WO2002088601A1

WO2002088601A1 - Brennkammer, insbesondere einer gasturbine

Info

Publication number: WO2002088601A1
Application number: PCT/EP2002/004540
Authority: WO
Inventors: Peter Tiemann
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2002-11-07
Also published as: US20050086945A1; CN1246638C; CN1509392A; EP1381811A1; US7089748B2; JP2004524479A

Abstract

Eine erfindungsgemässe Brennkammer (5), insbesondere einer Gasturbine, mit einer einen Innenraum (8) umschliessenden äusseren Wandstruktur (10) und einer Innenwand, welche durch die Oberfläche eines im Innenraum (8) angeordneten Gehäuses (15) gebildet ist, ist im Wesentlichen durch einen zwischen der äusseren Wandstruktur (10) und der Innenwand verlaufenden Luftstrom (L) konvektiv kühlbar, wobei der Luftstrom (L) in einem geschlossenen Kühlluftkanal (20) geführt ist. Das Gehäuse (15) kann mittels einer Aufhängevorrichtung, welche eine Mehrzahl von auf dem Umfang des Gehäuses (15) angeordneten Befestigungselementen (60), welche unter Vorspannung mit der Wandstruktur (10) verbunden sind, umfasst, im Innenraum (8) der Brennkammer angeordnet sein.

Description

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In dem von der Wandstruktur und der Innenwand gebildeten Zwischenraum ist weiterhin eine Zwischenwand angeordnet, welche Öffnungen zur Durchströmung von Kühldampf für eine Prallkühlung der Innenwand aufweist.

Die Brennkammer wird dampfgekühlt, wobei der Kühldampf in einen Außenkühlräum eintritt, von dort durch die Öffnungen in einen Innenkühlraum übertritt und dort die dem Heißgas abgewandte Seite der Innenwand durch Prallkühlung kühlt.

Nachteilig dabei ist, dass das Kühlmedium - im vorliegenden Fall Kühldampf - infolge der Prallkühlung einen starken Druckverlust erleidet. Würde man Kühlluft anstelle von Kühldampf bei der beschriebenen Brennkammer verwenden, so wäre der Kühlluftstrom infolge des hohen Druckverlustes nicht mehr für die Verbrennung nutzbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer, insbesondere einer Gasturbine, mit einer einen Innen- räum umschließenden Wandstruktur und einer von der Wandstruktur beabstandeten Innenwand anzugeben, welche einfach herstellbar ist und insbesondere die beschriebenen Nachteile ü- berwindet .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkammer, insbesondere einer Gasturbine, mit einer einen Innenraum umschließenden äußeren Wandstruktur und einer von der Wandstruktur beabstandeten Innenwand gelöst, bei welcher die Innenwand durch die Oberfläche eines i Innenraum angeordneten Gehäuses gebildet ist und welche im Wesentlichen durch einen zwischen der äußeren Wandstruktur und der Innenwand verlaufenden Luftstrom konvektiv kühlbar ist, wobei der Luftstrom in einem geschlossenen Kühlluftkanal geführt ist.

Die Oberfläche des Gehäuses und die äußere Wandstruktur bilden dabei den Kühlluftkanal, welcher u.a. das Austreten von Kühlluft direkt in den Brennraum der Brennkammer verhindert. Insofern liegt ein geschlossenes Kühlsystem vor. Die Kühlluft streicht dabei an der durch die Oberfläche des Gehäuses gebildeten Innenwand entlang und kühlt diese konvektiv.

Die in dem Kühlluftkanal geführte Luft kann direkt durch die Brenner geleitet werden; sie nimmt dann aktiv am Verbren- nungsprozess teil. Es existiert im Wesentlichen also nur eine definierte Austrittsöffnung für die Kühlluft aus dem Kühlluft, nämlich im Bereich des Brenners, um die Kühlluft dem Brenner zuzuführen.

Bei einer konvektiven Kühlung ist der Druckverlust der Kühlluft wesentlich geringer als bei Prallkühlung. Von daher ü- berwindet die erfindungsgemäße Brennkammer die Nachteile aus dem Stand der Technik. Die Führung der Kühlluft in einem geschlossenen Kühlsystem vermeidet darüber hinaus einen Verlust an Kühlluft, welcher durch ein direktes Eintreten von Kühlluft in den Brennraum der Brennkammer entsteht .

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse in höchstens einer Schnittfläche geteilt. Das Gehäuse ist also höchstens aus zwei vorgefertigten Teilen zusammengesetzt.

Auf diese Weise entsteht beim Zusammenfügen des Gehäuses nur ein Spalt, welcher gegen das Eintreten von Kühlluft in den Brennraum, welcher sich innerhalb des Gehäuses befindet, abgedichtet werden uss, um Luftverluste zu vermeiden.

Vorteilhaft besteht das Gehäuse aus Blech, insbesondere mit einer Wandstärke zwischen 3 mm und 10 mm.

