SE520594C2 - Brännkammare för en värmemotorenhet - Google Patents

Description

25 30 35 . » . - . . 2002- 01-25 E: \PubliC\DOC\E\4ll0 -OISSE .doc MS av gasläckage när brännkammaren är termiskt belastad, dvs. av värmeutvidgning, under drift av gasturbinenheten.

Samanfattning av uppfinningen De huvudsakliga syftena med den föreliggande uppfin- ningen är att förenkla konstruktionen, monteringen och un- derhållet av brännkammare i värmemotorenheter, reducera an- talet arbetsmoment under monteringen och förbättra tätning- en hos brännkammare under termisk belastning.

Dessa syften uppnås för värmemotorenheter genom att utrusta dem med en brännkammare enligt uppfinningen. Den föreliggande uppfinningen avser en brännkammare för en vär- memotorenhet, brännkammaren är i förbindelse med en tidiga- re komponent hos värmemotorenheten, t.ex. en kompressor, en värmeväxlare eller en rekuperator, vid en första ände och i förbindelse med efterföljande steg hos värmemotorenheten vid en andra ände. Brännkammaren innefattar åtminstone en del, och brännkammaren tillåts utvidgas när den utsätts för värme genom att vara i rörligt ingrepp vid den första än- den. Vidare är brännkammaren uppstödd vid den andra änden med hjälp av en kontaktyta som är formad mellan den andra änden hos brännkammaren och stödorgan för att medge vipp- ning av brännkammaren.

Genom att utrusta en värmemotorenhet med en brännkam- mare enligt uppfinningen reducerar en enklare konstruktion tillhörande arbetsmoment under monteringen. Kontaktytan som formas mellan brännkammaren och stödorganet medger dessutom vippning av brännkammaren. Installationen och underhållet av brännkammaren förenklas också beroende på en enklare procedur vid byte av brännkammare.

Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att i närmare detalj med hänvisning till den bifogade ritningen på vilken: 10 Ü 20 25 30 35 2002-01-25 E:\PubliC\DOC\E\4ll0-0l5SE.dOC MS 520 594 3 : : : ' 2§.;.[ FIG l är en sidovy i sektion som visar en föredragen utförandeform för en brännkammare enligt uppfinningen mon- terad i en värmemotorenhet.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen FIG 1 visar en brännkammare 10 enligt uppfinningen monterad i en värmemotorenhet 20. I denna utförandeform är värmemotorn en gasturbin och beskrivs som en gasturbin i det följande. ett hölje 40, anslutande del 60 och stödorgan 70.

Brännkammaren omfattar åtminstone ett avgas- utlopp 30, åtminstone ett luftinlopp 50, en Brännkammaren 10 visas monterad mellan anslutningsde- len 60 hos gasturbinenheten 20 och stödorganet 70 som är placerat före ett efterföljande, ej visat gasturbinsteg.

Brännkammaren har tvà ändar, en första ände l0a och en andra ände lOb, varvid höljet 40 hos brännkammaren innefat- tar tvà delar, Cent- rumet för den första delen 80 sammanfaller med centrumet en första del 80 och en andra del 90. för den andra delen 90, och den första delen 80 och den andra delen 90 utgör också den andra änden lOb hos bränn- kammaren. Den inre diametern hos den första delen 80 är större än den yttre diametern hos den andra delen 90 för att inrymma en del av den andra delen, företrädesvis en stor del. Skillnaden i diameter bildar ett utrymme mellan den första och den andra delen, vilket åstadkommer luftin- loppet 50. Luftinloppet mottar luft, visat med en pil C, fràn ett ej visat kompressorsteg.

Brännkammaren har sin första ände l0a i ingrepp med ett stödarrangemang 100 som är placerat i den anslutande flänsen 60, och sin andra ände lOb i ingrepp med och stödd av stödorganet 70 i form av en gaskanal. Stödarrangemanget innefattar tre symmetriskt utplacerade fjädrar, vilka är löstagbart fästa mot den första änden l0a hos brännkamma- ren, men kan vara vilket som helst lämpligt antal fjädrar, det viktigaste är att kraften fràn fjädrarna överförs jämnt 10 15 20 25 30 35 2002 ~ 01-25 E : \PubliC\DOC\E\4ll0 -OISSE .CIOC MS 520 594 4 till brännkammaren. Den anslutande flänsen 60 är rotations- symmetrisk och häller stöddelarna 110, åtminstone ett gas- inlopp 120 och åtminstone en tänddel 130, dessa delar pekar i den axiella riktningen mot brännkammaren 10 och ansluter till denna. Stöddelarna 110 är fästa mot och häller en gas- förbränningsdel 140, i vilken, t.ex. naturgas levereras ge- nom gasinloppet 120 och blandas med luft som levereras från luftinloppet 50, varigenom gasblandningen tänds av tändde- len 130 och sedan levereras genom gasutloppet 30 in i stöd- organet 70 för vidare transport till gasturbinsteget. Den första delen 80 hos brännkammaren 10 och den andra delen 90 är hopfästa av ett löstagbart arrangemang 180 vid den andra delen 10b hos brännkammaren.

