CH701895A2

CH701895A2 - Brennstoffdüsenanordnung mit Rollmembrandichtung.

Info

Publication number: CH701895A2
Application number: CH01459/10A
Authority: CH
Inventors: David Cihlar
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-03-31
Also published as: JP2011064198A; CN102022733A; US20110062253A1; DE102010037353A1; US8413447B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennstoffdüsenanordnung (100). Die Brennstoffdüsenanordnung (100) enthält eine Endkappenanordnung (140), mehrere Brennstoffdüsen (110, 120), die in der Endkappenanordnung (140) positioniert sind, und eine oder mehrere Rollmembrandichtungen (160). Die Rollmembrandichtungen (160) sind zwischen der Endkappenanordnung (140) und den Brennstoffdüsen (110, 120) angeordnet.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinen und speziell eine Rollmembrandichtung, die genutzt wird, um eine Brennstoffdüse in einer Endkappenanordnung einer Turbinenbrennkammer zu positionieren.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] Gasturbinen enthalten allgemein eine Brennkammer mit einer Anzahl von Brennstoffdüsen, die in vielfältigen Konfigurationen um eine Endkappenanordnung angeordnet sind. Beispielsweise weisen einige Gasturbinenverbrennungssysteme, die durch General Electric Corporation, Schenectady, New York, vertrieben werden, eine Konfiguration mit sechs (6) Brennstoffdüsen auf, wobei eine zentrale oder sekundäre Brennstoffdüse von fünf (5) äusseren oder primären Brennstoffdüsen umgeben ist, die sich von der Endkappenanordnung ausgehend erstrecken. Solche Verbrennungssysteme vermischen gewöhnlich einen oder mehrere Brennstoffströme und Luftströme, bevor der gemischte Strom in eine Reaktions- oder Verbrennungszone eintritt. Eine solche Brennstoff/Luft-Vorvermischung neigt dazu, die Verbrennungstemperaturen insgesamt sowie unerwünschte Emissionen beispielsweise Stickstoffoxide (N0X) und dergleichen zu reduzieren. Ähnliche Arten von Konstruktionen einer Brennstoffdüsen/ Endkappenanordnung für Brennkammern und dergleichen sind bekannt.

[0003] Wie es bekannt ist, weisen Brennstoffdüsen allgemein mehrere Brennstoff- und Luftrohre auf, die an einem Flansch angebracht sind. Die Brennstoffdüsen können in der Endkappenanordnung bis zu einem gewissen Grad freitragend angeordnet sein. Die Brennstoffdüsen können in der Endkappenanordnung mittels mehrerer Gleitflächenmanschetten angeordnet sein. Die Gleitflächenmanschetten passen im Wesentlichen über die Aussenfläche der Brennstoffdüsenbrennerrohre. Die Gleitflächenmanschetten dienen als Luftdichtungen. Allerdings sind die Gleitflächenmanschetten während des Betriebs möglicherweise einem erheblichen Verschleiss unterworfen. Insbesondere können die Manschetten im Betrieb rotieren, so dass zwischen den Manschetten und der Endkappenanordnung Reibung hervorgerufen wird. Austausch und Lebensdauer der Gleitflächendichtungen sind daher häufig ein Konstruktionsproblem.

[0004] Es besteht daher ein Bedarf nach einer verbesserten Dichtung zwischen den Brennstoffdüsen und der Endkappenanordnung. Die Dichtungen sollten die Dauerfestigkeit der Brennkammeranordnung insgesamt kostengünstig und zuverlässig verbessern.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0005] Die vorliegende Erfindung schafft daher eine Brennstoffdüsenanordnung. Die Brennstoffdüsenanordnung kann eine Endkappenanordnung, mehrere Brennstoffdüsen, die in der Endkappenanordnung positioniert sind, und eine oder mehrere Rollmembrandichtungen enthalten. Die Rollmembrandichtungen können zwischen der Endkappenanordnung und den Brennstoffdüsen angeordnet sein.

