Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Befestigung eines zweiten Brenners,
kurz SEV-Brenner, in einer sequentiell betriebenen Gasturbinenanordnung, in der ein
Brennstoff-/Luft-Gemisch in einem ersten Brenner unter Ausbildung von Heißgasen verbrannt
wird, die nachfolgend teilexpandiert dem SEV- Brenner für eine zweite Verbrennung
zuführbar sind, der im Wesentlichen als Strömungskanal ausgebildet ist, mit einer
Strömungskanalwand, die eine Öffnung aufweist, durch die eine Brennstoffzuführung
in das Innere des SEV-Brenners einführbar ist, und auf der in axialer Richtung der
Öffnung jeweils gegenüberliegend zwei Befestigungsstrukturen vorgesehen sind, in die
jeweils eine Tragstruktur zur weiteren Befestigung des SEV-Brenners an einem Außenträger
einführbar sind.
Stand der Technik
[0002] Eine Gasturbinenanordnung mit einer sequentiellen Verbrennung geht bspw. aus der
EP 0 620 362 B1 hervor, bei der längs einer einheitlichen Rotorwelle in Durchströmungsrichtung der
Gasturbinenanordnung einer Luftverdichtereinheit eine zirkular um die Rotorwelle angeordnete
Ringbrennkammer nachgeordnet ist, die von einer Vielzahl ringförmig verteilt angeordneter
Vormischbrenner mit einem zündfähigen Brennstoff-Luftgemisch gespeist wird, das zur
Zündung gebracht wird, woraus Heißgase entstehen, die eine stromab der Ringbrennkammer
vorgesehene, mit der Rotorwelle verbundene, erste Turbinenstufe antreiben. Die aus
der ersten Turbinenstufe teilexpandiert austretenden Heißgase gelangen anschließend
in einen ringförmigen Strömungskanal, in dem die teilexpandierten Heißgase erneut
mit Brennstoff vermischt und unter Ausbildung eines selbstzündfähigen Heißgas-Brennstoffgemisches
innerhalb einer zweiten zirkular bzw. die Rotorwelle ringförmig umgebenden zweiten
Ringbrennkammer zur Zündung gebracht werden. Die hierdurch entstehenden Heißgase gelangen
stromab in eine zweite, eine sog. Niedrigdruckturbinenstufe, zur Entrichtung weiterer
Expansionsarbeit.
[0003] Im Weiteren gilt es den als Strömungskanal ausgebildeten zweiten bzw. sequentiellen
Brenner, der im Weiteren als SEV- Brenner bezeichnet wird, näher zu betrachten, insbesondere
im Hinblick auf die Befestigung des Strömungskanals innerhalb der Gasturbinenanlage
sowie dessen thermische und mechanische Eigenschaften. Was unter einem SEV-Brenner
zu verstehen ist, geht beispielsweise aus
EP 0 620 362 B1 hervor; dort ist dieser Brenner mit Pos. 5 gekennzeichnet
[0004] Ein an sich bekannter als Strömungskanal ausgebildeter SEV-Brenner 1 geht aus der
Bilddarstellung gemäß Figur 2 hervor, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einen rechteckförmigen
Strömungskanalquerschnitt aufweist und von vier Strömungskanalwänden, eine obere 1o,
untere 1 u sowie zwei seitliche Strömungskanalwände 1 s begrenzt wird. An der oberen
Strömungskanalwand 1 o ist eine Öffnung 2 eingebracht, durch die eine Brennstofflanze
3 zur Brennstoffanreicherung der in den SEV-Brenner eintretenden teilexpandierten
Heißgase dient. Zur Montage der Brennerlanze 3 wird diese durch die Öffnung 2 des
Strömungskanals 1 von oben eingesetzt, wobei die Lanzenspitze 3 mit einem definierten
Spiel zum oberen Strömungskanalwand 1o abschließt und positioniert wird. Das vorzusehende
Spiel zwischen der Lanzenspitze und der oberen Strömungskanalwand sollte zwar eine
möglichst einfache Montage der Lanzenspitze erlauben, dennoch möglichst geringe Leckagen
zwischen den Komponenten bedingen. Der SEV-Brenner 1 weist stromauf seines Strömungskanals
einen Befestigungsflansch 4 auf, der mit einer nicht weiter dargestellten ersten Expansionsstufe
der Gasturbinenanlage, d. h. einer ersten Turbinenstufe verbunden ist. Über den Befestigungsflansch
4 ist der SEV-Brenner zumindest einseitig axial fest mit der Gasturbine verbunden.
Zur weiteren Befestigung des SEV-Brenners sieht dieser an seiner Oberseite 1o jeweils
kragenartig ausgebildete Befestigungsstrukturen in Form von Aufnahmeschienen 5 vor,
die der Öffnung 2 längs zur Brennerachse A jeweils paarweise gegenüberliegend angeordnet
sind und in die getrennt voneinander jeweils eine Tragstruktur 6 axialwärts eingefügt
werden kann. An den Tragstrukturen 6 sind jeweils zwei schrauben- bzw. stiftartig
ausgebildete Befestigungsmittel 7 vorgesehen, die die Tragstrukturen 6 jeweils mit
einem den SEV-Brenner 1 überragenden Aussenträger 8 der Gasturbinenanordnung fixieren.
Wie der Darstellung in Figur 2 entnehmbar ist, durchragt die Brennstofflanze 3 gleichfalls
den Außenträger 8, wobei ein Abstützring 3' mit integriertem Kolbenring dazu dienen
eine Abdichtung zwischen dem radial innen liegenden Bereich und dem Aussenträger 8
zu gewährleisten, insbesondere bei thermisch induzierten Formveränderungen, die vor
allem beim Start aber auch im Betrieb der Gasturbinenanordnung auftreten. So wird
bspw. die Brennstofflanzen-Spitze durch den Brenner in Strömungsrichtung verschoben
bzw. elastisch gebogen, so dass hierfür einerseits ein erforderliches Mindestspiel
zwischen dem Aussenträger und der Brennstofflanzenspitze vorgesehen sein muss, andererseits
gilt es, um Leckageströme zu vermeiden, dieses Spiel mit einem nicht aus Figur 2 ersichtlichen
Kolbenring abzudichten. Zudem ist das dem Befestigungsflansch 4 gegenüberliegende
Flanschende 4' des Strömungskanals 1 über, an der oberen Seitenkanalwand 1o vorgesehene
Fixiernasen 9 direkt mit dem Außenträger 8 verbunden, so dass der SEV-Brenner 1 axial
arretiert ist. In Umfangsrichtung wird hingegen der SEV-Brenner 1 durch die zwei Tragstrukturen
6 und die damit verbundenen Befestigungsmittel 7 relativ zum Außenträger 8 fixiert.
[0005] Im Betriebsfall der Gasturbinenanordnung treten aufgrund der im SEV-Brennerbereich
stattfindenden Verbrennungsprozesse sehr hohe Verbrennungstemperaturen sowie hohe
Heissgasströmungsgeschwindigkeiten auf, so dass die Strömungskanalwände des SEV-Brenners
thermisch sowie auch mechanisch einer extremen Belastung ausgesetzt sind, so insbesondere
die obere Strömungskanalwand 1o, in der eine die Strömungskanalwandstruktur schwächende
Öffnung 2 eingebracht ist, durch die die Steifigkeit des SEV-Brenners 1 zumindest
lokal reduziert ist. Durch die reduzierte Flächensteifigkeit in diesem Bereich treten
aufgrund der vorstehend beschriebenen Prozessbedingungen zwischen der oberen Seitenkanalwand
1 und der Brennstofflanze 3 im Bereich ihrer gegenseitigen Berührung Relativbewegungen
in Form von Vibrationen auf, wodurch sich ein Oberflächenverschleiß an der Kontaktstelle
sowohl am SEV-Brenner im Bereich der Öffnung 2 als auch an der Brennerlanze 3 einstellt,
der nicht nur zu lokalen Materialdegradationen führen kann, wie bspw. Korrosion etc.,
sonder auch zu erhöhten Undichtheiten zwischen Brennstofflanze 3 und SEV-Brenner 1.
[0006] Aus
US 3 147 594 A und
EP 0 550 126 A sind verschiedene Vorrichtungen zur Befestigung von Brennern in einem Strömungskanal
mit einer einheitlichen Struktur bekannt geworden. Des Weiteren geht aus
EP 0 616 111 A geht eine Vorrichtung hervor, welche speziell auf den Übergang der Brennkammer zu
der ersten Turbinenstufe zugeschnitten ist.
Darstellung der Erfindung
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Befestigung eines
zweiten Brenners, kurz SEV-Brenner, in einer sequentiell betriebenen Gasturbinenanordnung,
in der ein Brennstoff-Luftgemisch in einem ersten Brenner unter Ausbildung von Heißgasen
verbrannt wird, die nachfolgend teilexpandiert dem SEV-Brenner für eine zweite Verbrennung
zuführbar sind, der im Wesentlichen als Strömungskanal ausgebildet ist mit einer Strömungskanalwand,
die eine Öffnung aufweist, durch die eine Brennstoffzuführung in das Innere des SEV-Brenners
einführbar ist, und auf der in axialer Richtung der Öffnung jeweils gegenüberliegend
zwei Befestigungsstrukturen vorgesehen sind, in die jeweils eine Tragstruktur zur
weiteren Befestigung des SEV-Brenners an einen Außenträger einführbar sind, derart
weiterzubilden, dass betriebs- und strukturbedingte, insbesondere am Ort der Öffnung
zwischen dem SEV-Brenner und der Brennstofflanze auftretende Vibrationen vermieden
werden sollen. Ferner soll neben dem Wunsch die mechanische Struktursteifigkeit des
SEV-Brenners zu verbessern, die thermische Belastung der den SEV-Brenner umgebenden
Anlagenkomponenten reduziert werden ohne dabei die Struktursteifigkeit des SEV-Brenners
selbst zu beeinträchtigen. Sämtliche hierfür erforderliche Maßnahmen sollen konstruktiv
möglichst einfach und montagefreundlich realisierbar sein.
[0008] Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und
7 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand
der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf
die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
[0009] Lösungsgemäß ist eine Vorrichtung gemäß der Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches
1 dadurch ausgebildet, dass die Tragstruktur als eine einheitliche Trägerplatte ausgebildet
ist, an der Gegenkonturen zur Befestigung an den beiden, der Öffnung gegenüberliegenden
Befestigungsstrukturen vorgesehen sind und die eine Ausnehmung vorsieht, die wenigsten
der Größe der Öffnung in der Strömungskanalwand entspricht, so dass die Trägerplatte
im befestigten Zustand am Außenträger die Öffnung der Strömungskanalwand nicht überdeckt.
[0010] Die der Erfindung zugrunde liegende Idee sieht die Substitution der beiden getrennt
ausgebildeten Tragstrukturen, die gemäß Stand der Technik in die beiden getrennt der
Öffnung axial gegenüberliegenden Aufnahmeschienen axial einsetzbar sind, durch eine
einheitliche, zusammenhängende Trägerplatte vor, die gleichfalls in die an der Seitenkanalwandoberseite
vorgesehenen Befestigungsstrukturen bzw. Aufnahmeschienen axialwärts einschiebbar
ist.
[0011] Durch die einstückige Ausbildung der Trägerplatte, die die Öffnung rahmenartig umgib
sowie die die an dem SEV-Brenner vorgesehenen Befestigungsstrukturen axialwärts fest
miteinander verbindet, wird die reduzierte Steifigkeit des SEV-Brenners im Bereich
der Öffnung, durch die die Brennerlanze in den SEV-Brenner hineinragt, zumindest teilweise
kompensiert. Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform sieht darüber hinaus vor,
dass im Bereich der Öffnung zusätzliche Verbindungsmittel zwischen dem Öffnungsrand
und der Trägerplatte vorgesehen sind, durch die eine zusätzliche radiale Abstützung
zwischen dem Öffnungsrand und der Trägerplatte möglich wird. Hierbei ist an der Öffnung
wenigstens ein Kragen, vorzugsweise zwei am Öffnungsrand diametral gegenüber liegend
angeordnete Kragen vorgesehen, die die Strömungskanalwand vertikal überragen und jeweils
eine Befestigungslippe aufweisen, die in eine an der Trägerplatte vorgesehene nutförmige
Ausnehmung einführbar ist. Die konkreten Ausführungsmöglichkeiten einer derartigen
zusätzlichen Verbindung zwischen dem Öffnungsrand und der Trägerplatte werden im Nachfolgenden
unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
[0012] Ferner ist zum Zwecke eines Wärmestrahlungsschutzes der den SEV-Brenner umgebenden
Gasturbinenkomponenten, insbesondere jene Komponenten, die der unteren Strömungskanalwand
unmittelbar gegenüberliegen, lösungsgemäß an der unteren Strömungskanalwand wenigstens
ein Plattenelement derart über Distanzmittel angebracht, dass einerseits das wenigstens
eine Plattenelement zumindest bereichsweise beabstandet zur unteren Strömungskanalwand
und andererseits gleitend zu dieser angebracht ist. Hierdurch wird einerseits gewährleitstet,
dass aufgrund der beabstandeten Anbringung des Plattenelementes an der unteren Strömungskanalwand
diese im Wege einer an sich üblichen sog. Effusionskühlung kühlbar ist, andererseits
wird jedoch eine direkte Wärmestrahlungsbeaufschlagung der der unteren Strömungskanalwand
gegenüberliegenden Anlagenkomponenten durch das Plattenelement vermieden. Durch diese
Maßnahme lässt sich das bis anhin bestehende Problem der Oxidation benachbarter Gasturbinenkomponenten
aufgrund der überaus hohen Wärmestrahlungsexposition stark begrenzen, so dass das
Vorsehen bisher üblicher Beschichtungen zum Schutze vor Oberflächenoxidation an den
entsprechenden Anlagenkomponenten mit Hilfe der lösungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr
erforderlich ist. Ferner trägt das Plattenelement gleichwohl es gleitend relativ zur
unteren Strömungskanalwand angebracht ist, zu einem gewissen Teil zu einer Steifigkeitserhöhung
der zumindest unteren Strömungskanalwand bei, zumal diese nicht, wie vorstehend zur
oberen Strömungskanalwand ausgeführt, mit einem Trägerteil verbunden ist. Zur Erläuterung
vorteilhafter Weiterbildungen des lösungsgemäßen Gedankens bzgl. des Vorsehens wenigstens
eines Plattenelementes an der unteren Strömungskanalwand sei gleichfalls auf die weiteren
Ausführungen unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele verwiesen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0013] Es zeigen:
- Fig. 1a, b, c
- perspektivische Darstellungen bzw. Teildarstellungen einer SEV- Brennerbefestigung
mit Trägerplatte,
- Fig. 2
- Stand der Technik: Perspektivische Darstellung einer SEV- Brenner-Befestigung
- Fig. 3a, b, c
- perspektivische Darstellungen für eine alternative Befestigungsmöglichkeit der Trägerplatte
an dem SEV-Brenner,
- Fig. 4a, b
- detailliertere Darstellungen zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3,
- Fig. 5a, b
- alternative Ausbildung einer Trägerplatte mit axialer und radialer Fixierung am Befestigungsflansch,
- Fig. 6a, b, c
- schematisierte Darstellungen zur Anbringung eines Plattenelementes an der Unterseite
des Strömungskanals eines SEV-Brenners,
- Fig. 7
- alternative Ausführungsform zur Anbringung eines Plattenelementes an einen SEV-Brenner
sowie
- Fig. 8
- alternative Ausführungsform zur Anbringung von Plattenelementen an der Unterseite
eines SEV-Brenners.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
[0014] In Figur 1a ist eine perspektivische Darstellung eines SEV-Brenners 1 dargestellt,
dessen obere Strömungskanalwand 1o ersichtlich ist, an der die an sich bekannten,
als Aufnahmeschienen 5 ausgebildeten Befestigungsstrukturen vorgesehen sind, in die
in Axialrichtung des SEV-Brenners 1 eine als einstückiges Bauteil gefertigte Trägerplatte
10, die ihrerseits über entsprechende seitliche Führungsnutstrukturen 11 verfügt,
einschiebbar ist. Die Trägerplatte 10 weist eine Öffnung (Fig. 1b) auf, die im Fall
des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1a die Öffnung 2 innerhalb der oberen Strömungskanalwand
1o rahmenartig umgibt, ohne sie auch nur teilweise zu überdecken, so dass gewährleistet
bleibt, dass die nicht in Figur 1a dargestellt Brennerlanze ungehindert durch die
Öffnung 2 hindurch in den SEV-Brenner 1 montiert werden kann. Gleichfalls dem eingangs
erläuterten Stand der Technik dienen die schrauben- bzw. stiftartig ausgebildeten
Befestigungsmittel 7 zur Fixierung der Trägerplatte 10 an einen Außenträger 8. In
der Detailbilddarstellung gemäß Figur 1b ist der Montagevorgang der Trägerplatte 10
zur Befestigung an der oberen Strömungskanalwand 1o des SEV-Brenners ersichtlich.
Hierbei gelangen die Aufnahmenuten 11 der Trägerplatte 10 durch axiales Verschieben
(siehe Pfeil) in die entsprechenden Befestigungsstrukturen 5, die vorzugsweise einstückig
mit dem SEV-Brenner 1 verbunden sind und als Aufnahmeschienen dienen. Auch ist es
möglich die Trägerplattenmontage in der Gegenrichtung zur der in Figur 1b durch die
Pfeildarstellung angezeigte Richtung vorzunehmen. Grundsätzlich ist festzuhalten,
dass allein durch Vorsehen einer einstückigen Trägerplatte 10, die in an der Öffnung
2 axialwärts gegenüberliegenden Bereichen am SEV-Brenner befestigt ist, die durch
die Öffnung 2 innerhalb des SEV-Brenners hervorgerufene Strukturschwächung zumindest
teilweise kompensiert werden kann.
[0015] Besonders vorteilhaft ist es, wie dies bei genauerer Betrachtung dem Ausführungsbeispiel
gemäß der Figur 1 zu entnehmen ist, sofern an der Öffnung 2, insbesondere im Bereich
des Öffnungsrandes wenigsten ein, vorzugsweise zwei diametral dem Öffnungsrand gegenüberliegende
Kragen 12 vorgesehen sind, die die Oberfläche der oberen Strömungskanalwand 1o vertikal
überragen und seitliche Befestigungslippen 13 vorsehen, die in Eingriff mit einer
entsprechenden nutförmigen Ausnehmung 14 innerhalb der Trägerplatte 10 gelangen, gemäß
Teilbilddarstellung in Figur 1c. Durch Vorsehen derartiger Kragen 12 wird einerseits
eine feste radiale Verbindung des Öffnungsrandes mit der Trägerplatte 10 hergestellt,
wodurch die Umfangssteifigkeit des Öffnungsrandes der Öffnung 2 erheblich gesteigert
wird, zum anderen dienen die Kragen 12 als Zentrierhilfe für die Montage der in die
Öffnung 2 einzubringenden Lanzenspitze der nicht weiter dargestellten Brennerlanze.
[0016] Da die Trägerplatte 10 durch bloßes axiales Verschieben relativ zu den als Aufnahmeschienen
ausgebildeten Befestigungsstrukturen 5 sowie zu den Kragen 12 montiert werden kann,
bedarf es zur axialen Fixierung der Trägerplatte 10 einer zusätzlichen Befestigung
über die Befestigungsmittel 7 an dem Außenträger 8 gleichsam der bisher im Stand der
Technik üblichen Praxis.
[0017] Die Ausbildung der Kragen 12 kann einerseits einstückig aus dem gleichen Material
erfolgen, aus dem auch die zumindest obere Strömungskanalwand 1o ausgebildet ist,
alternativ ist es ebenfalls möglich, die Kragen 12 in Form eines zusätzlichen, modularen
Einsatz von unten in die Öffnung 2 des SEV-Brenners einzusetzen, wie dies das Ausführungsbeispiel
im Weiteren unter Bezugnahme auf Figur 3 zeigt.
[0018] In Figur 3a ist der montierte Zustand einer Trägerplatte 10 relativ zum SEV-Brenner
1 dargestellt, wobei die Brennerlanze 3 im montierten Zustand dargestellt ist und
sowohl die Trägerplatte 10 als auch die im SEV-Brenner vorgesehene Öffnung 2 durchragt.
In den Detailbilddarstellungen gemäß der Figuren 3b und c ist jeweils neben der Befestigung
der Trägerplatte 10 an den schienenartig ausgebildeten Befestigungsstrukturen 5 ein
modulartig ausgebildetes Einsatzelement 15 vorgesehen, das von der Innenseite des
Strömungskanals in die Öffnung des SEV-Brenners eingesetzt wird und die obere Strömungskanalwand
1 o vertikal überragt. Zum fluiddichten Abschluss zwischen dem modulartig ausgebildeten
Einsatzelement 15 und der Strömungskanalwand weist das Einsatzelement 15 einen unteren
umlaufenden Abstützsteg 16 auf, der bündig und passgenau in eine Aufnahmekontur 17
längs des Umfangsrandes der Öffnung 2 einsetzbar ist. Im Bereich des Einsatzelementes
15, der die obere Seitenkanalwand 1o vertikal überragt, sind gleichfalls kragenartige
Abschnitte 18 vorgesehen, die in entsprechende, in der Trägerplatte 10 vorgesehene
Aufnahmenuten einführbar sind. Hierdurch erfährt die Trägerplatte 10 eine radiale
Verbindung zum Einsatzelement 15 und ist somit gegenüber dem SEV-Brenner zentriert
und fixiert. Aufgrund der axialsymmetrischen Ausbildung sowohl der Trägerplatte 10
als auch des Einsatzelementes 15 ist es möglich je nach vorhandenem Montageraum die
Trägerplatte 10 beidseitig zur Axialrichtung zu Zwecken der Einführung zu montieren.
Im Bereich der kragenartigen Abschnitte 18 ist es vorteilhaft, zusätzliche Dichtungsmaterialien
19, bzw. Dichtungsmittel, wie dies aus der Detailbilddarstellung gemäß Figur 3c entnehmbar
ist, vorzusehen.
[0019] Aufgrund der separaten Ausbildung des Einsatzelementes 15 ist somit ein handliches
Bauteil geschaffen, dessen gesamte Oberfläche oder zumindest die Kontaktflächen zum
SEV-Brenner als auch zur Brennstofflanze mit einer verschleißresistenten Oberflächenschicht
versehen werden kann. Dadurch kann der bis anhin aufwendige Oberflächenschutz, der
im Wege einer Plasmabehandlung insbesondere am sog. Balkon der Brennstofflanze vorzunehmen
ist, eingespart werden. Sollte es dennoch zu einem Verschleiß an der Kontaktfläche
zwischen der Brennstofflanze und dem Einsatzelement kommen, an dem die Brennstofflanze
zentriert und bündig anliegt, so bedarf es lediglich des Austausches und des Ersatzes
des ansonsten preisgünstig herstellbaren Einsatzelementes 15.
[0020] Unter Verweis auf die perspektivische Teilsichtdarstellung gemäß Figur 4a ist die
leichte Montierbarkeit des Einsatzelementes 15 von unten in Richtung der Öffnung 2
des SEV-Brenners ersichtlich. Während der Montage kann vorzugsweise ein Dichtmittel
19, das längs der Aufnahmekontur 17 an der Öffnung 2 umläuft vorgesehen werden, um
eine fluiddichte Abdichtung des innenliegenden Strömungskanals gegenüber dem im Weiteren
vorzunehmenden Einsatz der Brennerlanze zu schaffen. Eine weitere Fixierung des Einsatzelementes
15 gegenüber dem SEV-Brenner bedarf es nicht, zumal durch axiales Verschieben der
Trägerplatte 10 und des in Eingriffbringen zwischen den kragenartigen Abschnitten
18 mit den nutförmigen Ausnehmungen 14 der Trägerplatte 10 eine gegenseitige feste
Fügung zwischen Trägerplatte 10 und Einsatzelement 15 hergestellt werden kann. Dies
geht auch aus der Teilquerschnittsdarstellung gemäß Figur 4b hervor. So liegt das
Einsatzelement 15 mit seinem Abstützsteg 16 bündig teilweise überlappend mit der Aufnahmekontur
17 an dem Öffnungsrand der oberen Strömungskanalwand 1o an. Die Aufnahmekontur 17
sieht ferner eine nutförmige Ausnehmung 17' vor, in die das Dichtmittel 19 eingebracht
ist. Ferner sieht das Einsatzelement 15 vertikal die obere Strömungskanalwand 1o überragend
einen kragenartigen Abschnitt 18 auf, der in eine nutförmige Ausnehmung 14 der Trägerplatte
10 einmündet und von dieser vertikal nach oben gegen die Aufnahmekontur 17 gedrückt
wird. Zudem sieht das Einsatzelement 15 zu dessen Kühlung sog. Effusionslöcher 20
vor, die an der Fläche, die den Heißgasen innerhalb der Strömungskanals zugewandt
ist, münden.
[0021] Überdies kann der Teilquerschnittsdarstellung gemäß Figur 4b entnommen werden, dass
das Einsatzelement 15 eine gegenüber der Vertikalen schräg geneigte und der Öffnung
2 zugewandte Einführungsflanke 21 aufweist, die eine bessere und vereinfachte Zentrierung
und Montage der Brennstofflanze in den SEV-Brenner 1 ermöglicht.
[0022] In Figur 5a ist eine weitere alternative Ausführungsform hinsichtlich der Trägerplatte
10 dargestellt. Figur 5a zeigt einen Teillängsschnitt durch den Öffnungsbereich 2
der oberen Strömungskanalwand 1o, wobei im rechten Bereich der Teillängsschnittdarstellung
ein Teil des Befestigungsflansches 4 dargestellt ist, der bündig mit einem stromauf
vorgesehenen ersten Turbinenstufenbereich verbunden ist. Die Trägerplatte 10 weist
eine axiale, in Richtung des Befestigungsflansches 4 orientiere Verlängerung 10' auf,
mit der die Trägerplatte 10 in Axialrichtung an den Bereich des Befestigungsflansches
4 anliegt und somit eine axiale Arretierung erfährt. Die Montage der Trägerplatte
10 gegenüber dem SEV-Brenner erfolgt entgegen der Strömungsrichtung, mit der die aus
der Turbinenstufe in den SEV-Brenner eintretenden Heißgase den SEV-Brenner durchströmen.
[0023] In Figur 5b ist eine Darstellung in axialer Blickrichtung entgegengesetzt zur Strömungsrichtung
des Strömungskanals des SEV-Brenners gezeigt. Hierbei ist ersichtlich, dass am Brennerflansch
4 zusätzliche Befestigungshaken 22 vorgesehen sind, an denen die Trägerplatte 10 axial
und radial fixierbar sind, wodurch der äußere Durchmesser des Brennereinlasse gegenüber
dem nicht weiter dargestellten Gasturbinenauslass radial definiert ist. Dies verhindert
ein Absenken des SEV-Brennereinlasses gegenüber der stromauf vorgesehenen ersten Turbinenstufe
infolge Kriechens. Ferner ist der SEV-Brenner weiterhin gegen axiales Verschieben
gegenüber dem Außenträger 8 (nicht dargestellt) über entsprechende Befestigungsmittel
7 an der Trägerplatte 10 fixiert.
[0024] Aus den vorstehenden Ausführungen zur Beschreibung des lösungsgemäß ausgebildeten
SEV-Brenners kann anhand aller Figuren entnommen werden, dass die untere Strömungskanalwand
1 u im Gegensatz zur oberen ausschließlich durch die beiden Brennerflansche 4 und
4' sowie den Strömungskanalseitenwänden 1s getragen wird (siehe bspw. die Figurendarstellung
gemäß Figur 2). Um thermische Ausdehnungen kompensieren zu können ist die untere Strömungskanalwand
1 u nicht mit einem zur oberen Strömungskanalwand vorgesehenen Trägerteil verbunden.
Die der unteren Strömungskanalwand 1 u innewohnend Steifigkeit wird daher ausschließlich
durch die Flansche 4 und 4' sowie ggf. durch eine zusätzliche Rippe geboten. Es liegt
auf der Hand, dass infolge thermischer Spannungen sowie Druckkräfte Deformationen
längs der unteren Strömungskanalwand 1 u auftreten können.
[0025] Durch die im Inneren des SEV-Brenners auftretenden hohen Prozesstemperaturen liegt
es auf der Hand, dass auch über die untere Strömungskanalwand 1 u eine beträchtliche
Wärmeabstrahlung in Richtung der radial innenliegenden Anlagenkomponenten erfolgt,
die zur Vermeidung wärmestrahlungsbedingter Oxidation mit einer entsprechenden Schutzbeschichtung
versehen sind.
[0026] Zur Vermeidung einer thermischen Überbelastung innenliegender Anlagenkomponenten
sowie zur Vermeidung des Vorsehens einer zusätzlichen Oxidationsschutzschicht ist
lösungsgemäß erkannt worden, die untere Strömungskanalwand mit einem zusätzlichen
Plattenelement zu verbinden, das über Distanzmittel beabstandet zur unteren Strömungskanalwand
gleitend angebracht ist und auf diese Weise einen direkten Wärmestrahleneintrag auf
innenliegende Anlagenkomponenten so insbesondere dem SEV-Innenträger zu vermeiden
hilft.
[0027] Ein derartiges Plattenelement ist in Figur 6a dargestellt, die in Draufsichtdarstellung
die untere Strömungskanalwand 1 u des SEV-Brenners 1 zeigt. So sei angenommen, dass
der SEV-Brenner 1 über den Befestigungsflansch 4 mit einer nicht weiter dargestellten
ersten Turbinenstufe verbunden ist. Das Plattenelement 22 ist längs seiner flächenförmigen
axialen Erstreckung über einzelne linear angeordnete Distanzmittel mit der unteren
Strömungskanalwand 1 u verbunden, wobei aus der Detaildarstellung gemäß Figur 6c der
genaue Befestigungsmechanismus zu entnehmen ist. So ist unmittelbar mit der unteren
Strömungskanalwand 1 u jeweils am Ort einer gleitenden Befestigung ein so genannter
Befestigungspin 23 vorgesehen, der einen pilzförmigen Abschnitt 23' vorsieht, an dem
das Plattenelement 22 gleitend anliegt. Das Plattenelement 22 wird über eine Art Clipverbindung
24 gegen den pilzförmigen Abschnitt 23' gleitend gepresst. Dies gilt für sämtliche
Befestigungsstellen des Plattenelementes 22 gegenüber der unteren Strömungskanalwand
1 u, wie dies bspw. aus einer Querschnittsdarstellung gemäß Figur 6b zu entnehmen
ist. Der Abstand zwischen dem Plattenelement 22 und der unteren Strömungskanalwand
1 u ist so gewählt, dass eine Effusionskühlung des SEV-Brenners nicht beeinflusst
wird. Unterschiedliche thermische Ausdehnungen des SEV-Brenners sowie des Plattenelementes
22 können aufgrund der gleitenden Aufhängung, wie vorstehend beschrieben, aufgenommen
bzw. kompensiert werden. Zur Erhöhung der Flächensteifigkeit des Plattenelementes
22 sieht das Flächenelement 22 lokale Profilabsetzungen 25 vor (Fig, 6a), längs der
die gleitenden Befestigungspunkte angebracht sind. Durch das flächig durchgehende
Flächenelement 22 kann die vom SEV-Brenner abgestrahlte Wärme den radial innenliegenden
Innenträger nicht direkt erreichen, so dass dieser vor der Wärmestrahlung des SEV-Brenners
passiv geschützt ist und letztlich keine aufwendig vorzusehende Oxidationsschutzschicht
bedarf. In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ausbildung und Anbringung
eines Plattenelementes 22 an der unteren Strömungskanalwand 1 u dargestellt. Hierbei
zeigt Figur 7 eine Längsschnittdarstellung durch die einen SEV-Brenner 1 sowie den
radial innenliegenden Innenträger 26. Hierbei überragt das Plattenelement 22 stromauf
den Bereich des SEV-Brenners bis hin zum Brennerflansch 4, wobei der Brenner- bzw.
Einlassflansch 4 abgesetzt ausgebildet ist, über den das Plattenelement 22 geeignet
geführt ist und mit diesem über Haken fixiert wird.
[0028] Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist das flächig ausgebildete Plattenelement
22 ausschließlich auf die Bereiche der Profilabsenkungen 25 reduziert ausgebildet,
wodurch zwar Gewicht reduziert werden kann, jedoch vermag diese Variante den radial
innenliegenden Innenträger nicht vor der direkten Wärmestrahlung des SEV-Brenners
1 zu schützen. Vielmehr wird durch die U-Form der Profilabsenkungen 25 die Steifigkeit
der Bleche erhöht und damit die Steifigkeit der unteren Strömungskanalwand 1 u. Diese
Ausführungsform stellt lediglich eine Alternative zur üblichen Wandversteifung mittels
Profile dar.
Bezugszeichenliste
[0029]
- 1
- Strömungskanal
- 1o
- Obere Strömungskanalwand
- 1 u
- Untere Strömungskanalwand
- 1s
- Strömungskanalseitenwände
- 2
- Öffnung
- 3
- Brennerlanze
- 3'
- Abstützung
- 4
- Brennerflansch, Brennereinlassflansch
- 4'
- Brennerauslassflansch
- 5
- Befestigungsstruktur, Aufnahmeschienen
- 6
- Tragstruktur
- 7
- Befestigungsmittel
- 8
- Außenträger
- 9
- Fixiernase
- 10
- Trägerplatte
- 11
- Aufnahmenut
- 12
- Kragen
- 13
- Befestigungslippe
- 14
- Nutförmige Ausnehmung
- 15
- Einsatzelement
- 16
- Abstützsteg
- 17
- Aufnahmekontur
- 18
- kragenartiger Abschnitt
- 19
- Dichtmittel
- 20
- Effusionskühlungsloch
- 21
- Einführungsflanke
- 22
- Plattenelement
- 23
- Befestigungspin
- 23'
- Pilzförmiger Abschnitt
- 24
- Clipverbinder
- 25
- Profilabsetzung
- 26
- Innenträger
1. Vorrichtung zur Befestigung eines zweiten Brenners, kurz SEV-Brenner (1), in einer
sequentiell betriebenen Gasturbinenanordnung, in der ein Brennstoff-/Luft-Gemisch
in einem ersten Brenner unter Ausbildung von Heissgasen verbrannt wird, die nachfolgend
teilexpandiert dem SEV- Brenner (1) für eine zweite Verbrennung zuführbar sind, der
im Wesentlichen als Strömungskanal ausgebildet ist, mit einer Strömungskanalwand,
die eine Öffnung (2) aufweist, durch die eine Brennstoffzuführung (3) in das Innere
des SEV-Brenners (1) einführbar ist, und auf der in axialer Richtung der Öffnung (2)
jeweils gegenüberliegend zwei Befestigungsstrukturen (5) vorgesehen sind, in die jeweils
eine Tragstruktur zur weiteren Befestigung des SEV-Brenners (1) an einem Aussenträger
(8) einführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal eine der Öffnung gegenüberliegende Strömungskanalwand (1 u) aufweist,
an der wenigstens ein Plattenelement (22) derart über Distanzmittel angebracht ist,
dass einerseits das wenigstens eine Plattenelement (22) zumindest bereichsweise beabstandet
zur Strömungskanalwand und andererseits gleitend zur Strömungskanalswand angebracht
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem wenigstens einen Plattenelement (22) und der Seitenkanalwand
(1 u) derart bemessen ist, dass eine Effusionskühlung des SEV-Brenner realisierbar
ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (22) derart angebracht und ausgewählt ist, dass ein dem SEV-Brenner
(1) gegenüberliegender Anlagenbereich (26) vor direkter Wärmestrahlung des SEV-Brenners
geschützt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Plattenelement (22) eine in axialer Erstreckung des Strömungskanals
bis in den Bereich des den Strömungskanal befestigenden Einlassflansch (4) erstreckt
und an diesem fixiert ist.