EP2927591A1 - Kühlring und Gasturbinenbrenner mit einem solchen Kühlring - Google Patents

Kühlring und Gasturbinenbrenner mit einem solchen Kühlring Download PDF

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EP2927591A1
EP2927591A1 EP14162655.6A EP14162655A EP2927591A1 EP 2927591 A1 EP2927591 A1 EP 2927591A1 EP 14162655 A EP14162655 A EP 14162655A EP 2927591 A1 EP2927591 A1 EP 2927591A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
cooling ring
ring
gas turbine
combustion chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14162655.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Olga Deiss
Julian Timmermann
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
Priority to EP14162655.6A priority Critical patent/EP2927591A1/de
Publication of EP2927591A1 publication Critical patent/EP2927591A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
    • 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
    • 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
    • F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • 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
    • 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
    • F23R2900/03043—Convection cooled combustion chamber walls with means for guiding the cooling air flow

Definitions

  • the present invention relates to a cooling ring with a plurality of cooling channels, each extending from one end face to the opposite end face of the cooling ring therethrough, and a gas turbine burner with such a cooling ring.
  • Gas turbine assemblies are known in the art in various configurations. They include a compressor, multiple gas turbine burners and a turbine. During operation, ambient air is compressed using the compressor and supplied to the gas turbine combustors, where the compressed air is mixed with fuel and the mixture is burned to produce combustion gases. The combustion gases exit the respective combustors of the gas turbine combustors and are routed via transition ducts, each connected to the combustion chambers of the gas turbine combustors, to the turbine, the blades of which are rotationally driven by the combustion gases.
  • the connection between a combustor of a gas turbine combustor and an associated transition duct is normally made by inserting the exhaust end of the combustor into the inlet end of the transition duct during assembly of the gas turbine combustor.
  • spring elements are provided at the outlet end of the transition channel, which protrude radially outwardly from the outer surface of the combustion chamber and engage during insertion with the inner periphery of the inlet end of the transitional channel clamped.
  • the combustion chambers are for the most part directly supplied with or flowed around by the compressor discharge air, so that sufficient cooling is present. Only in the transition region between the combustion chambers and the associated transitional channels, this is not due to the spring elements arranged there the case, which requires additional cooling.
  • the cooling ring may for example be provided as a separate component and welded to the free end of the combustion chamber, so that it continues in one piece the combustion chamber.
  • the cooling ring is provided along its circumference with a plurality of cooling channels in the form of bores, which extend in each case from one end face to the opposite end face of the cooling ring in the axial direction therethrough and are flowed through during operation of the Verêtrendluft.
  • improved cooling is achieved.
  • the holes only cool at certain points, creating stresses in the ring during operation, which is not desirable.
  • the production of long axial bores is relatively expensive.
  • the present invention provides a cooling ring of the type mentioned above, which is characterized in that the cooling ring is formed of at least two concentric ring elements whose mutually facing annular surfaces touch each other and are interconnected, wherein at least one of the mutually facing annular surfaces the cooling channels having defining grooves.
  • the cooling channels can be made simple and inexpensive.
  • the cooling channels can be formed using a cutter on one or both of the ring elements.
  • the shape and the course of each cooling channel are almost freely selectable, which is why the cooling channels effectively to provide even cooling, thereby reducing the stresses occurring in the cooling ring during operation.
  • the grooves extend in a straight line from one end face to the opposite end face of the cooling ring.
  • the grooves extend meander-shaped, which is associated with longer, the cooling-promoting cooling channels.
  • each cooling channel Preferably, the inlet and the outlet of each cooling channel are circumferentially offset from one another by a predetermined amount. Also by this measure, improved cooling is achieved by longer cooling channels.
  • the mutually facing annular surfaces of the ring elements are integrally connected to one another.
  • the ring elements can be fastened to one another by means of soldering, friction welding or the like. Such a cohesive connection prevents the cooling air from escaping from the cooling channels.
  • the present invention further provides a cooling ring with a plurality of cooling channels, each extending from one end face to the opposite end side through this, in particular a cooling ring of the type described above, which is characterized in that the inner peripheral surface and / or the outer peripheral surface of the cooling ring is provided with cooling fins.
