EP2340397A1 - Brennereinsatz für eine gasturbinenbrennkammer und gasturbine - Google Patents

Brennereinsatz für eine gasturbinenbrennkammer und gasturbine

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EP2340397A1
EP2340397A1 EP09823099A EP09823099A EP2340397A1 EP 2340397 A1 EP2340397 A1 EP 2340397A1 EP 09823099 A EP09823099 A EP 09823099A EP 09823099 A EP09823099 A EP 09823099A EP 2340397 A1 EP2340397 A1 EP 2340397A1
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EP
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combustion chamber
burner
wall
gas turbine
burner insert
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Andreas Böttcher
Andre Kluge
Tobias Krieger
Jürgen MEISL
Kai-Uwe Schildmacher
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Siemens AG
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    • 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
    • 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
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    • F23R3/04—Air inlet arrangements
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    • 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
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03042—Film cooled combustion chamber walls or domes

Definitions

  • the present invention relates to a combustor liner for a gas turbine combustor having a burner port for inserting a combustor.
  • the invention relates to a gas turbine.
  • annular combustion chambers that is to say of combustion chambers which extend annularly around the turbine rotor
  • a multiplicity of combustion inserts are generally arranged next to one another in the circumferential direction of the annular combustion chamber.
  • the cooling air flowing past the cold side of the burner side then flows into the combustion chamber between the radially outer wall and the radially inner wall of the combustion chamber.
  • cooling air can also be introduced into the combustion chamber by gaps between circumferentially adjacent combustion inserts.
  • Such an annular combustion chamber is described, for example, in EP 1 557 607 A1.
  • a burner insert is shown in Figure 4 in a partially cutaway perspective view. It comprises a burner insert wall 42 with a cold side 43 and a hot side 44, which is to be turned to the combustion chamber interior (the hot side can not be seen in FIG. 4).
  • the cold side 43 communicates with the outlet of the compressor in fluid communication so that compressor air can be bypassed for cooling purposes on the cold side 43 to the temperature of the hot side on one for the material of the burner insert 41 acceptable level.
  • the hot side is also provided with a heat-insulating coating, for example in the form of a ceramic coating, in order to reduce the need for cooling air.

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Abstract

Es wird ein Brennereinsatz (41) für eine Gasturbinenbrennkammer (25) zur Verfügung gestellt, welcher eine Brennereinsatzwand (42) mit einer Kaltseite (43) und einer Heißseite (44) und einem die Brennereinsatzwand (42) begrenzenden Rand (46) aufweist. Der Rand (46) weist einen wenigstens teilweise umlaufenden über die Kaltseite (43) vorstehenden Randsteg (51) auf. Eine Brenneröffnung (45) zum Einsetzen eines Brenners (27) ist in der Brennereinsatzwand (42) gebildet.

Description

Beschreibung
Brennereinsatz für eine Gasturbinenbrennkammer und Gasturbine
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennereinsatz für eine Gasturbinenbrennkammer, der eine Brenneröffnung zum Einsetzen eines Brenners aufweist. Daneben betrifft die Erfindung eine Gasturbine.
Gasturbinenbrennkammern weisen ein brennerseitiges Ende und ein turbinenseitiges Ende auf. Das turbinenseitige Ende ist offen und ermöglicht ein Ausströmen der in der Brennkammer entstehenden heißen Verbrennungsgase zur Turbine. Am brenner- seitigen Ende ist häufig ein Brennereinsatz vorhanden, der eine hitzeresistente Heißseite und eine gekühlte Kaltseite aufweist. Der Brenner ist in eine Öffnung des Brenneinsatzes eingesetzt. Im Betrieb der Gasturbine strömt Kühlluft, die in der Regel vom Verdichter kommt, entlang der Kaltseite von der Brenneröffnung des Brennereinsatzes zu seinem äußeren Rand, von wo aus die Kühlluft in die Brennkammer strömt. Ein Beispiel für einen Brennereinsatz in einer Rohrbrennkammer ist in US 2005/0016178 Al beschrieben.
