EP2933562A1 - Verfahren zur Montage einer Dichtung zwischen einer Gasturbinenrohrbrennkammer und eines Übergangsstücks - Google Patents

Verfahren zur Montage einer Dichtung zwischen einer Gasturbinenrohrbrennkammer und eines Übergangsstücks Download PDF

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EP2933562A1
EP2933562A1 EP14164562.2A EP14164562A EP2933562A1 EP 2933562 A1 EP2933562 A1 EP 2933562A1 EP 14164562 A EP14164562 A EP 14164562A EP 2933562 A1 EP2933562 A1 EP 2933562A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas turbine
combustion chamber
sealing device
combustor
inlet end
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Withdrawn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
EP14164562.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Drogan
Fabian Niederbremer
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP14164562.2A priority Critical patent/EP2933562A1/de
Priority to PCT/EP2015/056324 priority patent/WO2015158506A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F23R3/42—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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/28—Supporting or mounting arrangements, e.g. for turbine casing
    • F01D25/285—Temporary support structures, e.g. for testing, assembling, installing, repairing; Assembly methods using such structures
    • 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
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    • 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
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    • 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
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts

Definitions

  • the present invention relates to a method of assembling a gas turbine combustor assembly with a gas turbine combustor having a tubular combustor, a tubular transition duct, which directs combustion gases exiting the combustor to a turbine of the gas turbine assembly, wherein an exhaust end of the combustor is inserted in an intended condition into an inlet end of the transition duct and is aligned concentrically with this, and a resiliently formed sealing means which seals in the intended condition an existing between the outlet end of the combustion chamber and the inlet end of the transitional channel annular gap. Furthermore, the present invention relates to a gas turbine burner.
  • Gas turbine assemblies are known in the art. 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 leave the combustion chambers of the gas turbine combustors and are passed through transition channels, which are respectively 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 exhaust end of the combustors of the gas turbine combustor must be inserted into the inlet end of the associated transfer passage, which is already disposed in a housing of the gas turbine assembly.
  • the outlet end of the combustion chamber and the inlet end to align the transition channel concentric.
  • the sealing device will be damaged during operation of the gas turbine arrangement, which should be avoided.
  • the use of an alignment device is known, which is introduced in a first step instead of a gas turbine combustor in the housing of a gas turbine assembly and secured thereto.
  • the alignment device comprises a dial gauge, with the help of which then the inlet end of the associated transition channel can be aligned within a predetermined tolerance range. After alignment, the transition channel is fixed in the aligned position and the alignment device is removed, whereupon the gas turbine combustor can be mounted by introducing the outlet end of its combustion chamber into the inlet end of the aligned transition channel.
  • a disadvantage of the use of such an alignment device is that this is associated with much effort and high costs.
  • proper alignment due to adding tolerances can not always be guaranteed, so that proper operation can not be guaranteed and damage to the sealing device can not be safely excluded.
  • step b) ensures that the sealing device can only be compressed to a defined extent during insertion of the outlet end of the combustion chamber into the inlet end of an associated transition channel, as further compression by the filler material is prevented.
  • a concentric alignment of combustion chamber and transitional channel is automatically ensured without additional alignment device. Accordingly, the installation of a gas turbine burner can be performed quickly, easily and inexpensively. After the insertion process, only the transition duct and the gas turbine burner still need to be fixed to the housing.
  • the filler material melts and completely releases the sealing device so that it can compensate for temperature-induced movement between the outlet end of the combustion chamber and the inlet end of the transition channel.
  • the sealing device is biased in accordance with an embodiment of the method according to the invention before the implementation of step b) to reduce its outer diameter. In this way, the outer diameter of the cavity, which is filled in step b) with the filling material, and thus the accuracy of the coaxial alignment can be adjusted.
  • a clamping ring is preferably used for biasing the sealing device.
  • a clamping ring is placed around the sealing device in order then to introduce the filling material in the prestressed state of the sealing device into the at least one cavity.
