WO2012156186A1 - Brennkammerseitig verschraubte brennereinsatzplatte - Google Patents
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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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- 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 burner insert plate for a gas turbine combustor.
- the invention relates to a combustion chamber and a gas turbine.
- Gas turbine combustors have a burner-side end and a turbine-side end.
- the turbine-side end is open and allows outflow of combustion gases in the hot combustion gases to the turbine.
- FIG. 1 shows a section of a combustion chamber according to the prior art in a sectional view. It is a burner 1 with a diagonal grid 2, a burner insert 3, which surrounds the burner 1 in an annular manner, and to recognize a part of the combustion chamber wall 4.
- the combustion chamber is arranged in a Brennschplenum 5 and extends annularly around a turbine shaft (not shown).
- the burner 1 is inserted into an opening 6 of the burner insert 3.
- the burner insert 3 adjoins the combustion chamber wall 4 and closes off the combustion chamber.
- the burner insert 3 comprises a carrier 7 which is designed as a grooved ring. In front of the grooved ring 7 towards the combustion chamber interior 8, there is a burner insert wall 9, which at the same time represents the end wall of the combustion chamber surrounding the burner 1.
- the burner insert wall 9 has a circumferential web 10, with which the burner insert wall 9 is inserted into a groove 11 of the Nutrings 7 and held there.
- a piston ring 21 is inserted into the grooved ring 7.
- the burner 1 has a sliding seat 22 on which the piston ring 21 rests.
- the burner dismantling takes place in several complex steps.
- the bulkhead bolting of the diagonal grid must be loosened outside the gas turbine. Then you are able to push the diagonal grid so far from the inside of the combustion chamber until the screw connection of the Nutrings is accessible. After loosening this screw connection, the burner insert can be removed together with the U-ring. As a result, the diagonal grid is accessible and can also be removed.
- Another object is to provide an advantageous gas turbine combustor and an advantageous gas turbine.
- the first object is achieved by a burner insert plate according to claim 1, the second object by a gas turbine ⁇ combustion chamber according to claim 5 and a gas turbine according to claim 12.
- the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
- the Brenner diarrhea- plate has an opening for inserting a burner, has holes for mounting the burner insert plate on the combustion chamber side of the outer shell, which are suitable to screw the burner insert plate (12) from the inside of the gas turbine combustor to the outer shell (4).
- the burner insert is namely no longer be held by the U-ring in the outer shell of the combustion chamber. Instead, the burner insert plate according to the invention itself should be connected to the outer shell.
- the holes for fastening the burner insert plate on the combustion chamber side of the outer shell protruding from the burner insert plate Positionierele ⁇ elements are provided.
- the positioning elements are cylindrical.
- At least one burner insert plate according to the invention is arranged at an opening.
- the burner insert plate is bolted to the Au ⁇ tungsschale, enabling easy installation and de ⁇ is mounting possible.
- the screw is resiliently mounted, so that the thermal expansion of the burner insert plate compensated during operation and the burner insert plate wei ⁇ terhin remains biased.
- a resilient mounting can advantageously be done by disc spring packages.
- the fitting is internally cooled to keep the thermal loads on the screw low. It is advantageous if, relative to the burner longitudinal axis, for the radial guidance of a burner in the opening of the outer shell, a piston ring is inserted. The piston ring previously inserted into the groove ring is thus inserted into the opening of the outer shell itself and thus takes over the radial guidance of the burner.
- the burner has a sliding fit against which the piston ring rests when the burner is installed in the burner insert plate. Compared to the prior art, since the U-ring is eliminated, the diameter of the sliding seat on the burner must be increased.
- a gas turbine according to the invention is equipped with at least one gas turbine combustion chamber, which is designed as a gas turbine combustion chamber according to the invention.
- a gas turbine ⁇ turbine makes it possible to realize the benefits of a combustion chamber with he ⁇ inventive burner insert plate, ie a faster and easier assembly / disassembly of burner or burner insert plate and the elimination of components.
- FIG. 1 shows a section of a combustion chamber with a burner insert wall according to the prior art in section
- Figure 2 shows a detail of a combustion chamber from another perspective with a burner insert plate according to the invention in section
- Figure 3 is a built-in burner insert plate after OF INVENTION ⁇ dung in plan view
- FIG. 5 shows a plate spring package for fastening the burner insert plate according to the invention to the outer shell of the combustion chamber.
