesentlichen radial zwischen einer Düsenwand und einer Abdeckung erstreckende Seitenwand umfasst und einen von der Düsenwand beabstandeten, nach innen gewandten Flansch aufweist. Der nach innen gewandte Flansch definiert zusammen mit der Düsenwand und der Seitenwand einen Hinterschnittbereich, wobei mehrere, durch den nach innen gewandten Flansch führende Öffnungen vorgesehen sind, um Kühlmedium zur Aufprallkühlung der Seitenwand in den Hinterschnittbereich strömen zu lassen. Hierdurch wird eine im wesentlichen gleichmäßige Kühlung des Hitzeschutzschildes beziehungsweise der Seitenwand erreicht. Wie eingangs beschrieben, ist der Hitzeschutzschild, je nach Lage in der Brennkammer, einer unterschiedlich hohen Temperaturbelastung ausgesetzt, was zur optimalen Kühlung eine lokal unterschiedliche Kühlung erforderlich macht.
Darstellung der Erfindung
Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkammer der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine lokal angepasste Kühlung eines Hitzeschutzschildes auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen zumindest zwei Segmente aufweisenden Hitzeschutzschild mit innenliegenden Kühlkanälen so auszubilden, dass eine lokal unterschiedliche Kühlung innerhalb eines Segmentes möglich ist. Generell weist dabei jedes Segment ein einem Brennraum zugewandtes Linerelement und eine Halteeinrichtung auf, wobei das Linerelement direkt dem Heißgasstrom ausgesetzt ist, und über ein Tragelement an einer Tragstruktur befestigt ist. Demgegenüber sind die Halteeinrichtung, das Linerelement und das Tragelement an der Tragstruktur festgelegt. Randseitig weist jedes Linerelement einen Randbereich auf, der einen durch die Halteeinrichtung gebildeten Flanschbereich derselben hintergreift. Dabei sind die einzelnen Segmente so nebeneinander angeordnet, dass zwischen den Rändern zweier benachbarten Linerelemente ein zur Brennkammer hin offener Spalt zur Wärmedehnung verbleibt, in welchen jedoch Heißgas eindringen kann. Deshalb ist bei der erfindungsgemäßen Brennkammer vorgesehen, dass die Halteeinrichtung zusammen mit dem Tragelement einen ersten Kühlkanal bildet, in welchem Kühlgas zur Kühlung des Linerelementes strömt. Zur Kühlung der dem Spalt zugewandten Randbereiche der Linerelemente weist die Halteeinrichtung im Bereich ihres Flanschbereiches Durchgangsöffnungen auf, durch welche Kühlgas aus dem ersten Kühlkanal an den zu kühlenden Randbereich strömt und je nach Ausgestaltung der Durchgangsöffnungen eine lokal verstärkte beziehungsweise verminderte Kühlung des Randbereiches ermöglicht. Da die Linerelemente im Bereich des Spaltes nicht gänzlich bis zum Tragelement beziehungsweise zur Tragstruktur reichen, kann in den Spalt eingedrungenes Heißgas zu einer Beeinträchtigung beziehungsweise Beschädigung der Tragelemente beziehungsweise der Tragstruktur führen. Um dem entgegenzuwirken, sind die Durchgangsöffnungen vorgesehen, welche eine gezielte Führung von Kühlgas aus dem ersten Kühlkanal an den zu kühlenden Randbereich ermöglichen und dadurch eine bedarfsgerechte, lokal begrenzte, Kühlung schaffen. Durch die erfindungsgemäße, lokal angepasste Kühlung, kann eine Beschädigung beziehungsweise Beeinträchtigung der Tragelemente beziehungsweise der Tragstruktur vermieden werden und dadurch die Lebensdauer der Brennkammer gesteigert werden. Gleichzeitig reduziert sich ein Wartungsaufwand, wodurch eine Senkung der Betriebskosten erreicht werden kann. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist ein Abstand zwischen zwei Durchgangsöffnungen und/oder ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen an einen lokalen Kühlbedarf angepasst. Bei einem hohen Kühlbedarf ist daher denkbar, dass ein Abstand zwischen zwei benachbarten Durchgangsöffnungen relativ klein gewählt wird und/oder ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen relativ groß gewählt wird, während bei einem eher geringen Kühlbedarf der Abstand zwischen zwei Durchgangsöffnungen größer beziehungsweise der Durchmesser der Durchgangsöffnungen kleiner gewählt werden kann. Diese individuelle Anpassung erlaubt eine bedarfsgerechte Kühlung lokal unterschiedlich temperaturbelasteter Bereiche und dadurch auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Turbine, da keine zu stark gekühlten Bereiche vorhanden sind, welche den Heißgasstrom unnötig abkühlen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der zwischen der Tragstruktur und dem Linerelement ein inneres Linerelement vorgesehen ist, welches zusammen mit der Tragstruktur einen zweiten Kühlkanal bildet, beziehungsweise bei der das Linerelement zusammen mit dem inneren Linerelement einen dritten Kühlkanal bildet. Eine derartige Aufspaltung in mehrere Kühlkanäle innerhalb des Hitzeschutzschildes erlaubt eine noch genauere Steuerung der Kühlung des Hitzeschutzschildes, wobei das Kühlgas zunächst die stärker zu kühlenden Bereiche durchströmt und dann, nach entsprechender Erwärmung, die weniger stark zu kühlenden Bereiche kühlt. Hierdurch kann eine besonders effektive und ebenfalls an den jeweils erforderlichen Kühlbedarf angepasste Kühlung erfolgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Druck im zweiten Kühlkanal größer als im ersten Kühlkanal und im ersten Kühlkanal größer als im dritten Kühlkanal. Durch dieses Druckgefälle kann ein steuerbarer Kühlstrom erzeugt werden, welcher aufgrund des Druckunterschiedes selbständig die jeweils zu kühlenden Bereiche durchströmt und dadurch eine aufwändige Steuerung der Kühlströme erübrigt. Der Druckunterschied zwischen den einzelnen Kühlkanälen kann dabei über einen Strömungsquerschnitt von die einzelnen Kanäle verbindenden Verbindungskanälen gesteuert werden, wodurch gleichzeitig Einfluss auf die Strömungsgeschwindigkeit genommen werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Rotors ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen dabei, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes
Hitzeschutzschild einer Brennkammer,
Fig. 2 eine mögliche Anordnung von Durchgangsöffnungen zwischen einem ersten Kühlkanal und einem zu kühlenden Randbereich,
Fig. 3a - 3c unterschiedliche Anordnungen von Durchgangsöffnungen zwischen dem ersten Kühlkanal und dem zu kühlenden Randbereich. Wege zur Ausführung der Erfindung
Entsprechend Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung durch eine Brennkammerwand einer Verbrennungsanlage gezeigt, insbesondere einer Gasturbine, mit einem Hitzeschutzschild 1 , welcher zumindest zwei nebeneinander angeordnete Segmente 2 und 2' aufweist. Jedes der beiden Segmente 2 und 2' weist darüber hinaus ein einem Brennraum 3 zugewandtes Linerelement 4 und eine Halteeinrichtung 5 auf. Das Linerelement 4 ist dabei aus einem hitzeunempfindlichen Material gebildet, da es in direktem Kontakt mit im Brennraum 3 vorhandenen Heißgasen steht. Fixiert werden die beiden Linerelemente 4 und 4' über ein Tragelement 6 an einer Tragstruktur 7, wobei die Halteeinrichtung 5 sowohl das Linerelement 4 als auch das Tragelement 6 an der Tragstruktur 7 festlegt. Dabei erfolgt eine Befestigung des Linerelementes 4 an der Halteeinrichtung 5 durch einen am Linerelement 4 ausgebildeten Randbereich 8, welcher einen durch die Halteeinrichtung 5 gebildeten Flanschbereich 9 hinterschnittartig hintergreift. Auf einer dem linerelementseitigen Randbereich 8 abgewandten Seite erfolgt in gleicher Weise eine Fixierung eines inneren Linerelementes 13 über die Halteeinrichtung 5 am Tragelement 6.
