EP2242955B1 - Gasturbine mit ringförmiger brennkammer sowie verfahren zum montieren - Google Patents
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- EP2242955B1 EP2242955B1 EP09712985.2A EP09712985A EP2242955B1 EP 2242955 B1 EP2242955 B1 EP 2242955B1 EP 09712985 A EP09712985 A EP 09712985A EP 2242955 B1 EP2242955 B1 EP 2242955B1
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Definitions
- the present invention relates to the field of thermal machines. It relates to a thermal machine according to the preamble of claim 1 and a method for mounting such a thermal machine.
- IGT Modern industrial gas turbines
- IGT are usually designed with annular combustion chambers.
- Most smaller IGTs are designed as so-called "Can Annular Combustors".
- An IGT with annular combustion chamber of the combustion chamber is limited by the side walls and the inlet and outlet plane of the hot gas.
- Such a gas turbine is in the Fig. 1 and 2 shown.
- the in the Fig. 1 and 2 Gas turbine 10 shown in section has a turbine housing 11 in which a rotor 12 rotating about an axis 27 is accommodated.
- a compressor 17 On the right side of the rotor 12 a compressor 17 is formed for the compression of combustion and cooling air, on the left side of a turbine 13 is arranged.
- the compressor 17 compresses air which flows into a plenum 14.
- annular combustion chamber 15 is arranged, which is closed on the input side by a front plate cooling air 20 cooled front panel 19 and the output side via a hot gas channel 25 with the input of the turbine 13 in connection.
- burners 16 are arranged in a ring, for example, as a premix burner, as they are preferably made EP-A1-321809 or EP-A1-704,657 emerge, are designed and inject a fuel-air mixture in the combustion chamber 15.
- the cited documents and the developments derived therefrom form an integral part of this application.
- the resulting during the combustion of the mixture hot air stream 26 passes through the hot gas channel 25 in the turbine 13 and is relaxed there under work.
- the combustion chamber 15 with the hot gas channel 25 is outside with a distance surrounded by an outer and innerdehemd 21 and 31, which are fastened by means of fastening elements 24 to the combustion chamber 15, 25 and between them and the combustion chamber 15, 25 each have an outer and inner cooling channel 22 or 32 train.
- In the cooling channels 22, 32 flows in the opposite direction to the hot gas flow 26 cooling air on the walls of the combustion chamber 15, 25 along a combustion chamber hood 18 and from there into the burner 16 and front plate cooling air 20 directly into the combustion chamber 15th
- the side walls of the combustion chamber 15, 25 are carried out either as shell elements or as solid shells (outer shell 23, inner shell 33).
- a parting plane (29 in Fig. 4 ff.), which allows an upper half of the shell 23, 33 (the upper part) to be removed, for example to assemble or disassemble the gas turbine rotor 12.
- the parting plane 29 accordingly has two parting plane welding seams which are located at the height of the machine axis 27 using the example of the gas turbine engine constructed by the applicant.
- EP 1 847 685 discloses a thermal machine, which comprises a limited by an outer shell and an inner shell to the outside, annular combustion chamber, wherein the outer shell and inner shell are each divided in a parting plane in an upper half and a lower half and which are welded together in the parting plane.
- US 3,031,844 describes a method for mounting a thermal machine with the essential steps that the connecting element is inserted into one of the halves, in a second step, the two halves juxtaposed, in a third step, a connecting element is retracted into one of the halves of the respective shell , And the connecting element in the final position is firmly connected to the two halves.
- CH 342 794 also discloses annular combustors which are composed of halves. According to the doctrine of GB 2 434 199 Seam lines between combustion chamber segments are covered by heat shield.
- the side walls in the region of the parting planes 29 have a reduced strength and service life.
- TBC Thermal Barrier Coating Thermal Barrier Coating
- the thermally very heavily loaded outer and inner shells 23 and 33 act on the four parting planes (29 and others) with high compressive and tensile stresses.