- 2 shows a section through a screwed into the outer shell 4 of a combustion chamber burner insert plate 12 according to the invention with burner 1.
- the burner insert plate 12 is no longer a groove ⁇ ring. 7 held in the opening of the outer wall 4, but via screws 13 in holes provided therein 14 in the burner insert plate 12.
- Figure 3 shows this a plan view.
- FIG. 4 shows the burner insert plate 12 according to the invention from the side facing the outer shell 4 with cylindrical positioning elements 15 in which the holes 14 are provided for attachment.
- the positioning elements 15 can also have any other suitable shape.
- FIG. 5 shows a cup spring assembly 16 suitable for this purpose.
- a cast screw 17 is screwed through the cup springs 18 into a pressure plate 19.
- the pressure plate 19 is secured with a securing ⁇ ring 20 in the disc spring assembly 16 against loss.
- the fuse is needed only when the screw 17 is not engaged.
- the cup spring package 16 is caulked at the cold gas side on the outer shell 4 at initial assembly.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Brennereinsatzplatte (12) für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Plenumseite aufweisenden Außenschale (4), wobei die Brennereinsatzplatte (12) eine Öffnung (6) zum Einsetzen eines Brenners (1) aufweist, wobei die Brennereinsatzplatte (12) Löcher zur Befestigung an der Brennkammerseite der Außenschale (4) aufweist, die geeignet sind, die Brennereinsatzplatte (12) vom Innern der Gasturbinenbrennkammer mit der Außenschale (4) zu verschrauben. Die Erfindung betrifft ferner eine Brennkammer und eine Gasturbine.
Description
Beschreibung
Brennkammerseitig verschraubte Brennereinsatzplatte Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennereinsatzplatte für eine Gasturbinenbrennkammer. Daneben betrifft die Erfindung eine Brennkammer und eine Gasturbine.
Gasturbinenbrennkammern weisen ein brennerseitiges Ende und ein turbinenseitiges Ende auf. Das turbinenseitige Ende ist offen und ermöglicht ein Ausströmen der in der Brennkammer entstehenden heißen Verbrennungsgase zur Turbine. Am brenner- seitigen Ende ist häufig ein Brennereinsatz vorhanden. Der Brenner ist in eine Öffnung des Brennereinsatzes eingesetzt.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt aus einer Brennkammer nach dem Stand der Technik in einer Schnittansicht gezeigt. Es ist ein Brenner 1 mit einem Diagonalgitter 2, ein Brennereinsatz 3, welcher den Brenner 1 ringförmig umgibt, und ein Teil der Brennkammerwand 4 zu erkennen. Die Brennkammer ist in einem Brennkammerplenum 5 angeordnet und erstreckt sich ringförmig um eine Turbinenwelle (nicht dargestellt) . Der Brenner 1 ist in eine Öffnung 6 des Brennereinsatzes 3 eingesetzt. Der Brennereinsatz 3 grenzt an die Brennkammerwand 4 an und schließt die Brennkammer ab. Der Brennereinsatz 3 umfasst einen Träger 7 der als Nutring ausgebildet ist. Dem Nutring 7 zum Brennkammerinneren 8 hin vorgelagert ist eine Brennereinsatzwand 9 vorhanden, welche gleichzeitig die den Brenner 1 umgebende Abschlusswand der Brennkammer darstellt. Die Brennereinsatzwand 9 weist einen umlaufenden Steg 10 auf, mit dem die Brennereinsatzwand 9 in eine Nut 11 des Nutrings 7 eingesetzt und dort gehalten ist. Zur radialen Führung des Brenners 1 ist in den Nutring 7 ein Kolbenring 21 eingelegt. Der Brenner 1 weist einen Schiebesitz 22 auf, an dem der Kol- benring 21 anliegt.
Während einer geplanten Revision bzw. eines ungeplanten
Stillstandes einer Gasturbine müssen Komponenten der Brenn-
kammer zu Revisionszwecken bzw. zur Schaffung der Zugänglichkeit demontiert bzw. montiert werden.
