EP2918915A1 - Brennkammerschindel einer Gasturbine - Google Patents

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EP2918915A1
EP2918915A1 EP15158450.5A EP15158450A EP2918915A1 EP 2918915 A1 EP2918915 A1 EP 2918915A1 EP 15158450 A EP15158450 A EP 15158450A EP 2918915 A1 EP2918915 A1 EP 2918915A1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
bolt
chamber shingle
bearing
bearing element
Prior art date
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EP15158450.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2918915B1 (de
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Carsten Clemen
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Original Assignee
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2918915A1 publication Critical patent/EP2918915A1/de
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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
    • 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
    • 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
    • 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
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts
    • 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
    • F23R2900/03041—Effusion cooled combustion chamber walls or domes

Definitions

  • the invention relates to gas turbine combustors with combustor shingles, wherein the combustor shingles are attached to a supporting structure of the combustion chamber outer walls.
  • the combustion chamber shingles have any (very high, often several thousand) number of Effusionskühllöchern on the side facing the combustion chamber side. These effusion cooling holes serve to cool the shingle from the high temperatures in the combustion chamber.
  • located on the combustion chamber shingle at least one mixing air hole, which serves to air from the outer chamber surrounding the combustion chamber (annulus) in the combustion chamber for the purpose of cooling and Abmagerns combustion and thus the reduction of NOx formation in the combustion chamber conduct.
  • the shingles are often still provided with a ceramic coating, which acts as an insulating layer against the high temperatures in the combustion chamber.
  • the FIG. 2 schematically shows a combustion chamber 15.
  • the combustion chamber 15 includes a fuel nozzle 29, which is supported in a conventional manner to a combustion chamber head. Furthermore, a combustion chamber outer housing 30 and a combustion chamber inner housing 31 are provided.
  • a combustion chamber wall 32 encloses the actual combustion chamber 15 and carries combustion chamber shingles 34.
  • the reference numeral 33 schematically shows a Turbinenvorleit Herbert. By Zumischlöcher 35 air is supplied in the usual manner. The inflow direction is designated by the reference numeral 36.
  • FIG. 3 shows a shingle 34 with effusion cooling holes 37 according to the prior art.
  • the geometry (diameter, shape) of the mixing hole 35 can be suitably formed as known in the art. The same applies to the size and arrangement of the effusion cooling holes 37.
  • the training of Zumischlöcher 35 often takes place so that they are constructive as a funnel or a tube which projects into the combustion chamber 15, are formed.
  • the shingles 34 are usually formed either by casting, coating with a ceramic layer and drilling the effusion cooling holes 37 (e.g., laser), or by casting, drilling, and coating, or by an additive manufacturing method, such as a laser. Selective laser sintering, direct laser depositioning or by electron beam welding. In the additive process, the effusion cooling holes 37 are introduced directly into the shingle 34 and the costly drilling is eliminated.
  • the effusion cooling holes 37 e.g., laser
  • the construction of the shank with integrated threaded pin is only conditionally for an additive manufacturing, e.g. Selective laser sintering, direct laser deposition or electron beam deposition welding, suitable because either the costly horizontal production must be selected or a complex substructure must be provided to support the threaded pin.
  • an additive manufacturing e.g. Selective laser sintering, direct laser deposition or electron beam deposition welding
  • Such a substructure has significant disadvantages. It is a) material-intensive, b) it extends the manufacturing process and c) it has to be removed from the shingle after production. This is very expensive.
  • the invention has for its object to provide a combustion chamber shingle gas turbine and a mounting option such a combustion chamber, which avoid the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost-effective manufacturability and ensure good fastenability.
  • the shingle is formed substantially plate-shaped and on one side (namely at the combustion chamber wall facing side) has at least one bearing element which is integrally formed on the shingle.
  • the bearing element is designed so that a bolt, which is made as a separate component, can be anchored or fastened in a form-fitting manner.
  • the combustion chamber shingle according to the invention is thus designed so that a separate bolt, which according to the invention may be a threaded bolt or a bolt to be fastened with a securing element, is anchored in a form-fitting manner to the shingle.
