EP2402659A1 - Brennkammeraußenschale - Google Patents

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EP2402659A1
EP2402659A1 EP10168147A EP10168147A EP2402659A1 EP 2402659 A1 EP2402659 A1 EP 2402659A1 EP 10168147 A EP10168147 A EP 10168147A EP 10168147 A EP10168147 A EP 10168147A EP 2402659 A1 EP2402659 A1 EP 2402659A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outer shell
combustion chamber
chamber outer
connection
axial direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10168147A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Brandenburg
Olga Deiss
Giuseppe Gaio
Jens Kleinfeld
Andre Kluge
Thomas Alexis Schneider
Christian Scholz
Sabine Tüschen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/60—Support structures; Attaching or mounting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/023—Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • 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
    • F23R2900/00012—Details of sealing devices

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber outer shell.
  • Gas turbines have a combustion chamber with a combustion chamber outer shell.
  • a combustion chamber outer shell may be a combustion chamber upper shell and a lower combustion chamber shell.
  • the combustion chamber outer shell has been manufactured in one piece.
  • the combustion chamber outer shell of a gas turbine is fixed in the axial direction on a turbine vane support, which carries the vanes.
  • the axial fixation is realized by a tongue and groove connection (entanglement), wherein the groove is arranged in the combustion chamber outer shell. If there is a wear-related reduction in the hook wall thickness, there is a risk that component integrity will no longer be guaranteed. As a result, the security of the connection is no longer guaranteed. Thus, costly repairs are necessary, up to the exchange of the entire outer shell. Especially the latter is associated with downtime and high maintenance costs.
  • the object of the present invention is therefore to specify a combustion chamber outer shell for a gas turbine, which avoids the above disadvantages.
  • the object is achieved by specifying a combustion chamber outer shell according to claim 1.
  • connection is a flange connection.
  • This is advantageously screwed or releasably joined.
  • a flange, which is screwed or detachably joined, is particularly in a combustion chamber an advantageous connection, since it is very heat resistant.
  • the combustion chamber outer shell is equipped in the axial direction with heat shields, which are arranged at once uniformly spaced on the inside of the combustion chamber outer shell due to the hot gases.
  • the heat shield can also be a heat shield row.
  • the connection of the combustion chamber outer shell is provided in the axial direction immediately before the last heat shield, the last heat shield facing the turbine vane support out.
  • two combustion chamber shell outer parts namely one which extends from the first heat shield to the fifth heat shield inclusive, hereinafter referred to as the first combustion chamber outer shell part and one which extends only from the sixth heat shield to the end of the outer shell, ie the turbine vane support (second combustion chamber outer shell part).
  • a gas turbine has inside a rotor rotatably mounted about a rotation axis with a shaft, which is also referred to as a turbine runner.
  • the gas turbine has an axial direction A.
  • an intake housing Along the rotor follow one another an intake housing, a compressor, an example toroidal annular combustion chamber with a plurality of coaxially arranged burners, a turbine and the exhaust housing.
  • the annular combustion chamber communicates with an annular hot gas channel, for example.
  • the combustion chamber has a combustion chamber outer shell. When viewed in the axial direction, the turbine outer shell is followed by a turbine guide vane carrier 30.
  • the outer shell consists in the axial direction of different, arranged at almost equal intervals, heat shields 5,6;
  • the heat shields 5 and 6 may also be heat shield rows, which are arranged perpendicular to the axial direction.
  • these are six heat shields, with only the last two heat shields 5, 6 being shown for reasons of drawing.
  • This combustion chamber outer shell is axially fixed to the turbine vane support 30.
  • the axial fixation is realized by a tongue and groove connection 50.
  • the spring consisting of ring segments, is screwed to the turbine guide vane carrier 30 and engages from the outside into the groove located in the outer shell.
  • the fit between the tongue and groove secures the axial position of the outer shell to the turbine vane support 30.
  • the groove of the outer shell is over-turned. There is a risk that the component integrity is no longer guaranteed. As a result, costly repairs are necessary, up to the exchange of the entire outer shell. Especially the latter is associated with downtime and high maintenance costs.
  • the outer shell is divided into a first combustion chamber outer shell part 15 and a second combustion chamber outer shell part 10.
  • the second combustion chamber outer shell part 10 adjoins the turbine guide vane carrier 30.
  • the two outer shell parts 15, 10 are fastened to one another via a flange connection 60.
  • the flange 60 may be screwed or otherwise releasably joined.