Der Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, dass zwischen den beiden benachbarten Segmenten 2 und 2', insbesondere zwischen den beiden benachbarten Linerelementen 4 und 4' ein zum Brennraum 3 hin offener Spalt 10 zur Aufnahme von Wärmedehnungen der Linerelemente 4, 4' verbleibt, in welchen aber auch Heißgas eindringen kann und dort zu einer hohen Temperaturbelastung führt. Insbesondere ist auch denkbar, dass das in den Spalt 10 einströmende Heißgas an einem Spaltgrund nahezu unmittelbar auf das Tragelement 6 einwirken und dieses hinsichtlich seiner Funktion beeinträchtigen kann. Um eine derartige Beeinträchtigung durch in den Spalt 10 einströmendes Heißgas vermeiden oder zumindest reduzieren zu können, schlägt die Erfindung vor, dass die Halteeinrichtung 5 zusammen mit dem Tragelement 6 einen ersten Kühlkanal 11 bildet und Durchgangsöffnungen 12 aufweist (vgl. auch Fig. 2), welche zu dem zu kühlenden Randbereich 8 hin gerichtet sind, so dass Kühlgas, insbesondere Kühlluft, aus dem ersten Kühlkanal 11 an den zu kühlenden Randbereich 8 strömen und diesen kühlen kann. Die Durchgangsöffnungen 12 sind dabei im Bereich des Flanschbereiches 9 der Halteeinrichtung 5 vorgesehen.
Um einen zur Kühlung erforderlichen Kühlstromanprall erforderlichen Kühlleistungen anpassen zu können, kann ein Abstand zwischen zwei Durchgangsöffnungen 12 und/oder ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen 12 variiert werden. Eine derartige Variation ist gemäß Fig. 2 dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass die Durchgangsöffnungen 12 in einem linken Bereich einen deutlich kleineren Durchmesser beziehungsweise Querschnitt aufweisen als in einem rechten Bereich. Hierdurch kann bei einer gleichmäßigen Durchströmung der Durchgangsöffnungen 12 im rechten Bereich eine höhere Kühlleistung beziehungsweise ein höherer Kühlgasausritt aus den Durchgangsöffnungen 12 erreicht werden, als im linken Bereich. Kann die erforderliche Kühlleistung an den Kühlbedarf mit einer einzigen in Fig. 2 gezeigten Reihe von Durchgangsöffnungen 12 nicht erzielt werden, so ist vorstellbar, dass mehrere, im wesentlichen parallel zum Spalt 10 verlaufende Reihen von Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen werden. Eine zweite Reihe ist dabei gemäß Fig. 2 angedeutet.
Wie der Fig. 1 weiter zu entnehmen ist, ist zwischen der Tragstruktur 7 und dem Linerelement 4 ein inneres Linerelement 13 vorgesehen, welches zusammen mit der Tragstruktur 7 einen zweiten Kühlkanal 14 bildet. Auf einer dem zweiten Kühlkanal 14 abgewandten Seite bildet das innere Linerelement 13 zusammen mit dem Linerelement 4 einen dritten Kühlkanal 15. Um die einzelnen Kühlkanäle 11 , 14 und 15 miteinander zu verbinden, ist zwischen dem ersten Kühlkanal 11 und dem zweiten Kühlkanal 14 ein Verbindungskanal 16 vorgesehen. Zwischen dem ersten Kühlkanal 11 und dem dritten Kühlkanal 15 wiederum sind die Durchgangsöffnungen 12 angeordnet, welche eine Verbindung zwischen beiden Kanälen schaffen.