Blech ist ein Werkstoff, welcher kostengünstig herstellbar und verarbeitbar ist und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitze aufweist. Der genannte bevorzugte Bereich der Wandstärke des Blechs führt zu einer besonders dünnen Innenwand. Da bei der erfindungsgemäßen Brennkammer eine Konvek- tivkühlung stattfindet, wobei sich der Kühlluftstrom relativ

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ne Verhakung mit einem Spiel realisiert ist. So ist eine axiale Ausdehnung oder Kontraktion des Gehäuses infolge von Temperaturschwankungen im Bereich der Verhakung möglich, ohne die Verhakung zu beschädigen. Die Verhakung hat weiterhin den Vorteil, dass dadurch gleichzeitig eine Abdichtung des Gehäuses gegen die Wandstruktur realisiert ist.

Um eine radiale Ausdehnung des Gehäuses zu gewährleisten, weist der Steg vorteilhaft wenigstens einen Schlitz auf, so dass der Steg in Radialrichtung nicht mehr so starr ist und sich leichter reversibel verformen kann; um die Dichtwirkung des Steges aufrechtzuerhalten, sollte der Schlitz mit einer Dichtung versehen sein,

Bevorzugt ist das Gehäuse nur im Bereich der Heißgasaus- trittsöffnung mit der Wandstruktur verhakt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Wandstruktur im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung mindestens eine Kühllufteinlassöffnung auf.

Über diese Öffnungen kann Kühlluft in den durch die Innenwand und die Wandstruktur gebildeten Kühlluftkanal eingeleitet werden. An der Stelle, an der die Kühlluft in den Kanal ein- tritt, wird der dort befindliche Teil des Gehäuses durch

Prallkühlung gekühlt. Alle anderen Teilflächen der Innenwand werden konvektiv gekühlt, indem die Kühlluft nach Eintritt in den Kühlluftkanal an der Außenseite der Innenwand entlang streicht .

Vorteilhaft weist das Gehäuse auf seiner Oberfläche Versteifungsrippen auf.

Die Versteifungsrippen verbessern zum einen die Stabilität des Gehäuses und zum anderen dienen sie als Kühlrippen. Vorteilhaft werden die Versteifungsrippen in axialer Richtung auf der Oberfläche des Gehäuses angeordnet. Die Höhe und Breite der Rippen können so bemessen werden, dass nur geringe Spannungen auftreten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse im Bereich des Brenners eine Vorrichtung zum Einschieben des Brenners auf.

Der Brenner ist ein wesentlicher Bestandteil der Brennkammer und sollte daher in dieser möglichst leicht und flexibel an- zuordnen sein. Dafür ist eine Vorrichtung zum Einschieben des Brenners, welche Bestandteil der erfindungsgemäßen Brennkammer ist, besonders geeignet. Zur Aufnahme des Brenners kann auch ein. separater Brennereinsatz vorgesehen sein, welcher in die Vorrichtung zum Einschieben des Brenners eingeschoben ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse an der Wandstruktur mittels einer Aufhängevorrichtung aufgehängt.

Eine Aufhängevorrichtung ist ein besonders geeignetes Mittel, um das Gehäuse in der Brennkammer anzuordnen. Wenn das Gehäuse in der Brennkammer aufgehängt ist, so entsteht zwischen der Oberfläche des Gehäuses und der Wandstruktur ein Zwi- schenraum, welcher den Kühlluftkanal bildet. Die Gestaltung der Aufhängevorrichtung kann somit auch auf die Ausgestaltung des Kühlluftkanals einwirken. Darüber hinaus erlaubt die Aufhängevorrichtung eine Ausdehnung und/oder Kontraktion des Gehäuses bei Temperaturschwankungen.

Vorteilhaft ist die Aufhängevorrichtung gebildet durch eine Mehrzahl von auf dem Umfang des Gehäuses angeordneten Befestigungselementen, welche unter Vorspannung mit der Wandstruktur verbunden sind.

Durch die Vorspannung der Befestigungselemente wird die Lage des Gehäuses innerhalb der Brennkammer stabilisiert. Durch die Anordnung einer Mehrzahl von Befestigungselementen auf dem Umfang der Gehäuseoberfläche werden die auf das Gehäuse einwirkenden Kräfte besonders gleichmäßig verteilt .

Vorteilhaft sind die Befestigungselemente auf Seiten der Wandstruktur federnd gelagert .

Die federnde Lagerung dient zum einen der Realisierung einer Vorspannung und zum anderen zum Dämpfen von Schwingungen, welche das Gehäuse z . B . bei Lastwechseln während des Betriebs der Turbine und/oder infolge von Temperatur Schwankungen ausführt .

Besonders vorteilhaft ist es , wenn die Aufhängevorrichtung derart ausgebildet ist, dass das aufgehängte Gehäuse bezüglich einer Erstreckungsrichtung der Brennkammer verlaufenden Achse sowohl axial als auch radial bewegbar ist .