  • a cooling ring with a plurality of cooling channels, each extending from one end face to the opposite end side through this, in particular a cooling ring of the type described above, which is characterized in that the inner peripheral surface and / or the outer peripheral surface of the cooling ring is provided with cooling fins.
  • the cooling fins each extend between the two end faces.
  • the cooling ribs extend in a straight line.
  • the cooling ribs extend meander-shaped, which leads to an extension of the cooling ribs and thus to a better cooling.
  • each fin is circumferentially offset by a predetermined amount from each other, which is also conducive to the achievement of improved cooling.
  • the present invention provides a gas turbine combustor having a combustion chamber, a cooling ring of the invention provided at the outlet end of the combustion chamber, and spring members disposed along the outer circumference of the cooling ring and projecting radially outward therefrom.
  • the cooling ring defines the outlet end of the combustion chamber and receives the spring elements.
  • the cooling ring may be welded to the free end of the combustion chamber and continue in one piece.
  • the cooling ring is arranged between the outer surface of the combustion chamber and the spring elements and receives the spring elements. In other words, in this variant, the cooling ring is thus pushed onto the free end of the combustion chamber.
  • the cooling ring is materially connected to the combustion chamber, such as by means of a soldered or welded connection.
  • FIG. 1 shows a portion of a gas turbine assembly in which a gas turbine combustor 1 is inserted into a housing 2 of the gas turbine assembly.
  • the gas turbine burner 1 is connected via a flange 3 with a connecting housing 4, which in turn is screwed to the housing 2.
  • the flange 3 can also be fastened directly to the housing 2, that is, the connection housing 4 can be dispensed with.
  • the gas turbine combustor 1 has a tubular combustion chamber 5, the outlet end of which is connected to an inlet end of a tubular transition channel 6 positioned in the housing 2 of the gas turbine arrangement, which is held on the housing 2 via an adjusting and fixing device 7.
  • a cooling ring 8 provided at the outlet end of the combustion chamber 5 is inserted into the inlet end of the transitional passage 6.
  • On the outer circumference of the cooling ring 8 are fixed and radially outwardly projecting spring elements 9 fixedly secured to the inner circumference of the inlet end of the transition channel 6 in such a clamping manner that the outlet end of the combustion chamber 5 is fixed within the inlet end of the transition channel 6.
  • On the outer circumference of the cooling ring 8, a stop ring 10 is further positioned, which has an L-shaped cross-section and limits the radial inward movement of the spring elements 9 during the insertion of the cooling ring 8 in the inlet end of the transition channel 6.
  • the cooling ring 8 is welded to the free end of the combustion chamber 5, so that the cooling ring 8 continues the combustion chamber 5 and defines the outlet end thereof.
  • the cooling ring 8 can also be pushed onto the free end of the combustion chamber 5 and fixed thereto, even if this is not shown here.
  • the cooling ring 8 comprises a plurality of cooling channels 11, each extending from one end face 12 to the opposite end face 13 of the cooling ring 8 therethrough.
  • the cooling ring 8 is formed from two concentric ring elements 14 and 15, the mutually facing annular surfaces touching each other and are materially connected to each other, for example by means of a solder or Reibsch waititati.
  • the cooling channels 11 are formed by grooves which are formed in the outer peripheral surface of the inner ring member 14, wherein the grooves are covered by the outer ring member 15.
  • the grooves may be incorporated in the inner surface of the outer ring member 15 or in both ring members 14 and 15, although not shown herein.
  • the production of the grooves can be done for example by using a milling cutter or the like.
  • the cooling channels 11 have a uniform rectangular cross-section.
  • the distances between the respective cooling channels 11 have a uniform dimension 2a, and the distances between the cooling channels 11 and the inner surface of the inner ring element 14 and the distances between the cooling channels 11 and the outer surface of the outer ring element 15 each have a uniform dimension a, which results in a very even cooling of the cooling ring 8 during operation.
  • the cooling channels 11 may extend between the two end faces 12 and 13 of the cooling ring 8 meandering.