Brännkammaren 10 kan tillverkas pà mànga sätt, t.ex. genom att vrida en plàt till en cylindrisk form, varigenom fogen svetsas tät längs sin längd, brännkammaren är här fö- reträdesvis tillverkad genom gjutning; Brännkammaren 10 har företrädesvis ett cylindriskt tvärsnitt men kan ha vilken annan tvärsnittsform som helst, vilket är självklart för en fackman. Dessa olika former be- ror pà t.ex. tillgängligt utrymme i gasturbinenheten 20 el- ler utformningen av det omgivande området som levererar förbränningsluften och/eller mottar avgaserna, t.ex. kan omràdet som mottar avgaserna ha en icke symmetrisk form, varigenom tvärsnittet pà förbränningskammaren måste ha ett tvärsnitt som varierar längs sin längd i den radiella rikt- i tvärgàende riktning i förhållande till sin ningen, dvs. längd, t.ex. fràn en cylindrisk form vid sin första ände 10a till en oval form vid sin andra ände 10b. Tvärsnittet hos brännkammaren 10 kan dessutom ha en kvadratisk eller rektangulär form eller även ett tvärsnitt med fem sidor som formar en femhörning vid en ände eller bàda ändarna, om det erfordras e ligt kraven FT som beskriv. ovan; För at förbätt- ra kylningen av brännkammaren, dvs. öka turbulensen runt den yttre formen, kunde vilken som helst av de tvä delarna 10 Ü 20 25 30 35 . , ~ . . . 2002- 01- 25 E:\Pub1iC\DOC\E\4l10-015SE.doc MS 520 594 5 80 eller 90 ha en ojämn inre eller yttre yta i den radiella riktningen, dvs. i tvärled i förhållande till sin centrum- axel, t.ex. ribbor, utbuktningar eller spàr som sträcker sig radiellt runt hela omkretsen eller delar av den.

Stödorganet 70 har en rotationssymmetrisk form, före- trädesvis en cylindrisk form som sträcker sig mot brännkam- maren 10 vid en ände och sträcker sig i den motsatta rikt- ningen mot gasturbinsteget vid en andra ände. Brännkammaren kan ha en icke symmetrisk form om så erfordras, de tvà de- larna 80 och 90 hos höljet 40 kan t.ex. ha sina centrumax- lar förskjutna i förhållande till varandra.

Brännkammaren 10 uppstöds av stödorganet 70 med hjälp av en sfärisk yttre yta 150, som är anordnad vid dess andra ände 10b, stödorganet under drift av gasturbinenheten 20. som är i kontakt med en konisk inre yta 160 hos Kontaktytan eller stödytan som àstadkommes mellan den sfäriska yttre ytan och den koniska inre ytan har formen av en tangenti- ellt runt omkretsen löpande kontaktyta 170, vilken medger vippning av brännkammaren. FIG 1 visar också en förstoring av den sfäriska yttre ytan 150 och den koniska inre ytan 160 för tydlighets skull. Radien pà den sfäriska yttre ytan är betecknad med en pil R. Radien R definieras sà att den uppfyller det krav att kontaktpunkten mellan den sfäriska yttre ytan och den koniska inre ytan alltid skall vara i en position pà den koniska inre ytan vilket ger det största rörliga området för brännkammaren i bàda riktningar obero- ende av hur brännkammaren vippar.