  • a separate bolt which according to the invention may be a threaded bolt or a bolt to be fastened with a securing element, is anchored in a form-fitting manner to the shingle.
  • the bolt is preferably made for the bolt to be provided at its end region with a bearing area arranged at right angles to the bolt axis, which bearing area is arranged in a recess of the bearing element.
  • the bolt is thus similar to a hook, and is inserted into the recess of the bearing element.
  • the storage area of the bolt can be dimensioned in a suitable manner, for example plate-shaped or with any other cross-sections, for example round, oval, square or rectangular.
  • the combustion chamber shingle thus has by the bearing element and the recess provided therein a receptacle for the bolt, so that it can be hooked in a form-fitting manner in the shingle. It is inventively possible to include the storage area with play or without play in the recess, in particular to take into account different thermal expansions or the like.
  • the recess of the bearing element is designed so that the storage area of the bolt can be inserted laterally.
  • the recesses open to different directions. As a result, a release of the bolt is prevented.
  • the bolt according to the invention is inserted in a conventional manner through a hole of the combustion chamber outer wall, so that the actual attachment of the bolt does not differ significantly from the prior art. Thus, it is possible to unscrew a nut in a conventional manner in a threaded bolt.
  • the embodiment of the invention also makes it possible to support the shingle relative to the combustion chamber wall or, in an alternative embodiment, to apply the shingle directly to the combustion chamber wall.
  • different cooling concepts can be formed, as is known from the prior art.
  • the outer contour of the bearing element which is attached to the combustion chamber shingle aerodynamic form, for example, to provide with bevelled edges.
  • effusion cooling holes may be formed to ensure the cooling of the combustion chamber shingles.
  • the bolt has a central passage opening through which cooling air can be introduced.
  • the recess of the bearing element is designed and dimensioned so that when mounted bolt or mounted combustion chamber shingles, a cavity between the bearing portion of the bolt and the surface of the combustion chamber shingle results, which is traversed by cooling air. This also leads to a particularly good cooling.
  • the bearing element is provided with additional cooling holes. These may be formed as impact cooling holes to additionally cool the lower portion of the bolt and its storage area.
  • the inventive bolt with the storage area formed on it can be cast, milled or produced by an additive process.
  • the combustion chamber shingle is designed such that it can be produced by means of an additive method.
  • additive methods are, for example, selective laser sintering, direct laser depositioning (DLD) or electron beam deposition welding.
  • DLD direct laser depositioning
  • the shingle is so manufacturable that neither a costly horizontal production, nor a complex substructure are required. Thus, the shingle can be inexpensively and easily manufactured.
  • the gas turbine engine 10 is an example of a turbomachine to which the invention may find application. However, it will be understood from the following that the invention can be used with other turbomachinery as well.
  • the engine 10 is formed in a conventional manner and comprises in succession an air inlet 11, a fan 12 circulating in a housing, a medium pressure compressor 13, a high pressure compressor 14, combustion chambers 15, a high pressure turbine 16, a medium pressure turbine 17 and a low pressure turbine 18 and an exhaust nozzle 19, which are all arranged around a central engine axis 1.
  • the intermediate-pressure compressor 13 and the high-pressure compressor 14 each comprise a plurality of stages, each of which has a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 20, commonly referred to as stator vanes, extending radially inward from the engine casing 21 in an annular flow passage through the compressors 13, 14 protrude.
  • the compressors further include an array of compressor blades 22 projecting radially outwardly from a rotatable drum or disc 26 coupled to hubs 27 of high pressure turbine 16 and mid pressure turbine 17, respectively.
  • the turbine sections 16, 17, 18 have similar stages, comprising an array of fixed vanes 23 projecting radially inward from the housing 21 into the annular flow passage through the turbines 16, 17, 18, and a downstream array of turbine blades 24 projecting outwardly from a rotatable hub 27.
  • the compressor drum or compressor disk 26 and the vanes 22 disposed thereon and the turbine rotor hub 27 and the turbine blades 24 disposed thereon rotate about the engine axis 1 during operation.