Auf diese Weise ist gewährleistet, dass eine thermische Aus- dehnung oder Kontraktion des Gehäuses praktisch in alle Richtungen möglich ist, ohne dass die Aufhängevorrichtung und/oder die Brennkammer beschädigt werden . Da während des Betriebs der Turbine sehr häufig große Temperaturschwankungen auftreten, ist es notwendig, für eine Ausdehnungs- bzw . Kon- traktionsmöglichkeit derj enigen Teile der Gasturbine zu sorgen, welche mit dem Heißgas in Verbindung treten . Dabei ist zu beachten, dass trotz der Schaffung einer Ausdehnungs- bzw . Kontraktionsmöglichkeit die Dichtigkeit der betreffenden Teile der Turbine beispielsweise gegenüber eines Verlusts an Gas , Kühlluft und/oder Dampf zu gewährleisten ist, um einen gleichmäßigen Betrieb der Turbine sowie einen guten Wirkungsgrad zu gewährleisten .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Befestigungselemente Bolzen, welche j eweils ah einem ersten Ende einen im Wesentlichen halbkugelförmigen Bolzenkopf aufweisen, der in einer im Querschnitt gesehen im Wesentlichen halbkugelförmigen Vertiefung einer auf Seiten des Gehäuses angebrachten Bolzenhalterung neigbar gelagert ist .

Die Bolzenhalterung, welche auf Seiten des Gehäuses angebracht ist, ist bevorzugt eine U-förmige Befestigung, welche auf das Gehäuse geschweißt ist.

Dadurch, dass sowohl die Vertiefung der Bolzenhalterung als auch der Bolzenkopf halbkugelförmig ausgestaltet sind, entsteht eine Lagerung, welche insbesondere eine Neigung des Bolzens zulässt. Derartige Neigungen entstehen insbesondere bei Bewegungen des in der Brennkammer aufgehängten Gehäuses, beispielsweise verursacht durch Temperaturschwankungen.

Vorteilhaft sind die Bolzen jeweils mit ihrem zweiten Ende durch eine Führungsöffnung in der Wandstruktur und auf der Außenseite der Wandstruktur jeweils durch eine Druckfeder hindurch geführt, wobei die Druckfeder mittels einer am zwei- ten Ende des Bolzens gehalterten Scheibe gegen die Außenseite der Wandstruktur vorgespannt ist.

In dieser Ausgestaltung gewährleistet eine Druckfeder die Vorspannung, unter welcher das Gehäuse mit der Wandstruktur verbunden ist. Druckfedern sind dabei besonders geeignete, kostengünstige und vielseitig einsetzbare Federelemente, mit denen sowohl eine Spannung als auch eine Dämpfung realisiert werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Führungsöffnung im

Querschnitt gesehen eine Verengung aufweist, durch welche eine radiale und/oder axiale Bewegung des Gehäuses gedämpft ist .

Damit der Bolzen leicht durch die Führungsöffnung hindurch geführt werden kann, ist die Führungsöffnung bevorzugt breiter als die Bolzendicke. Wenn sich nun der Bolzen mit dem Ge- ω co KJ t-o P> P¹

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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse im Bereich einer Heißgasaustrittsöffnung und im Bereich eines Brennereinrichtungssitzes gehaltert.

Beim Betrieb der Gasturbine ist das Gehäuse Verformungen unterworfen, welche von den entstehenden Wärmeausdehnungskräften verursacht sind. Dies bedeutet, dass sich das Gehäuse sowohl bezüglich dessen Längsausrichtung als auch bezüglich seiner Quererstreckung (Radialrichtung) ausdehnt bzw. kontra- hiert.

Um die genannten Wärmeausdehnungsbewegungen zuzulassen, ist das Gehäuse freitragend aufgehängt, also nur im Bereich einer Heißgasaustrittsöffnung und im Bereich eines Brennereinrich- tungssitzes gehaltert. So kann das Gehäuse zwischen den genannten Halterungen frei pendeln, so dass Bewegungen des Gehäuses ausgeglichen sind.

Vorteilhaft ist- der Brennereinrichtungssitz ausgebildet als ein Innengehäuse einer Einzelbrennkammer oder als Brennersitz, insbesondere als Brenner-Schiebesitz.

Die genannten Ausgestaltungen für den Brennersitz berücksichtigen sowohl die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brenn- kammer als reine Ringbrennkammer als auch als Ringbrennkammer mit daran angeschlossenen Einzelbrennkammern (Cans) . Wenn die Brennkammer als reine Ringbrennkammer ausgeführt ist, so ist der Brennereinrichtungssitz ausgebildet als Brennersitz, d.h. der Brenner ist derart angeordnet, dass er direkt in die Ringbrennkammer eingeführt ist. Im Falle der Ausführung der erfinduήgsgemäßen Brennkammer als eine mit Einzelbrennkammern verbundene Ringbrennkammer ist der Brennereinrichtungssitz ausgebildet als jeweils ein Innengehäuse einer Einzelbrennkammer. In beiden Fällen ist somit das Gehäuse frei tragend aufgehängt.

