EP3182006B1 - Gasturbinenbrennkammer mit schindelbefestigung mittels rastelementen - Google Patents

Gasturbinenbrennkammer mit schindelbefestigung mittels rastelementen Download PDF

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EP3182006B1
EP3182006B1 EP16202396.4A EP16202396A EP3182006B1 EP 3182006 B1 EP3182006 B1 EP 3182006B1 EP 16202396 A EP16202396 A EP 16202396A EP 3182006 B1 EP3182006 B1 EP 3182006B1
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EP
European Patent Office
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combustion chamber
shingle
chamber wall
gas turbine
locking
Prior art date
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EP16202396.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3182006A1 (de
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Dr. Kay HEINZE
Stefan Penz
Dr. Ivo SZARVASY
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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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/04—Supports for linings
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
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    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine combustor according to the features of the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a gas turbine combustor having a combustor wall and at least one shingle attached thereto at a distance from the combustor wall.
  • a gas turbine combustor having a combustor wall and at least one shingle attached thereto at a distance from the combustor wall.
  • the outer combustion chamber wall serves as a shingle carrier.
  • the distance between the shingle and the combustion chamber wall is traversed by cooling air.
  • at least one mixing air hole is provided, which penetrates both the combustion chamber wall and the shingle in order to guide mixed air into the interior of the combustion chamber.
  • the shingle has at its peripheral edge on a shingle edge, which rests against the outer combustion chamber wall.
  • the shingle edge serves in particular to maintain the distance between the combustion chamber wall and the shingle and thus to ensure effective cooling.
  • the prior art shows a variety of ways to attach the shingle to the combustion chamber wall:
  • the EP 1 413 831 A1 and the EP 2 886 962 A1 show constructions in which hook elements are provided to fix the shingles.
  • a construction is previously known, in which a stud bolt is connected to a bonded to the cold side of the combustion chamber shingle element.
  • the stud extends through the combustion chamber wall and is bolted to the outside of the combustion chamber wall.
  • a screw connection by means of a bolt which is mounted from the outside of the combustion chamber wall, also shows the EP 2 295 865 A2 .
  • a screw by means of a piece integrally formed with the shingle bolt is from the EP 2 743 585 A1 previously known.
  • a modified construction in which the foot region of the bolt is cooled by impingement cooling, shows the EP 2 700 877 A2 ,
  • combustion chamber shingles protect the combustion chamber housing from high temperatures that arise during combustion in the combustion chamber. To achieve a sufficient service life of the shingles, these are provided on the hot gas side with a ceramic protective layer.
  • the shingles effusion cooling holes through which can escape from the gap between the combustion chamber wall and the shingle cooling air, which lays as a cooling film on the hot side of the shingle. The cooling of the shingle by the Effusionskühllöcher is an essential aspect that ensures a uniform shingles temperature.
  • the invention has for its object to provide a combustion chamber with Schindelbefestist, which avoids the disadvantages of the prior art with a simple structure and simple, cost manufacturability and in particular allows a good cooling of the combustion chamber shingles.
  • the fastening element is provided on its outer side with first Verrastungsstoffn which are engaged with second Verrastungsstoffn which are formed on a tubular Verrastungselement which braces the combustion chamber shingle with the combustion chamber wall.
  • the solution according to the invention thus provides for latching by means of the fastening element.
  • This latching takes place in such a way that the combustion chamber shingle is clamped to the combustion chamber wall with the application of a prestress.
  • no screws or threaded bolts or the like are required. It therefore need not be provided on the shingle itself any additional components.
  • the shingle can be provided with a constant wall thickness, resulting in optimized cooling properties. Since there is no screw connection according to the invention, there is also no risk that the shingle will come off the combustion chamber, for example due to vibrations during operation of the gas turbine.
  • the existing mixing air holes or mixed air openings are used to introduce a respective fastener in these mixed air openings, which is tubular and extends in the direction of the combustion chamber shingles or through this and is used for locking the combustion chamber shingle. There is thus a self-locking jamming of the combustion chamber shingle.
  • the latching element according to the invention is tubular and preferably has on its inside the second latching means.