  • the Fig. 4 shows different side views according to the prior art, in which a support 41 of the combustion chamber shingle 34 is shown against the combustion chamber wall 32.
  • the Fig. 5 shows a simplified plan view of a combustor shingle 34 according to the invention.
  • rims 51 are provided at the edge, which, as well as from Fig. 6 can be seen, are formed in the form of a web-like edge.
  • a bearing element 40 is provided in the four corners of the combustion chamber shingle 34 in the four corners of the combustion chamber shingle 34 in the four corners of the combustion chamber shingle 34 in the four corners of the combustion chamber shingle 34 each have a bearing element 40 is provided, which is provided with a slot-like or pocket-like recess 44. It can be seen that the opening directions of the recesses 44 are oriented differently, so that inserted bolts 38 in the assembled state can not slip out, even if the nuts 39 solve, since the bolts 38 are located in recesses or holes of the associated combustion chamber wall 32.
  • a bearing element 40 is arranged in the central area of the Fig. 5 in the central area of the Fig. 5 in the central area of the Fig.
  • Fig. 6 shows in a greatly simplified form a mounted side view, analogous to the representation of Fig. 5 ,
  • the Fig. 7 shows in the upper and lower rows respectively threaded bolts 38. These each have a central through-hole 48 in the form of a hole through which the through-hole cooling air can pass. From the pictures of Fig. 7 It can be seen that each bolt 38 is provided with a perpendicular to its central axis aligned bearing portion 47, which is insertable into a suitable recess 44 of the bearing member 40, as shown in FIG Fig. 10 is shown. From the Fig. 7 It turns out that different forms of Storage areas 47 may be provided, namely round, square, rectangular, rounded or trapezoidal. Other shapes are also possible. The Fig. 7 shows that the storage area 47 may be provided with at least one cooling air hole 50 to cool the storage area 47 and thus the lower area of the bolt 38.
  • the Fig. 8 shows a wide variety of design variants of bolts 38 with bearing areas 47, analogous to the representations of Fig. 7 ,
  • associated bearing elements 40 are shown with suitable recesses 44.
  • the bearing elements 40 may also be provided with cooling holes 52. It follows that the recesses 44 of the bearing elements 40 are each dimensioned so that the bolts 38 can be inserted laterally with the bearing areas 47.
  • Fig. 9 arise in a variety of design variants in the assembled state, in particular it can be seen how the storage areas 47 are respectively inserted into the slot-like or pocket-like recesses 44 of the bearing elements 40.
  • the bearing areas 47 rest against the upper limbs or surfaces of the bearing elements 40, so that a cavity 49 forms below the bearing areas 47, in which cooling air is introduced on the one hand through the passage recess 48 of the bolt 38 and on the other hand through additional cooling holes 52.
  • additional cooling holes 52 for cooling air flow are also lateral recesses 53, which on the two right below in Fig. 9 shown embodiment variants are shown.
  • the Fig. 10 shows in a simplified sectional view of an assembled state of the bolt 38 according to the invention with its storage area 47 in a recess 44 of a bearing element 40. Again, the cavity 49 is clarified, which is filled with cooling air. Furthermore, cooling air can flow through effusion cooling holes 37.
  • the Fig. 11 shows a further embodiment variant, in which the storage areas 40 are each provided with lateral cooling holes 52, which are provided in rows or in regular arrangements to introduce cooling air to the lower portion of the bolt 38.
  • the Fig. 12 shows in different perspective partial views again possible embodiments of the bearing elements 40. It follows that these may be bell-shaped or bow-shaped and each having a lateral slot or a lateral opening to insert the bolt 38.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammerschindel einer Gasturbine mit einem Bolzen 38 zur Lagerung der Brennkammerschindel an einer Brennkammerwand, wobei die Brennkammerschindel im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und an einer Seite zumindest ein Lagerelement aufweist, an welchem der als separates Bauteil ausgebildete Bolzen 38 formschlüssig verankert ist, wobei der Bolzen 38 an seinem Endbereich mit einem rechtwinklig zur Bolzenachse angeordneten Lagerbereich 47 versehen ist, welcher in einer Ausnehmung des Lagerelements angeordnet ist, wobei der Bolzen 38 eine zentrische Durchgangsausnehmung 48 aufweist und wobei die Ausnehmung des Lagerelements zur Ausbildung eines Hohlraums zwischen der Fläche der Brennkammerschindel und dem Lagerbereich des Bolzens 38 größer dimensioniert ist, als der Lagerbereich 47 des Bolzens 38.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenbrennkammern mit Brennkammerschindeln, wobei die Brennkammerschindeln an einer tragenden Struktur der Brennkammeraußenwände befestigt sind.
