Beschreibung
Verbindungsschelle mit Metalldrahtmatte als Dämpfungselement Bei dem Betrieb von strömungstechnischen Anlagen, welche eine Anzahl an Rohrleitungen umfassen, kommt es mitunter zu
Schwingungsbewegungen der Rohrleitungen aufgrund der sich verändernden Druckverhältnisse innerhalb dieser. Zudem können auch Kräfte zu diesen Bewegungen beitragen bzw. diese Bewe- gungen auch veranlassen, welche von außen der Anlage aufgeprägt werden oder durch andere Komponenten der Anlage erzeugt werden und damit dazu beitragen, die Rohrleitungen in Schwingung zu versetzen. Aufgrund der Bewegungen können sich nicht nur Schäden an den Rohrleitungen selbst ergeben, sondern es können sich bspw. auch Resonanzschwingungen aufbauen, welche zu größeren Schäden an der gesamten Anlage führen können. Bei dem Betrieb von Gasturbinen kommt es bspw. zu derartigen Schwingungsbewegungen in den Rohrleitungen der externen
Brennstoffzufuhr . Die Schwingungsbewegungen können hierbei etwa die Schweißnähte an den Rohrleitungen, z.B. die Schwei߬ nähte zwischen Winkelstücken und dem Brennerflansch, beschädigen. Kommt es zu einem Versagen der Schweißnähte, ist mit¬ unter das Abschalten der gesamten Gasturbine erforderlich, welches hohe Stillstandkosten zur Folge hat.
Um die Schwingungsbewegungen in derartigen Rohrleitungen zu vermindern, werden typischerweise Rohrschellen eingesetzt, welche eine Anzahl an Rohrleitungen miteinander verbinden. Zwischen den Rohrschellen und den Rohrleitungen wird bspw. ein Dämpfungsmaterial vorgesehen, welches zu einer Verschie¬ bung der auftretenden Schwingungsfrequenzen führt und zu einer vorteilhaften Überlagerung bzw. Kopplung der Bewegungen einzelner Rohrleitungen. Aufgrund der Dämpfung mittels des Dämpfungselementes können zudem ungewünschte Bewegungen, ins- besondere Resonanzen deutlich abgemildert werden, da Schwingungsenergie gezielt in andere Energieformen umgesetzt werden kann .
Als Dämpfungselemente werden etwa bei Brennstoffrohrleitungen einer Gasturbine Silikonmaterialien eingesetzt, die bis zu einer Temperatur von etwa 325 °C temperaturbeständig sind. Da jedoch bei Betrieb einer Gasturbine die betreffenden Rohrlei- tungen mitunter diesen Temperaturbereich erreichen und sogar noch übersteigen, besteht die Gefahr des Versagens des Sili¬ konmaterials .
Insofern ist es vorliegend Aufgabe der Erfindung, eine geeig- nete Verbindungsschelle vorzuschlagen, welche auch bei höhe¬ ren Temperaturen, insbesondere bei 325 °C und darüber ohne Materialversagen eingesetzt werden kann. Gleichzeitig soll die Verbindungsschelle eine ausreichende Dämpfung der Bewe¬ gungen der Rohrleitungen ermöglichen, so dass die Rohrleitun- gen sicher genutzt werden können.
Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsschelle gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Rohrsystem gemäß Anspruch 6, ein Brennstoffrohrsystem ge- mäß Anspruch 10 sowie eine Gasturbine gemäß Anspruch 11.
Insbesondere werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Verbindungsschelle zur Verbindung zweier Rohrleitungen, umfassend einen ersten Schellenarm, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens teilweise um einen
Umfang einer ersten Rohrleitung zu verlaufen, und einen zweiten Schellenarm, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens teilweise um einen Umfang einer zweiten Rohrleitung zu verlaufen, wobei der erste und zweite Schellenarm gedämpft mit- einander verbunden sind, und als Dämpfungselement wenigstens eine Metalldrahtplatte vorgesehen ist.
Weiterhin werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch ein Rohrsystem umfassend wenigstens eine erste Rohrleitung und eine zweite Rohrleitung, welche beide mittels einer Verbindungsschelle gemäß der vorangehenden wie auch nachfolgenden Beschreibung verbunden sind.
Überdies werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch ein Brennstoffrohrsystem einer Gasturbinenanlage umfassend wenigstens eine erste Rohrleitung zur Beförderung von Brennstoff und eine zweite Rohrleitung zur Beförderung von Brennstoff, welche beide mittels einer Verbindungsschelle wie vorab und nachfolgend beschrieben, verbunden sind.
