(19) |
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(11) |
EP 2 242 915 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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13.06.2018 Patentblatt 2018/24 |
(22) |
Anmeldetag: 16.02.2009 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2009/051763 |
(87) |
Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2009/103671 (27.08.2009 Gazette 2009/35) |
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(54) |
GASTURBINE MIT VERBESSERTER KÜHLARCHITEKTUR
GAS TURBINE HAVING AN IMPROVED COOLING ARCHITECTURE
TURBINE À GAZ À ARCHITECTURE DE REFROIDISSEMENT AMÉLIORÉE
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO
PL PT RO SE SI SK TR |
(30) |
Priorität: |
20.02.2008 CH 2442008
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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27.10.2010 Patentblatt 2010/43 |
(73) |
Patentinhaber: General Electric Technology GmbH |
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5400 Baden (CH) |
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(72) |
Erfinder: |
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- HÄHNLE, Hartmut
79790 Küssaberg (DE)
- JONES, Russell Bond
Jupiter
Florida 33458 (US)
- VOGEL, Gregory
Palm Beach Gardens
Florida 33410 (US)
- TSCHUOR, Remigi
5210 Windisch (CH)
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(74) |
Vertreter: General Electric Technology GmbH |
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Global Patent Operation - Europe
Brown Boveri Strasse 7 5400 Baden 5400 Baden (CH) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 239 020 EP-A- 0 321 809 EP-A- 1 207 273 DE-A1- 2 356 722 JP-A- 2003 286 863 US-A- 6 018 950
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EP-A- 0 284 819 EP-A- 0 599 055 EP-A- 1 482 246 DE-A1- 19 644 378 US-A- 3 652 181 US-A1- 2007 180 827
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der thermischen Maschinen.
Sie betrifft eine thermische Maschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
[0002] Gasturbinen, wie sie von der Anmelderin beispielsweise unter anderen unter der Typenbezeichnung
GT13E2 angeboten werden, werden mit einer Ringbrennkammer betrieben. Die Verbrennung
selbst geschieht vorzugsweise, aber nicht ausschliesslich über Vormischbrenner (im
folgenden kurz Brenner genannt), wie sie beispielsweise aus
EP-A1-321 809 oder
EP-A1-704 657 hervorgehen, wobei diese Druckschriften und die davon abgeleiteten Weiterentwicklung
dieser Vormischbrenner einen integrierenden Bestandteil dieser Anmeldung sind. Eine
solche Ringbrennkammer geht beispielsweise aus
DE-A1-196 44 378 hervor, welche in der Fig. 1 dieser Anmeldung ausschnittweise wiedergegeben ist.
Die in Fig. 1 dargestellte Gasturbine 10 hat ein Turbinengehäuse 11, welches im Bereich
der Brennkammer 15 ein mit verdichteter Verbrennungsluft gefülltes Plenum 14 umschliesst.
Konzentrisch um den zentralen Rotor 12 herum ist im Plenum 14 die ringförmige Brennkammer
15 angeordnet, die in einen Heissgaskanal 22 übergeht. Der Raum wird nach innen durch
eine innere Schale 21' und nach aussen durch eine äussere Schale 21 begrenzt. Inner
Schale 21' und äussere Schale 21 sind jeweils in einer Trennebene in Oberteil und
ein Unterteil aufgeteilt. Oberteil und Unterteil von innerer und äusserer Schale 21',
21 sind in der Trennebene so verbunden, dass ein Ringraum gebildet wird, der das von
den Brennern 16 erzeugte Heissgas auf die Laufschaufeln 13 der Turbine leitet. Die
Trennebene ist zur Montage und Demontage der Maschine erforderlich. Die Brennkammer
15 selbst ist mit speziellen Wandsegmenten 17 ausgekleidet.
[0003] Innere und äussere Schale 21', 21 sind in der beschriebenen Ausführung konvektiv
gekühlt. Dabei strömt Kühlluft, die als Verdichterluftstrom 23 vom Verdichter kommend
in das Plenum 14 eintritt, vornehmlich in entgegengesetzter Strömungsrichtung des
Heissgases im Heissgaskanal 22 Vom Plenum 14 aus strömt diese Kühlluft dann durch
einen äusseren und inneren Kühlkanal 20 bzw. 20' weiter, welche Kühlkanäle durch die
Schalen 21, 21' im Abstand umgebende Kühlhemden 19, 19' gebildet werden. Die Kühlluft
strömt in den Kühlkanälen 20, 20' entlang den Schalen 21, 21' in Richtung der die
Brennkammer 15 umgebenden Brennkammerhaube 18. Dort steht die Luft dann den Brennern
16 als Verbrennungsluft zur Verfügung.