Im Falle von Ringbrennkammern, also von Brennkammern, die sich ringförmig um den Turbinenläufer herum erstrecken, sind in der Regel eine Vielzahl von Brenneinsätzen in Umfangsrich- tung der Ringbrennkammer nebeneinander angeordnet. Die an der Kaltseite des Brennerseite vorbeiströmende Kühlluft strömt dann zwischen der radial äußeren Wand und der radial inneren Wand der Brennkammer in die Brennkammer ein. Zudem kann Kühlluft auch durch Spalte zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Brenneinsätzen in die Brennkammer eingeführt werden. Eine derartige Ringbrennkammer ist beispielsweise in EP 1 557 607 Al beschrieben. Alternativ besteht auch die Mög- lichkeit, die Kühlluft statt von der Brenneröffnung des Brennereinsatzes weg zur Brenneröffnung hin zu leiten und sie dann durch einen Ringspalt zwischen dem Rand der Brenneröff- nung und dem eingesetzten Brenner in die Brennkammer einzuleiten, wie dies in EP 1 767 855 Al beschrieben ist.
Ein Brennereinsatz für eine Ringbrennkammer ist schematisch in Figur 1 dargestellt. Die Figur zeigt einen Brennereinsatz für eine Ringbrennkammer in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht auf seine Kaltseite 103. Im Zentrum der Kaltseite 103 des Brennereinsatzes 100 befindet sich eine Öffnung 105, in die der Brenner eingesetzt werden kann. Der Brenner- einsatz wird mittels eines ringförmigen Stegs 107 in einem über die Kaltseite vorstehenden Abschnitt 109 des Brennereinsatzes 100 an einer Tragstruktur im Gasturbinengehäuse befestigt.
Während des Betriebs der Gasturbinenbrennkammer kann es in dieser zu Druckschwankungen kommen, welche den Brennereinsatz zu hochfrequenten Schwingungen anregen können. Diese belasten den Brennereinsatz und verkürzen seine Lebensdauer. Um den Brennereinsatz zu versteifen und um die Kühlluft zu leiten, ist die Kaltseite 103 des Brennereinsatzes 100 mit Rippen 111 versehen. Außerdem sind Stützschrauben 113 vorhanden, die in Figur 1 nur schematisch angedeutet sind. Die Schrauben 113 und die Rippen 111 stellen Auflageabschnitte dar, mit denen die Kaltseite an der Tragstruktur im Gasturbinengehäuse zur Anlage kommt. Bei derartigen Brennereinsätzen kann es zur
Ausbildung eines ungleichmäßigen Spaltes entlang des umfänglichen Randes des Brennereinsatzes kommen, was an Stellen mit vergrößertem Spalt zu einem Überangebot an Kühlluft führen kann. Außerdem entsteht dadurch, dass neben den Rippen 111 auch die Stützschrauben 113 vorhanden sind, eine statische Überbestimmtheit, da der Brennereinsatz 100 außer an den Rippen 11 auch auf den Schrauben gleichzeitig aufliegen soll .
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brennereinsatz für eine Gasturbinenbrennkammer zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine vorteilhafte Gasturbinenbrennkammer sowie eine vorteilhafte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch einen Brennereinsatz nach An- spruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 9 beziehungsweise eine Gasturbine nach Anspruch 13. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Brennereinsatz für eine Gasturbinenbrennkammer weist eine Brennereinsatzwand mit einer Kaltseite und einer Heißseite auf. In der Brennereinsatzwand ist eine Brenneröffnung zum Einsetzen eines Brenners ausgebildet. Der Brennereinsatz weist einen die Brennereinsatzwand begrenzen- den äußeren Rand mit einem wenigstens teilweise umlaufenden und über die Kaltseite vorstehenden Randsteg auf. Der Rand kann hierbei weitgehend kreisförmig ausgebildet sein, etwa im Fall einer Rohrbrennkammer, oder, beispielsweise im Falle einer Ringbrennkammer, die Form des Randes eines Kreisringaus- Schnittes aufweisen. Auch andere Konturen sind je nach Form der Brennkammer grundsätzlich möglich.