  • the first and / or the second latching means may be in the form of ring-like elevations and / or grooves.
  • the assembly of the combustion chamber shingle can be carried out according to the invention by manual compression and locking of the fastener and the Verrastungselements. Using suitable tools, it is possible to remove the combustion chamber shingle again, for example for repair or maintenance purposes.
  • a significant advantage of the present invention is that the mixing air hole does not have to be round. Rather, it is also possible to provide elongated or oval mixing air holes and to adjust the fastening elements and the locking elements of the shape of the respective mixing air hole accordingly.
  • the solution according to the invention advantageously makes it possible to mount the combustion chamber shingle on the combustion chamber wall without the combustion chamber shingle contacting the combustion chamber wall directly in the region of the mixing air hole. Rather, the combustion chamber shingles with their shingle edges against the combustion chamber wall to ensure sufficient clearance for the introduction of cooling air.
  • the assembly can be carried out according to the invention so that a bias between the shingle and the combustion chamber wall is achieved.
  • the size of the bias is structurally selectable, for example, by the height of the shingle edge and / or by the dimensioning of the fastener and the tubular Verrastungselements. The preload secures the assembly of the combustion chamber shingles.
  • the gas turbine engine 110 is a generalized example of a turbomachine, in which the invention can be applied.
  • the engine 110 is formed in a conventional manner and comprises in succession an air inlet 111, a fan 112 circulating in a housing, a medium pressure compressor 113, a high pressure compressor 114, a combustion chamber 115, a high pressure turbine 116, a medium pressure turbine 117 and a low pressure turbine 118 and a Exhaust nozzle 119 with an outlet cone, which are all arranged around a central engine center axis 101.
  • the intermediate pressure compressor 113 and the high pressure compressor 114 each include a plurality of stages, each of which includes a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 120, commonly referred to as stator vanes, that extend radially inward from the engine casing 121 in an annular flow passage through the compressors 113, 114 protrude.
  • the compressors further include an array of compressor blades 122 projecting radially outward from a rotatable drum or disk 125 coupled to hubs 126 of high pressure turbine 116 and intermediate pressure turbine 117, respectively.
  • the turbine sections 116, 117, 118 have similar steps, comprising an array of fixed vanes 123 extending radially inward from the housing 121 into the housing annular flow channel through the turbines 116, 117, 118 project, and a subsequent arrangement of turbine blades 124 which project outwardly from a rotatable hub 126.
  • the Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of a known from the prior art combustion chamber wall in an enlarged view.
  • a combustion chamber 1 is shown with a central axis 9, which comprises a combustion chamber head 3, a base plate 8 and a heat shield 2.
  • a burner seal is provided with the reference numeral 4.
  • the combustion chamber 1 has an outer cold combustion chamber wall 7, to which an inner, hot combustion chamber wall 6 is attached.
  • mixed air mixing air holes 5 are provided for supplying mixed air mixing air holes 5 are provided. The presentation of impingement cooling holes and effusion holes has been omitted for clarity.
  • the Fig. 3 shows a schematic sectional view of a first embodiment of the invention.
  • a combustion chamber wall 7 is shown, which forms an outer, cold combustion chamber wall 7 and can also be referred to as a shingle support.
  • the combustion chamber wall 7 is provided with a mixing air hole 5, whose central axis is designated 21.
  • the Fig. 3 shows that the shingle 6 is also provided with a mixing air hole, which is delimited by a tubular latching element 20.
  • an annular flange 23 is provided, which extends into the interior of the combustion chamber 1.
  • second latching means 19 are formed, which are latched into first latching means 18, which are formed on a tubular fastening element 17.
  • the tubular fastening element 17 has an outer annular flange 16, with which it abuts against the cold outside of the combustion chamber wall 7.
  • the latching means 18 and 19 may be in the form of sawtooth or trapezoidal elevations and / or recesses which extend annularly around the circumference of both the latching element 20 and the tubular fastening element 17.
  • the fastening element 17 By pressing the fastening element 17 into the latching element 20, the two elements are locked together. Since the shingle 6 rests with its shingle edge 15 against the combustion chamber wall 7, there is a gap between the latching element 20 and the combustion chamber wall 7. The height of the latching element 20 is thus less than the height of the shingle rim 15. This makes it possible to make the assembly of the shingle 6 on the combustion chamber wall 7 under a bias.