[0004] Von den Brennern 16 strömt das Heissgas zur Turbine (Laufschaufeln 13) und dabei
entlang der heissgasseitigen Oberflächen der inneren und äusseren Schale 21', 21.
Die Strömung entlang dieser Oberflächen ist dabei jedoch nicht homogen, sondern wird
beeinflusst durch die Anordnung der Brenner 16.
[0005] Innere und äussere Schale 21', 21 sind sowohl thermisch als auch mechanisch belastet.
Diese Belastungen sind, auch im Zusammenhang mit der Betriebsweise, bestimmend für
die Lebensdauer von innerer und äusserer Schale 21', 21 und für die daraus resultierenden
Inspektionsintervalle. Die oben angesprochenen Ungleichförmigkeiten der Strömung treten
sowohl auf der Heissgasseite als auch auf der Kühlluftseite auf. Die heissgasseitigen
Ungleichförmigkeiten resultieren in erster Linie aus der Brenneranordnung. Die kühlluftseitigen
Ungleichförmigkeiten werden vorrangig durch Einbauten in den Kühlkanälen 20, 20' verursacht.
[0006] Die
EP 1 482 246 A1 beschreibt eine Brennkammer mit einer brennkammerseitig zugewandten Brennkammerwand,
an der zur Auslegung für Brennertemperaturen von bis zu 1500°C Hitzeschildelemente
über Befestigungsmittel angebracht sind, wobei die Brennkammerwand und die der Brennkammerwand
zugewandte Oberfläche der Hitzeschildelemente einen Kühlspalt einschliessen, durch
den Kühlluft mit entgegengesetzter Strömungsrichtung zur Heissgasströmung innerhalb
der Brennkammer strömt. Um thermisch besonders stark belastete Brennkammerwandbereiche
eine verstärkte lokale Kühlwirkung zukommen zu lassen, werden längs des Kühlkanals
an Seiten der Brennkammerwand den Strömungsquerschnitt des Kühlkanals verengende Strömungselemente
eingefügt. Eine Befestigung der Strömungselemente längs der Brennkammerwand erfolgt
mittels geeigneter Formschlussverbindungen (siehe hierzu Spalte 9, Zeilen 24 bis 28).
Die Strömungselemente werden innerhalb des Kühlkanals derart angeordnet, dass thermisch
hochbelastete Wandabschnitte des Hitzeschildelementes einer verstärkten Kühlung ausgesetzt
werden, indem die Kühlluftströmung in diesem Bereich durch Querschnittsverminderung
erhöht wird.
[0007] Aus der japanischen Druckschrift
JP 2003286863 A ist eine doppelwandige Brennkammerwand zu entnehmen, mit einer den Heissgaskanal
begrenzenden äusseren Schale sowie einen die äussere Schale umgebenden Kühlhemd. Zur
Erhöhung der Kühlwirkung ist das Kühlhemd nach D2 mit Perforationen durchsetzt, so
dass die Voraussetzung für eine Prallluftkühlung der äusseren Schale der Brennkammer
realisiert ist.
[0008] Die
EP 0 599 055 A1 beschreibt eine Gasturbinenbrennkammer mit einer die Brennkammerwand beabstandet
umgebenden Lochplatte 3, durch die ebenfalls eine Prallkühlluftsituation der Brennkammerwand
3 geschaffen wird.
[0009] EP 1 207 273 A2, sieht zur Prallluftkühlung einer Brennkammerwand 10, die den Heissgaskanal umgibt,
eine Lochplattenanordnung 122 vor, die eine Vielzahl von Löchern 26 enthält, von denen
ein Teil der Löcher mit kappenartigen Luftleitblechen versehen ist, die einen erhöhten
Kühlluftströmungsanteil senkrecht durch die jeweiligen Löcher hindurchzuleiten vermögen.
[0010] Die
US 3,652,181 beschreibt gleichfalls eine Prallluftkühlung für die den Heissgaskanal umgebende
Brennkammerwand.
Darstellung der Erfindung
[0011] Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine thermische Maschine, insbesondere Gasturbine,
so zu gestalten, dass die Belastung der thermisch besonders beaufschlagten Anlagenteile
vergleichmässigt wird und dadurch die Lebensdauer der Anlage insgesamt verlängert
wird.