Der Randsteg des erfindungsgemäßen Brennereinsatzes führt zu einer Erhöhung der Eigenfrequenzen im Vergleich zu einem Brennereinsatz nach Stand der Technik, wie er mit Bezug auf
Figur 1 beschrieben wurde. Die Schwingungsbelastung des Brennereinsatzes beim Betrieb der Brennkammer ist daher im Vergleich zu dem Brennereinsatz aus dem Stand der Technik verringert. Außerdem kann der Randsteg im Betrieb der Gasturbi- nenbrennkammer vollständig auf der Tragstruktur im Gasturbinengehäuse aufliegen, so dass ein gleichmäßiger Spalt, vorzugsweise ein Nullspalt, entlang des gesamten Randes vorhanden ist. Um beim Vorhandensein eines Nullspaltes die Kühlluftströmung nicht zu unterbrechen, ist der Randsteg in einer Weiterbildung der Erfindung mit Öffnungen zum Durchtritt von Kühlfluid versehen sein. Zum Realisieren der Öffnungen kann der Randsteg Zinnen aufweisen, zwischen denen die Öffnungen gebildet sind, und/oder mit Durchgangslöchern, beispielsweise Bohrungen, ausgestattet sein. Dadurch, dass mittels der Zinnen, bzw. der Löcher definierte Öffnungen im Randsteg hergestellt werden können, ist eine exakte Einstellung der durch den Randsteg hindurch tretenden Kühlluftmenge durch geeignete Wahl der Zinnengröße bzw. des freien Durchmessers der Löcher möglich. Im Falle von Zinnen können diese etwa durch Unterbrechen des Randsteges erzeugt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Randsteg nicht unterbrochen wird und statt dessen der Randsteg in den Zinnenbereichen weiter über die Kaltseite vorsteht, als in den übrigen Bereichen des Randstegs. Neben der beschriebenen Öffnungen sind auch weitere Formen von Öffnungen denkbar, bspw. Schlitze.
Vorzugsweise läuft der Randsteg um den gesamten Rand des Brennereinsatzes um. Die Steifigkeit des Randes des Brennereinsatzes ist dann besonders hoch.
In einer besonderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennereinsatzes ist die Brenneröffnung von einem ringförmigen, über die Kaltseite vorstehenden und mit einem ringförmigen
Steg versehenen Wandbereich umgeben. Ansonsten ist die Brenneinsatzwand flach ausgebildet, d. h. es existieren keine weiteren Strukturen, wie etwa die im Stand der Technik vorhandenen Rippen. Im Falle des erfindungsgemäßen Brennereinsatzes sind derartige Rippen überflüssig, da sich gezeigt hat, dass ein gleichmäßige Verteilung der Kühlluft auch ohne solche Rippen erfolgt. Auch eine versteifende Funktion der Rippen wird im erfindungsgemäßen Brennereinsatz nicht benötigt.
Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemäße Brennereinsatz eine Einsparung an Kühlluft, da keine ungleichmäßigen Spaltmaße auftreten, die bei der Kühlluftversorgung zu einer Überversorgung führen können. Die verringerte Kühllufteinspeisung in die Brennkammer führt in Folge zu einem verringerten Schad- Stoffausstoß der Gasturbine und zu höheren Turbineneintrittstemperaturen, was wiederum eine Effizienzsteigerung der Gasturbine ermöglicht. Im Falle von Öffnungen im Randspalt, bspw. in Form von Zinnen oder Durchgangsöffnungen, kann zudem durch geeignete Wahl der Öffnungsquerschnitte die Menge an in die Brennkammer einströmender Kühlluft definiert eingestellt werden. Außerdem ist die Einstellung eines Nullspaltes zwischen der Stirnfläche des Randsteges bzw. der Zinnen und der Tragstruktur bzw. der Brennkammerwand möglich. Schließlich ermöglicht die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennereinsatzes auch eine Kostenreduzierung, da die Versteifungsschrauben entfallen und daher im Vergleich zu dem in der Einleitung beschriebenen Brennereinsatz weniger Bauteile nötig sind.