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenbrennkammer gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Gasturbinenbrennkammer mit einer Brennkammerwand und mit zumindest einer in einem Abstand von der Brennkammerwand an dieser befestigten Schindel. Es liegt somit eine doppelwandige Brennkammerkonstruktion vor, bei welcher die äußere Brennkammerwand als Schindelträger dient. Der Abstand zwischen der Schindel und der Brennkammerwand wird von Kühlluft durchströmt. Zusätzlich ist zumindest ein Mischluftloch vorgesehen, welches sowohl die Brennkammerwand als auch die Schindel durchdringt, um Mischluft in den Innenraum der Brennkammer zu leiten.
  • Die Schindel weist an ihrem Umfangsrand einen Schindelrand auf, welcher gegen die äußere Brennkammerwand anliegt. Der Schindelrand dient insbesondere dazu, den Abstand zwischen der Brennkammerwand und der Schindel aufrechtzuerhalten und somit eine effektive Kühlung sicherzustellen.
  • Durch das Mischluftloch der Brennkammerwand ist ein rohrförmiges, mit einem Ringflansch versehenes Befestigungselement eingebracht, welches mit dem Ringflansch an der der Schindel abgewandten Seite der Brennkammerwand, somit der kalten Seite der Brennkammerwand, anliegt. Eine derartige Konstruktion ist aus der EP 2 738 470 B1 bekannt.
  • Der Stand der Technik zeigt eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Schindel an der Brennkammerwand zu befestigen:
    Die EP 1 413 831 A1 und die EP 2 886 962 A1 zeigen Konstruktionen, bei welchen Hakenelemente vorgesehen sind, um die Schindeln zu fixieren.
  • Aus der EP 2 873 921 A1 ist eine Konstruktion vorbekannt, bei welcher ein Stehbolzen mit einem an der Kaltseite der Brennkammerschindel verklebten Element verbunden wird. Der Stehbolzen erstreckt sich durch die Brennkammerwand und ist an der Außenseite der Brennkammerwand verschraubt. Eine Verschraubung mittels eines Bolzens, der von der Außenseite der Brennkammerwand montiert wird, zeigt auch die EP 2 295 865 A2 . Eine Verschraubung mittels eines einstückig mit der Schindel ausgebildeten Bolzens ist aus der EP 2 743 585 A1 vorbekannt. Eine abgewandelte Konstruktion, bei welcher der Fußbereich des Bolzens durch Prallkühlung gekühlt wird, zeigt die EP 2 700 877 A2 .
  • Die oben erwähnte EP 2 738 470 B1 sieht eine Verschraubung eines ein Mischluftloch ausbildenden Befestigungselements mit einem flanschartigen Ansatz der Schindel vor. Hierbei kann sich der Nachteil ergeben, dass die Verschraubung zusätzlich gegen ein Lösen gesichert werden muss. Weiterhin können nur kreisrunde Mischluftlöcher in dieser Konstruktion ausgebildet werden.