Um nun einen möglichst kontinuierlichen Kühlmittelstrom in den einzelnen Kanälen, 11 , 14 und 15 erzeugen zu können, kann vorgesehen sein, dass der Druck im zweiten Kühlkanal 14 größer ist als im ersten Kühlkanal 11 , so dass vorzugsweise kontinuierlich Kühlgas vom zweiten Kühlkanal 14 über den Verbindungskanal 16 in den ersten Kühlkanal 11 strömt. Darüber hinaus sollte der Druck im ersten Kühlkanal 11 vorzugsweise größer sein als im dritten Kühlkanal 15, so dass auch hier ein kontinuierlicher Kühlgasstrom vom ersten Kühlkanal 11 über die Durchgangsöffnungen 12 in den dritten Kühlkanal 15 erfolgt.
Durch die Anordnung der einzelnen Kühlkanäle 11 , 14 und 15 sowie die Druckverteilung in denselben, kann ein gezielter Kühlmittelstrom erzeugt werden, welcher an einen lokalen Kühlbedarf angepasst ist. So ist im zweiten Kühlkanal 14 das Kühlgas noch relativ kalt und kühlt dadurch das innere Linerelement 13. Nach dem Durchtritt des Kühlgases durch den Verbindungskanal 16 in den ersten Kühlkanal 11 wird auch die Halteeinrichtung 5 vom Kühlgasstrom gekühlt. Im weiteren strömt der Kühlgasstrom durch die Durchgangsöffnungen 12 zum linerelementseitigen Randbereich 8 und kühlt diesen, bevor es weiter durch den dritten Kühlkanal 15 strömt, welcher zwischen dem inneren Linerelement 13 und dem Linerelement 4 angeordnet ist und dort zur Kühlung des Linerelementes 4 beiträgt. Dabei ist klar, dass sich das Kühlgas beginnend vom zweiten Kühlkanal 14 über den ersten Kühlkanal 11 bis zum dritten Kühlkanal 14 ständig erwärmt, so dass eine ausreichende Kühlleistung im dritten Kühlkanal 15 durch Anordnung von sogenannten Kühlrippen 17 begünstigt wird. Die Kühlrippen 17 sind dabei auf einer dem Brennraum 3 abgewandten Seite des Linerelementes 4 angeordnet und ragen in den dritten Kühlkanal 15 hinein. Durch die Vergrößerung der Oberfläche erfolgt somit eine verbesserte Kühlwirkung, wie es bei einer Ausführungsform ohne Kühlrippen 17 möglich wäre.
In Fig. 3 sind nun mehrere denkbare Ausführungsformen des Flanschbereiches 9 der Halteeinrichtung 5 gezeigt, wobei dieser in Fig. 3a drei Reihen von Durchgangsöffnungen 12 aufweist und dadurch eine besonders hohe Kühlwirkung am zugewandten Randbereich 8 des Linerelementes 4 erreicht. Im Vergleich zu Fig. 3a weist der Flanschbereich 9 der Halteeinrichtung 5 gemäß Fig. 3b lediglich zwei Reihen von Durchgangsöffnungen 12 auf, wodurch die auf den Randbereich 8 einwirkende Kühlleistung reduziert ist. Nochmals reduziert werden kann die Kühlleistung, indem der Flanschbereich 9 der Halteeinrichtung 5, wie in Fig. 3c gezeigt, lediglich eine Reihe von Durchgangsöffnungen 12 aufweist. Die drei unterschiedlichen Ausführungsformen zeigen bereits, dass je nach Ausführungsform des Flanschbereiches 9 der Halteeinrichtung 5 beziehungsweise je nach Anordnung der Durchgangsöffnungen 12 eine unterschiedliche, individuell an einen Kühlbedarf angepasste Kühlleistung erreicht werden kann. Die unterschiedlichen Reihen von Durchgangsöffnungen 12 verlaufen dabei gemäß den Fig. 3a bis 3c im wesentlichen senkrecht zur Bildebene.