Eine erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer weist wenigstens einen Brenner, wenigstens eine einen Brennkammerinnenraum umgebende Brennkammerwand und wenigstens eine brennerseitige Brennkammerabschlusswand auf. Sie umfasst einen erfindungsgemäßen Brennereinsatz, dessen Brennereinsatzwand die Brennkammerabschlusswand bildet, wobei die Heißseite der Brennereinsatzwand dem Brennkammerinneren zugewandt ist. In der erfindungsgemäßen Brennkammer kann die Brennkammerwand im Falle einer Rohrbrennkammer zylinderförmig ausgebildet sein. Im
Falle einer Ringbrennkammer sind dagegen zwei Brennkammerwände vorhanden, nämlich eine radial äußere und eine radial innere Brennkammerwand.
Die mit dem erfindungsgemäßen Brennereinsatz erreichbaren
Vorteile lassen sich damit in der erfindungsgemäßen Gasturbinenbrennkammer realisieren.
In der erfindungsgemäßen Gasturbinebrennkammer kann zwischen der von dem wenigstens einen Brennereinsatz gebildeten Brennkammerabschlusswand und der wenigstens einen Brennkammerwand ein Spalt vorhanden sein, der das Abströmen von Kühlluft von der Kaltseite des Brenneinsatzes in die Brennkammer ermöglicht.
Im Falle einer als Ringbrennkammer ausgebildeten Gasturbinenbrennkammer mit einem zwischen einer inneren Brennkammerwand und einer äußeren Brennkammerwand gebildeten ringförmigen Brennkammerinnenraum kann die brennerseitige Brennkammerabschlusswand insbesondere durch eine Anzahl in Umfangsrichtung der Brennkammer nebeneinander angeordnete Brennereinsätze gebildet sein. Zwischen benachbarten Brennereinsätzen können Spalte vorhanden sein, die das Einströmen von Kühlluft zwischen den Brennereinsätzen in die Ringbrennkammer ermöglichen .
Eine erfindungsgemäße Gasturbine ist mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkammer ausgestattet, die als erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer ausgestaltet ist. Außerdem umfasst die erfindungsgemäße Gasturbine ein Kühlfluidreservoir, beispielsweise ein mit dem Ausgang eines Verdichters in Verbindung stehendes Brennkammerplenum, wobei die Kaltseite der Brennereinsatzwand strömungstechnisch mit dem Kühlfluidreservoir in Verbindung steht. Eine derartige Gasturbine ermöglicht es, die Vorteile einer Brennkammer mit erfindungsgemäßem Brennereinsatz zu realisieren.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
Figur 1 zeigt einen Brennereinsatz nach Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine Gasturbine in einem Längsteilschnitt.
Figur 3 zeigt eine Ringbrennkammer in einer teilweise ge- schnittenen perspektivischen Ansicht.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Brennereinsatz.
Figur 5 zeigt den Rand des Brennereinsatzes aus Figur 4.
Figur 6 zeigt den Rand des Brennereinsatzes in einer Detailansicht . Figur 7 zeigt den Rand eines abgewandelten Brennereinsatzes in einer Detailansicht.
Figur 2 zeigt eine Gasturbine 1 in einem Längsschnitt. Diese umfasst einen Verdichterabschnitt 3, einen Brennkammerabschnitt 5 und einen Turbinenabschnitt 7. Eine Welle 9 erstreckt sich durch alle Abschnitte der Gasturbine 1. Im Verdichterabschnitt 3 ist die Welle 9 mit Kränzen von Verdichterlaufschaufeln 11 und im Turbinenabschnitt 7 mit Kränzen von Turbinenlaufschaufeln 13 ausgestattet. Zwischen den Laufschaufelkränzen befinden sich im Verdichterabschnitt 3 Kränze von Verdichterleitschaufeln 15 und im Turbinenabschnitt 7 Kränze von Turbinenleitschaufein 17. Die Leitschaufeln erstrecken sich vom Gehäuse 19 der Gasturbinenanlage 1 im We- sentlichen in Radialrichtung zur Welle 9.