[0012] Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wesentlich
für die Erfindung ist, dass diese Vergleichmässigung durch einen Eingriff in die Kühlung
erreicht wird, indem zum Ausgleich von lokalen Ungleichmässigkeiten in der thermischen
Belastung der Schale bzw. in der Strömung des Kühlmediums im Kühlkanal das Kühlhemd
eine lokale Ausbeulung in Form eines Doms aufweist, die eine lokale Vergrösserung
des Kühlkanalquerschnitts ergibt. Hierdurch kann auf einfache Weise die Kühlung lokal
verstärkt werden, um entsprechende lokale thermische Mehrbelastungen abzubauen.
[0013] Eine Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf der Aussenseite
der Schale in den Kühlkanal hineinragende Einbauten vorhanden sind, und dass die durch
die Einbauten verursachte lokale Verengung des Kühlkanals durch eine entsprechende
lokale Konturierung des Kühlhemds kompensiert wird.
[0014] Insbesondere kann die lokale Konturierung des Kühlhemds einen sich über den Bereich
der Einbauten erstreckenden, nach aussen wölbenden Dom im Kühlhemd umfassen.
[0015] Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zum Ausgleich einer an einem
bestimmten Ort auftretenden, erhöhten thermischen Belastung der Schale oder zum Ausgleich
einer durch Einbauten verursachten lokalen Verengung des Kühlkanals an diesem Ort
Mittel zum Einführen von zusätzlicher Kühlluft in den Kühlkanal vorgesehen sind, wobei,
wenn das Kühlhemd auf der Aussenseite von unter erhöhtem Druck stehenden Kühlmedium
beaufschlagt ist, die Mittel zum Einführen von zusätzlicher Kühlluft in den Kühlkanal
vorzugsweise Kühlöffnungen im Kühlhemd umfassen.
[0016] Insbesondere kann die betreffende thermische Maschine eine Gasturbine mit einer Brennkammer
sein, und der Heissgaskanal von der Brennkammer zu einer ersten Reihe von Laufschaufeln
führen. Darüber hinaus kann die Brennkammer ringförmig ausgebildet und in einer Trennebene
auftrennbar sein, wobei der Heissgaskanal durch eine äussere Schale und eine innere
Schale begrenzt wird, und durch ein entsprechendes inneres und äusseres Kühlhemd ein
innerer und äusserer Kühlkanal ausgebildet wird.
[0017] Vorzugsweise umfasst die Gasturbine einen Verdichter zur Verdichtung angesaugter
Verbrennungsluft, wobei der Ausgang des Verdichters mit einem Plenum in Verbindung
steht, und die Brennkammer mit dem daran anschliessenden Heissgaskanal und den angrenzenden
Kühlkanälen so im Plenum angeordnet und vom Plenum umgeben ist, dass verdichtete Luft
aus dem Plenum entgegen dem Heissgasstrom im Heissgaskanal durch die Kühlkanäle zu
an der Brennkammer angeordneten Brennern strömt. Darüber hinaus können die Brenner
mit Vorteil als Vormischbrenner, insbesondere als Doppelkegelbrenner, ausgebildet
sein.
Kurze Erläuterung der Figuren
[0018] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
der Zeichnung näher erläutert werden. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung
nicht erforderlichen Elemente sind weggelassen worden. Gleiche Teile sind in den verschiedenen
Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien
ist mit Pfeilen angegeben. Es zeigen
- Fig. 1
- den Längsschnitt durch eine gekühlte Ringbrennkammer einer Gasturbine nach dem Stand
der Technik;
- Fig. 2
- in mehreren Teilfiguren 2A bis 2D einen Kühlkanal ohne innen liegende Hindernisse
mit einer lokalen (Dom-artigen) Anpassung im Kühlhemd (Fig. 2A) gemäss einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und ohne Anpassung (Fig. 2B), sowie einen mit Rippen ausgestatteten
Kühlkanal mit einer lokalen (Dom-artigen) Anpassung im Kühlhemd gemäss einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 2C), und ohne Anpassung (Fig. 2D);
- Fig. 3
- in mehreren Teilfiguren 3A bis 3D einen Kühlkanal mit innen liegenden Einbauten mit
einer lokalen (Dom-artigen) Anpassung im Kühlhemd gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung, in Strömungsrichtung gesehen (Fig. 3A) und quer zur Strömungsrichtung
gesehen (Fig. 3B), sowie die Anordnung gemäss Fig. 3A,B mit zusätzlicher Kühlluftzuführung
gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, in Strömungsrichtung gesehen
(Fig. 3C) und quer zur Strömungsrichtung gesehen (Fig. 3D);
- Fig. 4
- in einer perspektivischen Seitenansicht ein in einer Trennebene teilbares Kühlhemd
für eine Gasturbinen-Ringbrennkammer mit lokalen Anpassungen gemäss einem anderen
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 5
- einen vergrösserten Ausschnitt des Kühlhemds aus Fig. 4 mit einem die lokalen Anpassungen
aufweisenden Ringsegment; und
- Fig. 6
- für sich genommen das die lokalen Anpassungen aufweisenden Ringsegment aus Fig. 5.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0019] Im Rahmen der Erfindung wird die Verteilung der Kühlluft durch ein (lokales) Anpassen
des Kühlkanal-Querschnittverlaufs im Zusammenspiel mit im Kühlkanal vorhandenen Einbauten
so beeinflusst, dass sich eine lokale Anpassung des Kühlluftmassenstromes bzw. eine
lokale Anpassung des Wärmeüberganges zwischen Schale und Kühlluft einstellt. Der Kühlkanalquerschnitt
ist dabei definiert durch die bestehende Kontur der inneren bzw. äusseren Schale und
eine modifizierte, d.h. in ihrer Form angepasste Konturierung der Kühlluftbleche (Kühlhemden),
welche auf der inneren bzw. äusseren Schale montiert sind.