Radien R kan vara i intervallet runt 50-150 mm men storleken pä radien R beror pà flera faktorer, t.ex. dimen- sionerna pà de tillhörande delarna, speciellt diametern pä brännkammaren 10 och även konvinkeln hos den koniska inre ytan. I detta fall är den föredragna radien R för den sfä- riska yttre ytan 150 runt 75-85 mm och mest föredragen runt 80-85 mm när konvinkeln vid den koniska inre ytan 160 är 45°. skulle Andra konvinklar framgår för en fackman, t.ex. 10 15 20 25 30 35 2002 - 01-25 E : \PubliC\DOC\E\4l1O -OISSEJiOC MS 520 594 6 en konvinkel pä 30° i kombination med andra dimensioner pà brännkammaren ge en annan radie, dvs. dessa parametrar be- ror av varandra.

Vippningsfunktionen för brännkammaren 10 erfordras eftersom brännkammaren 10, i vissa fall, har en sned posi- tion, beroende pä en ojämn termisk utvidgning och/eller en ojämn fördelning av det omgivande trycket fràn närliggande delar som utvidgas i olika riktningar bàde radiellt och ax- iellt beroende pà höga temperaturer, t.ex. stödorganet 70 i form av en gasledning, vilket mäste kompenseras för genom att vippa brännkammaren.

En tillräcklig tätning mäste dock bibehàllas mellan gasen inuti brännkammaren 10 och omgivningen bàde i den eventuella sneda positionen för brännkammaren och under termisk utvidgning för tillhörande delar och brännkammaren.

Detta uppnàs med hjälp av ett stödsystem 100 som är anord- Stödsy- stemet 100 i form av fjädrar trycker brännkammaren i den nat vid den första änden 10a hos brännkammaren 10. axiella riktningen mot stödorganet 70, varigenom den andra änden 10b hos brännkammaren, 150, dvs. den sfäriska yttre ytan den Stöd- är i kontakt med tillhörande tätningsytor, dvs. koniska inre ytan 160, hela tiden även om den vippar. systemet medger också rörelse för brännkammaren under ut- vidgning eller krympning i den axiella riktningen beroende pà kylning.

Den första änden 90a hos den andra delen 90 hos brännkammaren 10 sträcker sig över en del av gasförbrän- ningsdelen 140, vilken har en yttre styryta 170 i riktning- en mot gasturbinsteget. Denna styryta fungerar som ett axi- ellt expansionsutrymme när brännkammaren 10 expanderar axi- dvs. ellt beroende på termisk belastning, värmeutvidgning, när gasturbinenheten drivs. Den huvudsakliga termiska, axi- Q-llâ 1 tvn' rqrïfiifirwnn Frgwv* Ron :avvqvn Aulan OH lnrxc HvåxnnLv-:mrnnvnn vax... ...\....o.:3i..._..3\_... nu... “du “Hund Moloil Jo UV...- Mxouillitu--nuuxoii 10 sker i riktningen mot anslutningsflänsen 60, dvs. i ex- pansionsutrymmet hos styrytan 170, den andra delen överlap- 10 15 20 2002-01-25 E:\PubliC\DOC\E\4ll0-0l5SE.dOC MS 520 594 par alltid det maximala avståndet som kan tillryggaläggas av den första änden 90a hos den andra delen 90 under krymp- ning beroende på kylning, varigenom någon uppbyggnad av spänning eller krafter i den axiella eller radiella rikt- ningen elimineras.

Kontaktytan 170 som åstadkommes mellan den sfäriska yttre ytan 150 vid den andra änden hos brännkammaren 10 och den koniska inre ytan 160 hos stödorganet tillser att en tillräcklig tätning alltid bibehålls oberoende av hur myck- et brännkammaren 10 vippar. En tillräcklig tätning kan ock- så uppnås genom att placera den sfäriska ytan på stödorga- net 70 och den koniska ytan i brännkammaren eller utforma båda ytorna med en sfärisk form. Den koniska inre ytan 160 kan också placeras på utsidan av stödorganet 70 och den sfäriska ytan 150 på insidan av den andra änden 10b för brännkammaren.

De sfäriska eller koniska ytorna kan också placeras på en yttre del av brännkammaren 10 mellan den första änden 90a hos den andra delen 90 hos brännkammaren och den andra änden 10b hos brännkammaren.

Brännkammaren 10 är tillverkad av en värmetålig me- tall men kan självklart tillverkas av vilket annat material som helst som uppfyller de termiska kraven, t.ex. keramer.