Im Betrieb der Gasturbine 1 wird Luft 23 durch einen Luftein- lass 21 des Verdichterabschnittes 3 eingesaugt und von den Verdichterlaufschaufeln 11 komprimiert. Die komprimierte Luft wird einer im Brennkammerabschnitt 5 angeordneten Brennkammer 25, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Ringbrennkammer ausgestaltet ist, zugeleitet, in die auch ein gasförmiger oder flüssiger Brennstoff über wenigstens einen Brenner 27 eingedüst wird. Das dadurch entstehende Luft-Brennstoff- Gemisch wird gezündet und in der Brennkammer 25 verbrannt. Entlang des Strömungspfades 29 strömen die heißen Verbrennungsabgase von der Brennkammer 25 in den Turbinenabschnitt 7, wo sie expandieren und abkühlen und dabei Impuls auf die Turbinenlaufschaufeln 13 übertragen. Die Turbinenleitschau- fein 17 dienen dabei als Düsen zum Optimieren des Impulsübertrages auf die Laufschaufeln 13. Die durch den Impulsübertrag herbeigeführte Rotation der Welle 9 wird dazu genutzt, einen Verbraucher, beispielsweise einen elektrischen Generator, anzutreiben. Die entspannten und abgekühlten Verbrennungsgase werden schließlich durch einen Auslass 31 aus der Gasturbine 1 abgeleitet. Die Ringbrennkammer 25 der in Figur 2 dargestellten Gasturbine ist in Figur 3 in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Ansicht dargestellt. Man erkennt die äußere Brennkammerwand 33 sowie die innere Brennkammerwand 35. Sowohl die äuße- re Brennkammerwand 33 als auch die innere Brennkammerwand 35 sind mit einer heißgasresistenten Auskleidung ausgestattet, die aus Hitzeschildelementen 37 gebildet ist. Als Hitzeschildelemente kommen im vorliegenden Ausführungsbeispiel keramische Hitzeschildelemente zur Anwendung. Das dem Turbinen- abschnitt 7 zugewandte Ende der Brennkammer weist eine Heiß- gasaustrittsöffnung 39 auf, durch die die im Inneren der Brennkammer 25 entstehenden heißen Verbrennungsgase zur Turbine strömen können. An dem Heißgasausgang 39 gegenüberliegenden Ende der Ringbrennkammer 25 ist eine aus Brenner- einsätzen 41 gebildete Brennkammerabschlusswand vorhanden. In jeden Brennereinsatz 41 ist ein Brenner 27 aufgenommen. Die Brennereinsätze 41 sind hierbei nicht direkt mit der äußeren Brennkammerwand 33 und der inneren Brennkammerwand 35 verbunden, sondern an einer Tragstruktur (nicht dargestellt) ange- ordnet, die wiederum am Gehäuse der Gasturbine befestigt ist. Zwischen den einzelnen Brennereinsätzen 41 einerseits sowie der äußeren Wand 33 und der inneren Wand 35 andererseits verbleibt ein Spalt, welcher das Einströmen von Kühlluft entlang der jeweiligen Wand in das Innere der Brennkammer ermöglicht. Zudem sind die Brennereinsätze 41 so angeordnet, dass auch zwischen ihnen, d. h. zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Kanten der Brennereinsätze 41, Spalte verbleiben, die den Eintritt von Kühlluft in das Brennkammer innere ermöglichen.
Ein Brennereinsatz ist in Figur 4 in einer teilwiese geschnittenen perspektivischen Ansicht dargestellt. Er umfasst eine Brennereinsatzwand 42 mit einer Kaltseite 43 sowie einer Heißseite 44, die dem Brennkammerinneren zuzuwenden ist (die Heißseite ist in Figur 4 nicht zu erkennen) . Die Kaltseite 43 steht mit dem Ausgang des Verdichters in strömungstechnischer Verbindung, so dass Verdichterluft zu Kühlungszwecken an der Kaltseite 43 vorbeigeleitet werden kann, um die Temperatur der Heißseite auf einem für das Material des Brennereinsatzes 41 akzeptablen Niveau zu halten. Die Heißseite ist zudem mit einer wärmedämmenden Beschichtung, bspw. in Form einer Kera- mikbeschichtung, versehen, um den Bedarf an Kühlluft zu verringern .
