WO2020200609A1 - Rohrbrennkammersystem und gasturbinenanlage mit einem solchen rohrbrennkammersystem - Google Patents
Rohrbrennkammersystem und gasturbinenanlage mit einem solchen rohrbrennkammersystem Download PDFInfo
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
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- F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
Definitions
- Tube combustion chamber system and gas turbine system with one
- the present invention relates to a tubular combustion chamber system for a gas turbine system with a plurality of ring-shaped arranged th transition lines, which are designed to be connected with their upstream ends to a burner and to direct hot gas generated by the burner to a turbine. Furthermore, the present invention relates to a gas turbine system with several annularly arranged burners, a turbine and a tubular combustion chamber system of the type described above, which connects the burner to the turbine.
- Tube combustion chamber systems of the type mentioned at the beginning are used in gas turbine systems to convey hot gas from the burners to the turbine inlet.
- they comprise transition lines designed as pipelines, which are also referred to as "transitions" in specialist circles.
- the transition lines are thermally highly stressed during operation of the gas turbine system. Accordingly, they are made of high-temperature-resistant materials internal cooling channels and an internal layer system for thermal insulation (TBC + MCrAlY).
- Sealing systems are provided in the area of the interface to the turbine inlet to reduce the leakage of compressed air into the combustion system and to reduce relative movements between the tubular combustion chamber system and the turbine as well as between the Due to the design of the sealing systems and the mechanical degree of freedom of the interface between the transition lines and the turbine, on the one hand the side seals are subject to severe abrasion wear. On the other hand, the transition lines and their inner layer system also wear out due to the high thermal load, primarily in the exit area as a result of layer aging and sealing groove wear. Come in addition, that the flow to the turbine is not uniform due to the circumferentially discontinuous inflow cross-section at the interface between the transition lines and the turbine. The uneven flow as a result of the shading through the side walls and seals of the exit area of the transition lines causes high-frequency temperature and speed changes with negative effects on the service life of the turbine blades.
- the service life of the transition lines is determined by the
- the reconditioning also includes the stripping of the entire layer system and the recoating. The costs of this complex reprocessing are therefore close to the costs of new parts.
- the life cycle costs of new or existing gas turbine systems are primarily determined by the service life and maintenance intervals of the hot gas components.
- considerably longer maintenance intervals are required for new gas turbine systems while at the same time increasing thermal stress.
- constructive solutions are required that eliminate or at least significantly improve the weak points of current designs.
- an object of the present invention is to create a tubular combustion chamber system of the type mentioned at the outset with an improved design.
- the present invention creates a tubular combustion chamber system of the type mentioned, which is characterized in that it has a hot gas distributor designed for connection to the turbine, which defines an annular channel open to the turbine, into which the downstream ends of the transition lines open .
- a hot gas distributor designed for connection to the turbine, which defines an annular channel open to the turbine, into which the downstream ends of the transition lines open .
- Such an additional hot gas distributor between the transition lines and the turbine inlet leads to a very uniform flow to the turbine, which significantly reduces high-frequency temperature and speed changes. This has a very positive effect on the service life of the turbine blades.
- the transition lines and the hot gas distributor are made of metal and are provided on the inside with a refractory lining, in particular with a ceramic lining. Thanks to such a lining, the thermal stress on the metallic components, i.e. the hot gas distributor and the transition lines, is significantly reduced. The associated lower expansion differences in the area of the seals to the turbine and the seals between the transition lines lead to less wear in this area and enable more solid joining concepts between the tubular combustion chamber system and the turbine. In addition, the refractory lining entails lower high temperature requirements for the materials of the metallic components, which can save costs.
- the transition lines can be designed without an internal layer system, which significantly reduces the effort required for repair and reconditioning, as there is no need to decoat and recoat the transition lines.
- the use of a refractory lining also reduces the cooling requirement for the metallic components of the tubular combustion chamber system. Compared to tubular combustion chamber systems without ceramic lining, the cooling air requirement can, according to current calculations, be up to 50%, which leads to an increase in the performance of the gas turbine system.
- each transition line tapers conically in the downstream direction, the refractory lining of the transition line having at least one annular lining section with a conically tapering outside diameter in the downstream direction, which is held on the transition line with radial and axial bias.
- a bias which can be realized for example by positioning spring and / or damping elements between the refractory lining and the corresponding transition line, differences in thermal expansion between the metallic transition lines and their ceramic lining are compensated.
- the ceramic lining is fixed to a limited extent under all operating conditions.
- the at least one annular lining section can be formed by a single lining element, that is to say by an annular lining element with a conical outer surface.
- the at least one ring-shaped lining section by several ring-segment-shaped lining elements which are braced against one another in the circumferential direction.
- the refractory lining of the hot gas distributor has in front of geous a variety of lining elements that are attached to the radially inside and outside surfaces of the hot gas distributor un ter radial bias.
- the installation of the lining elements of the hot gas distributor should be carried out with as little gaps as possible between the individual lining elements in order to reduce the cooling air requirement, which is made possible by the radial bias.
- the transition lines and the hot gas distributor are preferably made of a highly heat-resistant metal material, in particular from a thin-walled, highly heat-resistant material in the manner of a sheet metal. The avoidance of nickel-based materials is a major advantage of the system described.
- the outer circumferential side and / or the inner circumferential side of the hot gas distributor is / are advantageously provided with a fastening flange which is laid out for fastening to the turbine. In this way, a very simple structure is achieved.
- the present invention creates a gas turbine plant with several annularly arranged burners, a turbine and a tubular combustion chamber system according to the invention, which connects the burner to the turbine.
- Figure 1 is a partially sectioned perspective
- FIG. 2 shows a perspective view of the arrangement shown in FIG. 1, viewed in the direction of arrow II in FIG.
- the figures show a tubular combustion chamber system 1 according to an embodiment of the present invention, which is connected to a turbine 2 of a gas turbine system 3.
- the tubular combustion chamber system 1 comprises a plurality of annularly arranged transition lines 4, which are designed with their upstream ends each to be connected to a burner 10 and to conduct hot gas generated by the burner 10 to the turbine 2, with only a single burner 10 being shown in FIG.
- the tubular combustion chamber system 1 comprises a hot gas distributor 5 designed to be connected to the turbine 2 and defining an annular channel 6 open to the turbine 2 into which the downstream ends of the transition lines 4 open.
- the transition lines 4 as well as the hot gas distributor 5 are made of metal, for example of a high-temperature metal alloy.
- the transition lines 4 each include a refractory lining 7, which is preferably made of a ceramic material.
- the transition lines 4 each have a cross section which tapers conically in the downstream direction.
- the refractory lining 7 of the transition lines 4 each comprises a plurality of ring-shaped lining sections with conically ver younger outer diameter in the downstream direction, which are formed in the present case by annular lining elements 7a.
- the lining elements 7a of a transition line 4 are pushed axially into the transition line 4, starting from the upstream end of the transition line 4, with spring and / or damping elements (not shown in detail) positioned along the circumference between the lining elements 7a and the inner wall of the transition line 4 which are guided in a form-fitting manner on the outer circumference of the lining elements 7a or on the inner wall of the transition line 4. Due to the conical design of the transition line 4 and the lining elements 7a, the lining elements 7a are radially and axially braced in such a way that they are held on the transition line 4 with radial and axial bias.
- the tension is maintained in the present case by an annular pressure element 8, which is inserted at the upstream end into the transition line 4, against the face of the adjacent lining element 7a is pressed and then attached to the transition line 4 while generating the desired pressing force. It can be attached, for example, by means of screws.
- the fireproof lining 7 of the hot gas distributor 5 is realized via a large number of lining elements 7b, which are advantageously also attached to the radially inside and outside surfaces of the hot gas distributor 5 under radial prestress.
- the outer peripheral side and the inner peripheral side of the hot gas distributor 5 on the free end of the hot gas distributor 5 facing the turbine 2 are provided with fastening flanges 9, which are designed for fastening to the turbine 2 by means of screws.
- the arrangement described above is advantageous in that, thanks to the additional hot gas distributor 5 of the tubular combustion chamber system 1 according to the invention, a very uniform flow of hot gas to the turbine 2 is achieved, whereby high-frequency temperature and speed changes are significantly reduced. This has a very positive effect on the service life of the turbine blades.