[0020] In Fig. 2B ist im Schnitt quer zur Strömungsrichtung der Kühlluft 24 und des in entgegengesetzter
Richtung strömenden Heissgases 25 ein zwischen der Schale 21 und dem Kühlhemd 19 gebildeter
Kühlkanal gezeigt, der einen im dargestellten Ausschnitt konstanten Strömungsquerschnitt
aufweist. Gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann nun eine lokale Veränderung
des Strömungsquerschnitts dadurch herbeigeführt werden, dass das Kühlhemd (lokal)
mit einer Ausbeulung in Form eines Doms 26 versehen wird. Durch den Dom 26, der sich
in Strömungsrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) über eine grössere Länge erstrecken
kann (siehe Fig. 3B und 3D), ergibt sich eine lokale Vergrösserung des Kühlkanalquerschnitts,
die zu einer lokal verbesserten Kühlung führt und damit zum Abbau einer an dieser
Stelle auftretenden erhöhten thermischen Belastung beitragen kann.
[0021] Ein solcher Schritt (von Fig. 2D zu Fig. 2C) bietet sich insbesondere dann an, wenn
im Kühlkanal 20 als Hindernisse nach innen ragende Rippen 27 an der Aussenseite der
Schale 21 vorhanden sind.
[0022] Ein solcher lokaler Dom 26 bietet sich zur lokalen Verbesserung der Kühlung insbesondere
dann an, wenn - wie in Fig. 3A und 3B gezeigt - spezielle, die Kühlströmung behindernde
Einbauten 28 im Kühlkanal 20 vorhanden sind. Der Dom 26 ist dann zweckmässigerweise
in Breite und Länge an die behindernden Einbauten 28 angepasst.
[0023] Zusätzlich oder alternativ zu der Dom-artigen lokalen Erweiterung (26) des Kühlkanals
20 kann aber auch gemäss Fig. 3C und 3D zusätzliche Kühlluft 29 durch entsprechende
Öffnungen im Kühlhemd 19 an die kritische Stelle geführt werden. Hierzu ist es erforderlich
dass an der Aussenseite des Kühlhemdes Kühlluft unter höherem Druck, insbesondere
aus dem umgebenden Plenum 14, zur Verfügung steht.
[0024] In Fig. 4 bis 6 ist in einer perspektivischen Seitenansicht ein (in einer Trennebene
31 teilbares, äusseres) Kühlhemd 19 für eine Gasturbinen-Ringbrennkammer mit lokalen
Anpassungen gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben.
Das Kühlhemd 19 setzt sich zusammen aus einer Mehrzahl von gleichartigen Segmenten
30. In unmittelbarere Nähe der Trennebene 31 ist jeweils ein ausgewähltes Segment
32 vorgesehen, welches lokale Modifikationen zur Optimierung der Kühlung aufweist.
Wie insbesondere in Fig. 5 und 6 zu erkennen ist, ist dieses ausgewählte Segment 32,
das an die Trennebene 31 angrenzt und einen entsprechenden Anschlussstreifen 33 umfasst,
einerseits mit einem länglichen Dom 26 ausgestattet. Andererseits sind sowohl innerhalb
des Domes 26 als auch in einer Verlängerungslinie des Domes 26 Kühlöffnungen 35 bzw.