  • Die Brennkammerschindeln weisen eine beliebige (sehr hohe, oftmals mehrere Tausend) Anzahl von Effusionskühllöchern auf der zur Brennkammer gerichteten Seite auf. Diese Effusionskühllöcher dienen dazu, die Schindel gegenüber den hohen Temperaturen in der Brennkammer zu kühlen. Darüber hinaus befindet sich auf der Brennkammerschindel mindestens ein Mischluftloch, das dazu dient, Luft aus dem die Brennkammer außen umgebenden Raum (Ringkanal/Annulus) in die Brennkammer zum Zwecke des Abkühlens und Abmagerns der Verbrennung und damit der Reduktion der NOx Entstehung in die Brennkammer zu leiten. Neben der Kühlung durch die Effusionskühllöcher sind die Schindeln häufig noch mit einer keramischen Beschichtung versehen, die als Dämmschicht gegen die hohen Temperaturen in der Brennkammer wirkt.
  • Diese Anordnung ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe EP 972 992 B1 oder DE 102 14 570 A1 .
  • Die Figur 2 zeigt schematisch eine Brennkammer 15. Die Brennkammer 15 umfasst eine Treibstoffdüse 29, welche in üblicher Weise an einem Brennkammerkopf gehaltert ist. Weiterhin sind ein Brennkammeraußengehäuse 30 sowie ein Brennkammerinnengehäuse 31 vorgesehen. Eine Brennkammerwand 32 umschließt die eigentliche Brennkammer 15 und trägt Brennkammerschindeln 34. Das Bezugszeichen 33 zeigt schematisch eine Turbinenvorleitreihe. Durch Zumischlöcher 35 wird in üblicher Weise Luft zugeführt. Die Zuströmrichtung ist mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet.
  • Die Figur 3 zeigt eine Schindel 34 mit Effusionskühllöchern 37 gemäß dem Stand der Technik. Die Geometrie (Durchmesser, Form) des Zumischlochs 35 kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in geeigneter Weise ausgebildet werden. Gleiches trifft für die Größe und Anordnung der Effusionskühllöcher 37 zu. Die Ausbildung der Zumischlöcher 35 erfolgt häufig so, dass diese konstruktiv wie ein Trichter oder ein Rohr, das in die Brennkammer 15 hineinragt, ausgebildet sind.
  • Die Herstellung der Schindeln 34 erfolgt üblicherweise entweder durch Gießen, Beschichten mit einer keramischen Schicht und Bohren der Effusionskühllöcher 37 (z.B. mit Laser) oder durch Gießen, Bohren und Beschichten oder durch ein additives Fertigungsverfahren, wie z.B. Selective Laser Sintering, Direct Laser Depositioning oder mittels Elektronenstrahlauftragsschweißen. Bei den additiven Verfahren werden dabei die Effusionskühllöcher 37 direkt in die Schindel 34 eingebracht und das aufwändige Bohren entfällt.
  • Während des Betriebs treten immer wieder Probleme mit sogenanntem Kriechen des Materials auf, welches zum Versagen des Gewindestiftes führen kann und damit zu einem Verlust der Schindel.