- the refractory lining 7 of the transition lines 4 and the hot gas distributor 5 is significantly reduced.
- the associated lower expansion differences in the area of the seals to the turbine 2 and the seals between the transition lines 4 lead to less wear in this area and enable more solid joining concepts between the tubular combustion chamber system 1 and the turbine 2.
- the refractory lining 7 pulls lower high temperature requirements for the materials of the metallic components 4 and 5, which means that costs can be saved.
- the transition lines 4 can be implemented without an inner layer system, which reduces the effort for repair and reprocessing is significantly reduced, since a stripping and recoating of the transition lines 4 is not necessary.
- the use of a refractory lining 7 also reduces the cooling requirement of the metallic components 4 and 5 of the tubular combustion chamber system 1. Compared to tubular combustion chamber systems without ceramic lining, the cooling air requirement can be reduced by up to 50% according to the calculations made earlier, which is an increase the performance of the gas turbine system 3 entails.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Rohrbrennkammersystem (1) für eine Gasturbinenanlage (3) mit mehreren ringförmig angeordneten Übergangsleitungen (4), die dazu ausgelegt sind, mit ihren stromaufwärts angeordneten Enden jeweils an einen Brenner (10) angeschlossen zu werden und durch die Brenner (10) erzeugtes Heißgas zu einer Turbine (2) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrbrennkammersystem (1) einen zum Anschließen an die Turbine (2) ausgelegten Heißgasverteiler (5) aufweist, der einen zur Turbine (2) offenen Ringkanal (6) definiert, in den die stromabwärts angeordneten Enden der Übergangsleitungen (4) münden. Ferner betrifft die Erfindung eine Gasturbinenanlage (3) mit mehreren ringförmig angeordneten Brennern, einer Turbine (2) und einem erfindungsgemäßen Rohrbrennkammersystem (1), das die Brenner mit der Turbine (2) verbindet.
Description
Rohrbrennkammersystem und Gasturbinenanlage mit einem solchen
Rohrbrennkammersystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrbrennkammersystem für eine Gasturbinenanlage mit mehreren ringförmig angeordne ten Übergangsleitungen, die dazu ausgelegt sind, mit ihren stromaufwärts angeordneten Enden jeweils an einen Brenner an geschlossen zu werden und durch die Brenner erzeugtes Heißgas zu einer Turbine zu leiten. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenanlage mit mehreren ringförmig an geordneten Brennern, einer Turbine und einem Rohrbrennkammer system der zuvor beschriebenen Art, das die Brenner mit der Turbine verbindet.
Rohrbrennkammersysteme der eingangs genannten Art werden in Gasturbinenanlagen dazu eingesetzt, Heißgas von den Brennern zum Turbineneintritt zu leiten. Hierzu umfassen sie als Rohr leitungen ausgebildete Übergangsleitungen, die in Fachkreisen auch als „Transitions" bezeichnet werden. Die Übergangslei tungen sind während des Betriebs der Gasturbinenanlage ther misch hoch beansprucht. Entsprechend sind sie aus hochtempe raturbeständigen Materialen hergestellt. Üblicherweise sind sie aus dünnwandigen Nickelbasiswerkstoffen mit innenliegen den Kühlkanälen und einem inneren Schichtsystem zur Wärmedäm mung (TBC + MCrAlY) gefertigt. Im Bereich der Schnittstelle zum Turbineneintritt sind Dichtungssysteme vorgesehen, um die Leckage von verdichteter Luft in das Verbrennungssystem zu reduzieren und Relativbewegungen zwischen dem Rohrbrennkam mersystem und der Turbine sowie zwischen den einzelnen Über gangsleitungen zu erlauben. Aufgrund der Ausführung der Dich tungssysteme und der mechanischen Freiheitsgrade der Schnitt stelle zwischen den Übergangsleitungen und der Turbine unter liegen zum einen die seitlichen Dichtungen einem starken Ab rasionsverschleiß. Zum anderen verschleißen auch die Über gangsleitungen und deren inneres Schichtsystem aufgrund der hohen thermischen Belastung vornehmlich im Austrittsbereich infolge Schichtalterung und Dichtnutverschleiß. Hinzu kommt,
dass die Anströmung der Turbine aufgrund des umfänglich nicht kontinuierlichen Einströmquerschnitts an der Schnittstelle zwischen den Übergangsleitungen und der Turbine systembedingt nicht gleichmäßig erfolgt. Die ungleichmäßige Anströmung in folge der Abschattung durch die seitlichen Wände und Dichtun gen des Austrittsbereichs der Übergangsleitungen bewirkt hochfrequente Temperatur- und Geschwindigkeitsänderungen mit negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer der Turbinenschau feln .