34 im Segmentblech angeordnet, durch die - analog zu Fig. 3C und 3D - zusätzliche
Kühlluft von aussen in den Kühlkanal eintreten kann.
[0025] Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, die Geometrie der Rippen 27 bzw.
der Einbauten 28, insbesondere auch in Kombination mit Modifikationen des Kühlhemds
und mit Kühlöffnungen für den Eintritt zusätzlicher Kühlluft, selbst zu ändern.
Bezugszeichenliste
[0026]
- 10
- Gasturbine
- 11
- Turbinengehäuse
- 12
- Rotor
- 13
- Laufschaufel
- 14
- Plenum
- 15
- Brennkammer
- 16
- Brenner
- 17
- Wandsegment
- 18
- Brennkammerhaube
- 19
- äusseres Kühlhemd
- 19'
- inneres Kühlhemd
- 20
- äusserer Kühlkanal
- 20'
- innerer Kühlkanal
- 21
- äussere Schale (Heissgaskanal)
- 21'
- innere Schale (Heissgaskanal)
- 22
- Heissgaskanal
- 23
- Verdichterluftstrom
- 24
- Kühlluft
- 25
- Heissgas
- 26
- Dom (Kühlhemd)
- 27
- Rippe
- 28
- Einbauten
- 29
- zusätzliche Kühlluft
- 30,32
- Segment (Kühlhemd)
- 31
- Trennebene
- 33
- Anschlussstreifen
- 34,35
- Kühlöffnung
1. Thermische Maschine, welche einen durch eine Schale (21 , 21 ') nach aussen begrenzten
Heissgaskanal (22) umfasst, wobei zur konvektiven Kühlung durch ein Kühlmedium, insbesondere
Kühlluft (24), auf der Aussenseite der Schale (21, 21') ein Kühlkanal (20, 20') ausgebildet
ist, der durch die Schale (21 , 21') und ein die Schale (21 , 21 ') aussen umgebendes
Kühlhemd (19, 19') gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich von lokalen Ungleichmässigkeiten in der thermischen Belastung der Schale
(21 , 21') bzw. in der Strömung des Kühlmediums im Kühlkanal (20, 20') das Kühlhemd
(19, 19') eine lokale Ausbeulung in Form eines Doms aufweist, die eine lokale Vergrösserung
des Kühlkanalquerschnittes ergibt.
2. Thermische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der Aussenseite der Schale (21, 21 ') in den Kühlkanal (20, 20') hineinragende
Einbauten (28) vorhanden sind, und dass die durch die Einbauten (28) verursachte lokale
Verengung des Kühlkanals (20, 20') durch eine entsprechende lokale Konturierung des
Kühlhemds (19, 19') kompensiert wird.
3. Thermische Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Konturierung des Kühlhemds (19, 19') den sich über den Bereich der Einbauten
(28) erstreckenden, nach aussen wölbenden Dom (26) im Kühlhemd (19, 19') umfasst.
4. Thermische Maschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich einer an einem bestimmten Ort auftretenden, erhöhten thermischen Belastung
der Schale (21 , 21') oder zum Ausgleich einer durch Einbauten (28) verursachten lokalen
Verengung des Kühlkanals (20, 20') an diesem Ort Mittel (34, 35) zum Einführen von
zusätzlicher Kühlluft (29) in den Kühlkanal (20, 20') vorgesehen sind.
5. Thermische Maschine, nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlhemd (19, 19') auf der Aussenseite von unter erhöhtem Druck stehenden Kühlmedium
beaufschlagt ist, und dass die Mittel zum Einführen von zusätzlicher Kühlluft (29)
in den Kühlkanal (20, 20') Kühlöffnungen (34, 35) im Kühlhemd (19, 19') umfassen.
6. Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Maschine eine Gasturbine (10) mit einer Brennkammer (15) ist, und
dass der Heissgaskanal (22) von der Brennkammer (15) zu einer ersten Reihe von Laufschaufeln
(13) führt.
7. Thermische Maschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (15) ringförmig ausgebildet und in einer Trennebene (31) auftrennbar
ist, dass der Heissgaskanal (22) durch eine äussere Schale (21) und eine innere Schale
(21 ') begrenzt wird, und dass durch ein entsprechendes inneres und äusseres Kühlhemd
(19 bzw. 19') ein innerer und äusserer Kühlkanal (20 bzw. 20') ausgebildet wird.