In seinem Zentrum weist der Brennereinsatz 41 eine Öffnung 45 auf, in die der Ausgang eines Brenners 27 eingesetzt werden kann. Die Öffnung 45 ist von einem über die Kaltseite 43 vorstehenden Abschnitt 47 der Brennereinsatzwand 42 begrenzt. Von diesem vorstehenden Abschnitt 47 aus erstreckt sich ein in Radialrichtung der Öffnung 45 verlaufender ringförmiger Steg, mit dem der Brennereinsatz 41 an einer Haltestruktur befestigt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der gesamte äußere
Rand 46 des Brennereinsatzes 41 mit einem über die Kaltseite 43 überstehenden Randsteg 51 versehen, der dem Rand 46 eine erhöhte Steifigkeit verleiht und dafür sorgt, dass die Eigenfrequenz der Brennereinsatzwand 42 erhöht wird. Detailansich- ten des Randes 46 mit dem Randsteg 51 sind in den Figuren 5 und 6 dargestellt.
Der Randsteg 51 weist Zinnen 53 auf, die durch Abschnitte des Randstegs 51 gebildet sind, die weiter über die Kaltseite 43 vorstehen als die übrigen Abschnitte 54 des Randstegs 51.
Wenn der Brennereinsatz an einer Tragstruktur befestigt ist und einen Teil einer Brennkammerabschlusswand bildet, liegen die Zinnen 53 mit den von der Kaltseite 43 entferntesten Stirnflächen 55 an einer Anlagefläche der Haltestruktur mit einem Nullspalt an. Zwischen den Zinnen 53 sind dann Fenster 57 gebildet, durch die Kühlluft, die in der Regel im Bereich des vorspringenden Wandabschnittes 47 vom Verdichter zugeführt wird, in die Brennkammer abströmen kann. Die Kühlluft kann dann an der Kaltseite 43, die bis auf den Randsteg 51 und den vorstehenden Wandbereich 47 völlig flach ausgebildet ist, zur Kühlung entlang strömen. Die Fenster 57 zwischen den Zinnen 53 stellen für die strömende Kühlluft Öffnungen mit definierten Durchtrittsquerschnitt dar, da die Stirnflächen 55 der Zinnen 53 mit Nullspalt an der Anlagestruktur anliegen. Durch geeignete Wahl der Breite und Höhe der Randstegabschnitte 54 zwischen den Zinnen 53 im Verhältnis zur Höhe und Breite der Zinnen 53 kann die in die Brennkammer einströmende Kühlluftmenge gezielt eingestellt werden. Aufgrund der erhöhten Steifigkeit, die der Randsteg 51 dem Rand 46 vermittelt, entstehen auch keine wesentlichen Abweichungen des Spaltes zwischen den Zinnenflächen 55 und der Auflagefläche, so dass der für die Kühlluft vorhandene und durch die Fenster defi- nierte Strömungsquerschnitt auch im Betrieb der Gasturbine weitgehend erhalten bleibt. Überangebote an Kühlluft durch sich vergrößernde Spaltmaße können dadurch im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert werden, was wiederum zu einer Senkung des Kühllufteintrags in die Brennkammer und so letztendlich zu einer Senkung der Schadstoffe sowie zu höheren Turbineneintrittstemperaturen führt.
Obwohl der Randsteg 51 im in den Figuren 4 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiel mit Zinnen 53 versehen ist, um Fenster- Öffnungen 57 für die Kühlluft zu definieren, besteht auch die Möglichkeit, den Randsteg 51 gleichmäßig über die Kaltseite 43 vorstehen zu lassen. Kühlluftpassagen können dann mittels Durchgangslöcher 59, etwa in Form von Bohrungen, realisiert werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Brennereinsatzes ist in Figur 7 dargestellt.
Obwohl sich in den vorliegenden Ausführungsbeispielen der Randsteg entlang des gesamten äußeren Randes 46 des Brennereinsatzes 41 erstreckt, sind Ausführungsvarianten denkbar, in denen Bereiche des äußeren Randes 46 des Brennereinsatzes 41 keinen Randsteg 51 aufweisen. Außerdem sind Ausführungsvarianten für zylinderförmige Brennkammern möglich. In einer solchen Ausführungsvariante wäre der äußere Rand des Brennereinsatzes im Wesentlichen kreisförmig und der Randsteg wäre zu- mindest entlang eines Teils des Kreisumfangs, vorzugsweise um den gesamten Kreisumfang herum, vorhanden. Die Erfindung ermöglicht die Erhöhung der Eigenfrequenz des Brennereinsatzes und gleichzeitig das gezielte Einstellen der Abströmung von Kühlluft in die Brennkammer, so dass die Kühlluft nur durch die vordefinierten Spalte abströmen kann. Da- mit verbunden, ergeben sich weitere Vorteile der Erfindung wie beispielsweise eine längere Lebensdauer des Brennereinsatzes und - durch die eingesparte Kühlluft am Brennereinsatz - eine Senkung der Schadstoffe bei gleicher Leistung der mit erfindungsgemäßen Brennereinsätzen versehenen Gasturbine, wenn die gesparte Kühlluft dem Brenner zugeführt wird. Alternativ lässt sich bei gleichen Emissionen eine höhere Leistung erzielen .