Vorteilhaft ist die Oberfläche des Gehäuses gewölbt. Die Verwendung einer aufgewölbten, insbesondere durch Schmieden hergestellten, Gehäuseoberfläche erhöht die Eigensteifig- keit des Gehäuses, so dass auch eine geringe Dicke des Gehäu- ses ausreichend ist um dessen Stabilität zu gewährleisten.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht das Gehäuse aus einer Anzahl von Gehäuseteilen, insbesondere aus einer Anzahl, jeweils vier Gehäuseteile u fas- senden, von Gruppen von Gehäuseteilen. Dabei weisen die Gehäuseteile sich im Wesentlichen über ihre Gesamtlänge erstreckende Längsrippen auf, die - in Draufsicht auf die jeweils frei stehende Kante der Längsrippe gesehen - praktisch geradlinig verlaufen.

Die Verwendung von Längsrippen auf der Gehäuse bzw. Gehäuseteiloberfläche erhöht die Stabilität der genannten Teile. Außerdem kann die genannte Längsrippe zur Sicherung der Lage des Gehäuses innerhalb der Gasturbinenbrennkammer verwendet werden. Die Verwendung von mehreren Gehäuseteilen bietet z.B. den Vorteil, dass bei einer Reparatur des Gehäuses nicht das komplette Gehäuse, sondern nur die auszutauschenden Gehäuseteile entnommen und ersetzt werden müssen.

Vorteilhaft sind die Längsrippen in jeweils entsprechende, negativ ausgeformte, Längsnuten der Wandstruktur eingeführt.

Auf diese Weise sind die Gehäuseteile besonders einfach in ihrer Lage gehalten, indem die Längsrippen, die u.a. die Sta- bilität der Gehäuseteile vergrößern, gleichzeitig als Führungsrippen verwendet werden, die in Längsnuten der Wand- struktur eingeführt sind.

Besonders vorteilhaft weisen die Gehäuseteile Umfangsrippen auf, welche - in Draufsicht auf die jeweils freistehende Kante der Umfangsrippen gesehen - gekrümmt verlaufen. Vorteilhaft sind die Umfangsrippen in jeweils entsprechende, negativ ausgeformte, Umfangsnuten der Wandstruktur eingeführt .

Durch die Umfangsrippen sind beispielsweise Bewegungen in U - fangsrichtung ausgeglichen, so dass sich die Gehäuseteile in Umfangsrichtung nicht beliebig bewegen können. Die beschriebene Ausführungsform bietet weiterhin den Vorteil, dass eine besonders einfache Demontage des aus mehreren Gehäuseteilen bestehenden Gehäuses möglich ist, da die Gehäuseteile von

Seiten eines Brennereinrichtungssitzes aus demontierbar und entnehmbar sind, ohne die außenliegende Wandstruktur aufdecken zu müssen. Dies ist möglich, da die Gehäuseteile mit ihren gekrümmt verlaufenden Umfangsnuten in entsprechend ver- schieden geneigte Umfangsnuten der Wandstruktur eingeführt sind, so dass sich die Gehäuseteile von Seiten eines Brennereinrichtungssitzes aus leicht herausziehen lassen.

Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt. Es zeigen:

FIG 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Brennkammer, FIG 2 eine Draufsicht auf eine Teilfläche der Oberfläche des Gehäuses einer erfindungsgemäßen Brennkammer,

FIG 3 eine Befestigung als Teil einer Aufhängevorrichtung für eine erfindungsgemäße Brennkammer, FIG 4 eine erfindungsgemäße Brennkammer, welche mit einer Anzahl von Einzelbrennkammern verbunden ist, FIG 5 eine Detaildarstellung einer mit einer Einzelbrennkammer verbundenen erfindungsgemäßen Brennkammer, FIG 6 eine Draufsicht auf die Einzelbrennkammer aus FIG 5, FIG 7 eine erfindungsgemäße Brennkammer mit einem freitragenden Gehäuse, FIG 8 eine erfindungsgemäße Brennkammer mit einem freitragenden Gehäuse, verbunden mit einer Einzelbrennkammer, FIG 9 ein aus mehreren Einzelteilen bestehendes Gehäuse einer erfindungsgemäßen Brennkammer, und

FIG 10 ein aus mehreren Einzelteilen bestehendes Gehäuse einer erfindungsgemäßen Brennkammer, verbunden mit einer Einzelbrennkammer.

FIG 1 zeigt eine Brennkammer 5, welche im Längsschnitt dargestellt ist. Eine Wandstruktur 10 bildet eine äußere Hülle der Brennkammer und umgibt einen Innenraum 8.

Der Innenraum 8 ist weiterhin umgeben von einem Gehäuse 15, dessen Gehäusemantel von der Wandstruktur 10 beabstandet ist, so dass zwischen der Wandstruktur 10 und dem Gehäuse 15 ein Kühlluftkanal 20 gebildet ist.

Das Gehäuse 15 ist mit der Wandstruktur 10 im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf zwei verschiedene Arten verbunden:

Eine Verhakung 30 hält den im Bereich einer Heißgasaustritts- Öffnung 28 befindlichen Teil des Gehäuses 15 in seiner Lage. Weiterhin ist das Gehäuse 15 mittels einer Aufhängevorrichtung, welche durch eine Mehrzahl von Befestigungselementen 60 gebildet ist, mit der Wandstruktur 10 verbunden. Diese Befestigungselemente 60 sind bevorzugt sowohl in Axialrichtung A als auch in Radialrichtung R gleichmäßig über die Oberfläche des Gehäuses 15 verteilt und durch Führungsöffnungen 70 an den entsprechenden Stellen der Wandstruktur 10 hindurchgeführt. Ein Befestigungselement als Teil der Aufhängevorrichtung wird in FIG 3 näher dargestellt.