  • Darüber hinaus ist die Konstruktion der Schindel mit integriertem Gewindestift nur bedingt für eine additive Fertigung, z.B. Selective Laser Sintering, Direct Laser Depositioning oder Elektronenstrahlauftragsschweißen, geeignet, da entweder die kostenintensive horizontale Fertigung gewählt werden muss oder eine aufwändige Unterkonstruktion zur Abstützung des Gewindestiftes vorgesehen werden muss. Eine solche Unterkonstruktion hat wesentliche Nachteile. Sie ist a) materialintensiv, b) sie verlängert den Fertigungsprozess und c) sie muss nach der Fertigung von der Schindel entfernt werden. Dies ist sehr kostenintensiv.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammerschindel einer Gasturbine und eine Befestigungsmöglichkeit einer derartigen Brennkammer zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und eine gute Befestigbarkeit gewährleisten.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Schindel im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und an einer Seite (nämlich an der der Brennkammerwand zugewandten Seite) zumindest ein Lagerelement aufweist, welches einstückig an der Schindel ausgebildet ist. Das Lagerelement ist so ausgebildet, dass an diesem ein Bolzen, welcher als separates Bauteil gefertigt ist, formschlüssig verankerbar oder befestigbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Brennkammerschindel ist somit so ausgebildet, dass ein separater Bolzen, der erfindungsgemäß ein Gewindebolzen oder ein mit einem Sicherungselement zu befestigender Bolzen sein kann, formschlüssig an der Schindel verankert wird. Somit ist es erfindungsgemäß möglich, den Bolzen aus einem anderen Material zu fertigen, als die Schindel. Weiterhin ist es möglich, für die Schindel ein einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren zu wählen, da der Bolzen als separates Bauteil hergestellt werden kann. Insbesondere durch die Möglichkeit, für die Schindel und den Bolzen unterschiedliche Materialien zu verwenden, ist es möglich, die beim Stand der Technik bekannten Befestigungsprobleme zu lösen und ein Kriechen des Bolzen-Werkstoffs zu unterbinden oder zu minimieren.
  • Erfindungsgemäß ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Bolzen an seinem Endbereich mit einem rechtwinklig zur Bolzenachse angeordneten Lagerbereich versehen ist, welcher in einer Ausnehmung des Lagerelements angeordnet ist. Der Bolzen ist somit ähnlich eines Hakens ausgebildet, und wird in die Ausnehmung des Lagerelements eingesteckt. Dabei kann der Lagerbereich des Bolzens in geeigneter Weise dimensioniert werden, beispielsweise plattenförmig oder mit beliebigen sonstigen Querschnitten, beispielsweise rund, oval, viereckig oder rechteckig. Die Brennkammerschindel hat somit durch das Lagerelement und die darin vorgesehene Ausnehmung eine Aufnahme für den Bolzen, so dass dieser formschlüssig in die Schindel eingehängt werden kann. Dabei ist es erfindungsgemäß möglich, den Lagerbereich mit Spiel oder ohne Spiel in der Ausnehmung aufzunehmen, insbesondere, um unterschiedliche Wärmeausdehnungen oder ähnliches zu berücksichtigen.
  • Die Ausnehmung des Lagerelements ist so ausgebildet, dass der Lagerbereich des Bolzens seitlich eingesteckt werden kann. Um beim Betrieb ein Herausrutschen des Lagerbereichs des Bolzens aus der Ausnehmung des Lagerelements zu vermeiden, kann es in Weiterbildung der Erfindung günstig sein, an einer Schindel mehrere derartige Lagerelemente vorzusehen, deren Ausnehmungen sich zu unterschiedlichen Richtungen hin öffnen. Hierdurch wird ein Lösen des Bolzens verhindert.