- the required service life of outer and inner shells 23 and 33 is typically two so-called service intervals (service intervals). An operating interval describes the time between (re) commissioning of the combustion chamber and the reconditioning of the components. Both shells, the outer and inner shell 23, 33, often begin to break at the beginning and end of the parting plane welding seams during operation.
- connecting element in the form of a bridge that the outer shell and inner shell at the entrance and / or exit of the combustion chamber have a flange that the connecting elements are arranged on the outside of the flange the flange on the outside has a circumferential groove, and that the connecting elements are inserted into the groove.
- the connecting elements can be releasably connected to the two halves of the outer shell or inner shell.
- the connecting elements with the two halves of the outer shell or inner shell are then releasably connected by screws or bolts.
- connecting elements can also be materially connected, in particular welded, to the two halves of the outer shell or inner shell.
- the invention is characterized in that the groove and the connecting elements are formed such that the connecting elements are held by positive engagement in the groove.
- the connecting elements have first means for improving the mechanical integrity, wherein throat-shaped incisions are preferably provided as means for improving the mechanical integrity, preferably at the ends.
- Another embodiment is characterized in that the connecting elements have second means for improving the mountability, wherein as a means for improving the mountability is preferably provided on the top of a cam.
- Another embodiment is characterized in that the connecting elements have third means for improving the cooling of the connecting elements.
- the connecting elements fourth means for forming cooling channels between the connecting element and the flange, wherein as a means for forming cooling channels preferably on the bottom of a wavy base is provided.
- An embodiment of the inventive method is characterized in that the connecting element is loosely inserted in the first step in the upper half and welded in the final position with the two halves.
- Another embodiment is characterized in that the connecting element is inserted into the upper half in its final position in the first step and secured with screws or bolts, and that in the third step, the upper half is positioned with simultaneous retraction of the connecting element on the lower half.
- An essential feature of the inventive idea is an additional, mechanical positive connection of the parting plane welding seams between the half shells of the outer shell and / or inner shell of an annular combustion chamber (remark: all following explanations and illustrations relate to the outer shell, but also apply correspondingly to an inner shell).
- a bridge is used as an additional connecting element on both sides of the parting plane, preferably in a respective already existing flange.
- this bridge may or may not be designed to continue to permit or permit cooling of the flange portion.
- the bridge is used on one side, in the upper part of the outer shell, in a flanged groove.
- the two shells are placed one above the other in the gas turbine (GT) and the bridge is pushed into position or beaten (a cam or a nose on the outer diameter of the bridge can serve as a starting point for a mandrel or hammer.)
- GT gas turbine
- the bridge is welded at its top with the flange.
- the geometric design of the flange and the bridge itself allows preferably the cooling air to flow through the flange under the bridge over - and thus to ensure the conditions for a convective cooling.
- the bridge is then inserted on one side, in the upper part (in the upper half) of the outer shell, into the flanged groove and positioned with bolts at its destination.
- the two half shells are placed one above the other in the gas turbine and the bridge is retracted into the lower half shell.
- the bridge can also be secured in the lower half shell (by bolts and / or screws). For better accessibility when welding the parting line, the bridge can also be removed and reused at any time.
- the shells 23, 33 of the annular combustion chamber 15, 25 are provided on the burner side and at the turbine end with flanges for connection be used between the combustion chamber and adjacent components.
- Fig. 3 shows as an example in longitudinal section the turbine-side end of the outer shell 23 of the combustion chamber 15, 25 from Fig. 1 with the attached flange 28.
- the flange 28 has on the outside a groove 34 which receives the provided for mechanical relief of the parting plane welds bridges.
- FIG. 7a to 7c The bridge 30 is in the form of an elongate planar strip of rectangular cross section having the slightly curved shape of a circular arc segment.
- the length of the bridge 30 is selected so that on both sides of the parting plane 29 with sufficient distance two mounting holes 36 can be attached, which serve the screw / Verbolzung the bridge 30 with the two welded half-shells 23 a, 23 b. If the bridge 30 is screwed, according to Fig.
- a connecting element 40 is preferably used according to FIG Fig. 8-10 or 11 used.