Claims (15)

N U 20 25 30 2002-01-25 E:\Public\DOC\E\4l10-OISSEAiOC MS 520 594 PATENTKRAV (10) (20), brännkammaren är i förbindelse med en tidigare komponent

1. Brännkammare för en värmemotorenhet hos värmemotorenheten, t.ex. en kompressor, en värmeväxlare (lOa) bindelse med efterföljande steg hos värmemotorenheten vid (iob), k ä n n e t e c k n a d eller en rekuperator, vid en första ände och i för- en andra ände av att brännkammaren (10) innefattar àtminstone en del, (10) sätts för värme genom att vara i rörligt ingrepp vid den (lOa), och att brännkammaren stöds vid den andra änden (170), (10b) hos brännkammaren och stödorganet att brännkammaren tillåts expandera när den ut- första änden (lob) som formats mellan den (70) med hjälp av en kontaktyta andra änden för att medge vippning av brännkammaren. (10) stone ena delen av brännkammaren innefattar åtminstone två (so) (90), varvid en första ände hos den första delen (90a) för brännkammaren. (10) är fäst mot den första änden (lOa) hos

2. Brännkammare enligt krav 1, varvid den àtmin- och en andra del vilka är (80a) hos den andra delen utgör den för- delar, en första del hopfästa, och en första ände (lOa)

3. Brännkammare (100) brännkammaren för att trycka brännkammaren i den axiella (70). sta änden enligt krav 1, varvid ett stöd- arrangemang riktningen mot stödorganet

4. Brännkammare (10) enligt krav 2, varvid brännkam- maren är lagrad för att glida vid den första änden (90a) hos den andra delen (90) hos brännkammaren. (10) varvid brännkam- maren tillàts att expandera i den axiella riktningen genom (80a) hos den första delen (80) i brännkammaren är fäst mot stödarrangemanget (100) àtminstone en fjäder som medger rörelse för brännkammaren.

5. Brännkammare enligt krav 3, att den första änden i form av 10 Ü 20 25 30 2002-01-25 E:\Public\DOC\E\4ll0-0l5SE.d0C MS 520 594 9

6. Brännkammare (10) enligt något av kraven 1-5, var- vid kontaktytan (170) åstadkommes med hjälp av en sfärisk yta (150) vid den andra änden (10b) hos brännkammaren i (160) (70), eller med hjälp av en konisk yta vid den andra änden (lOb) hos kontakt med en konisk yta hos stödorganet brännkammaren i kontakt med en sfärisk yta hos stödorganet (70). (10) åstadkommes med hjälp av en sfärisk

7. Brännkammare enligt något av kraven 1-5, var- vid kontaktytan (170) (150) (90) hos den andra delen och den andra änden som är placerad på ett yttre parti till den andra (9oa) hos brännkam- yta hos brännkammaren mellan den första änden (iob) (160) (70), eller med hjälp av en konisk yta som är place- (90) hos den andra delen delen maren, och är i kontakt med en konisk yta hos stödor- ganet rad på ett yttre parti till den andra delen hos bränn- kammaren mellan den första änden (90a) och den andra änden (lOb) hos brännkammaren, och är i kon- takt med en sfärisk yta hos stödorganet.

8. Brännkammare (10) enligt något av kraven 1-5, var- (170) vid den andra änden vid kontaktytan àstadkommes med hjälp av en sfärisk (150) (10b) kontakt med en sfärisk yta hos stödorganet (10) (80) inre dimension i förhållande till den yttre dimensionen på (90) väsentliga partiet av den andra delen. (10) varvid centrumet för den första delen hos brännkammaren i (70). enligt något av kraven 2-8, var- yta

9. Brännkammare vid den första delen hos brännkammaren har en större den andra delen hos brännkammaren för att inrymma det

10. Brännkammare enligt något av kraven 2-9, (80) hos brännkamma- ren sammanfaller med centrumet för den andra delen (90) hos brännkammaren.

11. Brännkammare varvid stodarranflemanget (100) 10 2002- 01 - 25 E : \Public\DOC\E\4ll0-0l5SE .doc MS 520 594”

12. Brännkammare (10) (80) ungefär 50-150 mm och mest föredragen runt 75-85 mm. enligt något av kraven 6-8, varvid den sfäriska ytan har en föredragen radie på

13. Brännkammare (10) enligt något av de föregående kraven, varvid brännkammaren är tillverkad av ett värmetà- t.ex. metall eller keram. (10) kraven, varvid brännkammaren är rotationssymmetrisk. ligt material,

14. Brännkammare enligt något av de föregående

15. Brånnkammare (10) enligt något av de föregående kraven, varvid brännkammaren har ett tvärsnitt med åtmin- stone tre sidor. ...H .(-