  • Ganz allgemein besteht bei doppelwandigen Brennkammern stets die Notwendigkeit, die Brennkammerschindeln betriebssicher an der Brennkammerwand zu befestigen. Die Brennkammerschindeln schützen das Brennkammergehäuse vor hohen Temperaturen, die während der Verbrennung in der Brennkammer entstehen. Um eine ausreichende Lebensdauer der Schindeln zu erzielen, sind diese auf der Heißgasseite mit einer Keramikschutzschicht versehen. Zusätzlich weisen die Schindeln Effusionskühllöcher auf, durch welche aus dem Zwischenraum zwischen der Brennkammerwand und der Schindel Kühlluft austreten kann, die sich als Kühlfilm auf die Heißseite der Schindel legt. Die Kühlung der Schindel durch die Effusionskühllöcher ist ein wesentlicher Aspekt, der eine gleichmäßige Schindeltemperatur gewährleistet. Bei der Befestigung der Schindeln mittels üblichen Befestigungselementen, beispielsweise Schrauben, ergibt sich der Nachteil, dass im Befestigungsbereich der Schrauben keine ausreichende Kühlung der Brennkammerschindeln möglich ist, da dort keine Effusionskühllöcher vorgesehen werden können, ohne die mechanische Eigenschaft des Befestigungselements zu beeinträchtigen. Hierdurch ergibt sich eine nicht-effektive Kühlung der Heißseite der Schindeln in diesen Bereichen. Dies wiederum führt zu lokal höheren Temperaturen, durch welche die Lebensdauer der Befestigungselemente ebenso beeinträchtigt wird, wie die Lebensdauer der Schindel selbst.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer mit Schindelbefestigung zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und insbesondere eine gute Kühlung der Brennkammerschindel ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass das Befestigungselement an seiner Außenseite mit ersten Verrastungsmitteln versehen ist, welche mit zweiten Verrastungsmitteln in Eingriff sind, welche an einem rohrförmigen Verrastungselement ausgebildet sind, welches die Brennkammerschindel mit der Brennkammerwand verspannt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht somit eine Verrastung mittels des Befestigungselements vor. Diese Verrastung erfolgt so, dass die Brennkammerschindel mit der Brennkammerwand unter Aufbringung einer Vorspannung verspannt ist. Erfindungsgemäß sind somit keine Schrauben oder Gewindebolzen oder ähnliches erforderlich. Es brauchen somit an der Schindel selbst keine zusätzlichen Bauelemente vorgesehen sein. Hierdurch vereinfacht sich der Gesamtaufbau der Schindel ganz erheblich. Im Übrigen kann die Schindel mit einer gleichbleibenden Wanddicke versehen sein, sodass sich optimierte Kühlungseigenschaften ergeben. Da erfindungsgemäß keine Verschraubung vorliegt, besteht auch nicht die Gefahr, dass sich die Schindel von der Brennkammer löst, beispielsweise durch Vibrationen während des Betriebs der Gasturbine.
  • Erfindungsgemäß ist es auch nicht erforderlich, in die äußere, kalte Brennkammerwand für die Befestigung mittels Gewindebolzen oder ähnlichem zusätzliche Löcher einzubringen. Diese können die Festigkeit der Gesamtkonstruktion beeinträchtigen und führen zu einem erhöhten Fertigungsaufwand. Vielmehr werden erfindungsgemäß die vorhandenen Mischluftlöcher oder Mischluftöffnungen verwendet, um jeweils ein Befestigungselement in diese Mischluftöffnungen einzubringen, welches rohrförmig ausgebildet ist und sich in Richtung auf die Brennkammerschindel oder durch diese erstreckt und zur Verrastung der Brennkammerschindel verwendet wird. Es erfolgt somit eine selbstsichernde Verklemmung der Brennkammerschindel.
  • In günstiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Verrastungsteil einstückig mit der Brennkammerschindel ausgebildet ist. Es ist jedoch auch möglich, das Verrastungselement als separates Bauteil zu fertigen und bei der Montage in das Mischluftloch der Brennkammerschindel einzubringen. Die erste Ausgestaltungsvariante ist insbesondere bei Brennkammerschindeln günstig, welche mittels eines Gussverfahrens oder mittels eines additiven Verfahrens, beispielsweise eines Laserauftragsschweißverfahrens hergestellt sind. Hierbei ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, das Verrastungselement einstückig mit der Schindel zu fertigen. Bei einer separaten Ausgestaltung des Verrastungselements können insbesondere Schindeln, welche aus einem Blechmaterial gefertigt sind, einfach und betriebssicher an der Brennkammerwand befestigt werden.
  • Das Verrastungselement ist erfindungsgemäß rohrförmig ausgebildet und weist bevorzugterweise an seiner Innenseite die zweiten Verrastungsmittel auf. Erfindungsgemäß können die ersten und/oder die zweiten Verrastungsmittel in Form von ringartigen Erhebungen und/oder Nuten ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, einzelne Verrastungshaken oder ähnliches vorzusehen, welche in ringartige Nuten oder in Ausnehmungen des jeweils zugeordneten Bauteils eingreifen.