- the bridge 40 is in its cross-sectional contour ( Fig. 10b ) of the cross-sectional contour of the flange groove 34 adapted so that the bridge 40 can be positively inserted into the groove 34 and thereby engages with a skirt 37 in an undercut in the groove 34.
- a transversely projecting cam 39 is provided in the middle, at which when driving the bridge 40 into the groove 34 with a striking tool can be recognized.
- a wave-shaped base 38 is formed ( Fig.
- novel, positive-locking connecting elements which act as "structural bridges for the combustion chamber shell parting plane" ensure significantly improved force transmission at the ends of the parting plane.
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Maschinen. Sie betrifft eine thermische Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Montieren einer solchen thermischen Maschine.
- Moderne Industrie-Gasturbinen (IGT) werden in der Regel mit Ringbrennkammern ausgelegt. Meist kleinere IGTs werden als so genannte "Can Annular Combustors" ausgeführt. Bei einer IGT mit Ringbrennkammer ist der Brennraum begrenzt durch die Seitenwände sowie die Eintritts- und Austrittsebene des Heissgases. Eine solche Gasturbine ist in den
Fig. 1 und2 dargestellt. Die in denFig. 1 und2 im Ausschnitt gezeigte Gasturbine 10 hat ein Turbinengehäuse 11, in dem ein um eine Achse 27 drehender Rotor 12 untergebracht ist. Auf der rechten Seite ist an Rotor 12 ein Verdichter 17 zur Verdichtung von Verbrennungs- und Kühlluft ausgebildet, auf der linken Seite ist eine Turbine 13 angeordnet. Der Verdichter 17 verdichtet Luft, die in ein Plenum 14 einströmt. Im Plenum ist konzentrisch zur Achse 27 eine ringförmige Brennkammer 15 angeordnet, die eingangsseitig durch eine mit Frontplattenkühlluft 20 gekühlte Frontplatte 19 abgeschlossen ist und ausgangsseitig über einen Heissgaskanal 25 mit dem Eingang der Turbine 13 in Verbindung steht. - In der Frontplatte 19 sind in einem Ring Brenner 16 angeordnet, die beispielsweise als Vormischbrenner, wie sie vorzugsweise aus
EP-A1-321 809 EP-A1-704 657 - Die Seitenwände der Brennkammer 15, 25 werden dabei entweder als Schalenelemente ausgeführt oder als Vollschalen (Aussenschale 23, Innenschale 33). Bei der Verwendung von Vollschalen ergibt sich montagebedingt die Notwendigkeit einer Trennebene (29 in
Fig. 4 ff.), die es erlaubt, eine obere Hälfte der Schale 23, 33 (das Oberteil) abzunehmen, um zum Beispiel den Gasturbinen-Rotor 12 zu montieren bzw. zu demontieren. Die Trennebene 29 weist entsprechend zwei Trennebenenschweissnähte auf, die sich am Beispiel der von der Anmelderin gebauten Gasturbine auf der Höhe der Maschinenachse 27 befinden. - Für das Schweissen der Trennebenen 29 an der Aussenschale 23 ist der Zugang sowohl von der Heissgasseite als auch von der Kühlluftseite her möglich. Für die Schweissung der Trennebenen an der Innenschale 33 ist der Zugang nur von der Heissgasseite her gewährleistet (Zugang über ein Mannloch im Turbinengehäuse 11). Die Auftrennung einer Schale in eine obere und untere Hälfte (Ober- und Unterteil) sowie das Verschweissen nach Montage des Rotors 12 ist aus dem Stand der Technik bekannt und gängige Praxis.