  • the tension ring may also remain mounted during transport of the gas turbine combustor to protect the seal assembly from external damage. Only shortly before the installation of the gas turbine burner, the clamping ring must be removed.
  • the filler material is a wax, a polymer or a resin.
  • natural waxes, synthetic waxes, natural resins, synthetic resins or the like can be used. Care must be taken when selecting the filler material that it does not adversely affect the operation of the gas turbine arrangement in the molten state.
  • the sealing device has spring elements which protrude radially outwards from the outer surface of the combustion chamber and in the proper state are in sealing engagement with the inner circumference of the inlet end of the transitional channel.
  • the present invention further provides a gas turbine combustor having a tubular combustion chamber with an outlet end, on the outer periphery of a resiliently formed sealing means is arranged in the normal state between the outlet end of the combustion chamber and an inlet end of a housing a gas turbine arrangement arranged transition channel seals existing annular gap, characterized in that at least one existing between the sealing means and the combustion chamber, the spring travel of the sealing device defining cavity is at least partially filled with a sealing device supporting the filling material whose flash point below the operating temperature of the gas turbine burner is in the region of the sealing device.
  • the sealing device preferably has spring elements which protrude radially outwards from the outer surface of the combustion chamber and in the intended state are sealingly engaged with the inner circumference of the inlet end of the transition channel.
  • the spring elements are advantageously arranged on a spring element ring held on the outer circumference of the combustion chamber. In this way, a simple structure is achieved.
  • the filler material is preferably a wax, a polymer or a resin.
  • 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.
  • the outlet end of the combustion chamber 5 is inserted into the inlet end of the transition channel 6, wherein between the combustion chamber 5 and the transitional channel 6, a sealing device is provided, which formed by radially outwardly projecting spring elements 8 provided on the outer circumference of the outlet end of the combustion chamber 5 on a spring element ring which are sealingly engaged with the inner periphery of the inlet end of the transition channel 6.
  • the spring elements 8 serve on the one hand to seal the existing between the combustion chamber 5 and the transition channel 6 annulus. On the other hand, they compensate for temperature-induced movements between the combustion chamber 5 and the transition channel. 6
  • the arrangement shown is in a first step, the transition channel 6 using the adjusting and fixing device 7 in the region of its intended Position roughly pre-adjusted inside the housing 2.
  • the Vorjustage can be done for example by a loose tightening of adjusting and fixing screws 9 of the adjusting and fixing device 7.
  • the gas turbine combustor 1 is inserted into the housing 2 through a passage opening 10 extending through the housing 2 and the connecting housing 4, wherein the outlet end of the combustion chamber 5 is inserted into the inlet end of the transitional passage 6 with partial compression of the spring elements 8.
  • the inlet end of the transitional passage 6, if required, is manually positioned with respect to the outlet end of the combustion chamber 5 so as to allow insertion of the outlet end of the combustion chamber 5 into the inlet end of the transitional passage 6.
  • the adjusting and fixing screws 9 are tightened to fix the inlet end of the transition channel 6.
  • the gas turbine burner 1 is screwed to the connection housing 4.
  • the gas turbine combustor 1 will be preconfigured as described below with reference to FIGS FIGS. 2 to 8 described prepared:
  • FIG. 2 shows the outlet end of the combustion chamber 5 in a state in which act on the spring elements 8 no external forces.
  • the spring elements 8 are biased to reduce their outer diameter such that the present between the combustion chamber 5 and the spring elements 8 annular cavity has a predetermined outer diameter.
  • a clamping ring 11 is pushed with a correspondingly selected inner diameter, as in FIG. 3 is shown.
  • the annular cavity between the spring elements 8 and the outer surface of the combustion chamber 5, which in the prestressed state according to FIG. 3 sets, as in FIG.
  • the filler material 12 may be, for example, a wax, a polymer or a resin, to name just a few examples.
  • FIGS. 6 to 8 show different filling levels of the filling material 12 in the axial direction.
  • a low degree of filling is selected, in which an annular gap 15 remains between the filling material 12 and an annular stop 14 with L-shaped cross section, which serves to limit the radial inward movement of the spring elements 8.