Claims

Patentansprüche
1. Brennereinsatz (41) für eine Gasturbinenbrennkammer (25), welcher eine Brennereinsatzwand (42) mit einer Kaltseite (43) und einer Heißseite (44) aufweist, wobei eine Brenneröffnung (45) zum Einsetzen eines Brenners (27) in der Brennereinsatzwand (42) gebildet ist, und welcher einen die Brennereinsatzwand (42) begrenzenden Rand (46) aufweist d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Rand (46) einen wenigstens teilweise umlaufenden über die Kaltseite (43) vorstehenden Randsteg (51) aufweist.
2. Brennereinsatz nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Randsteg (51) Öffnungen (57, 59) zum Durchtritt von Kühlfluid aufweist.
3. Brennereinsatz (41) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Randsteg (51) Zinnen (53) aufweist und die Öffnungen (57) zwischen den Zinnen (53) gebildet sind.
4. Brennereinsatz (41) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zinnen (53) durch Randstegabschnitte gebildet sind, die weiter über die Kaltseite (43) vorstehen, als die übrigen Randstegabschnitte (54) .
5. Brennereinsatz (41) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Öffnungen im Randsteg (51) von Durchgangslöchern (59) gebildet sind.
6. Brennereinsatz (41) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Öffnungen im Randsteg (51) durch Schlitze gebildet sind.
7. Brennereinsatz (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Randsteg (51) um den gesamten Rand (46) umläuft.
8. Brennereinsatz (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Brenneröffnung (45) von einem ringförmigen, über die Kaltseite (43) vorstehenden und mit einem ringförmigen Steg
(49) versehenen Wandbereich (47) umgeben ist und die Brennereinsatzwand (42) ansonsten flach ausgebildet ist
9. Gasturbinenbrennkammer (25) mit wenigstens einem Brenner (27), wenigstens einer einen Brennkammerinnenraum umgebenden
Brennkammerwand (33, 35) und einer brennerseitigen BrennkammerabSchlusswand, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens ein Brennereinsatz (41) nach einem der vorangehen- den Ansprüche vorhanden ist, dessen Brennereinsatzwand (42) die Brennkammerabschlusswand wenigstens teilweise bildet, wobei die Heißseite (44) der Brennereinsatzwand (42) dem Brennkammerinneren zugewandt ist.
10. Gasturbinenbrennkammer (25) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen der von dem wenigstens einen Brennereinsatz (41) gebildeten Brennkammerabschlusswand und der wenigstens einen Brennkammerwand (33, 35) ein Spalt vorhanden ist.
11. Gasturbinenbrennkammer (25) nach Anspruch 9 oder Anspruch
10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sie als Ringbrennkammer mit einem zwischen einer inneren Brennkammerwand (35) und einer äußeren Brennkammerwand (33) gebildeten ringförmigen Brennkammerinnenraum ausgebildet ist und die brennerseitige Brennkammerabschlusswand durch eine Anzahl in Umfangsrichtung der Ringbrennkammer (25) nebeneinander angeordneter Brennereinsätze (41) gebildet ist.
12. Gasturbinenbrennkammer (25) nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zwischen benachbarten Brennereinsätzen (41) Spalte vorhanden sind.
13. Gasturbine (1) mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkam- mer (25) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die wenigstens eine Gasturbinenbrennkammer (25) eine Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 8 bis 11 ist,
- ein Kühlfluidreservoir vorhanden ist und - die Kaltseite (43) der Brennereinsatzwand (42) strömungstechnisch mit dem Kühlfluidreservoir in Verbindung steht.
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