-
EP 1 847 685 offenbart eine thermische Maschine, welche eine durch eine Aussenschale und eine Innenschale nach aussen begrenzte, ringförmige Brennkammer umfasst, wobei die Aussenschale und Innenschale jeweils in einer Trennebene in eine obere Hälfte und eine untere Hälfte aufgeteilt sind und die in der Trennebene miteinander verschweisst sind.US 3,031,844 beschreibt ein Verfahren zum Montieren einer thermischen Maschine mit den wesentlichen Schritten, dass das Verbindungselement in eine der Hälften eingesetzt wird, in einem 2. Schritt die beiden Hälften nebeneinandergestellt werden, in einem 3. Schritt ein Verbindungselement in eine der Hälften der jeweiligen Schale eingefahren wird, und das Verbindungselement in der endgültigen Position fest mit den beiden Hälften verbunden wird.CH 342 794 GB 2 434 199 - Aufgrund der gegenüber dem Grundmaterial reduzierten Materialeigenschaften der Schweissnaht sowie der fehlenden thermischen Schutzschicht (TBC Thermal Barrier Coating) auf und in unmittelbarere Nähe der Schweissnähte weisen die Seitenwände im Bereich der Trennebenen 29 eine verringerte Festigkeit und Lebensdauer auf. Die thermisch sehr stark belasteten Aussen- und Innenschalen 23 bzw. 33 wirken auf die vier Trennebenen (29 und weitere) mit hohen Druck- und Zugspannungen. Die geforderte Betriebsdauer von Aussen- und Innenschalen 23 bzw. 33 beträgt typischerweise zwei so genannte Service-Intervalle (service intervalls/service cycles). Ein Betriebsintervall beschreibt die Zeit zwischen der (Wieder-)Inbetriebnahme der Brennkammer und dem Rekonditionieren der Komponenten. Beide Schalen, die Aussen- und Innenschale 23, 33, beginnen im Betrieb oft am Anfang und Ende der Trennebenenschweissnähte einzureissen.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine thermische Maschine, insbesondere Gasturbine, zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile bekannter Maschinen vermeidet und insbesondere ein Einreissen der Brennkammerschalen an den die Schalenhälften verbindenden Schweissnähten verhindert, sowie ein Verfahren zu deren Montage anzugeben.
- Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Wesentlich für die Erfindung ist, dass zum Aufnehmen von auf die Trennebenen wirkenden Zug- und Scherkräften an den Trennebenen ein zusätzlicher mechanischer Formschluss vorgesehen ist.
- Dabei ist als zusätzlicher mechanischer Formschluss jeweils ein sich über die Trennebene erstreckendes Verbindungselement in Form einer Brücke vorgesehen ist, dass die Aussenschale und Innenschale am Eingang und/oder Ausgang der Brennkammer einen Flansch aufweisen, dass die Verbindungselemente auf der Aussenseite des Flansches angeordnet sind, dass der Flansch auf der Aussenseite eine umlaufende Nut aufweist, und dass die Verbindungselemente in die Nut eingesetzt sind.
- Durch den nachträglichen Einbau von (gekühlten!) verschraubten und/oder geschweissten, formschlüssigen Brücken in die Nuten der (beiden) Flansche an der Stelle der Trennebenenschweissnähte kann das im Stand der Technik vorhandene Festigkeits-Defizit kompensiert werden. Die Strukturbrücken nehmen dabei die am Anfang und Ende auftretenden Zug- und Scherkräfte auf.
- Die Verbindungselemente können dabei mit den beiden Hälften der Aussenschale bzw. Innenschale lösbar verbunden sein. Insbesondere sind dann die Verbindungselemente mit den beiden Hälften der Aussenschale bzw. Innenschale durch Schrauben oder Bolzen lösbar verbunden.
- Die Verbindungselemente können aber auch mit den beiden Hälften der Aussenschale bzw. Innenschale stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweisst, sein.
- Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Nut und die Verbindungselemente derart ausgebildet sind, dass die Verbindungselemente durch Formschluss in der Nut gehalten werden.
- Gemäss einer weiteren Ausgestaltung weisen die Verbindungselemente erste Mittel zur Verbesserung der mechanischen Integrität auf, wobei als Mittel zur Verbesserung der mechanischen Integrität vorzugsweise an den Enden kehlförmige Einschnitte vorgesehen sind.
- Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente zweite Mittel zur Verbesserung der Montierbarkeit aufweisen, wobei als Mittel zur Verbesserung der Montierbarkeit vorzugsweise auf der Oberseite ein Nocken vorgesehen ist.
- Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbindungselemente dritte Mittel zur Verbesserung der Kühlung der Verbindungselemente aufweisen.
- Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weisen die Verbindungselemente vierte Mittel zur Ausbildung von Kühlkanälen zwischen Verbindungselement und Flansch auf, wobei als Mittel zur Ausbildung von Kühlkanälen vorzugsweise auf der Unterseite eine wellenförmige Grundfläche vorgesehen ist.
- Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement im ersten Schritt lose in die obere Hälfte eingesetzt und in der endgültigen Position mit den beiden Hälften verschweisst wird.
- Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement im ersten Schritt in die obere Hälfte an seiner endgültigen Position eingesetzt und mit Schrauben oder Bolzen gesichert wird, und dass im dritten Schritt die obere Hälfte unter gleichzeitigem Einfahren des Verbindungselements auf der unteren Hälfte positioniert wird.
- Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind weggelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine gekühlte Ringbrennkammer einer Gasturbine nach dem Stand der Technik;
- Fig. 2
- im einzelnen die Ringbrennkammer aus
Fig. 1 mit den aussen befestigten Kühlhemden; - Fig. 3
- im Längsschnitt das turbinenseitige Ende der Aussenschale der Brennkammer aus
Fig. 1 mit dem angesetzten Flansch; - Fig. 4
- im Ausschnitt die an der Trennebene zusammen stossenden Hälften der Aussenschale mit einer am Flansch angeordneten verschraubten Brücke gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 5
- den Ausschnitt aus
Fig. 4 von einer anderen Richtung betrachtet; - Fig. 6
- einen ersten Teilschritt bei der Montage der Brücke gemäss
Fig. 4 ; - Fig. 7
- in verschiedenen Teilfiguren (a), (b) und (c) verschiedene Ansichten einer Brücke gemäss
Fig. 4 ; - Fig. 8
- im Ausschnitt die an der Trennebene zusammen stossenden Hälften der Aussenschale mit einer am Flansch angeordneten verschweissten Brücke gemäss einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 9
- den Ausschnitt aus
Fig. 8 aus einer anderen Richtung betrachtet; - Fig. 10
- in verschiedenen Teilfiguren (a), (b) und (c) verschiedene Ansichten einer Brücke gemäss
Fig. 8 , und - Fig. 11
- in zwei Teilfiguren (a) und (b) unterschiedliche Ansichten einer mit zusätzlichen Kühlmitteln versehenen Brücke ähnlich
Fig. 10 . - Ein wesentliches Merkmal der Erfindungsidee ist ein zusätzlicher, mechanischer Formschluss der Trennebenenschweissnähte zwischen den Halbschalen der Aussenschale und/oder Innenschale einer ringförmigen Brennkammer (Bemerkung: Alle nachfolgenden Erläuterungen und Darstellungen beziehen sich auf die Aussenschale, gelten aber entsprechend auch für eine Innenschale). Dabei wird beidseitig der Trennebene, vorzugsweise in einem jeweils bereits vorhanden Flansch, eine Brücke als zusätzliches Verbindungselement eingesetzt. Diese Brücke kann, muss jedoch nicht, so ausgeführt werden, dass sie weiterhin eine Kühlung der Flanschpartie erlaubt bzw. ermöglicht.
- Die konstruktive Ausführung unterliegt generell den folgenden Prinzipien:
- Die Brücken sind nahezu formschlüssig ausgelegt. Das hat zur Folge, dass diese genau in die jeweilige Flanschgeometrie passen und im Betrieb, aufgrund der thermischen Verformung der Schalen und des Flansches, formschlüssig verklemmen.
- Die Brücken sollen möglichst nahe der "kalten" Schalenaussenwand zu liegen kommen, damit keine weiteren, unnötig hohen Hebelwirkungskräfte entstehen.
- Die Brücken können geschweisst, formschlüssig eingeklemmt oder verschraubt werden.
- Kühlluft kann eingesetzt werden, um die Unterseite der Brücken in unmittelbarer Nachbarschaft der thermisch belasteten Schalenstruktur zu kühlen, um durch die Brücke eine verstärkte Übertragung von Spannungen von der Trennebenenschweissnaht weg zu bewirken.