8. Thermische Maschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbine (10) einen Verdichter zur Verdichtung angesaugter Verbrennungsluft
umfasst, dass der Ausgang des Verdichters mit einem Plenum (14) in Verbindung steht,
und dass die Brennkammer (15) mit dem daran anschliessenden Heissgaskanal (22) und
den angrenzenden Kühlkanälen (20, 20') so im Plenum (14) angeordnet und vom Plenum
(14) umgeben ist, dass verdichtete Luft aus dem Plenum (14) entgegen dem Heissgasstrom
im Heissgaskanal (22) durch die Kühlkanäle (20, 20') zu an der Brennkammer (15) angeordneten
Brennern (16) strömt.
9. Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 1 -8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (16) als Vormischbrenner ausgebildet sind.
10. Thermische Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner (16) aus mindestens zwei hohlen in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten
sich zu einem Körper ergänzenden Teilkegelschalen besteht, dass der Querschnitt des
durch die hohlen Teilkegelschalen gebildeten Innenraumes in Strömungsrichtung zunimmt,
dass die jeweiligen Längssymmetrieachsen dieser Teilkegelschalen versetzt zueinander
verlaufen, dergestalt, dass die benachbarten Wandungen der Teilkegelschalen in deren
Längserstreckung tangentiale Schlitze oder Kanäle für die Einströmung eines Verbrennungsluftstromes
in den von den Teilkegelschalen gebildeten Innenraum bilden.
11. Thermische Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner (16) aus mindestens zwei hohlen in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten
sich zu einem Körper ergänzenden Teilschalen besteht, dass der Querschnitt des durch
die hohlen Teilschalen gebildeten Innenraumes in Strömungsrichtung zylindrisch oder
quasizylindrisch verläuft, dass die jeweiligen Längssymmetrieachsen dieser Teilschalen
versetzt zueinander verlaufen, dergestalt, dass die benachbarten Wandungen der Teilschalen
in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze oder Kanäle für die Einströmung eines
Verbrennungsluftstromes in den von den Teilschalen gebildeten Innenraum bilden, und
dass der Innenraum einen Innenkörper aufweist, dessen Querschnitt in Strömungsrichtung
abnimmt.
12. Thermische Maschine nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper in Strömungsrichtung kegelförmig oder quasi-kegelförmig abnimmt
13. Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 10-12,
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Übergangsbereich zwischen einem zum Vormischbrenner (16) gehörenden Drallerzeuger
und einem nachgeschalteten Mischrohr Übergangskanäle zur Überführung einer im Drallerzeuger
gebildeten Strömung in den stromab der Übergangskanäle nachgeschalteten Durchflussquerschnitt
des Mischrohres aufweist.
14. Thermische Maschine nach einem der Ansprüche 10-13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Übergangskanäle derjenigen der Teilkegelschalen resp. Teilschalen
entspricht.
1. Thermal machine which comprises a hot-gas channel (22) which is bounded on the outside
by a shell (21, 21'), wherein a cooling channel (20, 20') is formed on the outside
of the shell (21, 21') for convection cooling by means of a cooling medium, in particular
cooling air (24), which cooling channel (20, 21) is formed by the shell (21, 21')
and a cooling shirt (19, 19') which surrounds the shell (21, 21') on the outside,
characterized in that, in order to compensate for local nonuniformities in the thermal load on the shell
(21, 21') and/or in the flow of the cooling medium in the cooling channel (20, 20'),
the cooling shirt (19, 19') has a local outward bulge in the form of a dome, which
outward bulge results in a local increase in the cooling channel cross section.
2. Thermal machine according to Claim 1, characterized in that fittings (28) which project into the cooling channel (20, 20') are provided on the
outside of the shell (21, 21'), and in that the local constriction, which is caused by the fittings (28), of the cooling channel
(20, 20') is compensated for by corresponding local contouring of the cooling shirt
(19, 19').
3. Thermal machine according to Claim 2, characterized in that the local contouring of the cooling shirt (19, 19') comprises the dome (26), which
is curved outwards and extends over the area of the fittings (28), in the cooling
shirt (19, 19').
4. Thermal machine according to Claim 1 or 2, characterized in that, in order to compensate for an increased thermal load which occurs at a specific
point on the shell (21, 21'), or in order to compensate for a local constriction,
which is caused by fittings (28), in the cooling channel (20, 20'), means (34, 35)
for introduction of additional cooling air (29) into the cooling channel (20, 20')
are provided at this point.