  • Der erfindungsgemäße Bolzen wird in üblicher Weise durch ein Loch der Brennkammeraußenwand gesteckt, so dass sich die eigentliche Befestigung des Bolzens nicht wesentlich vom Stand der Technik unterscheidet. So ist es möglich, bei einem Gewindebolzen in üblicher Weise eine Mutter aufzuschrauben.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht es auch, die Schindel gegenüber der Brennkammerwand abzustützen oder in alternativer Ausgestaltung die Schindel direkt an die Brennkammerwand anzulegen. Somit können unterschiedliche Kühlkonzepte ausgebildet werden, so wie dies auch aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, die Außenkontur des Lagerelements, welches an der Brennkammerschindel befestigt ist, strömungsgünstig auszubilden, beispielsweise mit abgeschrägten Flanken zu versehen. In dem Lagerelement können erfindungsgemäß auch Effusionskühllöcher ausgebildet sein, um die Kühlung der Brennkammerschindel zu gewährleisten.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der Bolzen eine zentrische Durchgangsöffnung aufweist, durch welche Kühlluft einleitbar ist. Hierdurch erfolgt eine zuverlässige und effektive Kühlung des Bolzens, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten thermischen Probleme (Kriechen des Werkstoffs) vermieden werden. Weiterhin ist die Ausnehmung des Lagerelements so ausgebildet und dimensioniert, dass sich bei montiertem Bolzen bzw. montierter Brennkammerschindel ein Hohlraum zwischen dem Lagerbereich des Bolzens und der Oberfläche der Brennkammerschindel ergibt, welcher mit Kühlluft durchströmt wird. Auch dies führt zu einer besonders guten Kühlung.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass das Lagerelement mit zusätzlichen Kühllöchern versehen ist. Diese können als Prallkühllöcher ausgebildet sein, um den unteren Bereich des Bolzens und dessen Lagerbereich zusätzlich zu kühlen.
  • Der erfindungsgemäße Bolzen mit dem an ihm ausgebildeten Lagerbereich kann gegossen, gefräst oder durch ein additives Verfahren hergestellt werden. Erfindungsgemäß ist die Brennkammerschindel so ausgebildet, dass diese mittels eines additiven Verfahrens herstellbar ist. Derartige additive Verfahren sind beispielsweise das Selective Laser Sintering, das Direct Laser Depositioning (DLD) oder das Elektronenstrahlauftragsschweißen. Dabei ist die Schindel so herstellbar, dass weder eine kostenintensive horizontale Fertigung, noch eine aufwendige Unterkonstruktion erforderlich sind. Somit kann die Schindel kostengünstig und einfach hergestellt werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht (im Schnitt) einer Brennkammer gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 3
    eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkammerschindel,
    Fig. 4
    eine Seiten-Schnittansicht einer Befestigungsmöglichkeit einer Brennkammerschindel an der Brennkammeraußenwand gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 5
    eine vereinfachte schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Schindel mit Lagerelementen für einen Lagerbereich eines Bolzens,
    Fig. 6
    eine schematische Seitenansicht einer Schindel, welche in erfindungsgemäßer Weise an einer Brennkammerwand montiert ist,
    Fig. 7
    Seitenansichten und Draufsichten unterschiedlicher Ausgestaltungsvarianten von Bolzen mit Lagerbereichen,
    Fig. 8
    unterschiedlichste Ausgestaltungsvarianten von Bolzen mit Lagerbereichen sowie von Lagerelementen mit taschenartigen Ausnehmungen,
    Fig. 9
    unterschiedliche Ausgestaltungsvarianten in Seitenansicht und Draufsicht,
    Fig. 10
    eine vereinfachte Seitenansicht, analog Fig. 6, im montierten Zustand,
    Fig. 11
    perspektivische Teil-Ansichten von Lagerelementen mit Kühllöchern, und
    Fig. 12
    unterschiedlichste Ausgestaltungsvarianten von erfindungsgemäßen Lagerelementen in perspektivischer Teilansicht.
  • Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß Fig. 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 11, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Mitteldruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Mitteldruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind.
  • Der Mitteldruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Mitteldruckturbine 17 gekoppelt sind.
  • Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1.
  • Die Fig. 4 zeigt unterschiedliche Seitenansichten gemäß dem Stand der Technik, in denen eine Abstützung 41 der Brennkammerschindel 34 gegen die Brennkammerwand 32 dargestellt ist.