  • Both in the Figures 5 and 6 illustrateddekanal losses advantagen are characterized in that their cooling channels 11 have a greater cooling channel length compared to extending in the axial direction of the cooling channels, which goes hand in hand with improved cooling.
  • FIG. 7 shows a cooling ring 16 according to a second embodiment of the present invention, instead of the cooling ring 8 shown in Figure 1 at the outlet end of the combustion chamber 5 can be arranged.
  • the cooling ring 16 includes cooling channels 17 in the form of bores, which extend in each case from one end face to the opposite end face of the cooling ring 16 in the axial direction therethrough.
  • cooling ribs 18 are provided on the outer circumference of the cooling ring, which point radially outward starting from the cooling channels 17.
  • the positions and the diameters of the cooling channels 17 as well as the positions and the shapes of the cooling fins 18 are each chosen such that the cooling channels 17 to the inner surface and the outer surface of the cooling ring 16 each have approximately a uniform dimension b.
  • the cooling ribs 18 extend in the present case in a straight line in the axial direction along the outer surface of the cooling ring 16 from one end face to the other. It should be understood, however, that the cooling fins 18 may alternatively be disposed on the inner surface of the cooling ring 16 and / or both on the outer surface and on the inner surface of the cooling ring 16.
  • gas turbine assembly are mixed in the gas turbine combustor 1 compressed ambient air and fuel, burned in the combustion chamber 5 and the thus generated combustion gases introduced into the transition channel 6 and fed through this turbine, where the combustion gases drive the rotor of the turbine.
  • the combustion chamber 5 is for the most part directly flowed against or flowed around by the compressor discharge air, so that sufficient cooling is present in the areas directly flowed around or flowed around.
  • the cooling ring 8, 16 provides the necessary cooling, the cooling channels 11, 17 of which are traversed by the compressor end air. Thanks to the arrangement and design of the cooling channels and / or cooling fins a very uniform and sufficient cooling is achieved with a simple and inexpensive to produceméringetter.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlring (8) mit mehreren Kühlkanälen (11), die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings (8) durch diesen hindurch erstrecken, wobei der Kühlring (8) aus zumindest zwei konzentrischen Ringelementen (14, 15) ausgebildet ist, deren zueinander weisenden Ringflächen einander berühren und miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der zueinander weisenden Ringflächen die Kühlkanäle (11) definierende Nuten aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kühlring (16) mit mehreren Kühlkanälen (17), die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite durch diesen erstrecken, wobei die Innenumfangsfläche und/oder die Außenumfangsfläche des Kühlrings (16) mit Kühlrippen (18) versehen ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung derartiger Kühlringe in einer Gasturbinenanordnung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlring mit mehreren Kühlkanälen, die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings durch diesen hindurch erstrecken, und einen Gasturbinenbrenner mit einem solchen Kühlring.
  • Gasturbinenanordnungen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Sie umfassen einen Kompressor, mehrere Gasturbinenbrenner und eine Turbine. Während des Betriebs wird Umgebungsluft unter Verwendung des Kompressors komprimiert und den Gasturbinenbrennern zugeführt, in denen die komprimierte Luft mit Brennstoff gemischt und die Mischung unter Erzeugung von Verbrennungsgasen verbrannt wird. Die Verbrennungsgase verlassen die jeweiligen Brennkammern der Gasturbinenbrenner und werden über Übergangskanäle, die jeweils mit den Brennkammern der Gasturbinenbrenner verbunden sind, zur Turbine geleitet, deren Laufschaufeln durch die Verbrennungsgase drehend angetrieben werden. Die Verbindung zwischen einer Brennkammer eines Gasturbinenbrenners und einem zugeordneten Übergangskanal wird normalerweise hergestellt, indem das Auslassende der Brennkammer während der Montage des Gasturbinenbrenners in das Einlassende des Übergangskanals eingeschoben wird. Zur Erzielung eines möglichst dichten und stabilen