Bislang erfolgt die Brennerdemontage in mehreren aufwändigen Schritten. Zunächst muss außerhalb der Gasturbine die Schott- verschraubung des Diagonalgitters gelöst werden. Danach ist man in der Lage das Diagonalgitter soweit von innen aus der Brennkammer zu schieben bis die Verschraubung des Nutrings zugänglich ist. Nach dem Lösen dieser Verschraubung kann der Brennereinsatz zusammen mit dem Nutring entfernt werden. Dadurch ist das Diagonalgitter zugänglich und kann ebenfalls entfernt werden.
Gegenüber diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Komponenten der Brennkammer und Brenner im Hinblick auf leichtere Austauschbarkeit zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine vorteilhafte Gasturbinenbrennkammer sowie eine vorteilhafte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch einen Brennereinsatzplatte nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch eine Gasturbinen¬ brennkammer nach Anspruch 5 beziehungsweise eine Gasturbine nach Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Eine erfindungsgemäße Brennereinsatzplatte für eine Gasturbi¬ nenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Ple¬ numseite aufweisenden Außenschale, wobei die Brennereinsatz- platte eine Öffnung zum Einsetzen eines Brenners aufweist, weist Löcher zur Befestigung der Brennereinsatzplatte an der Brennkammerseite der Außenschale auf, die geeignet sind, die Brennereinsatzplatte (12) vom Innern der Gasturbinenbrennkammer mit der Außenschale (4) zu verschrauben . Um den aufwändi- gen Montage- und Demontageprozess des Brenners zu vereinfa¬ chen, soll der Brennereinsatz nämlich nicht mehr durch den Nutring in der Außenschale der Brennkammer gehalten werden.
Stattdessen soll die Brennereinsatzplatte nach der Erfindung selbst mit der Außenschale verbunden werden.
Somit ist es möglich, die Brennereinsatzplatte in einem
Schritt von innen zu demontieren. Im Anschluss ist das Diago¬ nalgitter ohne vorherige Verschiebung zugänglich und kann entfernt werden.
Zweckmäßiger Weise sind die Löcher zur Befestigung der Bren- nereinsatzplatte an der Brennkammerseite der Außenschale in aus der Brennereinsatzplatte herausragenden Positionierele¬ menten vorgesehen.
Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn die Positionierele- mente zylinderförmig sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einer Gasturbinenbrennkammer mit einer Außenschale, die Öffnungen für Brennereinsatzplatten aufweist, wenigstens eine Brennereinsatz- platte nach der Erfindung an einer Öffnung angeordnet.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Positionierelemente der Au¬ ßenschale zugewandt sind. Vorteilhafter Weise ist die Brennereinsatzplatte mit der Au¬ ßenschale verschraubt, wodurch eine einfache Montage und De¬ montage möglich ist.
Vorteilhafter Weise ist die Verschraubung federnd gelagert, damit die thermische Dehnung der Brennereinsatzplatte während des Betriebs ausgeglichen und die Brennereinsatzplatte wei¬ terhin vorgespannt bleibt.
Eine federnde Lagerung kann vorteilhafter Weise durch Teller- federpakete erfolgen. Die Verschraubung ist von innen gekühlt, um die thermischen Lasten auf die Schraube niedrig zu halten .
Es ist vorteilhaft, wenn, bezogen auf die Brennerlängsachse, zur radialen Führung eines Brenners in die Öffnung der Außenschale ein Kolbenring eingelegt ist. Der zuvor in den Nutring eingelegte Kolbenring wird somit in die Öffnung der Außen- schale selbst eingelegt und übernimmt so die radiale Führung des Brenners.
Es ist zweckmäßig, wenn der Brenner einen Schiebesitz aufweist, an dem der Kolbenring anliegt, wenn der Brenner in die Brennereinsatzplatte eingebaut ist. Im Vergleich zum Stand der Technik muss, da der Nutring wegfällt, der Durchmesser für den Schiebesitz am Brenner vergrößert werden.