Ebenso werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Gasturbine umfassend ein solches Brenn- stoffrohrsystem.
Die grundlegende Erfindungsidee ist darin zu sehen, dass zwei Schellenarme einer Verbindungsschelle miteinander gedämpft verbunden sind, wobei als Dämpfungselement eine Metalldraht- matte vorgesehen ist. Die Metalldrahtmatte besteht hierbei typischerweise aus einem Gewirr einzelner verschlungener Metalldrähte, wobei die Metalldrahtmatte bei entsprechender Kraftbeaufschlagung zu einer Reibung einzelner Drähte in dem Verbund Anlass gibt. Das Gewirr kann natürlich auch durch ei- ne textile Struktur beliebiger Art ersetzt sein, soweit diese bei Kraftbeaufschlagung eine entsprechende Dämpfung durch Reibung einzelner Drähte verursacht. Diese Reibung führt zu einem energetischen Verlust, welcher mechanische Energie in Wärmeenergie umsetzt. Insofern eignet sich die Metalldraht- matte bei Kraftbeaufschlagung auch bei hohen Temperaturen eine derartige Energieumsetzung zu vollführen. Werden also die durch die Verbindungsschelle verbundenen Rohrleitungen etwa bei Druckschwankungen des Betriebsmittels in den Rohrleitungen zu Schwingungsbewegungen angeregt, können diese Bewegun- gen nach Einleitung einer Schwingungskraft in die Metall¬ drahtmatte gedämpft werden. Da die Metalldrahtmatte auch bei hohen Temperaturen thermisch stabil vorliegt, kann eine derartige Schwingungsdämpfung auch bei hohen Temperaturen, insbesondere auch bei Temperaturen von über 325 °C erreicht wer- den.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass die Dämpfung im erfindungsgemäßen Sinne als mechanische Dämpfung
in Bezug auf eine Bewegung der beiden Schellenarme bzw. Rohrleitungen gegeneinander zu verstehen ist. In anderen Worten wird bei Bewegung der beiden Schellenarme wenigstens ein Teil der Bewegungsenergie in thermische Wärme durch Reibung umge- setzt, so dass bei Bewegung der beiden Schellenarme bzw.
Rohrleitungen eine mechanische Dämpfung erfolgen kann.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass eine Verbindung im erfindungsgemäßen Sinn nicht die Halterung der beiden Rohrlei- tungen in der Verbindungsschelle erfordert, sondern eine rei¬ ne materialtechnische Verbindung bereits ausreichend ist. So können die beiden Rohrleitungen bspw. auch durch die Verbindungsschelle miteinander verspannt sein. Bevorzugt sind die beiden Rohrleitungen mit den beiden Schellenarmen in direktem Kontakt, so dass eine kraftschlüssige Übertragung von Schwin¬ gungsenergie aus den Rohrleitungen in die Schellenarme erfol¬ gen kann. Zudem sind die Schellenarme bevorzugt aus metalli¬ schem Material, da dieses ebenfalls gegenüber thermisch an¬ spruchsvollen Anwendungen stabil vorliegen kann.