  • Die Fig. 5 zeigt eine vereinfache Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Brennkammerschindel 34. An dieser sind am Rand Randborde 51 vorgesehen, welche, wie auch aus Fig. 6 ersichtlich ist, in Form eines stegartigen Randes ausgebildet sind. In den vier Ecken der Brennkammerschindel 34 ist jeweils ein Lagerelement 40 vorgesehen, welches mit einer schlitzartigen oder taschenartigen Ausnehmung 44 versehen ist. Es ist ersichtlich, dass die Öffnungsrichtungen der Ausnehmungen 44 unterschiedlich orientiert sind, so dass eingeschobene Bolzen 38 im montierten Zustand nicht herausrutschen können, auch wenn sich die Muttern 39 lösen, da die Bolzen 38 sich in Ausnehmungen oder Bohrungen der zugeordneten Brennkammerwand 32 befinden. Im mittigen Bereich der Fig. 5 ist nochmals ein Lagerelement 40 angeordnet.
  • Die Fig. 6 zeigt in stark vereinfachter Form eine montierte Seitenansicht, analog der Darstellung der Fig. 5.
  • Die Fig. 7 zeigt in der oberen und unteren Reihe jeweils mit einem Gewinde versehene Bolzen 38. Diese weisen jeweils eine zentrische Durchgangsausnehmung 48 in Form eines Loches auf, durch welche die Durchgangsausnehmung Kühlluft durchleiten kann. Aus den Abbildungen der Fig. 7 ist ersichtlich, dass jeder Bolzen 38 mit einem senkrecht zu seiner Mittelachse ausgerichteten Lagerbereich 47 versehen ist, welcher in eine geeignete Ausnehmung 44 des Lagerelements 40 einsteckbar ist, so wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Aus der Fig. 7 ergibt sich, dass unterschiedlichste Formen von Lagerbereichen 47 vorgesehen sein können, nämlich runde, quadratische, rechteckige, abgerundete oder trapezförmige. Weitere Formen sind ebenfalls möglich. Die Fig. 7 zeigt weiterhin, dass der Lagerbereich 47 mit zumindest einem Kühlluftloch 50 versehen sein kann, um den Lagerbereich 47 und damit den unteren Bereich des Bolzens 38 zu kühlen.
  • Die Fig. 8 zeigt unterschiedlichste Ausgestaltungsvarianten von Bolzen 38 mit Lagerbereichen 47, analog den Darstellungen der Fig. 7. Zusätzlich sind zugeordnete Lagerelemente 40 mit geeigneten Ausnehmungen 44 dargestellt. Die Lagerelemente 40 können ebenfalls mit Kühllöchern 52 versehen sein. Es ergibt sich, dass die Ausnehmungen 44 der Lagerelemente 40 jeweils so dimensioniert sind, dass die Bolzen 38 mit den Lagerbereichen 47 seitlich eingeschoben werden können.
  • Aus der Fig. 9 ergeben sich unterschiedlichste Ausgestaltungsvarianten in montiertem Zustand, wobei insbesondere ersichtlich ist, wie die Lagerbereiche 47 jeweils in die schlitzartigen oder taschenartigen Ausnehmungen 44 der Lagerelemente 40 eingeschoben sind. Dabei liegen die Lagerbereiche 47 gegen die oberen Schenkel oder Flächen der Lagerelemente 40 an, so dass sich unterhalb der Lagerbereiche 47 jeweils ein Hohlraum 49 bildet, in welchen Kühlluft einerseits durch die Durchgangsausnehmung 48 des Bolzens 38 und andererseits durch zusätzliche Kühllöcher 52 eingeführt wird. Zur Kühlluftdurchströmung dienen auch seitliche Aussparungen 53, welche auf den beiden rechts unten in Fig. 9 gezeigten Ausgestaltungsvarianten dargestellt sind.
  • Die Fig. 10 zeigt in vereinfachter Schnittansicht einen montierten Zustand des erfindungsgemäßen Bolzens 38 mit seinem Lagerbereich 47 in einer Ausnehmung 44 eines Lagerelements 40. Auch hierbei ist nochmals der Hohlraum 49 verdeutlicht, welcher mit Kühlluft gefüllt wird. Weiterhin kann Kühlluft durch Effusionskühllöcher 37 strömen.
  • Die Fig. 11 zeigt eine weitere Ausgestaltungsvariante, bei welcher die Lagerbereiche 40 jeweils mit seitlichen Kühllöchern 52 versehen sind, die in Reihen oder in regelmäßen Anordnungen vorgesehen sind, um Kühlluft zum unteren Bereich des Bolzens 38 einzuführen.