  • Such a low degree of filling is characterized by a small contact surface between the spring elements 8 and the filling material 12, by a predetermined bending stress on the spring elements during insertion into the inlet end of the transition channel 6 and by the possibility of axial movement of the filler material 12.
  • the degree of filling is chosen such that between the filler material 12 and the ring stop 14 no annular gap is no longer present.
  • the contact area between the spring elements 8 and the filling material 12 is greater and the bending stress of the spring elements during assembly is lower than in the FIG. 6 shown low degree of filling.
  • only a slight axial movement of the filler 12 is allowed.
  • more wax is needed than in the variant described above in this average degree of filling.
  • the degree of filling of the filler material 12 is chosen so high that the ring stop 14 is completely embedded in the filler material 12. At this high degree of filling, the largest contact area between the spring elements 8 and the filling material 12 is achieved. An axial movement of the filler 12 is almost completely prevented, since the ring stop 14 prevents such. Furthermore, the spring elements 8 experience no bending stress during assembly. The disadvantage, however, is that in this variant more filler 12 is needed.
  • the main advantage associated with filling the annular cavity between the spring elements 8 and the outer surface of the combustion chamber 5 with a spring material 8 supporting filler 12, is that upon insertion of the outlet end of the combustion chamber 5 in the inlet end of the transition channel 6 automatically exact coaxial alignment of combustion chamber 5 and transition channel 6 takes place, since a compression of the spring elements 8 beyond the filler material is not possible. Accordingly, the installation of the gas turbine burner 1 is fast, easy and easy to perform without separate alignment devices.
  • the accuracy of the coaxial alignment can be adjusted by suitable adjustment of the outer diameter of the filling material to be filled with the cavity in the context of biasing and by a suitable choice of the filling height of the filler material.
  • the filler material melts, so that the proper functioning of the sealing device is not affected by the filling material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Gasturbinenbrenneranordnung mit einem Gasturbinenbrenner (1), der eine rohrförmigen Brennkammer (5) aufweist, einem rohrförmigen Übergangskanal (6), der die Brennkammer (5) verlassende Verbrennungsgase zu einer Turbine der Gasturbinenanordnung leitet, wobei ein Auslassende der Brennkammer (5) im bestimmungsgemäßen Zustand in ein Einlassende des Übergangskanals (6) eingeführt und konzentrisch zu diesem ausgerichtet ist, und einer federnd ausgebildeten Dichtungseinrichtung, die im bestimmungsgemäßen Zustand einen zwischen dem Auslassende der Brennkammer (5) und dem Einlassende des Übergangskanals (6) vorhandenen Ringspalt abdichtet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Anordnen der Dichtungseinrichtung am Außenumfang des Auslassendes der Brennkammer (5); b) zumindest teilweises Füllen zumindest eines zwischen der Dichtungseinrichtung und der Brennkammer (5) vorhandenen, den Federweg der Dichtungseinrichtung definierenden Hohlraums mit einem die Dichtungseinrichtung abstützenden Füllwerkstoff, dessen Flammpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners (1) im Bereich der Dichtungseinrichtung liegt; und c) Einführen des Auslassendes der Brennkammer (5) in das Einlassende des in einem Gehäuse der Gasturbinenanordnung angeordneten Übergangskanals (6) und d) Fixieren des Übergangskanals (6) und der Brennkammer (5). Bei dem Füllwerkstoff kann es sich um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz handeln.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer Gasturbinenbrenneranordnung mit einem Gasturbinenbrenner, der eine rohrförmige Brennkammer aufweist, einem rohrförmigen Übergangskanal, der die Brennkammer verlassende Verbrennungsgase zu einer Turbine der Gasturbinenanordnung leitet, wobei ein Auslassende der Brennkammer im bestimmungsgemäßen Zustand in ein Einlassende des Übergangskanals eingeführt und konzentrisch zu diesem ausgerichtet ist, und einer federnd ausgebildeten Dichtungseinrichtung, die im bestimmungsgemäßen Zustand einen zwischen dem Auslassende der Brennkammer und dem Einlassende des Übergangskanals vorhandenen Ringspalt abdichtet. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Gasturbinenbrenner.