Der Brennraum der erfindungsgemäßen Brennkammer 5 befindet sich im Inneren des Gehäuses 15. Die Verbrennung wird durch einen Brenner 25 unterhalten, welcher in den Innenraum 8 hineinragt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Brenner 25 in eine Brennereinschubvorrichtung 42 eingebracht. Die

Brennereinschubvorrichtung 42 kann dabei beispielsweise ausgebildet sein als ein Schiebesitz, so dass der Brenner 25 co o > N⁾ P¹ P¹

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Der Kühlluftdurchsatz und damit die Geschwindigkeit des Kühlluftstroms L kann durch die Größe der Kühllufteinlassöffnun- gen 40 beeinflusst werden.

In FIG 2 ist eine Draufsicht auf eine Teilfläche der Oberfläche des Gehäuses 15 einer erfindungsgemäßen Brennkammer dargestellt, dabei wurde bei der Darstellung die Wandstruktur 10 weggelassen.

Zur Versteifung des Gehäuses 15 sind Versteifungsrippen 50 vorgesehen, welche bevorzugt in Axialrichtung A auf der Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind. Die Höhe und Breite der Versteifungsrippen 50 sind so ausgeführt, dass keine übermä- ßigen Spännungen auftreten. Die Versteifungsrippen 50 tragen neben einer Verbesserung der Stabilitätseigenschaften des Gehäuses 15 außerdem zu einer verbesserten Kühlung des Gehäuses 15 bei, da sie beim Betrieb der Brennkammer als Kühlrippen wirken, an denen Kühlluft entlang streicht und Wärme abführt.

Auf der dargestellten Teilfläche der Oberfläche des Gehäuses 15 befinden sich weiterhin Befestigungselemente 60.

Die Befestigungselemente 60 umfassen Bolzen 62, welche auf Seiten der Oberfläche des Gehäuses 15 in Bolzenhalterungen 68 gelagert sind. Nähere Details sind in der folgenden FIG 3 dargestellt. '^"

In FIG 3 ist im Detail insbesondere ein Befestigungselement 60 dargestellt, welches bei der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung einsetzbar ist. Das Befestigungselement 60, sowie das Gehäuse 15, die Bolzenhalterung 68 und die Wandstruktur 10 sind dabei im Längsschnitt dargestellt.

Auf der dem Heißgas abgewandten Oberfläche des Gehäuses 15 sind Bolzenhalterungen 68 angebracht, insbesondere angeschweißt, in welchen die Bolzen 62 gelagert sind. In der Figur ist nur ein Befestigungselement aus der Vielzahl der Befestigungselemente der erfindungsgemäßen Aufhängevorrichtung dargestellt.

Die Bolzenhalterung 68 weist eine Vertiefung 66 auf, welche im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist. Ein Bolzenkopf 64 eines Bolzens 62 wird durch eine Öffnung in der Bolzenhalterung 68 hindurchgeführt. Der Bolzenkopf 64 ist in die Vertiefung 66 formschlüssig eingelegt, so dass Neigungen des Bolzens ausführbar sind.

Die Wandstruktur 10 weist Führungsöffnungen 70 auf, durch welche die Schafte der Bolzen 62 geführt sind. Die Schafte der Bolzen 62 ragen über die Wandstruktur 10 hinaus in einen Außenraum 82. Im Außenraum 82 sind die Bolzen 62 durch Druckfedern 72 hindurchgeführt, welche eine Vorspannung der Aufhängevorrichtung und damit deren Stabilität gewährleisten und gleichzeitig Bewegungen des Gehäuses 15 vor allem in Radial- richtung R zulassen, welche insbesondere bei Temperaturschwankungen auftreten.

Die Vorspannung der Druckfeder 72 wird durch eine Scheibe 74 eingestellt, welche durch eine Mutter 78 auf einem Gewinde 80 des Bolzens 62 in einer gewünschten Lage fixiert ist.

Die Führungsöffnung 70 weist bevorzugt eine Verengung 76 ihres Durchmessers auf. Durch die Verengung 76 sind die bei einer Bewegung des Gehäuses 15 vor allem in radialer Richtung R auftretenden Schwingungen durch Reibung des Bolzens 62 an der Verengung 66 gedämpft. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Schwingung des Gehäuses 15 unterbunden. Die Druckfeder 72 kann in eine Vertiefung der Wandstruktur 10 eingelegt und so in ihrer Lage gesichert sein.

Das in FIG 3 im Detail dargestellte Befestigungselement 60 eignet sich besonders für den Einsatz bei einer erfindungsge- o co M M P¹ P¹

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der Brennkammer werden die besonders infolge von Temperaturschwankungen auftretenden Bewegungen des Gehäuses 15 sowohl in axialer Richtung A als auch in Radialrichtung R ermöglicht, so dass das Gehäuse nicht wegen von zu großer auftretender Spannungen zerstört wird. Diese Bewegungen werden weiterhin gedämpft, so dass eine zu große Bewegungsamplitude verhindert wird, welche zur Zerstörung des Gehäuses führen kann. So ist ein guter Kompromiss zwischen Stabilität und Flexibilität erreicht.