Die Lebensdauer der Übergangsleitungen wird durch das
Schichtsystem und die Dichtungen zur Turbine begrenzt. Die Fertigung der innenliegenden Kühlkanäle erfolgt durch Fügen mehrerer Bleche und ist entsprechend mit sehr hohem Aufwand verbunden. Eine additive Fertigung scheidet bislang aufgrund der Größen- bzw. Volumengrenzen verfügbarer 3D-Drucker aus.
Im Rahmen der Wiederaufbereitung ist es regelmäßig erforder lich, insbesondere den Austrittsbereich der Übergangsleitun gen abzutrennen und zu erneuern. Die Wiederaufbereitung um fasst ferner das Entschichten des kompletten Schichtsystems und das Wiederbeschichten. Die Kosten dieser aufwändigen Auf bereitung liegen damit nahe an den Neuteilkosten.
Die Lebenszykluskosten neuer oder bestehender Gasturbinenan lagen werden vorrangig durch die Lebensdauern und Wartungsin tervalle der Heißgaskomponenten bestimmt. Bezüglich des Ver brennungssystems werden für neue Gasturbinenanlagen erheblich längere Wartungsintervalle bei gleichzeitig erhöhter thermi scher Beanspruchung gefordert. Im Ergebnis sind konstruktive Lösungen gefragt, welche die Schwachstellen aktueller Designs beseitigen oder zumindest deutlich verbessern.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Rohrbrennkammersystem der eingangs genannten Art mit verbessertem Design zu schaf fen .
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Rohrbrennkammersystem der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass dieses einen zum Anschließen an die Turbine ausgelegten Heißgasverteiler aufweist, der ei nen zur Turbine offenen Ringkanal definiert, in den die stromabwärts angeordneten Enden der Übergansleitungen münden. Ein solcher zusätzlicher Heißgasverteiler zwischen den Über gangsleitungen und dem Turbineneintritt führt zu einer sehr gleichmäßigen Anströmung der Turbine, wodurch hochfrequente Temperatur- und Geschwindigkeitsänderungen deutlich reduziert werden. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Lebensdauer der Turbinenschaufeln aus.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die Übergangsleitungen und der Heißgasverteiler aus Metall herge stellt und innen mit einer feuerfesten Auskleidung versehen, insbesondere mit einer keramischen Auskleidung. Dank einer solchen Auskleidung wird die thermische Beanspruchung der me tallischen Komponenten, also des Heißgasverteilers und der Übergangsleitungen, signifikant reduziert. Die damit verbun denen geringeren Dehnungsunterschiede im Bereich der Dichtun gen zur Turbine und der Dichtungen zwischen den Übergangslei tungen führen zu einem geringeren Verschleiß in diesem Be reich und ermöglichen solidere Fügekonzepte zwischen dem Rohrbrennkammersystem und der Turbine. Darüber hinaus zieht die feuerfeste Auskleidung geringere Hochtemperaturanforde rungen an die Werkstoffe der metallischen Komponenten nach sich, wodurch Kosten eingespart werden können. Zudem können die Übergangsleitungen dank der Auskleidung ohne inneres Schichtsystem ausgeführt werden, wodurch der Aufwand für die Instandsetzung und die Wiederaufbereitung deutlich reduziert wird, da ein Entschichten und ein Wiederbeschichten der Über gangsleitungen entfällt. Durch den Einsatz einer feuerfesten Auskleidung verringert sich ferner der Kühlbedarf der metal lischen Komponenten des Rohrbrennkammersystems. Im Vergleich zu Rohrbrennkammersystemen ohne keramische Auskleidung kann der Kühlluftbedarf nach derzeitigen Berechnungen um bis zu
50% gesenkt werden, was eine Erhöhung der Leistung der Gas turbinenanlage nach sich zieht.