  • Gasturbinenanordnungen sind im Stand der Technik 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 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.
  • Bei der Montage einer Gasturbinenbrenneranordnung der eingangs genannten Art muss das Auslassende der Brennkammern des Gasturbinenbrenners in das Einlassende des zugehörigen Übergangskanals eingeführt werden, der bereits in einem Gehäuse der Gasturbinenanordnung angeordnet ist. Zur Gewährleistung eines ordnungsgemäßen Betriebs der Gasturbinenbrenneranordnung sind dabei das Auslassende der Brennkammer und das Einlassende des Übergangskanals konzentrisch auszurichten. Bei nicht hinreichend konzentrischer Ausrichtung besteht zudem die Gefahr, dass die Dichtungseinrichtung während des Betriebs der Gasturbinenanordnung beschädigt wird, was es zu vermeiden gilt. In diesem Zusammenhang ist der Einsatz einer Ausrichteinrichtung bekannt, die in einem ersten Schritt anstelle eines Gasturbinenbrenners in das Gehäuse einer Gasturbinenanordnung eingeführt und an diesem befestigt wird. Die Ausrichteinrichtung umfasst eine Messuhr, mit deren Hilfe dann das Einlassende des zugehörigen Übergangskanals innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches ausgerichtet werden kann. Nach erfolgter Ausrichtung wird der Übergangskanal in der ausgerichteten Stellung fixiert und die Ausrichteinrichtung wieder entfernt, woraufhin der Gasturbinenbrenner unter Einführung des Auslassendes seiner Brennkammer in das Einlassende des ausgerichteten Übergangskanals montiert werden kann. Ein Nachteil des Einsatzes einer solchen Ausrichteinrichtung besteht darin, dass dieser mit viel Aufwand und hohen Kosten einhergeht. Darüber hinaus kann ein ordnungsgemäßes Ausrichten aufgrund sich addierender Toleranzen nicht immer gewährleistet werden, so dass ein ordnungsgemäßer Betrieb nicht garantiert und Beschädigungen der Dichtungseinrichtung nicht sicher ausgeschlossen werden können.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Montage einer Gasturbinenbrenneranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich einfach und preiswert durchführen lässt sowie montagebedingte Beschädigungen der Dichtungseinrichtung verhindert.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte aufweist:
    1. a) Anordnen der Dichtungseinrichtung am Außenumfang des Auslassendes der Brennkammer;
    2. b) zumindest teilweises Füllen zumindest eines zwischen der Dichtungseinrichtung und der Brennkammer vorhandenen, den Federweg der Dichtungseinrichtung definierenden Hohlraums mit einem die Dichtungseinrichtung abstützenden Füllwerkstoff, dessen Flammpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners im Bereich der Dichtungseinrichtung liegt; und
    3. c) Einführen des Auslassendes der Brennkammer in das Einlassende des in einem Gehäuse der Gasturbinenanordnung angeordneten Übergangskanals und
    4. d) Fixieren des Übergangskanals und der Brennkammer.
  • Das Vorsehen eines abstützenden Füllwerkstoffs in Schritt b) stellt sicher, dass die Dichtungseinrichtung während des Einführens des Auslassendes der Brennkammer in das Einlassende eines zugeordneten Übergangskanals nur um ein definiertes Maß zusammengedrückt werden kann, da ein weiteres Komprimieren durch den Füllwerkstoff verhindert wird. Auf diese Weise wird während des Einschiebens des Auslassendes der Brennkammer in das Einlassende des Übergangskanals automatisch eine konzentrische Ausrichtung von Brennkammer und Übergangskanal ohne zusätzliches Ausrichtgerät gewährleistet. Entsprechend kann die Montage eines Gasturbinenbrenners schnell, einfach und preiswert durchgeführt werden. Nach dem Einführvorgang müssen lediglich noch der Übergangskanal und der Gasturbinenbrenner am Gehäuse fixiert werden. Während des Betriebs der Gasturbinenanordnung schmilzt der Füllwerkstoff und gibt die Dichtungseinrichtung wieder vollständig frei, so dass diese temperaturbedingte Bewegungen zwischen dem Auslassende der Brennkammer und dem Einlassende des Übergangskanals ausgleichen kann.