  • Um das Verrastungselement mit dem Befestigungselement durch eine Rastverbindung zu verankern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass entweder das Verrastungselement oder das Befestigungselement im Bereich der Verrastungsmittel elastisch ausbildet ist. Dies kann beispielsweise durch zumindest einen Längsschlitz, der sich längs der Mittelachse des Mischluftlochs erstreckt, realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das an der Brennkammerschindel vorgesehene Verrastungselement starr ausgebildet ist, während das Befestigungselement zumindest zum Teil elastisch ist, beispielsweise mittels der oben beschriebenen Schlitzung.
  • Die Montage der Brennkammerschindel kann erfindungsgemäß durch manuelles Zusammendrücken und Verrasten des Befestigungselements und des Verrastungselements erfolgen. Unter Verwendung geeigneter Werkzeuge ist es möglich, die Brennkammerschindel wieder zu entfernen, beispielsweise zu Reparaturzwecken oder Wartungszwecken.
  • Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Mischluftloch nicht rund ausgebildet sein muss. Vielmehr ist es auch möglich, längliche oder ovale Mischluftlöcher vorzusehen und entsprechend die Befestigungselemente und die Verrastungselemente der Form des jeweiligen Mischluftlochs anzupassen.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Montage der Brennkammerschindel an der Brennkammerwand, ohne dass die Brennkammerschindel im Bereich des Mischluftlochs die Brennkammerwand direkt kontaktiert. Vielmehr liegt die Brennkammerschindel mit ihren Schindelrändern gegen die Brennkammerwand an, um einen ausreichenden Zwischenraum zur Einleitung von Kühlluft sicherzustellen. Im Bereich der Mischluftlöcher kann die Montage in erfindungsgemäßer Weise so erfolgen, dass eine Vorspannung zwischen der Schindel und der Brennkammerwand erreicht wird. Die Größe der Vorspannung ist konstruktiv wählbar, beispielsweise durch die Höhe des Schindelrands und/oder durch die Dimensionierung des Befestigungselements und des rohrförmigen Verrastungselements. Die Vorspannung sichert die Montage der Brennkammerschindel.
  • 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 Längs-Schnittansicht einer Brennkammer gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 3
    eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei welchem das Verrastungselement einstückig mit der Brennkammerschindel verbunden ist,
    Fig. 4 und 5
    perspektivische Darstellungen einer Brennkammerschindel gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3, und
    Fig. 6
    eine perspektivische Teil-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels mit separatem Verrastungselement.
  • Das Gasturbinentriebwerk 110 gemäß Fig. 1 ist ein allgemein dargestelltes Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Das Triebwerk 110 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 111, einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 112, einen Mitteldruckkompressor 113, einen Hochdruckkompressor 114, eine Brennkammer 115, eine Hochdruckturbine 116, eine Mitteldruckturbine 117 und eine Niederdruckturbine 118 sowie eine Abgasdüse 119 mit einem Auslasskonus, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksmittelachse 101 angeordnet sind.
  • Der Mitteldruckkompressor 113 und der Hochdruckkompressor 114 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 120 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 121 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 113, 114 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 122 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 125 vorstehen, die mit Naben 126 der Hochdruckturbine 116 bzw. der Mitteldruckturbine 117 gekoppelt sind.
  • Die Turbinenabschnitte 116, 117, 118 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 123, die radial nach innen vom Gehäuse 121 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 116, 117, 118 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 124, die nach außen von einer drehbaren Nabe 126 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 125 und die darauf angeordneten Schaufeln 122 sowie die Turbinenrotornabe 126 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 124 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksmittelachse 101.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Längs-Schnittansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Brennkammerwand in vergrößerter Darstellung. Dabei ist eine Brennkammer 1 mit einer Mittelachse 9 dargestellt, welche einen Brennkammerkopf 3, eine Grundplatte 8 und ein Hitzeschild 2 umfasst. Eine Brennerdichtung ist mit dem Bezugszeichen 4 versehen. Die Brennkammer 1 weist eine äußere kalte Brennkammerwand 7 auf, an welcher eine innere, heiße Brennkammerwand 6 befestigt ist. Zur Zuführung von Mischluft sind Mischluftlöcher 5 vorgesehen. Auf die Darstellung von Prallkühllöchern und Effusionslöchern wurde der Übersichtlichkeit halber verzichtet.