Bevorzugt verjüngt sich der Querschnitt jeder Übergangslei tung in Stromabwärtsrichtung konisch, wobei die feuerfeste Auskleidung der Übergangsleitung zumindest einen ringförmigen Auskleidungsabschnitt mit sich in Stromabwärtsrichtung ko nisch verjüngendem Außendurchmesser aufweist, der mit radia ler und axialer Vorspannung an der Übergangsleitung gehalten ist. Dank einer solchen Vorspannung, die beispielsweise durch die Positionierung von Feder- und/oder Dämpfungselementen zwischen der feuerfesten Auskleidung und der entsprechenden Übergangsleitung realisiert werden kann, werden Wärmedeh nungsunterschiede zwischen den metallischen Übergangsleitun gen und deren keramischer Auskleidung kompensiert. Insbeson dere wird die keramische Auskleidung unter allen Betriebsbe dingungen kraftbegrenzt fixiert.
Der zumindest eine ringförmige Auskleidungsabschnitt kann ge mäß einer Variante der vorliegenden Erfindung durch ein ein ziges Auskleidungselement gebildet sein, also durch ein ring förmiges Auskleidungselement mit konischer Außenfläche.
Gemäß einer zweiten Variante ist es auch möglich, den zumin dest einen ringförmigen Auskleidungsabschnitt durch mehrere ringsegmentförmige Auskleidungselemente auszubilden, die in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt sind.
Die feuerfeste Auskleidung des Heißgasverteilers weist vor teilhaft eine Vielzahl von Auskleidungselementen auf, die un ter radialer Vorspannung an den radial innen und außen ange ordneten Flächen des Heißgasverteilers befestigt sind. Der Einbau der Auskleidungselemente des Heißgasverteilers sollte möglichst mit geringen Spalten zwischen den einzelnen Aus kleidungselementen erfolgen, um den Kühlluftbedarf zu redu zieren, was durch die radiale Vorspannung ermöglicht wird.
Die Übergangsleitungen und der Heißgasverteiler sind bevor zugt aus einem hochwarmfesten Metall-Werkstoff hergestellt, insbesondere aus einem dünnwandigen hochwarmfesten Werkstoff nach Art eines Bleches. Die Vermeidung von Nickel-Basis- Werkstoffen stellt einen wesentlichen Vorteil des beschriebe nen Systems dar.
Vorteilhaft ist/sind die Außenumfangsseite und/oder die In nenumfangsseite des Heißgasverteilers mit einem Befestigungs flansch versehen, der zur Befestigung an der Turbine ausge legt ist. Auf diese Weise wird ein sehr einfacher Aufbau er zielt.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenan lage mit mehreren ringförmig angeordneten Brennern, einer Turbine und einem erfindungsgemäßen Rohrbrennkammersystem, das die Brenner mit der Turbine verbindet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Rohrbrennkam mersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Er findung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deut lich. Darin ist
Figur 1 eine teilweise geschnittene perspektivische
Teilansicht eines Rohrbrennkammersystems gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung, das an eine Turbine ei ner Gasturbinenanlage angeschlossen ist; und
Figur 2 eine perspektivische Ansicht der in Figur 1 dargestellten Anordnung betrachtet in Richtung des Pfeils II in Figur 1.