Eine erfindungsgemäße Gasturbine ist mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkammer ausgestattet, die als erfindungsgemäße Gasturbinenbrennkammer ausgestaltet ist. Eine derartige Gas¬ turbine ermöglicht es, die Vorteile einer Brennkammer mit er¬ findungsgemäßer Brennereinsatzplatte zu realisieren, d.h. eine schnellere und einfachere Montage/Demontage von Brenner oder Brennereinsatzplatte und der Wegfall von Komponenten.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Brennkammer mit einer Brennereinsatzwand nach dem Stand der Technik im Schnitt, Figur 2 einen Ausschnitt aus einer Brennkammer aus anderer Perspektive mit einer Brennereinsatzplatte nach der Erfindung im Schnitt,
Figur 3 eine eingebaute Brennereinsatzplatte nach der Erfin¬ dung in der Draufsicht,
Figur 4 die der Außenschale zugewandte Seite der Brenner¬ einsatzplatte nach der Erfindung und
Figur 5 ein Tellerfederpaket für die Befestigung der Bren- nereinsatzplatte nach der Erfindung an der Außenschale der Brennkammer .
Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine in die Außenschale 4 einer Brennkammer geschraubten Brennereinsatzplatte 12 nach der Erfindung mit Brenner 1. Im Unterschied zum Brennereinsatz 3 der Figur 1 mit Nutring 7 und Brennereinsatzwand 9 wird die Brennereinsatzplatte 12 nicht mehr über einen Nut¬ ring 7 in der Öffnung der Außenwand 4 gehalten, sondern über Schrauben 13 in dafür vorgesehenen Löchern 14 in der Brennereinsatzplatte 12. Figur 3 zeigt hierzu eine Draufsicht. Figur 4 zeigt die Brennereinsatzplatte 12 nach der Erfindung von der der Außenschale 4 zugewandten Seite mit zylindrischen Positionierelementen 15, in denen die Löcher 14 zur Befestigung vorgesehen sind. Die Positionierelemente 15 können auch jede andere geeignete Form aufweisen.
Für die Befestigung der Brennereinsatzplatte 12 in der Außenschale 4 ist aufgrund der Temperaturänderungen eine federnd gelagerte Verschraubung vorgesehen. Die Figur 5 zeigt ein hierzu geeignetes Tellerfederpaket 16. Eine Gussschraube 17 wird durch die Tellerfedern 18 hindurch in eine Druckplatte 19 geschraubt. Die Druckplatte 19 ist mit einem Sicherungs¬ ring 20 im Tellerfederpaket 16 gegen Verlieren gesichert. Die Sicherung wird nur benötigt, wenn die Schraube 17 nicht im Eingriff ist. Das Tellerfederpaket 16 wird bei Erstmontage kaltgasseitig an der Außenschale 4 verstemmt.
Claims
Brennereinsatzplatte (12) für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer eine Brennkammerseite und eine Plenumseite auf¬ weisenden Außenschale (4), wobei die Brennereinsatzplatte (12) eine Öffnung (6) zum Einsetzen eines Brenners (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner¬ einsatzplatte (12) Löcher zur Befestigung an der Brennkammerseite der Außenschale (4) aufweist, die geeignet sind, die Brennereinsatzplatte (12) vom Innern der Gas¬ turbinenbrennkammer mit der Außenschale (4) zu verschrau- ben .
Brennereinsatzplatte (12) nach Anspruch 1, wobei die Lö¬ cher (4) in aus der Brennereinsatzplatte (12) herausra¬ genden Positionierelementen (15) vorgesehen sind.
Brennereinsatzplatte (12) nach Anspruch 2, wobei die Po¬ sitionierelemente (15) zylinderförmig sind.
Gasturbinenbrennkammer mit einer Außenschale (4), welche Öffnungen für Brennereinsatzplatten (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brenner¬ einsatzplatte (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche an einer Öffnung angeordnet ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 4, wobei die Positionierelemente (15) nach Anspruch 3 oder 4 der Außenschale (4) zugewandt sind.
Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Brennereinsatzplatte (12) mit der Außenschale (4) verschraubt ist.
Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 6, wobei die Ver- schraubung federnd gelagert ist.
8. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 7, wobei Tellerfederpakete (16) für die federnde Verschraubung vorgesehen sind . 9. Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei bezogen auf die Brennerlängsachse zur radialen Füh¬ rung eines Brenners (1) in die Öffnung der Außenschale (4) ein Kolbenring (21) eingelegt ist. 10. Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 9, wobei der Brenner (1) einen Schiebesitz (22) aufweist, an dem der Kolbenring (21) anliegt, wenn der Brenner (1) in die Brennereinsatzplatte (12) eingebaut ist.
.Gasturbine mit wenigstens einer Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 4 bis 10.
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