- In einer praktischen Ausführung der Erfindungsidee wird die Brücke einseitig, im Oberteil der Aussenschale, in eine Flanschnut eingesetzt. Die beiden Schalen werden in der Gasturbine (GT) übereinander gestellt und die Brücke in ihre Position geschoben bzw. geschlagen (ein Nocken oder eine Nase am Aussendurchmesser der Brücke kann dabei als Ansetzpunkt für einen Dorn oder Hammer dienen.) Sobald die Brücke über der Trennebene in Position liegt, wird sie an ihrer Oberseite mit dem Flansch verschweisst. Die geometrische Ausführung des Flansches sowie der Brücke selber erlaubt es dabei vorzugsweise der Kühlluft, durch den Flansch unter der Brücke vorbei zu strömen - und so die Voraussetzungen für eine Konvektivkühlung zu gewährleisten.
- Anstelle der stoffschlüssigen Schweissverbindung zwischen Brücke und Flansch ist aber auch eine lösbare Verbindung denkbar: Die Brücke wird dann einseitig, im Oberteil (in der oberen Hälfte) der Aussenschale, in die Flanschnut eingesetzt und mit Bolzen an ihrem Bestimmungsort positioniert. Die beiden Halbschalen werden in der Gasturbine übereinander gestellt und die Brücke in die untere Halbschale eingefahren. Sobald die beiden Halbschalen exakt übereinander liegen, kann die Brücke auch in der unteren Halbschale gesichert werden (durch Bolzen und/oder Schrauben). Für eine bessere Zugänglichkeit beim Schweissen der Trennebene kann die Brücke auch jederzeit wieder entfernt und neu eingesetzt werden.
- Die beiden o.g. Alternativen (geschweisste bzw. geschraubte Brücke) sollen nachfolgend an den Ausführungsbeispielen der
Fig. 4 bis 11 erläutert werden. Bevorzugt werden die Schalen 23, 33 der Ringbrennkammer 15, 25 am brennerseitigen und am turbinenseitigen Ende mit Flanschen versehen, die zur Verbindung zwischen Brennkammer und benachbarten Bauteilen eingesetzt werden. InFig. 3 zeigt als Beispiel im Längsschnitt das turbinenseitige Ende der Aussenschale 23 der Brennkammer 15, 25 ausFig. 1 mit dem angesetzten Flansch 28. Der Flansch 28 weist auf der Aussenseite eine Nut 34 auf, welche die zur mechanischen Entlastung der Trennebenenschweissnähte vorgesehenen Brücken aufnimmt. - In
Fig. 4 und 5 sind - aus verschiedenen Blickwinkeln gesehen - in einem Ausschnitt die an der Trennebene 29 zusammenstossenden Hälften 23a, 23b der Aussenschale 23 mit einer am Flansch 34 angeordneten verschraubten Brücke 30 gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Brücke 30 selbst ist in verschiedenen Ansichten inFig. 7a bis 7c dargestellt. Die Brücke 30 hat die Form einen länglichen ebenen Streifens mit rechteckigem Querschnitt, der die leicht gebogene Form eines Kreisbogensegments aufweist. Die Länge der Brücke 30 ist so gewählt, dass auf beiden Seiten der Trennebene 29 mit ausreichendem Abstand jeweils zwei Befestigungslöcher 36 angebracht werden können, die der Verschraubung/Verbolzung der Brücke 30 mit den beiden verschweissten Halbschalen 23a, 23b dienen. Wird die Brücke 30 verschraubt, werden gemässFig. 4 bzw. 5 entsprechende Schrauben 35 eingesetzt. Beim Zusammenbau wird die Brücke - wie oben bereits erwähnt - zunächst gemässFig. 6 mit der oberen Hälfte 23a der Aussenschale verschraubt, bevor die Halbschalen 23a, 23b dann zusammengeführt werden. Entsprechendes gilt auch für die Innenschale 33. - Für eine Entlastungsanordnung mit geschweisster Brücke wird vorzugsweise ein Verbindungselement 40 gemäss