  • Die innere Brennkammerwand 6 ist mit Bolzen 13 versehen, welche als Gewindebolzen ausgeführt sind und mittels Muttern 14 verschraubt sind. Die Lagerung der Brennkammer 1 erfolgt über Brennkammerflansche 12 und Brennkammeraufhängungen 11. Mit 10 ist eine Dichtlippe bezeichnet.
  • Die Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei ist eine Brennkammerwand 7 dargestellt, welche eine äußere, kalte Brennkammerwand 7 bildet und auch als Schindelträger bezeichnet werden kann. Die Brennkammerwand 7 ist mit einem Mischluftloch 5 versehen, dessen Mittelachse mit 21 bezeichnet ist.
  • Auf der heißen Seite der Brennkammerwand 7 ist eine Schindel 6 angeordnet, welche, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, mit einem umlaufenden Schindelrand 15 versehen ist. Dieser liegt, analog der Darstellung der Fig. 6, gegen die Innenseite der Brennkammerwand 7 an und bildet somit einen Zwischenraum 22, durch welchen in nicht dargestellter Weise Kühlluft durchgeführt werden kann, insbesondere durch nicht dargestellte Prallkühllöcher. Die Kühlluft aus dem Zwischenraum 22 wird durch Effusionskühllöcher (nicht dargestellt) der Schindel 6 auf die heiße Oberfläche der Schindel 6 geleitet.
  • Die Fig. 3 zeigt, dass die Schindel 6 ebenfalls mit einem Mischluftloch versehen ist, welches durch ein rohrförmiges Verrastungselement 20 begrenzt wird. An der heißen Seite der Schindel ist ein Ringflansch 23 vorgesehen, welcher sich in den Innenraum der Brennkammer 1 erstreckt.
  • An der Innenseite des rohrförmigen Verrastungselements 20 sind zweite Verrastungsmittel 19 ausgebildet, welche in erste Verrastungsmittel 18 verrastet sind, welche an einem rohrförmigen Befestigungselement 17 ausgebildet sind. Das rohrförmige Befestigungselement 17 weist einen äußeren Ringflansch 16 auf, mit welchem es gegen die kalte Außenseite der Brennkammerwand 7 anliegt.
  • Die Verrastungsmittel 18 und 19 können in Form von sägezahnartigen oder trapezförmigen Erhebungen und/oder Ausnehmungen ausgebildet sein, welche sich ringartig um den Umfang sowohl des Verrastungselements 20 als auch des rohrförmigen Befestigungselements 17 erstrecken. Durch ein Eindrücken des Befestigungselements 17 in das Verrastungselement 20 werden die beiden Elemente miteinander verrastet. Da die Schindel 6 mit ihrem Schindelrand 15 gegen die Brennkammerwand 7 anliegt, ergibt sich zwischen dem Verrastungselement 20 und der Brennkammerwand 7 ein Abstand. Die Höhe des Verrastungselements 20 ist somit geringer, als die Höhe des Schindelrands 15. Hierdurch ist es möglich, die Montage der Schindel 6 an der Brennkammerwand 7 unter einer Vorspannung vorzunehmen.
  • Die Fig. 4 und 5 zeigen in perspektivischer Darstellung jeweils eine Schindel 6 in Ansicht von der kalten Seite (Fig. 4) und der heißen Seite (Fig. 5). Dabei ist insbesondere das rohrförmige Befestigungselement 17 mit dem Ringflansch 16 verdeutlicht dargestellt.
  • Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem das Verrastungselement 20 als separates Bauteil ausgebildet ist, welches einen Flansch 24 aufweist, mit dem sich das Befestigungselement 20 von der heißen Seite der Schindel 6 an dieser abstützt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Verrastungselement 20 zweite Verrastungsmittel 19 auf, welche in erste Verrastungsmittel 18 des Befestigungselements 17 eingerastet sind. Auch aus der Fig. 6 ist ersichtlich, dass der Schindelrand 15 gegen die Brennkammerwand 7 anliegt, während die Höhe des Verrastungselements 20 geringer ist, als die Höhe des Schindelrandes 15, so dass das Verrastungselement 20 die Brennkammerwand 7 nicht berührt. Hierdurch ist die Montage mittels einer Vorspannung möglich.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Brennkammer
    2
    Hitzeschild
    3
    Brennkammerkopf
    4
    Brennerdichtung
    5
    Mischluftloch
    6
    Schindel
    7
    Brennkammerwand
    8
    Grundplatte
    9
    Mittelachse
    10
    Dichtlippe
    11
    Brennkammeraufhängung
    12
    Brennkammerflansch
    13
    Bolzen
    14
    Mutter
    15
    Schindelrand
    16
    Ringflansch
    17
    Befestigungselement
    18
    erstes Verrastungsmittel
    19
    zweites Verrastungsmittel
    20
    Verrastungselement
    21
    Mittelachse
    22
    Zwischenraum
    23
    Ringflansch
    24
    Flansch
    101
    Triebwerksmittelachse
    110
    Gasturbinentriebwerk / Kerntriebwerk
    111
    Lufteinlass
    112
    Fan
    113
    Mitteldruckkompressor (Verdichter)
    114
    Hochdruckkompressor
    115
    Brennkammer
    116
    Hochdruckturbine
    117
    Mitteldruckturbine
    118
    Niederdruckturbine
    119
    Abgasdüse
    120
    Leitschaufeln
    121
    Triebwerksgehäuse
    122
    Kompressorlaufschaufeln
    123
    Leitschaufeln
    124
    Turbinenschaufeln
    125
    Kompressortrommel oder -scheibe
    126
    Turbinenrotornabe
    127
    Auslasskonus

Claims (8)

  1. Gasturbinenbrennkammer mit einer Brennkammerwand (7) und mit zumindest einer in einem Abstand von der Brennkammerwand (7) an dieser befestigten Schindel (6), wobei die Schindel (6) einen Schindelrand (15) aufweist, welcher gegen die Brennkammerwand (7) anliegt, wobei die Brennkammerwand (7) und die Brennkammerschindel (6) jeweils zumindest ein Mischluftloch (5) aufweisen und wobei durch das Mischluftloch (5) der Brennkammerwand (7) ein rohrförmiges, mit einem Ringflansch (16) versehenes Befestigungselement (17) eingebracht ist, welches mit dem Ringflansch (16) an der der Brennkammerschindel (6) abgewandten Seite der Brennkammerwand (7) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (17) an seiner Außenseite mit ersten Verrastungsmitteln (18) versehen ist, welche mit zweiten Verrastungsmitteln (19) in Eingriff sind, welche an einem rohrförmigen Verrastungselement (20) ausgebildet sind, welches die Brennkammerschindel (6) mit der Brennkammerwand (7) verspannt,
    wobei das Verrastungselement (20) und/oder das Befestigungselement (17) im Bereich der Verrastungsmittel (18, 19) zur Verrastung der Verrastungsmittel (18, 19) elastisch ausgebildet sind, und wobei das Verrastungselement (20) eine Höhe aufweist, welche geringer ist, als die Höhe des Schindelrandes (15).
  2. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verrastungselement (20) einstückig mit der Brennkammerschindel (6) ausgebildet ist.
  3. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verrastungselement (20) als separates Bauteil ausgebildet ist.
  4. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmig ausgebildete Verrastungselement (20) an seiner Innenseite mit den zweiten Verrastungsmitteln (19) versehen ist.
  5. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verrastungselement (20) und der Brennkammerwand (7) im montierten Zustand ein einen Zwischenraum (22) bildender Abstand ausgebildet ist.
  6. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammerschindel (6) zumindest im Bereich des Mischluftlochs (5) mit Vorspannung an der Brennkammerwand (7) verrastet ist.
  7. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (18) und/oder die zweiten (19) Verrastungsmittel in Form von ringartigen Erhebungen und/oder Nuten ausgebildet sind.
  8. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrastungsmittel (18, 19) lösbar ausgebildet sind.
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