[0006] Ausserdem schafft die vorliegende Erfindung eine Endkappenanordnung. Die Endkappenanordnung kann mehrere Brennstoffdüsen, die darin positioniert sind, und eine oder mehrere Rollmembrandichtungen enthalten, die um die Brennstoffdüsen angeordnet sind. Die Rollmembrandichtungen können einen Befestigungsring und eine Blattdichtung aufweisen.

[0007] Diese und weitere Ausstattungsmerkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung erschliessen sich dem Fachmann nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0008] <tb>Fig. 1<sep>zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbine. <tb>Fig. 2<sep>veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine Brennstoffdüsenanordnung, wie sie hierin beschrieben ist. <tb>Fig. 3<sep>veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine sekundäre Düse, die in der Endkappenanordnung positioniert ist, und eine Rollmembrandichtung, wie sie hierin beschrieben ist. <tb>Fig. 4<sep>zeigt eine seitliche Schnittansicht der Rollmembrandichtung nach Fig. 3. <tb>Fig. 5<sep>zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht der Brennstoff düse, der Endkappenanordnung und der Rollmembrandichtung nach Fig. 3. <tb>Fig. 6<sep>zeigt eine perspektivische Ansicht einer primären Düse, die in der Endkappenanordnung positioniert ist, und die Rollmembrandichtung, wie sie hierin beschrieben ist. <tb>Fig. 7<sep>zeigt eine seitliche Schnittansicht der Rollmembrandichtung nach Fig. 6. <tb>Fig. 8<sep>zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht der Brennstoff düse, der Kappenanordnung und der Rollmembrandichtung nach Fig. 6.

Ausführliche Beschreibung

[0009] Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugsziffern sich über die unterschiedlichen Ansichten hinweg auf ähnliche Elemente beziehen, zeigt Fig. 1eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10. Wie es bekannt ist, kann die Gasturbine 10 einen Verdichter 20 enthalten, der dazu dient, einen ankommenden Luftstrom zu verdichten. Der Verdichter 20 führt den verdichteten Luftstrom einer Brennkammer 30 zu. Die Brennkammer 30 mischt den verdichteten Luftstrom mit einem verdichteten Brennstoffström und entzündet das Gemisch. (Obwohl nur eine einzige Brennkammer 30 gezeigt ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 30 enthalten). Die heissen Verbrennungsgase werden wiederum einer Turbine 40 zugeführt. Die heissen Verbrennungsgase treiben die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit hervorzubringen. Die durch die Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt den Verdichter 20 und eine externe Last 50 an, beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann Erdgas, vielfältige Arten von synthetischem Gas und andere Arten von Brennstoff nutzen. Die Gasturbine 10 kann hierin auf anderen Konstruktionen basieren und kann andere Arten von Komponenten verwenden.

[0010] Fig. 2 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine Brennstoffdüsenanordnung 100, wie sie hierin beschrieben ist. Wie oben beschrieben, kann die Brennstoffdüsenanordnung 100 mehrere primäre Düsen 110 enthalten, die eine sekundäre Düse 120 umgeben. Die Düsen 110, 120 können in mehreren- in einer Endkappenanordnung 140 ausgebildeten Öffnungen 130 und durch diese hindurch angeordnet sein. Jede der Öffnungen 130 kann mit einer Ausnehmung 150 versehen sein oder einen geringfügigen Rücksprung aufweisen, der die Öffnung 130 ganz oder teilweise umgibt. Die Brennstoffdüsenanordnung 110 ist als Ganzes in der Brennkammer 30 positioniert. Andere Arten von Konstruktionen einer Brennstoffdüsenanordnung können hierin genutzt werden.