  • Die Dichtungseinrichtung wird gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor der Durchführung des Schrittes b) unter Verringerung ihres Außendurchmessers vorgespannt. Auf diese Weise kann der Außendurchmesser des Hohlraums, der in Schritt b) mit dem Füllwerkstoff gefüllt wird, und damit die Genauigkeit der koaxialen Ausrichtung eingestellt werden.
  • Zum Vorspannen der Dichtungseinrichtung wird bevorzugt ein Spannring verwendet. Ein solcher Spannring wird um die Dichtungseinrichtung gelegt, um daraufhin den Füllwerkstoff im vorgespannten Zustand der Dichtungseinrichtung in den zumindest einen Hohlraum einzubringen. Der Spannring kann auch während des Transports des Gasturbinenbrenners montiert bleiben, um die Dichtungseinrichtung vor äußeren Beschädigungen zu schützen. Erst kurz vor der Montage des Gasturbinenbrenners muss der Spannring entfernt werden.
  • Vorteilhaft handelt es sich bei dem Füllwerkstoff um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz. So können beispielsweise natürliche Wachse, synthetische Wachse, natürliche Harze, Kunstharze oder dergleichen zum Einsatz kommen. Bei der Auswahl des Füllwerkstoffs ist darauf zu achten, dass dieser im geschmolzenen Zustand den Betrieb der Gasturbinenanordnung in keiner Weise beeinträchtigt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Dichtungseinrichtung Federelemente auf, die von der Außenfläche der Brennkammer radial auswärts vorstehen und im bestimmungsgemäßen Zustand mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals dichtend in Eingriff sind. Mit derartigen Federelementen wird ein einfacher Aufbau erzielt.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner einen Gasturbinenbrenner, der eine rohrförmigen Brennkammer mit einem Auslassende aufweist, an dessen Außenumfang eine federnd ausgebildete Dichtungseinrichtung angeordnet ist, die im bestimmungsgemäßen Zustand einen zwischen dem Auslassende der Brennkammer und einem Einlassende eines in einem Gehäuse einer Gasturbinenanordnung angeordneten Übergangskanals vorhandenen Ringspalt abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zwischen der Dichtungseinrichtung und der Brennkammer vorhandener, den Federweg der Dichtungseinrichtung definierender Hohlraum zumindest teilweise mit einem die Dichtungseinrichtung abstützenden Füllwerkstoff gefüllt ist, dessen Flammpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners im Bereich der Dichtungseinrichtung liegt.
  • Die Dichtungseinrichtung weist bevorzugt Federelemente aufweist, die von der Außenfläche der Brennkammer radial auswärts vorstehen und im bestimmungsgemäßen Zustand mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals dichtend in Eingriff sind.
  • Die Federelemente sind vorteilhaft an einem am Außenumfang der Brennkammer gehaltenen Federelementring angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein einfacher Aufbau erzielt.
  • Bei dem Füllwerkstoff handelt es sich, wie es zuvor bereits beschrieben wurde, bevorzugt um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz.
  • Weitere Merkmale und Vorteile werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gasturbinenbrenners unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist/sind
    • Figur 1 eine schematische Querschnittansicht einer Gasturbinenanordnung, die einen Gasturbinenbrenner und einen Übergangskanal im montierten Zustand zeigt;
    • Figuren 2 bis 5 schematische Teilquerschnittansichten eines Auslassendes einer Brennkammer des in Figur 1 dargestellten Gasturbinenbrenners, anhand derer ein Füllen eines zwischen einer am Auslassende der Brennkammer vorgesehenen Dichtungseinrichtung und der Außenfläche der Brennkammer vorhandenen ringförmigen Hohlraums mit einem Füllwerkstoff beschrieben wird; und
    • Figuren 6 bis 8 schematische perspektivische Teilschnittansichten, die verschiedene Füllgrade des zwischen der Dichtungseinrichtung und der Außenfläche der Brennkammer vorhandenen Hohlraums mit einem Füllwerkstoff zeigen.