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schellenarm dazu ausgebildet ist, um mehr als die Hälfte des Umfangs der ers¬ ten Rohrleitung zu verlaufen und/oder der zweite Schellenarm dazu ausgebildet ist, um mehr als die Hälfte des Umfangs der zweiten Rohrleitung zu verlaufen. Das Verlaufen in Umfangs- richtung erfordert hierbei eine geeignete Nachbildung der Um- fangsfläche der Rohrleitungen, so dass die Rohre praktisch in dem Schellenarm gehaltert werden können, ohne weiterer Vor- richtungen zu bedürfen. Aufgrund des Verlaufs um mehr als die Hälfte des Umfangs der jeweiligen Rohrleitung kann diese in den jeweiligen Schellenarm gehaltert werden, ohne aus der Halterung unter Abwesenheit einer mechanischen Kraftbeaufschlagung heraus zu rutschen. Folglich liegt ein effektiver Halterungsmechanismus vor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schellenarm im Bereich
eines Schellenarmendes mit dem zweiten Schellenarm ebenfalls im Bereich eines Schellenarmendes verbunden ist, wobei die beiden anderen Schellenarmenden der beiden Schellenarme miteinander unverbunden vorliegen. Die Schellenarmenden beziehen sich hierbei auf die Enden der Schellenarme in Längsverlaufs¬ richtung eines Materialverlaufs von diesen. Insbesondere kön¬ nen die beiden verbundenen Schellenarme zudem einen Abschnitt aufweisen, welcher in verbundener Form im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Dämpfungselementes verläuft, so dass die Kraftübertragung während des Betriebs auf eine grö¬ ßere Fläche des Dämpfungselementes erfolgt. Weiterhin haltern insbesondere die beiden unverbundenen Schellenarmenden jeweils eine Rohrleitung. Eine Verbindung lediglich in einem Bereich, in welchem die beiden Schellenarmenden unterschied- licher Schellenarme miteinander verbunden sind, verringert den Materialaufwand und erleichtert eine leichtere Wartung, da die Anordnung des Verbindungsbereiches in einem zugängli¬ chen Bereich der Rohrleitungen vorgenommen werden kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schellenarm im Bereich eines
Schellenarmendes mit dem zweiten Schellenarm ebenfalls im Be¬ reich eines Schellenarmendes verbunden ist, wobei die beiden anderen Schellenarmenden der beiden Schellenarme miteinander in eine lösbare Hakverbindung gebracht sein können. In anderen Worten können die beiden anderen Schellenarmenden miteinander lösbar verhakt werden. Die Hakverbindung ist insbesondere materialschlüssig, d.h. die Materialien oder beide
Schellenarme berühren sich materialschlüssig.
Die Hakverbindung kann weiterhin derart ausgebildet sein, dass die beiden verhakten Schellenarmenden gegenpassende Umbördelungen aufweisen, welche nach Verhakung ineinander greifen, und so die beiden Schellenarmenden aneinander befes- tigen können. Die zusätzliche Hakverbindung an den jeweils einander zugeordneten Schellenarmenden stellen eine zusätzlich Befestigungsmöglichkeit bereit, mittels welcher die bei¬ den Rohrleitungen nochmals verbessert miteinander verbunden
werden können. Aufgrund der Lösbarkeit der Hakverbindung kann diese auch bei Bedarf relativ schnell wieder gelöst werden, so dass etwa ein Austausch der Verbindungsschelle, wenn not¬ wendig, leicht erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsvariante, kann der erste Schellenarm im Bereich eines Schellenarmendes mit dem zweiten Schellenarm ebenfalls im Bereich eines Schellenarmendes ver¬ bunden sein, wobei die beiden anderen Schellenarmenden der beiden Schellenarme ebenfalls gedämpft miteinander verbunden sind, und als Dämpfungselement wenigstens eine Metalldraht¬ matte, insbesondere eine weitere Metalldrahtmatte vorgesehen ist. Eine beidseitig gedämpfte Verbindung der Schellenarmen¬ den kann eine verbesserte Dämpfungswirkung gewährleisten im Vergleich zu einer Ausführungsform, bei welcher lediglich eines der Schellenarmenden nur mit einer Dämpfung versehen ist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der erste Schellenarm im Bereich des einen Schellenarmendes mit dem zweiten Schellenarm ebenfalls im Bereich des einen Schellenarmendes derart ver¬ bunden ist, dass die beiden Schellenarme wenigstens bereichs¬ weise mittelbar über das Dämpfungselement miteinander verbunden vorliegen. Die beiden Schellenarme werden also bei Bewe¬ gung der jeweiligen Rohrleitungen die Bewegungsenergie stets in das Dämpfungselement direkt einleiten, wo die mechanische Dämpfung erfolgen kann.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die beiden verbundenen Schellenarmenden eine Aus- sparung aufweisen, durch welche ein Haltestift zur Verbindung beider verläuft. Der Haltestift kann derart mit den beiden Schellenarmenden verbunden sein, dass diese weiterhin ein Bewegungsspiel aufweisen, wobei die Bewegung innerhalb des Spiels von dem Dämpfungselement gedämpft ist. Zudem sorgt der Haltestift für eine sichere Verbindung der beiden Schellenarme, so dass auch bei großen Schwingungsamplituden eine effektive Dämpfung erfolgen kann. Alternativ zu einer solchen Ausführungsform kann natürlich auch der Haltestift an einem
Schellenarmende fest abgebracht sein, so dass dieser keine entsprechende Aussparung aufweisen muss.