Die Figuren zeigen ein Rohrbrennkammersystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das an eine Tur bine 2 einer Gasturbinenanlage 3 angeschlossen ist. Das Rohr brennkammersystem 1 umfasst mehrere ringförmig angeordnete Übergangsleitungen 4, die dazu ausgelegt sind, mit ihren
stromaufwärts angeordneten Enden jeweils an einen Brenner 10 angeschlossen zu werden und durch die Brenner 10 erzeugtes Heißgas zu der Turbine 2 zu leiten, wobei in Figur 1 bei spielhaft nur ein einzelner Brenner 10 dargestellt ist. Fer ner umfasst das Rohrbrennkammersystem 1 einen zum Anschließen an die Turbine 2 ausgelegten Heißgasverteiler 5, der einen zur Turbine 2 offenen Ringkanal 6 definiert, in den die stromabwärts angeordneten Enden der Übergangsleitungen 4 mün den. Die Übergangsleitungen 4 ebenso wie der Heißgasverteiler 5 sind aus Metall hergestellt, beispielsweise aus einer hoch warmfesten Metall-Legierung. Sie umfassen jeweils eine feuer feste Auskleidung 7, die bevorzugt aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist. Die Übergangsleitungen 4 weisen jeweils einen Querschnitt auf, der sich in Stromabwärtsrich tung konisch verjüngt. Die feuerfeste Auskleidung 7 der Über gangsleitungen 4 umfasst jeweils mehrere ringförmige Ausklei dungsabschnitte mit sich in Stromabwärtsrichtung konisch ver jüngendem Außendurchmesser, die vorliegend durch ringförmige Auskleidungselemente 7a gebildet werden. Alternativ ist es grundsätzlich aber auch möglich, die ringförmige Ausklei dungsabschnitte jeweils durch mehrere ringsegmentförmige Aus kleidungselemente zu bilden. Die Auskleidungselemente 7a ei ner Übergangsleitung 4 sind ausgehend vom stromaufwärts ange ordneten Ende der Übergangsleitung 4 axial in die Übergangs leitung 4 eingeschoben, wobei zwischen den Auskleidungsele menten 7a und der Innenwandung der Übergangsleitung 4 nicht näher dargestellte Feder- und/oder Dämpfungselemente entlang des Umfangs positioniert werden, die an am Außenumfang der Auskleidungselemente 7a oder an der Innenwandung der Über gangsleitung 4 formschlüssig geführt sind. Aufgrund der koni schen Ausbildung der Übergangsleitung 4 sowie der Ausklei dungselemente 7a erfolgt ein radiales sowie axiales Verspan nen der Auskleidungselemente 7a derart, dass diese mit radia ler und axialer Vorspannung an der Übergangsleitung 4 gehal ten werden. Die Spannung wird vorliegend durch ein ringförmi ges Druckelement 8 aufrechterhalten, das am stromaufwärtigen Ende in die Übergangsleitung 4 eingeschoben, gegen die Stirn fläche des benachbart angeordneten Auskleidungselementes 7a
gedrückt und dann unter Erzeugung der gewünschte Andrückkraft an der Übergangsleitung 4 befestigt wird. Die Befestigung kann beispielsweise mittels Schrauben erfolgen. Die feuerfes te Auskleidung 7 des Heißgasverteilers 5 wird über eine Viel zahl von Auskleidungselementen 7b realisiert, die vorteilhaft ebenfalls unter radialer Vorspannung an den radial innen und außen angeordneten Flächen des Heißgasverteilers 5 befestigt sind. Zur Fixierung des Rohrbrennkammersystems 1 an der Tur bine 2 sind die Außenumfangsseite und die Innenumfangsseite des Heißgasverteilers 5 am zur Turbine 2 weisenden freien En de des Heißgasverteilers 5 mit Befestigungsflanschen 9 verse hen, die zur Befestigung an der Turbine 2 mittels Schrauben ausgelegt sind.
Die zuvor beschriebene Anordnung ist dahingehend von Vorteil, dass Dank des zusätzlichen Heißgasverteilers 5 des erfin dungsgemäßen Rohrbrennkammersystems 1 eine sehr gleichmäßige Heißgasanströmung der Turbine 2 erzielt wird, wodurch hoch frequente Temperatur- und Geschwindigkeitsänderungen deutlich reduziert werden. Dies wirkt sich sehr positiv auf die Le bensdauer der Turbinenschaufeln aus.