  • 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 das Auslassende der Brennkammer 5 in das Einlassende des Übergangskanals 6 eingeschoben, wobei zwischen der Brennkammer 5 und dem Übergangskanal 6 eine Dichtungseinrichtung angeordnet ist, die durch am Außenumfang des Auslassendes der Brennkammer 5 an einem Federelementring vorgesehene, radial auswärts vorstehende Federelemente 8 gebildet wird, die mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals 6 dichtend in Eingriff sind. Die Federelemente 8 dienen zum einen dazu, den zwischen der Brennkammer 5 und dem Übergangskanal 6 vorhandenen Ringraum abzudichten. Zum anderen kompensieren sie temperaturbedingte Bewegungen zwischen der Brennkammer 5 und dem Übergangskanal 6.
  • Während des Betriebs der Gasturbinenanordnung werden in dem Gasturbinenbrenner 6 komprimierte Umgebungsluft und Brennstoff gemischt, in der Brennkammer 5 verbrannt und die auf diese Weise generierten Verbrennungsgase in den Übergangskanal 6 eingeleitet und über den Übergangskanal 6 der Turbine zugeführt, wo die Verbrennungsgase den Rotor der Turbine antreiben.
  • Zur Montage der in Figur 1 dargestellten Anordnung wird in einem ersten Schritt der Übergangskanal 6 unter Verwendung der Justier- und Fixiereinrichtung 7 im Bereich seiner bestimmungsgemäßen Position innerhalb des Gehäuses 2 grob vorjustiert. Die Vorjustage kann beispielsweise durch ein lockeres Anziehen von Justier- und Fixierschrauben 9 der Justier- und Fixiereinrichtung 7 erfolgen. In einem weiteren Schritt wird der Gasturbinenbrenner 1 durch eine sich durch das Gehäuse 2 und das Verbindungsgehäuse 4 erstreckende Durchgangsöffnung 10 in das Gehäuse 2 eingesetzt, wobei das Auslassende der Brennkammer 5 in das Einlassende des Übergangskanals 6 unter teilweiser Komprimierung der Federelemente 8 eingeschoben wird. Hierbei wird das Einlassende des Übergangskanals 6, wenn es erforderlich ist, manuell in Bezug auf das Auslassende der Brennkammer 5 positioniert, um auf diese Weise das Einführen des Auslassendes der Brennkammer 5 in das Einlassende des Übergangskanals 6 zu ermöglichen. In einem weiteren Schritt werden die Justier- und Fixierschrauben 9 festgezogen, um das Einlassende des Übergangskanals 6 zu fixieren. Ferner wird der Gasturbinenbrenner 1 mit dem Verbindungsgehäuse 4 verschraubt.
  • Um zu gewährleisten, dass das Auslassende der Brennkammer 5 und das Einlassende des Übergangskanals 6 während des Einführens ordnungsgemäß koaxial zueinander ausgerichtet werden, wird der Gasturbinenbrenner 1 vorab wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 8 beschrieben präpariert:
  • Figur 2 zeigt das Auslassende der Brennkammer 5 in einem Zustand, in dem auf die Federelemente 8 keine äußeren Kräfte wirken. Ausgehend von dem in Figur 2 dargestellten Zustand werden die Federelemente 8 unter Verringerung ihres Außendurchmessers derart vorgespannt, dass der zwischen der Brennkammer 5 und den Federelementen 8 vorhandene ringförmige Hohlraum einen vorbestimmten Außendurchmesser aufweist. Hierzu wird ausgehend vom freien Ende der Brennkammer 5 ein Spannring 11 mit entsprechend gewähltem Innendurchmesser aufgeschoben, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In einem weiteren Schritt wird nunmehr der ringförmige Hohlraum zwischen den Federelementen 8 und der Außenfläche der Brennkammer 5, der sich in dem vorgespannten Zustand gemäß Figur 3 einstellt, wie in Figur 4 gezeigt mit einem abstützenden Füllwerkstoff 12 gefüllt, dessen Flammtemperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners 1 im Bereich der Federelemente 8 liegt. Bei dem Füllwerkstoff 12 kann es sich beispielsweise um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz handeln, um nur einige Beispiele zu nennen.