Übergangs zwischen der Brennkammer und dem Übergangskanal sind am Auslassende des Übergangskanals Federelemente vorgesehen, die von der Außenfläche der Brennkammer radial auswärts vorstehen und während des Einschiebens mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals klemmend in Eingriff kommen. Während des Turbinenbetriebs werden die Brennkammern größtenteils von der Verdichterendluft direkt angeströmt bzw. umströmt, so dass eine ausreichende Kühlung vorhanden ist. Nur im Übergangsbereich zwischen den Brennkammern und den zugeordneten Übergangskanälen ist dies aufgrund der dort angeordneten Federelemente nicht der Fall, weshalb es einer zusätzlichen Kühlung bedarf. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, das Auslassende der Brennkammer eines Gasturbinenbrenners als Kühlring auszubilden, an dessen Außenumfang die Federelemente angeordnet werden. Der Kühlring kann beispielsweise als separates Bauteil bereitgestellt und an das freie Ende der Brennkammer geschweißt werden, so dass er die Brennkammer einteilig fortsetzt. Der Kühlring ist entlang seines Umfangs mit mehreren Kühlkanälen in Form von Bohrungen versehen, die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings in axialer Richtung durch diesen hindurch erstrecken und während des Betriebs von der Verdichterendluft durchströmt werden. Als Folge dieser Maßnahme wird eine verbesserte Kühlung erzielt. Allerdings kühlen die Bohrungen nur punktuell, wodurch während des Betriebs Spannungen im Ring entstehen, was nicht wünschenswert ist. Darüber hinaus ist die Fertigung langer axialer Bohrungen vergleichsweise teuer.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kühlring der eingangs genannten Art sowie einen mit einem solchen Kühlring versehenen Gasturbinenbrenner zu schaffen, die einen alternativen Aufbau aufweisen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Kühlring der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring aus zumindest zwei konzentrischen Ringelementen ausgebildet ist, deren zueinander weisenden Ringflächen einander berühren und miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der zueinander weisenden Ringflächen die Kühlkanäle definierende Nuten aufweist. Ein wesentlicher Vorteil, der mit dem zweiteiligen Aufbau des erfindungsgemäßen Kühlrings einhergeht, besteht darin, dass die Kühlkanäle einfach und preiswert gefertigt werden können. Beispielsweise können die Kühlkanäle unter Verwendung eines Fräsers an einem oder beiden der Ringelemente ausgebildet werden. Zudem sind die Form und der Verlauf eines jeden Kühlkanals nahezu frei wählbar, weshalb sich die Kühlkanäle effektiv zur Erzielung einer gleichmäßigen Kühlung auslegen lassen, wodurch die im Kühlring während des Betriebs auftretenden Spannungen verringert werden können.
  • Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Nuten gradlinig von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings.
  • Gemäß einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Nuten mäanderförmig, was mit längeren, die Kühlung fördernden Kühlkanälen einhergeht.
  • Bevorzugt sind der Eingang und der Ausgang jedes Kühlkanals in Umfangsrichtung um ein vorbestimmtes Maß zueinander versetzt angeordnet. Auch durch diese Maßnahme wird durch längere Kühlkanäle eine verbesserte Kühlung erzielt.
  • Bevorzugt sind die zueinander weisenden Ringflächen der Ringelemente stoffschlüssig miteinander verbunden. Beispielsweise können die Ringelemente mittels Löten, Reibschweißen oder dergleichen aneinander befestigt sein. Eine solche stoffschlüssige Verbindung verhindert, dass die Kühlluft aus den Kühlkanälen entweichen kann.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner einen Kühlring mit mehreren Kühlkanälen, die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite durch diesen erstrecken, insbesondere einen Kühlring der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Art, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Innenumfangsfläche und/oder die Außenumfangsfläche des Kühlrings mit Kühlrippen versehen ist. Durch das Vorsehen zusätzlicher Kühlrippen wird zum einen die Kühlung verbessert. Darüber hinaus kann durch geeignete Wahl der Position der Kühlrippen relativ zu den Kühlkanälen aber auch eine über den Querschnitt des Kühlrings sehr gleichmäßige Kühlung herbeigeführt werden.
  • Vorteilhaft erstrecken sich die Kühlrippen jeweils zwischen den beiden Stirnseiten.
  • Gemäß einer Variante erstrecken sich die Kühlrippen gradlinig.