FIG 4^' zeigt ein Gehäuse 15 ^λ einer erfindungsgemäßen Brennkammer, welches mit einer Anzahl von Einzelbrennkammern 93 verbunden ist.

Die Einzelbrennkammern 93 sind umgeben von jeweils einem Innengehäuse 90 und jeweils einem das Innengehäuse umschließende Außengehäuse, welches in der Figur nicht dargestellt ist. Weiterhin ist in FIG 4 die Tragstruktur der erfindungsgemäßen Brennkammer nicht dargestellt. Die Details einer Verbindung 95 zwischen dem Gehäuse 15 ^λ und einer Einzelbrennkammer 93 sind inklusive der erfindungsgemäßen Kühlluftführung in FIG 5 näher dargestellt.

Die Einzelbrennkammern 93 realisieren für einen in die Ein- zelbrennkammern jeweils einzuführenden Brenner einen separaten Brennraum, so dass die Gesamtverbrennung, welche von der Summe der Brenner unterhalten wird, möglichst frei ist von unerwünschten Kopplungseffekten (beispielsweise bezüglich der Geräuschentwicklung) wischen den einzelnen Brennern.

In FIG 5 ist im Detail die Verbindung 95 zwischen der erfindungsgemäßen Brennkammer und einer Einzelbrennkammer 93 dargestellt .

Die Einzelbrennkammer 93 ist umgeben von einem Innengehäuse 90, welches wiederum von einem Außengehäuse 96 umgeben ist. Letzteres ist beispielsweise mittels einer Flanschverbindung 110 mit der Wandstruktur 10 ^λ der Brennkammer verbunden. Das Innengehäuse 90 ist vorteilhaft mittels einer Nut-Feder- Verbindung 125 mit dem Gehäuse 15 verbunden, so dass in Ausrichtung A^λ ein Spiel erhalten bleibt, damit sich das Innen- gehäuse 90 wegen der sich während des Betriebs ergebenden

Temperaturausdehnung des Innengehäuses in Richtung A^Λ ausdehnen kann.

Das Innengehäuse 90 der Einzelbrennkammer 93 weist weiterhin einen Brennereinschub 42 ^λ zur Aufnahme eines nicht dargestellten Brenners auf.

Das Innengehäuse 90 ist weiterhin in Ausrichtung A verschiebbar mittels mehrerer Schiebesitze 97 mit dem Außenge- häuse 96 verbunden.

Zur Stabilisierung der Lage des Innengehäuses 90 sind Halteelemente 120 vorgesehen, welche bevorzugt schräg vom Außengehäuse 96 zum Innengehäuse 90 verlaufen und welche besonders vorteilhaft eine Ausdehnung des Innengehäuses 90 in Radialrichtung R^x dämpfen. Die Halteelemente 120 können entweder auf Seiten des Außengehäuses 96 oder auf Seiten des Innengehäuses 90 oder auf beiden genannten Seiten mit dem jeweiligen Gehäuse verschweißt sein. Besonders vorteilhaft sind die Hal- teelemente 120 vom Kühlluftstrom L^λ durchströmbar, so dass die Kühlung, sowohl der erfindungsgemäßen Brennkammer als auch der Einzelbrennkammer mittels des Kühlluftstroms L gewährleistet; dazu können die Halteelemente beispielsweise gabelförmig ausgebildet sein, so dass der Kühlluftstrom L im Wesentlichen ungehindert durch die Zinken der gabelförmigen Halteelemente hindurch strömen kann.

Die Ausrichtung A^Λ der Einzelbrennkammer erfolgt vorteilhaft so, dass die thermische Ausdehnung sowohl des Gehäuses 15 ^λ als auch des Innengehäuses 90 weitestgehend in Richtung A^λ erfolgt und nur ein kleiner Teil jeweils senkrecht dazu in Richtung R . Bei einer derartigen Ausführung ist die Wärme- ausdehnungs omponente 100 des Innengehäuses 90 in Richtung R ^Λ praktisch gleich der Wärmeausdehnungs komponente 105 in Richtung R ^v des Gehäuses 15 (wobei wie bereits erwähnt beide Komponenten relativ klein sind) . So treten wahrend des Be- triebs hauptsachlich Warmeausdehnungen in Richtung A ^Λ auf , welche mittels der einfach aus zuführenden Nut-Feder- Verbindung 125 zugelassen werden . Neben der einfachen Ausführbarkeit zeichnet sich eine Nut- Feder-Verbindung auch dadurch aus , das s sie praktisch luftdicht ausgeführt werden kann und so verhindert ist, dass unerwünscht ein Teil des

Kuhlluftstroms L ^v in die Einzelbrennkammer 93 eintritt und so für die Verbrennung verloren ist .