  • Nach dem Aushärten des Füllwerkstoffs 12 wird der Spannring 11 wieder abgezogen, so dass sich die Federelemente 8 vom Füllwerkstoff 12 wegbewegen. Hierdurch entsteht zwischen den Federelementen 8 und dem Füllwerkstoff 12 ein Spalt 13, wie es in Figur 5 dargestellt ist.
  • Die Figuren 6 bis 8 zeigen unterschiedliche Füllgrade des Füllwerkstoffs 12 in axialer Richtung.
  • Gemäß Figur 6 ist ein geringer Füllgrad gewählt, bei dem zwischen dem Füllwerkstoff 12 und einem Ringanschlag 14 mit L-förmigem Querschnitt, der zur Begrenzung der radialen Einwärtsbewegung der Federelemente 8 dient, ein Ringspalt 15 verbleibt. Ein solcher geringer Füllgrad zeichnet sich durch eine kleine Kontaktfläche zwischen den Federelementen 8 und dem Füllwerkstoff 12, durch eine vorbestimmte Biegebeanspruchung auf die Federelemente während des Einführens in das Einlassende des Übergangskanals 6 und durch die Möglichkeit einer Axialbewegung des Füllwerkstoffs 12 aus.
  • Gemäß Figur 7 ist der Füllgrad derart gewählt, dass zwischen dem Füllwerkstoff 12 und dem Ringanschlag 14 kein Ringspalt mehr vorhanden ist. Bei diesem mittleren Füllgrad ist die Kontaktfläche zwischen den Federelementen 8 und dem Füllwerkstoff 12 größer und die Biegebeanspruchung der Federelemente während der Montage geringer als bei dem in Figur 6 dargestellten geringen Füllgrad. Ferner wird nur eine geringfügige axiale Bewegung des Füllwerkstoffs 12 zugelassen. Zudem wird bei diesem mittleren Füllgrad mehr Wachs als bei der zuvor beschriebenen Variante benötigt.
  • Gemäß Figur 8 ist der Füllgrad des Füllwerkstoffs 12 derart hoch gewählt, dass der Ringanschlag 14 vollständig im Füllwerkstoff 12 eingebettet ist. Bei diesem hohen Füllgrad wird die größte Kontaktfläche zwischen den Federelementen 8 und dem Füllwerkstoff 12 erzielt. Eine axiale Bewegung des Füllwerkstoffs 12 wird nahezu vollständig unterbunden, da der Ringanschlag 14 eine solche verhindert. Ferner erfahren die Federelemente 8 während der Montage keine Biegebeanspruchung. Nachteilig ist allerdings, dass bei dieser Variante mehr Füllwerkstoff 12 benötigt wird.
  • Der wesentliche Vorteil, der mit einem Füllen des ringförmigen Hohlraums zwischen den Federelementen 8 und der Außenfläche der Brennkammer 5 mit einem die Federelemente 8 abstützenden Füllwerkstoff 12 einhergeht, besteht darin, dass beim Einschieben des Auslassendes der Brennkammer 5 in das Einlassende des Übergangskanals 6 automatisch ein genaues koaxiales Ausrichten von Brennkammer 5 und Übergangskanal 6 stattfindet, da ein Zusammendrücken der Federelemente 8 über den Füllwerkstoff hinaus nicht möglich ist. Entsprechend ist die Montage des Gasturbinenbrenners 1 schnell, einfach und problemlos ohne gesonderte Ausrichtungseinrichtungen durchführbar. Die Genauigkeit der koaxialen Ausrichtung kann dabei durch geeignete Einstellung des Außendurchmessers des mit dem Füllwerkstoff zu füllenden Hohlraums im Rahmen des Vorspannens und durch geeignete Wahl der Füllhöhe des Füllwerkstoffs eingestellt werden.
  • Während des Betriebs schmilzt der Füllwerkstoff, so die ordnungsgemäße Funktionsweise der Dichtungseinrichtung nicht durch den Füllwerkstoff beeinträchtigt wird.
  • 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 (9)

  1. Verfahren zur Montage einer Gasturbinenbrenneranordnung mit einem Gasturbinenbrenner (1), der eine rohrförmigen Brennkammer (5) aufweist, einem rohrförmigen Übergangskanal (6), der die Brennkammer (5) verlassende Verbrennungsgase zu einer Turbine der Gasturbinenanordnung leitet, wobei ein Auslassende der Brennkammer (5) im bestimmungsgemäßen Zustand in ein Einlassende des Übergangskanals (6) eingeführt und konzentrisch zu diesem ausgerichtet ist, und einer federnd ausgebildeten Dichtungseinrichtung, die im bestimmungsgemäßen Zustand einen zwischen dem Auslassende der Brennkammer (5) und dem Einlassende des Übergangskanals (6) vorhandenen Ringspalt abdichtet, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
    a) Anordnen der Dichtungseinrichtung am Außenumfang des Auslassendes der Brennkammer (5);
    b) zumindest teilweises Füllen zumindest eines zwischen der Dichtungseinrichtung und der Brennkammer (5) vorhandenen, den Federweg der Dichtungseinrichtung definierenden Hohlraums mit einem die Dichtungseinrichtung abstützenden Füllwerkstoff (12), dessen Flammpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners (1) im Bereich der Dichtungseinrichtung liegt; und
    c) Einführen des Auslassendes der Brennkammer (5) in das Einlassende des in einem Gehäuse der Gasturbinenanordnung angeordneten Übergangskanals (6) und
    d) Fixieren des Übergangskanals (6) und der Brennkammer (5).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung vor der Durchführung des Schrittes b) unter Verringerung ihres Außendurchmessers vorgespannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vorspannen der Dichtungseinrichtung ein Spannring (11) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Füllwerkstoff (12) um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz handelt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung Federelemente (8) aufweist, die von der Außenfläche der Brennkammer (5) radial auswärts vorstehen und im bestimmungsgemäßen Zustand mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals (6) dichtend in Eingriff sind.
  6. Gasturbinenbrenner (1), der eine rohrförmigen Brennkammer (5) mit einem Auslassende aufweist, an dessen Außenumfang eine federnd ausgebildete Dichtungseinrichtung angeordnet ist, die im bestimmungsgemäßen Zustand einen zwischen dem Auslassende der Brennkammer (5) und einem Einlassende eines in einem Gehäuse einer Gasturbinenanordnung angeordneten Übergangskanals (6) vorhandenen Ringspalt abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zwischen der Dichtungseinrichtung und der Brennkammer (5) vorhandener, den Federweg der Dichtungseinrichtung definierender Hohlraum zumindest teilweise mit einem die Dichtungseinrichtung abstützenden Füllwerkstoff (12) gefüllt ist, dessen Flammpunkt unterhalb der Betriebstemperatur des Gasturbinenbrenners (1) im Bereich der Dichtungseinrichtung liegt.
  7. Gasturbinenbrenner (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung Federelemente (8) aufweist, die von der Außenfläche der Brennkammer (5) radial auswärts vorstehen und im bestimmungsgemäßen Zustand mit dem Innenumfang des Einlassendes des Übergangskanals (6) dichtend in Eingriff sind.
  8. Gasturbinenbrenner (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (8) an einem am Außenumfang der Brennkammer (5) gehaltenen Federelementring angeordnet sind.
  9. Gasturbinenbrenner (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Füllwerkstoff (12) um ein Wachs, ein Polymer oder ein Harz handelt.
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