  • Gemäß einer weiteren Variante erstrecken sich die Kühlrippen mäanderförmig, was zu einer Verlängerung der Kühlrippen und damit zu einer besseren Kühlung führt.
  • Vorteilhaft sind der Anfang und das Ende jeder Kühlrippe in Umfangsrichtung um ein vorbestimmtes Maß zueinander versetzt angeordnet, was ebenfalls der Erzielung einer verbesserten Kühlung zuträglich ist.
  • Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Gasturbinenbrenner mit einer Brennkammer, einem am Auslassende der Brennkammer vorgesehenen erfindungsgemäßen Kühlring und Federelementen, die entlang des Außenumfangs des Kühlrings angeordnet sind und von diesem radial auswärts vorstehen.
  • Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung definiert der Kühlring das Auslassende der Brennkammer und nimmt die Federelemente auf. So kann der Kühlring beispielsweise mit dem freien Ende der Brennkammer verschweißt sein und diese einteilig fortsetzen.
  • Gemäß einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung ist der Kühlring zwischen der Außenfläche der Brennkammer und den Federelementen angeordnet und nimmt die Federelemente auf. Mit anderen Worten wird bei dieser Variante der Kühlring also auf das freie Ende der Brennkammer aufgeschoben.
  • Vorteilhaft ist der Kühlring stoffschlüssig mit der Brennkammer verbunden, wie beispielsweise mittels einer Löt- oder Schweißverbindung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Kühlringe unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
    • Figur 1
    eine schematische Schnittansicht, die einen Gasturbinenbrenner einer Gasturbinenanordnung im montierten Zustand zeigt;
    Figur 2
    eine vergrößerte Teilansicht eines Auslassendes einer Brennkammer des in Figur 1 dargestellten Gasturbinenbrenners, das mit einem Kühlring gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
    Figur 3
    eine Vorderansicht des in Figur 2 dargestellten Kühlrings;
    Figur 4
    eine vergrößerte Teilvorderansicht des in Figur 3 dargestellten Kühlrings in abgewickelter Form;
    Figur 5
    eine Draufsicht eines abgewickelten inneren Ringelementes des in Figur 3 dargestellten Kühlrings, die eine erste Ausbildungsvariante von Kühlkanälen zeigt;
    Figur 6
    eine Draufsicht eines abgewickelten inneren Ringelementes des in Figur 3 dargestellten Kühlrings, die eine zweite Ausbildungsvariante von Kühlkanälen zeigt; und
    Figur 7
    eine Teilvorderansicht eines Kühlrings gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der anstelle des in Figur 2 dargestellten Kühlrings verwendet werden kann.
  • Figur 1 zeigt einen Bereich einer Gasturbinenanordnung, in dem ein Gasturbinenbrenner 1 in ein Gehäuse 2 der Gasturbinenanordnung eingesetzt ist. Der Gasturbinenbrenner 1 ist über einen Flansch 3 mit einem Verbindungsgehäuse 4 verbunden, das wiederum mit dem Gehäuse 2 verschraubt ist. Bei alternativen Gasturbinenanordnungen kann der Flansch 3 aber auch direkt an dem Gehäuse 2 befestigt sein, also auf das Verbindungsgehäuse 4 verzichtet werden. Der Gasturbinenbrenner 1 weist eine rohrförmige Brennkammer 5 auf, deren Auslassende mit einem Einlassende eines in dem Gehäuse 2 der Gasturbinenanordnung positionierten rohrförmigen Übergangskanals 6 verbunden ist, der über eine Justier- und Fixiereinrichtung 7 an dem Gehäuse 2 gehalten ist. Genauer gesagt ist ein am Auslassende der Brennkammer 5 vorgesehener Kühlring 8 in das Einlassende des Übergangskanals 6 eingeschoben. Am Außenumfang des Kühlrings 8 sind an einem Federelementring gehaltene und radial auswärts vorstehende Federelemente 9 befestigt, die mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals 6 derart klemmend in Eingriff sind, dass das Auslassende der Brennkammer 5 innerhalb des Einlassendes des Übergangskanals 6 fixiert ist. Am Außenumfang des Kühlrings 8 ist ferner ein Anschlagring 10 positioniert, der einen L-förmigen Querschnitt aufweist und die radiale Einwärtsbewegung der Federelemente 9 während des Einschiebens des Kühlrings 8 in das Einlassende des Übergangskanals 6 begrenzt. Der Kühlring 8 ist vorliegend an das freie Ende der Brennkammer 5 geschweißt, so dass der Kühlring 8 die Brennkammer 5 fortsetzt und das Auslassende derselben definiert. Alternativ kann der Kühlring 8 aber auch auf das freie Ende der Brennkammer 5 aufgeschoben und an dieser fixiert werden, auch wenn dies vorliegend nicht dargestellt ist. Der Kühlring 8 umfasst mehrere Kühlkanäle 11, die sich jeweils von einer Stirnseite 12 zur gegenüberliegenden Stirnseite 13 des Kühlrings 8 durch diesen hindurch erstrecken. Der Kühlring 8 ist aus zwei konzentrischen Ringelementen 14 und 15 ausgebildet, deren zueinander weisenden Ringflächen einander berühren und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise mittels einer Löt- oder Reibschweißverbindung. Die Kühlkanäle 11 sind durch Nuten gebildet, die in die Außenumfangsfläche des inneren Ringelementes 14 eingebracht sind, wobei die Nuten durch das äußere Ringelement 15 abgedeckt werden. Alternativ können die Nuten in die Innenfläche des äußeren Ringelementes 15 oder in beide Ringelemente 14 und 15 eingebracht sein, auch wenn dies vorliegend nicht dargestellt ist. Die Herstellung der Nuten kann beispielsweise unter Verwendung eines Fräsers oder dergleichen erfolgen.
  • Wie es in Figur 4 dargestellt ist, weisen die Kühlkanäle 11 einen einheitlichen rechteckigen Querschnitt auf. Die Abstände zwischen den jeweiligen Kühlkanälen 11 weisen ein einheitliches Maß 2a auf, und die Abstände zwischen den Kühlkanälen 11 und der Innenfläche des inneren Ringelementes 14 sowie die Abstände zwischen den Kühlkanälen 11 und der Außenfläche des äußeren Ringelementes 15 weisen jeweils ein einheitliches Maß a auf, was während des Betriebs zu einer sehr gleichmäßigen Kühlung des Kühlrings 8 führt.
  • Gemäß einer ersten Variante, die in Figur 5 dargestellt ist, können sich die Kühlkanäle 11 zwischen den beiden Stirnseiten 12 und 13 des Kühlrings 8 mäanderförmig erstrecken.
  • Gemäß einer zweiten Variante können sich die Kühlkanäle 11 zwischen den Stirnseiten 12 und 13 des Kühlrings 8 gemäß Figur 6 aber auch gradlinig erstrecken, wobei der Eingang und der Ausgang jedes Kühlkanals 11 in Umfangsrichtung um ein vorbestimmtes Maß c zueinander versetzt angeordnet sind.
  • Beide der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Kühlkanalausbildungsvarianten zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Kühlkanäle 11 gegenüber sich in axialer Richtung erstreckenden Kühlkanälen eine größere Kühlkanallänge aufweisen, was mit einer verbesserten Kühlung einher geht.
  • Figur 7 zeigt einen Kühlring 16 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der anstelle des in Figur 1 dargestellten Kühlrings 8 am Auslassende der Brennkammer 5 angeordnet werden kann. Der Kühlring 16 umfasst Kühlkanäle 17 in Form von Bohrungen, die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings 16 in axialer Richtung durch diesen hindurch erstrecken. Zusätzlich zu den Kühlkanälen 17 sind am Außenumfang des Kühlrings 16 Kühlrippen 18 vorgesehen, die ausgehend von den Kühlkanälen 17 radial auswärts weisen. Die Positionen und die Durchmesser der Kühlkanäle 17 ebenso wie die Positionen und die Formen der Kühlrippen 18 sind jeweils derart gewählt, dass die Kühlkanäle 17 zur Innenfläche sowie zur Außenfläche des Kühlrings 16 jeweils in etwa ein einheitliches Maß b aufweisen. Die Kühlrippen 18 erstrecken sich vorliegend gradlinig in axialer Richtung entlang der Außenfläche des Kühlrings 16 von einer Stirnseite zur anderen. Es sollte allerdings klar sein, dass die Kühlrippen 18 alternativ auch an der Innenfläche des Kühlrings 16 und/oder sowohl an der Außenfläche als auch an der Innenfläche des Kühlrings 16 angeordnet sein können.
  • Während des Betriebs der in Figur 1 dargestellten Gasturbinenanordnung werden in dem Gasturbinenbrenner 1 komprimierte Umgebungsluft und Brennstoff gemischt, in der Brennkammer 5 verbrannt und die auf diese Weise generierten Verbrennungsgase in den Übergangskanal 6 eingeleitet und durch diesen der Turbine zugeführt, wo die Verbrennungsgase den Rotor der Turbine antreiben. Dabei wird die Brennkammer 5 größtenteils von der Verdichterendluft direkt angeströmt bzw. umströmt, so dass in den direkt angeströmten bzw. umströmten Bereichen eine ausreichende Kühlung vorhanden ist. Im Bereich der Federelemente 9, in dem keine ausreichende Umströmung stattfindet, sorgt der erfindungsgemäße Kühlring 8, 16 für die erforderliche Kühlung, dessen Kühlkanäle 11, 17 von der Verdichterendluft durchströmt werden. Dank der Anordnung und Ausbildung der Kühlkanäle und/oder Kühlrippen wird eine sehr gleichmäßige und ausreichende Kühlung bei einfachem und preiswert herzustellendem Kühlringaufbau erzielt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (14)

  1. Kühlring (8) mit mehreren Kühlkanälen (11), die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite des Kühlrings (8) durch diesen hindurch erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring (8) aus zumindest zwei konzentrischen Ringelementen (14, 15) ausgebildet ist, deren zueinander weisenden Ringflächen einander berühren und miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine der zueinander weisenden Ringflächen die Kühlkanäle (11) definierende Nuten aufweist.
  2. Kühlring (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuten geradlinig erstrecken.
  3. Kühlring (8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuten mäanderförmig erstrecken.
  4. Kühlring (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang und der Ausgang jedes Kühlkanals (11) in Umfangsrichtung um ein vorbestimmtes Maß (c) zueinander versetzt angeordnet sind.
  5. Kühlring (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander weisenden Ringflächen der Ringelemente (14, 15) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  6. Kühlring (16) mit mehreren Kühlkanälen (17), die sich jeweils von einer Stirnseite zur gegenüberliegenden Stirnseite durch diesen erstrecken, insbesondere Kühlring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenumfangsfläche und/oder die Außenumfangsfläche des Kühlrings (16) mit Kühlrippen (18) versehen ist.
  7. Kühlring (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlrippen (18) jeweils zwischen den beiden Stirnseiten erstrecken.
  8. Kühlring (16) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlrippen (18) geradlinig erstrecken.
  9. Kühlring (16) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlrippen (18) mäanderförmig erstrecken.
  10. Kühlring (16) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfang und das Ende jeder Kühlrippe (18) in Umfangsrichtung um ein vorbestimmtes Maß zueinander versetzt angeordnet sind.
  11. Gasturbinenbrenner (1) mit einer Brennkammer (5), einem am Auslassende der Brennkammer (5) vorgesehenen Kühlring (8; 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Federelementen (9), die entlang des Außenumfangs des Kühlrings (8; 16) angeordnet sind und von diesem radial auswärts vorstehen.
  12. Gasturbinenbrenner (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring (8; 16) das Auslassende der Brennkammer (5) definiert und die Federelemente (9) aufnimmt.
  13. Gasturbinenbrenner (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring (8; 16) zwischen der Außenfläche der Brennkammer (5) und den Federelementen (9) angeordnet ist und die Federelemente (9) aufnimmt.
  14. Gasturbinenbrenner (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlring (9; 16) stoffschlüssig mit der Brennkammer (5) verbunden ist.
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