5. Thermal machine according to Claim 4, characterized in that the cooling shirt (19, 19') has a cooling medium at an increased pressure applied
to the outside, and in that the means for introduction of additional cooling air (29) into the cooling channel
(20, 20') comprise cooling openings (34, 35) in the cooling shirt (19, 19').
6. Thermal machine according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the thermal machine is a gas turbine (10) with a combustion chamber (15), and in that the hot-gas channel (22) is guided from the combustion chamber (15) to a first row
of stator blades (13).
7. Thermal machine according to Claim 6, characterized in that the combustion chamber (15) is annular and can be separated on a separating plane
(31), in that the hot-gas channel (22) is bounded by an outer shell (21) and an inner shell (21'),
and in that an inner cooling channel (20) and an outer cooling channel (20') are formed by a
corresponding respective inner cooling shirt (19) and outer cooling shirt (19').
8. Thermal machine according to Claim 7, characterized in that the gas turbine (10) comprises a compressor for compression of inductive combustion
air, in that the output of the compressor is connected to a plenum chamber (14), and in that the combustion chamber (15) is arranged with the hot-gas channel (22), which is connected
to it, and the adjacent cooling channels (20, 20') in the plenum chamber (14), and
is surrounded by the plenum chamber (14), such that compressed air flows from the
plenum chamber (14) in the opposite direction to the hot-gas flow in the hot-gas channel
(22), through the cooling channels (20, 20') to burners (16) which are arranged on
the combustion chamber (15).
9. Thermal machine according to one of Claims 1-8, characterized in that the burners (16) are in the form of premixing burners.
10. Thermal machine according to Claim 9, characterized in that the premixing burner (16) comprises at least two hollow partial conical shells which
are interleaved in one another in the flow direction and complement one another to
form a body, in that the cross section of the internal area which is formed by the hollow partial conical
shells increases in the flow direction, in that the respective longitudinal axes of symmetry of these partial conical shells run
offset with respect to one another, in such a manner that the adjacent walls of the
partial conical shells form tangential slots or channels in their longitudinal extent
for a combustion air flow to flow into the internal area which is formed by the partial
conical shells.
11. Thermal machine according to Claim 9, characterized in that the premixing burner (16) comprises at least two hollow partial shells which are
interleaved in one another in the flow direction and complement one another to form
a body, in that the cross section of the internal area which is formed by the hollow partial shells
runs cylindrically or quasi-cylindrically in the flow direction, in that the respective longitudinal axes of symmetry of these partial shells run offset with
respect to one another, in such a manner that the adjacent walls of the partial shells
form tangential slots or channels in their longitudinal extent for a combustion air
flow to flow into the internal area which is formed by the partial shells, and in that the internal area has an internal body whose cross section decreases in the flow
direction.
12. Thermal machine according to Claim 11, characterized in that the internal body decreases in a conical shape or quasi-conical shape in the flow
direction.
13. Thermal machine according to one of Claims 10-12, characterized in that, in a transitional area between a swirl generator, which belongs to the premixing
burner (16), and a downstream mixing tube, transition channels are provided for changing
a flow which is formed in the swirl generator to the flow cross section of the mixing
tube downstream from the transition channels.
14. Thermal machine according to one of Claims 10-13, characterized in that the number of transitional channels corresponds to the number of partial conical
shells or partial shells.
1. Machine thermique comportant
un canal (22) à gaz chaud délimité à l'extérieur par une coquille (21, 21'),
un canal de refroidissement (20, 20') formé par la coquille (21, 21'),
une chemise de refroidissement (19, 19') qui entoure l'extérieur de la coquille (21,
21') étant formée sur le côté extérieur de la coquille (21, 21'), caractérisée en ce que
pour compenser des irrégularités locales de la sollicitation thermique de la coquille
(21, 21') ou de l'écoulement du fluide de refroidissement dans le canal de refroidissement
(20, 20'), la chemise de refroidissement (19, 19') présente un bombement local en
forme de dôme qui entraîne une augmentation locale de la section transversale du canal
de refroidissement.
2. Machine thermique selon la revendication 1, caractérisée en ce que des garnitures (28) qui pénètrent dans le canal de refroidissement (20, 20') sont
prévues sur le côté extérieur de la coquille (21, 21') et en ce que le rétrécissement du canal de refroidissement (20, 20') provoqué par les garnitures
(28) est compensé par un contour local correspondant de la chemise de refroidissement
(19, 19').
3. Machine thermique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le contour local de la chemise de refroidissement (19, 19') comporte le dôme (26)
de la chemise de refroidissement (19, 19'), bombé vers l'extérieur et s'étendant au-dessus
de la zone occupée par les garnitures (28).