Ebenso wie die Nut -Feder -Verbindung 125 kann die Flanschver- bmdung 110 sehr leicht luftdicht ausgeführt werden, so dass der Kuhlluftstrom L ^λ praktisch ohne Verluste dem nicht dargestellten Brenner der Einzelbrennkammer 93 zugeführt werden kann, so dass der Kuhlluftstrom L ^Λ aktiv an der Verbrennung teilnimmt .

Die Halteelemente 120 können beispielsweise gabelartig und aus Blech ausgebildet sein . Auf diese Weise kann der Kuhl- luftstro L ^λ ohne größere Behinderungen durch die Halteelemente 120 hindurchtreten und praktisch ohne Druckverlust dem Brenner der Einzelbrennkammer zugeführt werden .

FIG 6 zeigt eine Draufsicht auf das Innengehause 90 einer Einzelbrennkammer 93 aus FIG 5 .

Das Innengehause 90 ist umgeben von einem Außengehause 96 . Mittels eines Schiebesitzes 97 ist das Innengehause 90 m Richtung der Längsachse des Innengehauses verschiebbar mit dem Außengehause verbunden . Zur Stabilisierung der Ausrichtung des Innengehauses 90 sind Halteelemente 120 vorgesehen, welche auf Seiten des Außengehauses und/oder auf Seiten des Innengehauses befestigt, beispielsweise verschweißt, sind . Die Halteelemente 120 sind bevorzugt gebogene Bleche , welche ω M t |__ P¹

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rungen ist das Gehäuse frei beweglich, so dass das Gehäuse 55 z.B. Wärmeausdehnungsbewegungen ungehindert durchführen kann. Durch Öffnungen in der Wandstruktur 170 wird ein Kühlluftstrom L^λλ ein und streicht an der der Wandstruktur 170 zuge- wandten Seite der Oberfläche des Gehäuses 150 entlang und kühlt diese konvektiv.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Brenner 180 nicht direkt in den Innenraum des Gehäuses 150 einge- führt, sondern er ist in einer Einzelbrennkammer 190 angeordnet, welche von einem Innengehäuse umgeben ist.

FIG 9 zeigt die Einzelteile 200 eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Brennkammer. Die Gehäuseteile 200 weisen dabei zur Verstärkung ihrer Stabilität Längsrippen 210 auf. Diese Längsrippen 210 können in eine entsprechend negativ ausgeformte Nut der Wandstruktur eingeführt sein. Weiterhin weisen die Gehäuseteile 200 gekrümmt verlaufende Umfangsnuten auf (nicht näher dargestellt; siehe hierzu FIG 10) , welche bei- spielsweise Bewegungen des Gehäuse in Umfangsrichtung ausgleichen und welche in entsprechend negativ geformte Nuten in der Wandstruktur eingeführt sein können.

FIG 10 zeigt ein aus mehreren Gehäuseteilen bestehendes Ge- häuse einer erfindungsgemäßen Brennkammer, welches mit einer Einzelbrennkammer 260 verbunden ist.

An jeweils vier gemäß FIG 9 ausgeführte Gehäuseteile 200 ist, wie in FIG 10 ersichtlich, ein Innengehäuse 260 einer Einzel- brennkammer angeschlossen, beispielsweise mittels einer Nut- Feder-Verbindung. Die Gehäuseteile 200 weisen Längsrippen 210 auf, welche in Art einer Nut-Feder-Verbindung in einer entsprechend negativ geformten Nut der Wandstruktur 300 eingeführt sind.

Weiterhin weisen die Gehäuseteile 200 gekrümmt verlaufende Umfangsrippen 220 auf, welche, was in der Figur nicht darge- stellt ist, in entsprechend negativ ausgeformten Umfangsnuten der Wandstruktur verlaufen.

Die beschriebene Ausführungsform gestattet es, die Ringbrenn- kammeraus leidung, also das aus einer Anzahl von Gehäuseteilen bestehende Gehäuse leicht auszuwechseln, ohne dass das Außengehäuse, also die Wandstruktur 300, aufgedeckt werden uss. Die Demontage des Gehäuses erfolgt dadurch, dass das eine Einzelbrennkammer umgebende Innengehäuse 260 demontiert wird und anschließend die Gehäuseteile 210 aus den vorher beschriebenen Nuten gezogen werden. Dies ist besonders leicht möglich, da das Gehäuse aus einer Anzahl von Gehäuseteilen 200 besteht, die vorzugsweise paarweise bei der Demontage aus bzw. bei der Montage in die entsprechend geformten Nuten der Wandstruktur 300 geführt werden. Bei dieser Ausführungsform ist das aus mehreren Gehäuseteilen 200 bestehende Gehäuse der erfindungsgemäßen Brennkammer frei tragend gehaltert, so dass die Demontage, wie beschrieben, sehr leicht durchführbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. Brennkammer (5), insbesondere einer Gasturbine, mit einer einen Innenraum (8) umschließenden äußeren Wandstruktur (10) und einer von der Wandstruktur (10) beabstandeten Innenwand, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Innenwand durch die Oberfläche eines im Innenraum angeordneten Gehäuses (15) gebildet und im Wesentlichen durch einen zwischen der äußeren Wandstruktur (10) und der Innenwand verlaufenden Luftstrom (L) konvektiv kühlbar ist, wobei der Luftstrom in einem geschlossenen Kühlluftkanal (20) geführt ist.