  • Die Fig. 12 zeigt in unterschiedlichen perspektivischen Teil-Ansichten nochmals mögliche Ausgestaltungsformen der Lagerelemente 40. Dabei ergibt sich, dass diese glockenartig oder bügelartig ausgebildet sein können und jeweils einen seitlichen Schlitz oder eine seitliche Öffnung aufweisen, um den Bolzen 38 einzuführen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Triebwerksachse
    10
    Gasturbinentriebwerk
    11
    Lufteinlass
    12
    im Gehäuse umlaufender Fan
    13
    Mitteldruckkompressor
    14
    Hochdruckkompressor
    15
    Brennkammer
    16
    Hochdruckturbine
    17
    Mitteldruckturbine
    18
    Niederdruckturbine
    19
    Abgasdüse
    20
    Leitschaufeln
    21
    Triebwerksgehäuse
    22
    Kompressorlaufschaufeln
    23
    Leitschaufeln
    24
    Turbinenschaufeln
    26
    Kompressortrommel oder -Scheibe
    27
    Turbinenrotornabe
    28
    Auslasskonus
    29
    Treibstoffdüse
    30
    Brennkammeraußengehäuse
    31
    Brennkammerinnengehäuse
    32
    Brennkammerwand
    33
    Turbinenvorleitreihe
    34
    Brennkammerschindel
    35
    Zumischloch
    36
    Zuströmrichtung
    37
    Effusionskühlloch
    38
    Bolzen
    39
    Mutter
    40
    Lagerelement
    41
    Abstützung
    43
    Gewinde
    44
    Ausnehmung
    45
    Schlitz
    46
    Bolzenachse
    47
    Lagerelement
    48
    Durchgangsausnehmung
    49
    Hohlraum
    50
    Kühlloch
    51
    Randbord / Schindelseitenbord
    52
    Kühlloch
    53
    Aussparung

Claims (10)

  1. Brennkammerschindel einer Gasturbine mit einem Bolzen (38) zur Lagerung der Brennkammerschindel (34) an einer Brennkammerwand (32), wobei die Brennkammerschindel (34) im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist und an einer Seite zumindest ein Lagerelement (40) aufweist, an welchem der als separates Bauteil ausgebildete Bolzen (38) formschlüssig verankert ist, wobei der Bolzen (38) an seinem Endbereich mit einem rechtwinklig zur Bolzenachse (46) angeordneten Lagerbereich (47) versehen ist, welcher in einer Ausnehmung (44) des Lagerelements (40) angeordnet ist, wobei der Bolzen (38) eine zentrische Durchgangsausnehmung (48) aufweist und wobei die Ausnehmung (44) des Lagerelements (40) zur Ausbildung eines Hohlraums (49) zwischen der Fläche der Brennkammerschindel (34) und dem Lagerbereich (37) des Bolzens (38) größer dimensioniert ist, als der Lagerbereich (47) des Bolzens (38).
  2. Brennkammerschindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (40) mit Kühllöchern (52) versehen ist.
  3. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (44) des Lagerelements (40) seitlich geöffnet ist.
  4. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (40) bügelartig oder glockenartig ausgebildet ist.
  5. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (38) mit dem Lagerbereich (47) in Richtung senkrecht zur Bolzenachse (46) des Bolzens (38) in die Ausnehmung (44) einsteckbar ist.
  6. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Brennkammerschindel (34) mehrere Lagerelemente (40) ausgebildet sind, deren Ausnehmungen (44) zu unterschiedlichen Richtungen offen ausgebildet sind.
  7. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (40) und/oder die Brennkammerschindel (34) im Bereich des Lagerelements (40) mit Effusionskühllöchern (37) versehen ist.
  8. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbereich (47) plattenförmig oder stabförmig ausgebildet ist.
  9. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (40) in einem Randbord (51) der Brennkammerschindel (34) integriert ist.
  10. Brennkammerschindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (38) als Gewindebolzen ausgebildet ist.
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