Fig. 8-10 oder 11 eingesetzt. Die Brücke 40 ist in ihrer Querschnittskontur (Fig. 10b ) der Querschnittskontur der Flanschnut 34 so angepasst, dass die Brücke 40 formschlüssig in die Nut 34 eingeschoben werden kann und dabei mit einer Fussleiste 37 in einer Hinterschneidung in der Nut 34 eingreift. Auf der Oberseite der Brücke 40 ist in der Mitte ein quer stehender Nocken 39 vorgesehen, an dem beim Einschlagen der Brücke 40 in die Nut 34 mit einem Schlagwerkzeug angesetzt werden kann. Auf der Unterseite der Brücke 40 ist eine wellenförmige Grundfläche 38 ausgebildet (Fig. 10b ), durch die zwischen Brücke 40 und Nutboden ein in Umfangsrichtung des Flansches 28 verlaufender Kühlkanal entsteht. An den Enden der Brücke 40 sind mit Vorteil kehlförmige Einschnitte 41, 42 angeordnet, die partiell einseitig (Fig. 10c ) oder auch als Kreuz (Fig. 11 ) eingearbeitet sind. Die Krümmungsradien der Einschnitte können dabei variieren. - Insgesamt stellen die neuartigen, formschlüssigen Verbindungselemente, die als "Strukturbrücken für die Brennkammerschalen-Trennebene" wirken, signifikant verbesserte Kraftübertragungen an den Enden der Trennebene sicher.
- Im Rahmen der Erfindung sind dabei verschiedene Abweichungen und Varianten einer Grund-Ausführung möglich:
- Die Brücken (40) können für eine verbesserte mechanische Integrität - verbesserte Kraftflussübertragung, Brechen der Kraftspitzen - an ihren Enden kehlförmige Einschnitte (41, 42) aufweisen;
- die Einschnitte in der Brücke können partiell einseitig oder auch als Kreuz eingearbeitet werden;
- die Radien der gezeigten Einschnitte
Fig. 10 ) können variieren; - die Wandstärken der beiden gezeigten Brücken (30, 40) können variieren;
- die Brücken können auf der Kühlluftseite zur Steigerung der Kühleffektivität mit Turbulenzrippen ergänzt werden;
- die Brücken könnten auf der Kühlluftseite zur Steigerung der Kühleffektivität mit Prallkühlluft gekühlt werden;
- die Brücken können aus Gründen der besseren Montierbarkeit an der Oberseite einen Nocken (39) aufweisen, um eine vereinfachte Verschiebbarkeit durch Hammerschlag zu erreichen; und
- in der Werkstatt kann für das Verschweissen der Brücken mit dem Flansch jegliche Art von adäquaten Schweissverfahren angewendet werden.
-
- 10
- Gasturbine
- 11
- Turbinengehäuse
- 12
- Rotor
- 13
- Turbine
- 14
- Plenum
- 15
- Brennkammer
- 16
- Brenner (Doppelkegel- oder EV-Brenner)
- 17
- Verdichter
- 18
- Brennkammerhaube
- 19
- Frontplatte
- 20
- Frontplattenkühlluft
- 21
- äusseres Kühlhemd
- 22
- äusserer Kühlkanal
- 23
- Aussenschale
- 23a
- obere Hälfte der Aussenschale
- 23b
- untere Hälfte der Aussenschale
- 24
- Befestigungselement
- 25
- Heissgaskanal
- 26
- Heissgasstrom
- 27
- Achse
- 28
- Flansch
- 29
- Trennebene
- 30,40
- Verbindungselement (Brücke)
- 31
- inneres Kühlhemd
- 32
- innerer Kühlkanal
- 33
- Innenschale
- 34
- Nut
- 35
- Schraube
- 36
- Befestigungsloch
- 37
- Fussleiste
- 38
- Grundfläche (wellenförmig)
- 39
- Nocken
- 41,42
- Einschnitt (kehlförmig)
Claims (14)
- Thermische Maschine, insbesondere Gasturbine (10), welche eine durch eine Aussenschale (23) und eine Innenschale (33) nach aussen begrenzte, ringförmige Brennkammer (15, 25) umfasst, wobei die Aussenschale (23) und Innenschale (33) jeweils in einer Trennebene (29) in eine obere Hälfte (23a) und eine untere Hälfte (23b) aufgeteilt sind, die in der Trennebene (29) miteinander verschweisst sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufnehmen von auf die Trennebenen (29) wirkenden Zug- und Scherkräften an den Trennebenen (29) ein zusätzlicher mechanischer Formschluss (30, 40) in Form eines sich brückenartig über die Trennebene (29) erstreckenden Verbindungselementes (30, 40) vorgesehen ist, dass