4. Machine thermique selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que pour compenser une sollicitation thermique plus forte en un emplacement défini de
la coquille (21, 21') ou pour compenser un rétrécissement local du canal de refroidissement
(20, 20') provoqué par les garnitures (28), des moyens (34, 35) permettant d'introduire
de l'air supplémentaire de refroidissement (29) dans le canal de refroidissement (20,
20') sont prévus en cet endroit.
5. Machine thermique selon la revendication 4, caractérisée en ce que la chemise de refroidissement (19, 19') est alimentée sur le côté extérieur par un
fluide de refroidissement mis sous pression et en ce que les moyens d'introduction d'air supplémentaire de refroidissement (29) dans le canal
de refroidissement (20, 20') comportent des ouvertures de refroidissement (34, 35)
ménagées dans la chemise de refroidissement (19, 19').
6. Machine thermique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la machine thermique est une turbine à gaz (10) dotée d'une chambre de combustion
(15) et en ce que le canal (22) à gaz chaud conduit de la chambre de combustion (15) à une première
série d'aubes mobiles (13).
7. Machine thermique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la chambre de combustion (15) a une forme annulaire et peut être séparée dans un
plan de séparation (31), en ce que le canal (22) à gaz chaud est délimité par une coquille extérieure (21) et une coquille
intérieure (21') et en ce qu'un canal intérieur et un canal extérieur de refroidissement (20 et 20') sont formés
par une chemise de refroidissement intérieure et une chemise de refroidissement extérieure
(19 et 19').
8. Machine thermique selon la revendication 7, caractérisée en ce que la turbine à gaz (10) comporte un compresseur qui comprime l'air de combustion aspiré,
en ce que la sortie du compresseur est reliée à un collecteur (14) et en ce que la chambre de combustion (15) est disposée dans le collecteur (14) et entourée par
le collecteur (14) avec le canal (22) à gaz chaud qui s'y raccorde et les canaux de
refroidissement (20, 20') adjacents, en ce que l'air comprimé provenant du collecteur (14) s'écoule en opposition à l'écoulement
de gaz chaud dans le canal (22) à gaz chaud par les canaux de refroidissement (20,
20') pour aboutir à des brûleurs (16) disposés dans la chambre de combustion (15)
.
9. Machine thermique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les brûleurs (16) sont configurés comme brûleurs à pré-mélange.
10. Machine thermique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le brûleur (16) à pré-mélange est constitué d'au moins deux parties coniques de coquille
creuses, emboîtées l'une dans l'autre dans la direction d'écoulement, pour former
un corps, en ce que la section transversale de l'espace intérieur formé par les parties coniques de coquille
creuses augmente dans la direction d'écoulement, en ce que les axes de symétrie longitudinaux de ces parties coniques de coquille sont mutuellement
décalés de telle sorte que les parois voisines des parties coniques de coquille forment
dans leur extension longitudinale des fentes tangentielles ou des canaux qui permettent
l'introduction d'un écoulement d'air de combustion dans l'espace intérieur formé par
les parties coniques de coquille.
11. Machine thermique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le brûleur (16) à pré-mélange est constitué d'au moins deux parties coniques de coquille
creuses, emboîtées l'une dans l'autre dans la direction d'écoulement pour former un
corps, en ce que la section transversale de l'espace intérieur formé par les parties creuses de coquille
s'étend en cylindre ou quasi en cylindre dans la direction d'écoulement, en ce que les axes de symétrie longitudinaux de ces parties de coquille sont mutuellement décalés
de telle sorte que les parois voisines des parties de coquille forment dans leur extension
longitudinale des fentes tangentielles ou des canaux qui permettent l'introduction
d'un écoulement d'air de combustion dans l'espace intérieur formé par les parties
de coquille et en ce que l'espace intérieur présente un corps intérieur dans la section transversale diminue
dans la direction d'écoulement.
12. Machine thermique selon la revendication 11, caractérisée en ce que le corps intérieur se rétrécit en forme de cône ou quasi en forme de cône dans la
direction d'écoulement.
13. Machine thermique selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que dans une zone de transition entre un tourbillonneur qui fait partie du brûleur (16)
à pré-mélange et un tube de mélange raccordé en aval, des canaux de transition qui
transfèrent l'écoulement formé dans le tourbillonneur en la section transversale d'écoulement
du tube de mélange située en aval des canaux de transition présente.
14. Machine thermique selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le nombre des canaux de transition correspond à celui des parties coniques de coquille
ou des parties de coquille.
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