Bezugszeichenliste
Hitzeschutzschild
Segmente
Brennraum
Linerelement
Halteeinrichtung
Tragelement
Tragstruktur
Randbereich des Linerelementes 4
Flanschbereich der Halteeinrichtung 5
Spalt zwischen zwei Linerelementen 4 erster Kühlkanal
Durchgangsöffnung inneres Linerelement zweiter Kühlkanal dritter Kühlkanal
Verbindungskanal
Kühlrippe

Claims

Patentansprüche
1. Brennkammer einer Verbrennungsanlage, insbesondere einer Gasturbine, mit einem zumindest zwei Segmente (2, 2') aufweisenden Hitzeschutzschild (1 ),
- wobei jedes Segment (2, 2') ein einem Brennraum (3) zugewandtes Linerelement (4, 4') und eine Halteeinrichtung (5, 5') aufweist,
- wobei das Linerelement (4, 4') über ein Tragelement (6) an einer Tragstruktur (7) befestigt ist und wobei die Halteeinrichtung (5) das Linerelement (4, 4') und das Tragelement (6) an der Tragstruktur (7) festlegt,
- wobei die Halteeinrichtung (5, 5') zusammen mit dem Trageelement (6) einen (ersten) Kühlkanal (11) bildet,
- wobei das Linerelement (4, 4') einen Randbereich (8, 8') aufweist, welcher einen durch die Halteeinrichtung (5, 5') gebildeten Flanschbereich (9, 9') hintergreift,
- wobei zwischen den Rändern zweier benachbarter Linerelemente (4, 4') ein zur Brennkammer hin offener Spalt (10) verbleibt,
- wobei zur Kühlung der dem Spalt (10) zugewandten Randbereiche (8, 8') der Linerelemente (4, 4') die Halteeinrichtung (5, 5') im Bereich ihres Flanschbereichs (9, 9') Durchgangsöffnungen (12,12') aufweist, durch welche Kühlgas aus dem (ersten) Kühlkanal (11 , 11 ') an den zu kühlenden Randbereich (8, 8') strömt.
2. Brennkammer nach Anspruch 1 , d a d u rc h g e ke n n ze i c h n et , dass ein Abstand zwischen zwei Durchgangsöffnungen (12) und/oder ein Durchmesser der Durchgangsöffnungen (12) an einen lokalen Kühlbedarf angepasst ist.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen der Tragstruktur (7) und dem Linerelement (4, 4') ein inneres Linerelement (13, 13') vorgesehen ist, welches zusammen mit der Tragstruktur (7) einen (zweiten) Kühlkanal (14) bildet, und/oder
- dass das Linerelement (4, 4') zusammen mit dem inneren Linerelement (13, 13') einen (dritten) Kühlkanal (15, 15') bildet.
4. Brennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkanal (11, 11', 14, 14') zumindest ein Verbindungskanal (16, 16') vorgesehen ist.
5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Druck im zweiten Kühlkanal (14, 14') größer ist als im ersten Kühlkanal (11, 11'), und/oder
- dass der Druck im ersten Kühlkanal (11, 11') größer ist als im dritten Kühlkanal (15, 15').
6. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (5, 5') zumindest eine im wesentlichen parallel zum Spalt (10) verlaufende Reihe von Durchgangsöffnungen (12) aufweist.
7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Linerelement (4, 4') auf seiner dem Brennraum (3) abgewandten Seite Kühlrippen (17, 17') aufweist, welche in den dritten Kühlkanal hineinragen.
8. Brennkammer nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Linerelement (13, 13') über die Halteeinrichtung (5, 5') am Tragelement (6) befestigt ist.
9. Verbrennungsanlage, insbesondere eine Gasturbine, mit einer Brennkammer nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8.
EP07787161.4A 2006-08-07 2007-07-06 Brennkammer einer verbrennungsanlage Not-in-force EP2049840B1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
CH12592006 2006-08-07
PCT/EP2007/056878 WO2008017550A1 (de) 2006-08-07 2007-07-06 Brennkammer einer verbrennungsanlage

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Publication Number Publication Date
EP2049840A1 true EP2049840A1 (de) 2009-04-22
EP2049840B1 EP2049840B1 (de) 2018-04-11

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ID=37533489

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