die Aussenschale (23) und Innenschale (33) am Eingang und/oder Ausgang der Brennkammer (15, 25) einen Flansch (28) aufweisen, und dass die Verbindungselemente (30, 40) auf der Aussenseite eines dieser Aussenschale oder gar Innenschale Flansche (28) angeordnet sind, dass der Flansch (28) auf der Aussenseite eine umlaufende Nut (34) aufweist, wobei die Verbindungselemente (30, 40) in die Nut (34) eingesetzt sind, und dass die Verbindungselemente (30, 40) und die Nut (34) derart ausgebildet sind, dass die in die Nut einsetzbaren Verbindungselemente durch Formschluss in der Nut (34) gehalten werden.
- Thermische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (30) mit den beiden Hälften (23a, 23b) der Aussenschale (23) bzw. Innenschale (33) lösbar verbunden sind.
- Thermische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (30) mit den beiden Hälften (23a, 23b) der Aussenschale (23) bzw. Innenschale (33) durch Schrauben (35) oder Bolzen lösbar verbunden sind.
- Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) mit den beiden Hälften (23a, 23b) der Aussenschale (23) bzw. Innenschale (33) zusätzlich stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschweisst, sind.
- Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (30) erste Mittel (41, 42) zur Verbesserung der mechanischen Integrität aufweisen.
- Thermische Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) als Mittel (41, 42) zur Verbesserung der mechanischen Integrität an den Enden kehlförmige Einschnitte (41, 42) aufweisen.
- Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) zweite Mittel (39) zur Verbesserung der Montierbarkeit aufweisen.
- Thermische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) als Mittel zur Verbesserung der Montierbarkeit auf der Oberseite einen Nocken (39) aufweisen.
- Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (30, 40) dritte Mittel zur Verbesserung der Kühlung der Verbindungselemente (30, 40) aufweisen.
- Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) vierte Mittel (38) zur Ausbildung von Kühlkanälen zwischen Verbindungselement (40) und Flansch (28) aufweisen.
- Thermische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (40) als Mittel zur Ausbildung von Kühlkanälen auf der Unterseite eine wellenförmige Grundfläche (38) aufweisen.
- Verfahren zum Montieren einer thermischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt das Verbindungselement (30, 40) in die obere Hälfte (23a) der jeweiligen, in obere Hälfte (23a) und untere Hälfte (23b) aufgetrennten Schale (23, 33) eingesetzt wird, dass in einem zweiten Schritt die obere und die untere Hälfte (23a, 23b) übereinander gestellt werden, dass in einem dritten Schritt das Verbindungselement (30, 40) in die untere Hälfte (23b) der jeweiligen Schale (23, 33) eingefahren wird, und dass das Verbindungselement (30, 40) in der endgültigen Position formschlüssig mit der oberen und der unteren Hälfte (23a, 23b) verbunden wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (40) im ersten Schritt lose in die obere Hälfte (23a) eingesetzt und in der endgültigen Position mit den beiden Hälften (23a, 23b) verschweisst wird.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (30) im ersten Schritt in die obere Hälfte (23a) an seiner endgültigen Position eingesetzt und mit Schrauben (35) oder Bolzen gesichert wird, und dass im dritten Schritt die obere Hälfte (23a) unter gleichzeitigem Einfahren des Verbindungselements (30) auf der unteren Hälfte (23b) positioniert wird.
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