[0011] Fig. 3-5 zeigen die sekundäre Düse 120, die in der Endkappenanordnung 140 mittels einer Rollmembrandichtung 160 positioniert ist, wie sie hierin beschrieben ist. Zu der Rollmembrandichtung 160 kann ein Befestigungsring 170 gehören, der an der sekundären Düse 120 befestigt ist. Der Befestigungsring 170 kann ein gesondertes Element sein oder einstückig mit der Brennstoffdüse 120 ausgebildet sein. Der Befestigungsring 170 kann auf Inconel (einer Nickel-Chrom-Superlegierung, die durch Huntington Alloys Corporation, Huntington, West Virginia, vertrieben wird), Hastelloy X (einer Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän-Superlegierung, die durch Haynes International, Kokomo, Indiana, vertrieben wird), rostfreiem Stahl oder anderen Arten von Materialien basieren, die jenen ähneln, die für die Brennstoffdüse 120 selbst verwendet werden. Der Befestigungsring 170 kann die Brennstoffdüse 120 ganz oder teilweise umgeben. Der Befestigungsring 170 kann eine beliebige gewünschte Grösse, Form oder Konstruktion aufweisen.

[0012] Die Rollmembrandichtung 160 kann ferner auf einer Blattdichtung 180 basieren. Die Blattdichtung 180 kann aus Blech oder ähnliche Arten von Materialien hergestellt sein. Die Blattdichtung 180 kann an dem Befestigungsring 170 befestigt sein. Die Blattdichtung 180 kann im Wesentlichen becherförmig sein, wobei ein weitgehend gerader Abschnitt 190 in einen erweiterten gekrümmten Abschnitt 200 übergeht und in einem geringfügig eingerollten Abschnitt 210 endet. Andere Formen und Konstruktionen können hierin genutzt werden. Der gekrümmte Abschnitt 200 und der eingerollte Abschnitt 210 können sich über den Befestigungsring 170 hinaus erstrecken. Die Blattdichtung 180 kann an den Befestigungsring 170 mittels Schweiss-, Verbolzungs- und anderer Arten von Befestigungstechniken befestigt sein. Die Blattdichtung 180 kann nach Bedarf beliebig bemessen sein.

[0013] Im Betrieb kann, die Rollmembrandichtung 160 zwischen der Brennstoffdüse 120 und der Endkappenanordnung 140 angeordnet sein. Wie oben beschrieben, kann der Befestigungsring 170 an der Düse 120 befestigt sein, während die Blattdichtung 180 sich über den Befestigungsring 170 hinaus und in die Ausnehmung 150 hinein erstreckt, die die zentrale Öffnung 130 der Endkappenanordnung 140 umgibt. Andere Konstruktionen können hierin genutzt werden. Die Rollmembrandichtung 160 ist als ein Opferelement konstruiert, um eine verbesserte Abdichtung zu ermöglichen, d.h. die Abdichtfähigkeit der Rollmembrandichtung 160 kann sich im Gebrauch verbessern. Die Rollmembrandichtung 160 erlaubt ausserdem einen problemlosen Austausch und Wiedereinbau, ohne dabei die Düse 120 zu beschädigen oder wesentlich zu belasten.

[0014] Speziell sollte die Rollmembrandichtung 160 eine Verringerung der Probleme des Verschleisses und der Dauerfestigkeit ermöglichen, die im Zusammenhang mit der Relativbewegung zwischen der Düse 120, der Rollmembrandichtung 160 und der Endkappenanordnung 140 auftreten. Die Rollmembrandichtung 160 sollte diese Bewegung durch die Bereitstellung einer axialen Dichtungsgrenzfläche reduzieren. Im Vergleich zu bestehenden Dichtungen, eliminiert die Rollmembrandichtung 160 einen Freiheitsgrad der Bewegung, so dass Verschleiss und Beständigkeit verbessert sind. Die Rollmembrandichtung 160 ermöglicht somit einen Verringerung des Leckstroms mittels freier radialer Bewegung, d.h. die Rollmembrandichtung 160 erlaubt eine uneingeschränkte radiale Bewegung, ohne die Abdichtfähigkeit zu verschlechtern. Die Dichtung 160 kann in bestehende Komponenten nachgerüstet oder in neue Konstruktionen integriert werden.

[0015] Fig. 6-8 zeigen den Einsatz der um eine der primären Düsen 110 angeordneten Rollmembrandichtung 160. Wie gezeigt ist, gehört zu der Rollmembrandichtung 160 der Befestigungsring 170, der an der primären Düse 110 befestigt ist, wobei sich die Blattdichtung 180 davon weg erstreckt und mit der Ausnehmung 150 der Öffnung 130 in Berührung kommt. Die Rollmembrandichtung 160 kann in jeder der Öffnungen 130 der primären Düsen 110 und auch an anderer Stelle verwendet werden. Andere Konstruktionen können hierin genutzt werden.

[0016] Es sollte verständlich sein, dass sich das Vorausgehende lediglich auf spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht, und dass durch den Fachmann hierin zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen Gegenstand und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren äquivalente Bedeutungen definiert ist.

[0017] Die vorliegende Erfindung schafft eine Brennstoffdüsenanordnung 100. Die Brennstoffdüsenanordnung 100 kann eine Endkappenanordnung 140, mehrere Brennstoffdüsen 110, 120, die in der Endkappenanordnung 140 positioniert sind, und eine oder mehrere Rollmembrandichtungen 160 enthalten. Die Rollmembrandichtungen 160 können zwischen der Endkappenanordnung 140 und den Brennstoff düsen 110, 120 angeordnet sein.

Bezugszeichenliste

[0018] <tb>10<sep>Gasturbine <tb>20<sep>Verdichter <tb>30<sep>Brennkammer <tb>40<sep>Turbine <tb>50<sep>Externe Last <tb>100<sep>Brennstoffdüsenanordnung <tb>110<sep>Primäre Düsen <tb>120<sep>Sekundäre Düse <tb>130<sep>Öffnung <tb>140<sep>Endkappenanordnung <tb>150<sep>Ausnehmung <tb>160<sep>Rollmembrandichtung <tb>170<sep>Befestigungsring <tb>180<sep>Blattdichtung <tb>190<sep>Gerader Abschnitt <tb>200<sep>Gekrümmter Abschnitt <tb>210<sep>Eingerollter Abschnitt

Claims

1. Brennstoffdüsenanordnung (100), zu der gehören: eine Endkappenanordnung (140); mehrere Brennstoffdüsen (110, 120), die in der Endkappenanordnung (140) positioniert sind; und ein oder mehrere Rollmembrandichtungen (160); wobei die eine oder mehreren Rollmembrandichtungen (160) zwischen der Endkappenanordnung (140) und der einen oder den mehreren Brennstoffdüsen (110, 120) positioniert ist.

2. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Rollmembrandichtungen (160) einen Befestigungsring (170) und eine Blattdichtung (180) aufweisen.

3. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei der Befestigungsring (170) die Brennstoffdüse (110, 120) umgibt.

4. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Endkappenanordnung (140) mehrere Öffnungen (130) aufweist, und wobei die Blattdichtung (180) sich von dem Befestigungsring (170) ausgehend in die Öffnung (130) erstreckt.

5. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 4, wobei die mehreren Öffnungen (130) eine Ausnehmung (150) darin aufweisen, und wobei die Blattdichtung (180) sich in die Ausnehmung (150) erstreckt.

6. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Blattdichtung (180) einen geraden Abschnitt (190) aufweist, der in einen gekrümmten Abschnitt (200) übergeht und in einem eingerollten Abschnitt (210) endet.

7. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Brennstoffdüsen (110, 120) mehrere primäre Düsen (110) beinhalten.

8. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Brennstoffdüsen (110, 120) eine sekundäre Düse (120) beinhalten.

9. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Rollmembrandichtungen (160) ein Opferelement beinhalten.

10. Brennstoffdüsenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Rollmembrandichtungen (160) auf einer axialen Dichtung basieren.