  • the outer shell is in particular divided between the fifth heat shield 5 and the sixth heat shield 6. This results in a particularly small second combustion chamber outer shell part in its dimensions 10. Since especially the second combustion chamber outer shell part 10 because of the adjacent Turbinenleitschaufelani 30 tends to wear, so a particularly simple and cost-effective replacement of this second combustion chamber outer shell part 10 is possible. Thus, material costs can be saved. However, the outer shell can also be shared between other heat shields.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkammeraußenschale für eine Gasturbine, wobei die Brennkammeraußenschale in ein erstes Brennkammeraußenschalenteil (15) und in ein zweites Brennkammeraußenschalenteil (10) zweiteilig ausgeführt ist, welche durch eine lösbare Verbindung gasdicht zusammengefügt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammeraußenschale.
  • Gasturbinen weisen eine Brennkammer mit einer Brennkammeraußenschale auf. Bei einer Brennkammeraußenschale kann es sich dabei um eine Brennkammeroberaußenschale und einer Brennkammerunteraußenschale handeln. Die Brennkammeraußenschale ist bisher einstückig gefertigt worden.
  • Die Brennkammeraußenschale einer Gasturbine ist in axialer Richtung an einem Turbinenleitschaufelträger, welcher die Leitschaufeln trägt, fixiert. Die axiale Fixierung wird durch eine Nut-Feder-Verbindung (Verhakung) realisiert, wobei die Nut in der Brennkammeraußenschale angeordnet ist. Bei verschleißbedingter Reduktion der Hakenwandstärke besteht die Gefahr, dass die Bauteilintegrität nicht mehr gewährleistet wird. Infolge dessen ist die Sicherheit der Verbindung nicht mehr gewährleistet wird. Somit sind aufwendige Reparaturen notwendig, bis hin zum Tausch der kompletten Außenschale. Besonders letzteres ist mit Stillstandzeiten und hohen Wartungskosten verbunden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Angabe einer Brennkammeraußenschale für eine Gasturbine, welche die obigen Nachteile vermeidet.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Angabe einer Brennkammeraußenschale nach Anspruch 1.
  • Dies hat den Vorteil, dass bei starkem Verschleiß nun nicht mehr die komplette Außenschale ausgetauscht oder repariert werden muss.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich für Heißgasinspektionen. Während Heißgasinspektionen ist es nicht möglich, die Außenschale als Ganzes aus der Gasturbine zu demontieren. Es ist jedoch mittels der Erfindung möglich, eines der Brennkammeraußenschalenteile zu demontieren, da dieses nun wesentlich geringere Abmaße als die komplette Außenschale aufweist. Somit kann das vom Verschleiß betroffene Außenschalenteil demontiert werden, so dass mechanische Bearbeitungen oder gar ein Austausch während einer solchen Heißgasinspektion möglich sind. Dadurch werden Kosten und Stillstandzeiten gespart.
  • Bevorzugt ist die Verbindung eine Flanschverbindung. Diese ist vorteilhafterweise geschraubt oder lösbar gefügt. Eine Flanschverbindung, welche geschraubt oder lösbar gefügt ist, stellt besonders in einer Brennkammer eine vorteilhafte Verbindung dar, da diese sehr hitzebeständig ist.
  • Die Brennkammeraußenschale ist aufgrund der Heißgase in axialer Richtung mit Hitzeschilden, welche in zumeinst gleichmäßigen Abständen an der Innenseite der Brennkammeraußenschale angeordnet werden, bestückt. Dabei kann der Hitzeschild auch eine Hitzeschildreihe sein. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Verbindung der Brennkammeraußenschale in axialer Richtung unmittelbar vor dem letzten Hitzeschild vorgesehen, wobei der letzte Hitzeschild zum Turbinenleitschaufelträger hin weist. Somit ergeben sich zwei Brennkammerschalenaußenteile, nämlich eines, welches von dem ersten Hitzeschild bis zum fünften Hitzeschild inklusive reicht, nachfolgend als erstes Brennkammeraußenschalenteil bezeichnet und eines welches nur vom sechsten Hitzeschild bis zum Ende der Außenschale, d.h. zum Turbinenleitschaufelträger hin reicht (zweites Brennkammeraußenschalenteil). Für gewöhnlich sind alle Hitzeschilde auf der Brennkammeraußenschale im gleichen Abstand angeordnet. Wird nun die Brennkammeraußenschale vor dem letzten Hitzeschild in zwei Brennkammeraußenschalenteile geteilt, so ergibt sich, dass das zweite Brennkammeraußenschalenteil damit im Vergleich zur gesamten Brennkammeraußenschale oder auch zum ersten Brennkammeraußenschalenteil wesentlich geringere Abmaße aufweist. Durch die geringen Abmaße des zweiten Brennkammeraußenschalenteils ist ein nun besonders schneller Austausch oder Reparatur möglich. Dies spart Kosten und Stillstandzeiten.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur.
    • FIG 1
    zeigt die Brennkammeraußenschale mit erfindungsgemäßer Verbindung.