Weitere Vorteile gehen mit der feuerfesten Auskleidung 7 der Übergangsleitungen 4 und des Heißgasverteilers 5 einher. Dank dieser Auskleidung wird die thermische Beanspruchung der me tallischen Komponenten, also der Übergangsleitungen 4 und des Heißgasverteilers 5 signifikant reduziert. Die damit verbun denen geringeren Dehnungsunterschiede im Bereich der Dichtun gen zur Turbine 2 und der Dichtungen zwischen den Übergangs leitungen 4 führen zu einem geringeren Verschleiß in diesem Bereich und ermöglichen solidere Fügekonzepte zwischen dem Rohrbrennkammersystem 1 und der Turbine 2. Darüber hinaus zieht die feuerfeste Auskleidung 7 geringere Hochtemperatur anforderungen an die Werkstoffe der metallischen Komponenten 4 und 5 nach sich, wodurch Kosten eingespart werden können. Zudem können die Übergangsleitungen 4 dank der Auskleidung 7 ohne inneres Schichtsystem ausgeführt werden, wodurch der Aufwand für die Instandsetzung und die Wiederaufbereitung
deutlich reduziert wird, da ein Entschichten und ein Wieder beschichten der Übergangsleitungen 4 entfällt. Durch den Ein satz einer feuerfesten Auskleidung 7 verringert sich ferner der Kühlbedarf der metallischen Komponenten 4 und 5 des Rohr- brennkammersystems 1. Im Vergleich zu Rohrbrennkammersystemen ohne keramische Auskleidung kann der Kühlluftbedarf nach der zeitigen Berechnungen um bis zu 50% gesenkt werden, was eine Erhöhung der Leistung der Gasturbinenanlage 3 nach sich zieht .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Claims
1. Rohrbrennkammersystem (1) für eine Gasturbinenanlage (3) mit mehreren ringförmig angeordneten Übergangsleitungen (4), die dazu ausgelegt sind, mit ihren stromaufwärts angeordneten Enden jeweils an einen Brenner (10) angeschlossen zu werden und durch die Brenner (10) erzeugtes Heißgas zu einer Turbine (2) zu leiten,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rohrbrennkammersystem (1) einen zum Anschließen an die Turbine (2) ausgelegten Heißgasverteiler (5) aufweist, der einen zur Turbine (2) offenen Ringkanal (6) definiert, in den die stromabwärts angeordneten Enden der Übergangsleitungen (4) münden.
2. Rohrbrennkammersystem (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Übergangsleitungen (4) und der Heißgasverteiler (5) aus Metall hergestellt und innen mit einer feuerfesten Ausklei dung (7) versehen sind, insbesondere mit einer keramischen Auskleidung .
3. Rohrbrennkammersystem (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich der Querschnitt jeder Übergangsleitung (4) in Stromab- wärtsrichtung konisch verjüngt, und dass die feuerfeste Aus kleidung (7) der Übergangsleitung zumindest einen ringförmi gen Auskleidungsabschnitt mit sich in Stromabwärtsrichtung konisch verjüngendem Außendurchmesser aufweist, der mit radi aler und axialer Vorspannung an der Übergangsleitung (4) ge halten ist.
4. Rohrbrennkammersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine ringförmige Auskleidungsabschnitt durch ein einzelnes Auskleidungselement (7a) gebildet ist.
5. Rohrbrennkammersystem (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine ringförmige Auskleidungsabschnitt durch mehrere ringsegmentförmige Auskleidungselemente gebildet ist, die in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt sind.
6. Rohrbrennklammersystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die feuerfeste Auskleidung (7) des Heißgasverteilers (5) eine Vielzahl von Auskleidungselementen (7b) aufweist, die unter radialer Vorspannung an den radial innen und außen angeordne ten Flächen des Heißgasverteilers (5) befestigt sind.
7. Rohrbrennkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Übergangsleitungen (4) und der Heißgasverteiler (5) aus einem hochwarmfesten Metall-Werkstoff hergestellt sind, ins besondere aus einem dünnwandigen hochwarmfesten Metall- Werkstoff nach Art eines Bleches.
8. Rohrbrennkammersystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis
7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Außenumfangsseite und/oder die Innenumfangsseite des
Heißgasverteilers (5) mit einem Befestigungsflansch (9) ver sehen ist/sind, der zur Befestigung an der Turbine (2) ausge legt ist.
9. Gasturbinenanlage (3) mit mehreren ringförmig angeordneten Brennern (10), einer Turbine (2) und einem Rohrbrennkammer system (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das die Brenner (10) mit der Turbine (2) verbindet.
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