2. Brennkammer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) aus Blech, insbesondere mit einer Wandstärke zwischen 3 mm und 10 mm, besteht.

3. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich das Gehäuse (15) von einem in den Innenraum (8) hinein ragenden Brenner (25) bis zu einer Heißgasaustrittsöffnung (28) der Brennkammer (5) erstreckt.

4. Brennkammer nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung (28) mit der Wandstruktur (10) verhakt (30) ist.

5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Wandstruktur (10) im Bereich der Heißgasaustrittsöffnung (28) mindestens eine Kühllufteinlassöffnung (40) aufweist.

6. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) auf seiner Oberfläche Versteifungsrippen (50) aufweist.

7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) im Bereich des Brenners (25) eine Vorrichtung (42) zum Einschieben des Brenners (25) aufweist'.

8. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) an der Wandstruktur (10) mittels einer Aufhängevorrichtung aufgehängt ist.

9. Brennkammer nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aufhängevorrichtung gebildet ist durch eine Mehrzahl von auf dem Umfang des Gehäuses (15) angeordneten Befestigungselementen (60), welche unter Vorspannung mit der Wandstruktur (10) verbunden sind.

10.Brennkammer nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Befestigungselemente (60) auf Seiten der Wandstruktur (10) federnd gelagert sind.

11.Brennkammer nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Aufhängevorrichtung derart ausgebildet ist, dass Bewegungen des aufgehängten Gehäuses (15) bezüglich einer in Erstre- ckungsrichtung der Brennkammer verlaufenden Achse sowohl axial (A) als auch radial (R) ausführbar sind.

12.Brennkammer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Befestigungselemente (60) Bolzen (62) umfassen, welche jeweils an einem ersten Ende einen im. Wesentlichen halbkugelförmigen Bolzenkopf (64) aufweisen, der in einer im Quer- schnitt gesehen im Wesentlichen halbkugelförmigen Vertiefung (66) einer auf Seiten des Gehäuses angebrachten Bolzenhalterung (68) neigbar gelagert ist.

13.Brennkammer nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Bolzen (62) jeweils mit ihrem zweiten Ende durch eine Führungsöffnung (70) in der Wandstruktur (10) und auf der Außenseite der Wandstruktur (10) jeweils durch eine Druckfeder (72) hindurchgeführt sind, wobei die Druckfeder (72) mittels einer am zweiten Ende des Bolzens gehalterten Scheibe (74) gegen die Außenseite der Wandstruktur (10) vorgespannt ist.

14.Brennkammer nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Führungsöffnung (70) im Querschnitt gesehen eine Verengung (76) aufweist, durch welche eine radiale- (R) und/oder axiale (A) Bewegung des Gehäuses (15) dämpfbar ist.

15. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) mit mindestens einem Innengehäuse (90) einer Einzelbrennkammer (93) derart verbunden ist, dass während des Betriebs der Brennkammer die Wärmeausdehnungskomponente (100) des Innengehäuses (90) in Radialrichtung (R^λ) im Wesentlichen gleich der Wärmeausdehnungskomponente (105) des Gehäuses (15) in Radialrichtung (R ) ist.

16. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (150) im Bereich einer Heißgasaustrittsöf fnung (155) und im Bereich eines Brennereinrichtungssitzes (160) gehaltert ist.

17. Brennkammer nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Brennereinrichtungssitz (160) ausgebildet ist als ein Innengehäuse einer Einzelbrennkammer (190) oder als Brennersitz, insbesondere als Brenner-Schiebesitz.

18. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Oberfläche des Gehäuses (150) gewölbt ist.

19.Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse (15) in höchstens einer Schnittfläche geteilt ist.

20. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Gehäuse aus einer Anzahl von Gehäuseteilen (200) , insbesondere aus einer Anzahl, jeweils vier Gehäuseteile (200) umfassenden, Gruppen von Gehäuseteilen (200) besteht, wobei die Gehäuseteile (200) sich im Wesentlichen über ihre gesamte Länge erstreckende Längsrippen (210) aufweisen, welche - in Draufsicht auf die jeweils freistehende Kante der Längsrippe gesehen - praktisch geradlinig verlaufen.

21. Brennkammer nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Längsrippen (210) in jeweils entsprechende, negativ ausgeformte, Längsnuten der Wandstruktur (270) eingeführt sind.

22. Brennkammer nach Anspruch 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gehäuseteile (210) Umfangsrippen (220) aufweisen, welche - in Draufsicht auf die jeweils freistehende Kante der Um- fangsrippe (220) gesehen - gekrümmt verlaufen.

23. Brennkammer nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Umfansrippen (220) in jeweils entsprechende, negativ ausgeformte, Umfangsnuten der Wandstruktur (270) eingeführt sind.

24. Brennkammer nach Anspruch 22 oder 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gehäuseteile (200) von Seiten eines Brennereinrichtungssitzes (250) aus demontierbar und entnehmbar sind.