  • Eine Gasturbine weist im Inneren einen um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor mit einer Welle auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Die Gasturbine weist eine axiale Richtung A auf.
  • Entlang des Rotors folgen aufeinander ein Ansauggehäuse, ein Verdichter, eine beispielsweise torusartige Ringbrennkammer mit mehreren koaxial angeordneten Brennern, eine Turbine und das Abgasgehäuse.
  • Die Ringbrennkammer kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Zudem weist die Brennkammer eine Brennkammeraußenschale auf. In axialer Richtung gesehen ist der Brennkammeraußenschale ein Turbinenleitschaufelträger 30 nachgeschaltet.
  • Die Außenschale besteht in axialer Richtung aus verschiedenen, in nahezu gleichen Abständen angeordneten, Hitzeschilden 5,6; dabei können die Hitzeschilde 5 und 6 auch Hitzeschildreihen sein, die senkrecht zur axialen Richtung angeordnet werden. Vorzugsweise sind das sechs Hitzeschilde, wobei aus zeichnerischen Gründen nur die beiden letzten Hitzeschilde 5,6 dargestellt sind. Diese Brennkammeraußenschale ist am Turbinenleitschaufelträger 30 axial fixiert. Die axiale Fixierung wird durch eine Nut-Feder-Verbindung 50 realisiert. Die Feder, bestehend aus Ringsegmenten, wird an den Turbinenleitschaufelträger 30 geschraubt und greift von außen in die in der Außenschale befindliche Nut ein. Über die Passung zwischen Nut und Feder wird die axiale Position der Außenschale zum Turbinenleitschaufelträger 30 gesichert. Bei Verschleiß wird die Nut der Außenschale überdreht. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Bauteilintegrität nicht mehr gewährleistet wird. Infolge dessen sind aufwendige Reparaturen notwendig, bis hin zum Tausch der kompletten Außenschale. Besonders letzteres ist mit Stillstandzeiten und hohen Wartungskosten verbunden.
  • Erfindungsgemäß wird daher die Außenschale geteilt in ein erstes Brennkammeraußenschalenteil 15 und ein zweites Brennkammeraußenschalenteil 10. Dabei grenzt das zweite Brennkammeraußenschalenteil 10 an den Turbinenleitschaufelträger 30 an. Die beiden Außenschalenteile 15, 10 werden über eine Flanschverbindung 60 miteinander befestigt. Die Flanschverbindung 60 kann dabei geschraubt oder anderweitig lösbar gefügt sein.
  • Die zusätzliche Teilung bietet die Möglichkeit bei Verschleiß, das davon betroffene Teil der Außenschale zu tauschen. Bei starkem Verschleiß muss daher nicht mehr die komplette Außenschale getauscht bzw. saniert werden, was eine enorme Verbesserung gegenüber der Außenschale des Stands der Technik darstellt. Daher ist es möglich, während einer Heißgasinspektion, bei der die Außenschale nicht aus der Gasturbine demontiert werden kann, das vom Verschleiß betroffene Außenschalenteil zu demontieren, so dass mechanische Bearbeitungen oder ein Austausch während einer solchen Heißgasinspektion möglich sind.
  • Die Außenschale wird insbesondere dabei zwischen dem fünften Hitzeschild 5 und dem sechsten Hitzeschild 6 geteilt. Dadurch ergibt sich in seinen Abmaßen ein besonders kleines zweites Brennkammeraußenschalenteil 10. Da besonders das zweite Brennkammeraußenschalenteil 10 wegen dem angrenzenden Turbinenleitschaufelträger 30 zu Verschleiß neigt, ist damit ein besonders einfacher und kostengünstiger Austausch dieses zweiten Brennkammeraußenschalenteils 10 möglich. Somit können auch Materialkosten gespart werden. Die Außenschale kann jedoch auch zwischen anderen Hitzeschilden geteilt werden.

Claims (5)

  1. Brennkammeraußenschale für eine Gasturbine,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Brennkammeraußenschale in ein erstes Brennkammeraußenschalenteil (15) und in ein zweites Brennkammeraußenschalenteil (10) zweiteilig ausgeführt ist, welche durch eine lösbare Verbindung gasdicht zusammengefügt sind.
  2. Brennkammeraußenschale nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Flanschverbindung (60) ist.
  3. Brennkammeraußenschale nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschverbindung (60) geschraubt ist.
  4. Brennkammeraußenschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass,
    die Brennkammeraußenschale in axialer Richtung (A) mit Hitzeschilden (5,6) bestückt ist.
  5. Brennkammeraußenschale nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Brennkammeraußenschale in axialer Richtung zwischen dem letzten und vorletzten Hitzeschild (5,6) vorgesehen ist.
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