Gemäß einer darüber hinausgehenden Weiterbildung der Erfindung kann das Dämpfungselement ebenfalls ein Loch aufweisen, durch welches der Haltestift verläuft. Insofern kann gewähr¬ leistet werden, dass das Dämpfungselement nicht aus der Ver¬ bindungsschelle unbeabsichtigt herausfallen kann und die Ver¬ bindungsschelle infolgedessen nur noch eine ungenügende bzw. keine Dämpfung mehr ausführen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Haltestift als Gewindestift ausgebildet sein, welcher mit den beiden Schel- lenarmenden verspannt ist bzw. verspannt werden kann. Eine Verspannung kann etwa so erfolgen, dass die Gewindestiftenden mit jeweils einer Mutter verschraubt werden, bis die beiden Schellenarmenden unter Verspannung vorliegen. Der Gewindestift erlaubt folglich eine besonders einfache, kostengünsti¬ ge und leicht zu wartende Ausführungsform des Haltestifts. Ebenso ist es gemäß einer alternativen Ausführungsform denkbar, dass der Haltestift als Schraube ausgebildet ist. Eine solche kann etwa lose durch die Aussparungen der beiden
Schellenarme geführt sein, oder aber auch an einem Schellenarm bereits befestigt, etwa angeschweißt oder mit dem Schel- lenarm verpresst sein. Nach entsprechender Anbringung der
Verbindungsschelle an einem Rohrsystem kann etwa die Schraube dazu dienen, die Verbindungsschelle und das Rohrsystem mitei¬ nander zu verspannen. Um die Einführung einer fest mit einem Schellenarm verbundenen Schraube in die Aussparung des ande- ren Schellenarms zu unterstützen, kann die Aussparung des anderen Schellenarms auch als Schlitz ausgebildet sein.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail näher erläutert werden. Hierbei sei darauf hingewie- sen, dass die technischen Merkmale in den Figuren, welche mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, gleiche technische Wirkungen aufweisen sollen.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren lediglich schematisch zu verstehen sind und keine Einschränkung hinsichtlich der Ausführbarkeit der Erfindung erlauben. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Gesamtheit mit einer beliebigen Kombination der nachfolgend dargestellten technischen Merkmale beansprucht werden soll, soweit die sich ergebende Ausführungsform die der Er¬ findung zugrundeliegende Aufgabe lösen kann.
Hierbei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht auf eine erste Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemäßen Rohrsystems bzw.
Brennstoffrohrsystems umfassend eine erste Ausfüh¬ rungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungschelle;
Figur 2 eine seitliche Schnittansicht durch die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohr- Systems bzw. Brennstoffrohrsystems ;
Figur 3 eine perspektivische Seitenansicht auf eine weitere
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rohrsystems bzw. Brennstoffrohrsystems umfassend eine Ausfüh- rungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsschelle;
Figur 4 eine seitliche Schnittansicht durch die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrsystems bzw. Brennstoffrohrsystems .
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Rohrsystems 40 bzw. Brennstoffrohrsystems 50, welches ei¬ ne Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsschelle 1 aufweist. Das Brennstoffrohrsystem 50 kann auch ein Teil ei- ner nicht weiter gezeigten Gasturbine sein. Die Verbindungs¬ schelle 1 weist hierbei einen ersten Schellenarm 11 sowie ei¬ nen zweiten Schellenarm 12 auf, die jeweils eine erste Rohrleitung 5 bzw. eine zweite Rohrleitung 6 umfassen. Zur Ver-
bindung der beiden Schellenarme 11, 12 ist an einem Schellen- armende 13 des ersten Schellenarms 11 sowie an einem Schel- lenarmende 14 des zweiten Schellenarms 12, eine Verbindung mittels eines Haltestifts 30 vorgesehen. Die jeweiligen
Schellenarmenden 13, 14 weisen eine geeignete Aussparung auf, durch welche der als Gewindestift ausgeführte Haltestift 30 geführt ist. Gleichzeitig ist zwischen den beiden Schellenarmenden 13, 14 ein Dämpfungselement 20 angeordnet, welches als Metalldrahtmatte ausgebildet ist. Zum Verspannen der beiden Schellenarme miteinander, ist jeweils endständig an dem Hal¬ testift 30 eine Mutter 31 derart aufgeschraubt, so dass nach entsprechender Kraftbeaufschlagung die jeweiligen Schellenarmenden 13, 14 gegen das Dämpfungselement 20 drücken. Um eine Verbesserung der Kraftübertragung aus den Schellarmen 11, 12 auf das Dämpfungselement 20 zu erreichen, sind die jeweiligen Schellenarmenden 13, 14 derart geformt, dass sie wenigstens bereichsweise entlang der Oberfläche des Dämpfungselements 20 parallel verlaufen. Insbesondere verlaufen damit auch die beiden Schellenarmenden 13, 14 parallel zueinander.
Die jeweils anderen Schellenarmenden 15, 16 des ersten Schellenarms 11 bzw. Schellenarms 12 umfassen jeweils eine Rohr¬ leitung 5, 6. Die Umfassung ist ausführungsgemäß material¬ schlüssig derart ausgeführt, dass die jeweiligen Schellenarme 11, 12, bzw. Schellenarmenden 15, 16 die Umfangsform der ersten Rohrleitung 5 bzw. zweiten Rohrleitung 6 nachformen.
Kommt es nun bspw. aufgrund von Druckschwankungen bei Betrieb der Rohrleitungen zu Schwingungsbewegungen derselben, werden die mechanischen Kräfte von den jeweiligen Rohrleitungen 5, 6 über die Schellenarme 11, 12 in das Dämpfungselement 20 ein¬ geleitet. Da das Dämpfungselement 20 eine Metalldrahtmatte ist, werden die darin befindlichen Metalldrähte mit entspre¬ chenden Bewegungen beaufschlagt, die zu einer Reibung der einzelnen Metalldrähte in dem Dämpfungselement 20 Anlass ge- ben. Aufgrund der Reibungserscheinungen kommt es zum Abbau der mechanischen Energie und Umsetzung in thermische Energie. Eine Dämpfung ist somit erreicht.
Figur 2 zeigt die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrsystems 40 bzw. Brennstoffrohrsystems 50 gemäß Figur 1 in ei¬ ner seitlichen Schnittansicht. Hierbei ist gut zu erkennen, dass der Haltestift 30 sowohl durch Aussparungen an den
Schellenarmenden 13, 14 wie auch durch ein Loch in dem Dämpfungselement 20 verläuft. Das Dämpfungselement 20 kann folg¬ lich auch bei ungünstigen Schwingungsverhältnissen aus dem Verbund nicht mehr herausfallen, so dass ein sicherer Betrieb erfolgen kann.
Weiterhin zeigt die Schnittansicht, dass sowohl der erste Schellenarm 11 als auch der zweite Schellenarm 12 dazu ausgebildet sind, um mehr als die Hälfte des Umfangs der jeweili¬ gen Rohrleitungen 5, 6 zu verlaufen. Die Rohrleitungen wer- den folglich in den jeweiligen Schellenarmen 11, 12 sicher gehaltert. Vorliegend ist die Umfassung des jeweiligen Rohr¬ querschnitts durch den zugehörigen Schellenarm 11, 12, höchstens um 5 % mehr im Vergleich zu einer genau hälftigen Umfassung (d.h. Umfassung um 180° in Umfangsrichtung des Rohrquer- Schnitts) vorgesehen. Ausführungsgemäß erlaubt dies die je¬ weiligen Rohrleitungen 5, 6 in die zugehörigen Schellenarmenden 15, 16 einzuklippen und weitgehend sicher zu haltern.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Rohrsystems 40, bzw. Brennstoffrohrsystems 50, welches eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsschelle 1 aufweist. Das Brennstoffrohrsystem 50 kann auch ein Teil einer nicht weiter gezeigten Gasturbine sein. Die in Figur 3 gezeigte Verbindungsschelle 1 unterscheidet sich von den in den vorherigen Figuren gezeigten Verbindungschellen 1 dahingehend, dass die nicht über das Dämpfungsele¬ ment 20 verbundenen Schellenarmenden 15, 16 in einer
Hakverbindung miteinander vorliegen. Die Schellenarmenden 15, 16 sind wenigstens zum Teil mit einer Umbördelung versehen, wobei die jeweiligen Umbördelungen der einander zugeordneten Schellenarmenden 15, 16 mit der jeweiligen anderen gegenpassend ausgebildet sind. Infolgedessen können die beiden
Umbördelungen ineinander greifen, um eine Hakverbindung aus-
zubilden. Diese Hakverbindung kann leicht durch geeignete mechanischen Handhabung wieder gelöst werden, so dass die gesamte Verbindungsschelle 1 von den Rohrleitungen 5, 6 wieder leicht entfernt werden kann.
Figur 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht durch die Ausfüh¬ rungsform des in Figur 3 gezeigten Rohrsystems 40, bzw.
Brennstoffrohrsystems 50. Hierbei kann die Hakverbindung der beiden Schellenarmenden 15, 16 klar wahrgenommen werden.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .