DE69810940T2

DE69810940T2 - Zwischenstück für gasturbinenbrenner

Info

Publication number: DE69810940T2
Application number: DE69810940T
Authority: DE
Inventors: Joe Coslow; Lane Whidden
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: DE69810940D1; US5906093A; WO1998037311A1; EP1009915B1; AR011159A1; EP1009915A1; KR20000070976A; JP2002511121A

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung eines dampfgekühlten Gasturbinenbrenner-Zwischenstücks in ein luftgekühltes Brenner-Zwischenstück.
Die US-Regierung verfügt über eine vollständig bezahlte Lizenz für diese Erfindung und über das Recht, vom Patentinhaber unter begrenzten Umständen eine Lizenzvergabe an Dritte zu angemessenen Bedingungen wie in den Bedingungen des vom US- Energieministerium erteilten Auftrags Nr. DE-FC21-95MC32267 vorgesehen zu verlangen.
Fachleuten ist bekannt, dass eine typische Gasturbine einen Verdichter, einen Brenner und einen Turbinenabschnitt aufweist. Im Verdichter wird Luft komprimiert und fließt dann zum Brenner. Im Brenner wird die Luft zum Erzeugen eines heißen Gases mit Brennstoff verbrannt. Das heiße Gas strömt vom Brenner in den Turbinenabschnitt. Beim Durchfließen des Turbinenabschnitts dehnt sich das Gas aus und bringt eine Rotorwelle zum Drehen. Durch die Drehung der Welle wird Nutzarbeit erzeugt. Zum Beispiel kann die Welle einen Elektrogenerator zum Erzeugen von Elektrizität antreiben.
Bekannt ist auch die Konstruktion eines typischen Brenners. Herkömmlicherweise gelangt in einer Gasturbine eine Vielzahl von Brennern und ein an jeden Brenner angeschlossenes Brenner-Zwischenstück zum Einsatz. Die Brenner-Zwischenstücke verbinden die Brenner mit dem Eintritt einer Einzelturbine. Wie oben erwähnt, wird im Brenner heißes Gas erzeugt. Dieses heiße Gas strömt dann durch die Zwischenstücke in die Turbine. Eine der Funktionen der Zwischenstücke besteht darin, das Profil des strömenden Gases von einer zylindrischen in eine Ringform zu ändern. Wie bekannt wird eine Ringform aufgrund der Konstruktion der Turbine bevorzugt.
Da der thermodynamische Wirkungsgrad einer Gasturbine von der Temperatur des aus dem Zwischenstück aus- und in die Turbine eintretenden Gases abhängt, ist die Gastemperatur relativ hoch. Da die Zwischenstücke mit diesem heißen Gas in Kontakt stehen und aus Metall aufgebaut sind, müssen sie gekühlt werden. Im allgemeinen werden Zwischenstücke entweder mit Dampf oder mit Luft gekühlt.
Ein Gasturbinen-Brenner mit einem luftgekühlten Außenmantel ist aus US-A-2716330 bekannt.
Da Dampf und Luft deutlich unterschiedliche Wärmekapazitäten aufweisen, sind zum Erreichen der geforderten Wärmeübergangsleistung mit Dampf bzw. Luft in Zwischenstücken unterschiedliche Strömungswege für die Kühlung mit Dampf bzw. Luft vorgesehen. Insbesondere sind Zwischenstücke spezifisch für die Verwendung von Luft bzw. Dampf ausgelegt. Zwischenstücke, bei denen Luft als Kühlmittel eingesetzt wird, unterscheiden sich wesentlich von denen, die Dampf als Kühlmittel verwenden. Leider bringt der Einsatz von Zwischenstücken, die sich aufgrund des Kühlmediums wesentlich unterscheiden, Nachteile mit sich. Verfügt man zum Beispiel über Turbinen mit luftgekühlten Zwischenstücken und mit dampfgekühlten Zwischenstücken, so ist eventuell ein Bestand von beiden Zwischenstück-Typen für Wartungszwecke vorzuhalten. Demzufolge sind die mit der Lagerung beider Typen von Zwischenstücken und der Vorhaltung von Teilen für beide Zwischenstücke zusammenhängenden Bestandskosten hoch. Wenn sich ein Zwischenstück leicht zum Einsatz in einem Dampf- bzw. einem Luftkühlsystem anpassen ließe, so würde dies die Bestandskosten senken. Darüber hinaus wird dann, wenn ein Verfahren zur Anpassung eines Zwischenstücks entwickelt werden könnte, damit es entweder durch Dampf oder durch Luft gekühlt werden kann, ebenfalls ein Beitrag zur Senkung von Bestandskosten geleistet.
Ein dampfgekühltes Zwischenstuck, dass sich leicht zum Einsatz von Luft als Kühlmittel anpassen lässt, ist auch vorteilhaft, da es dem Turbinenbetreiber ein Reserve-Kühlverfahren zur Verfügung stellt. Konkret wäre die Turbine dann, wenn das Dampf-Kühlsystem ausfällt, nicht betriebsfähig. Ließe sich ein dampfgekühltes Zwischenstück jedoch so anpassen, dass eine Luftkühlung angewendet werden kann, so könnte die Turbine mit Luft als Kühlmedium in Betrieb gesetzt werden. Somit ist ersichtlich, dass ein dampfgekühltes Zwischenstück, das sich leicht für den Einsatz von Luft als Kühlmittel anpassen lässt, nicht nur die Bestandskosten senken, sondern auch ein zuverlässigeres Betriebssystem bereitstellen kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung eines dampfgekühlten Zwischenstücks in ein luftgekühltes Zwischenstück geschaffen. Dieses Verfahren kann mit einem Zwischenstück umgesetzt werden, welches einen Eintritt zum Zuführen von Kühldampf in einen Kühlkreis und einen Austritt zum Abführen des Kühldampfes aus dem Kühlkreis aufweist Zusätzlich kann das Zwischenstück in einem Brennermantel einer Gasturbine angeordnet werden, die über einen Verdichter, einen Brenner und einen Turbinenabschnitt verfügt. Wie oben erwähnt kann der Verdichter im Betrieb Druckluft erzeugen. Eine der Funktionen dieser Luft besteht darin, zum Brenner zu strömen und mit dem Brennstoff zum Erzeugen heißen Gases zu verbrennen. Vom Brenner strömt das heiße Gas durch das Zwischenstück und in den Turbinenabschnitt. Das zum Umwandeln eines derartigen Zwischenstücks eingesetzte Verfahren kann die Schütte der Bereitstellung eines Lufteintritts im Zwischenstück, durch den Luft in den Kühlkreis einströmen kann, und des Bildens eines Luftaustritts im Zwischenstück, durch den Luft, die den Kühlkreis durchlaufen hat, abgeführt wird, beinhalten.
Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Zwischenstück, das von einem dampfgekühlten Zwischenstück in ein luftgekühltes Zwischenstück umwandelbar ist. Im einzelnen umfasst solch ein Zwischenstück einen abnehmbaren Dampfzufuhr-Verteiler und einen abnehmbaren Dampfsammel- Verteiler, die an der Peripherie des Zwischenstücks montiert sind. Umschlossen von diesen Verteilern ist eine Vielzahl an der Peripherie des Zwischenstücks angeordneter Öffnungen. Diese Öffnungen können einen Weg definieren, auf dem der Strom in den Kühlkreis ein- und aus ihm heraustritt. Wenn diese Dampf-Verteiler abgenommen sind, dient die Vielzahl der Öffnungen als ein Austritt für die aus dem Kühlkreis entweichende Luft. Weiterhin ist ein Luftzufuhr-Verteiler an der Peripherie des Zwischenstücks angeordnet und umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, durch die Luft dem Kühlkreis zugeführt wird. Dieses Zwischenstück kann in einem Brennermantel einer Gasturbine wie oben beschrieben angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Gasturbine wie oben beschrieben, in der eine Pumpe eingesetzt wird, die zwischen dem Mantel und dem oben beschriebenen Zwischenstück angeordnet ist. In einer derartigen Turbine steht die Pumpe in Fließverbindung mit dem Mantel und dem Zwischenstück. Zusätzlich arbeitet die Pumpe zur Bereitstellung einer treibenden Kraft, damit das Kühlmittel vom Mantel in das Zwischenstück und zurück zum Mantel fließt.
Beim Durchfließen des Zwischenstücks absorbiert das Kühlmittel Wärme vom Zwischenstück.
Diese und verschiedene andere Vorteile und neuartige Merkmale, welche die Erfindung kennzeichnen, sind in den hier beigefügten und einen Teil des vorliegenden Dokuments bildenden Patentansprüchen im einzelnen dargestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung, ihrer Vorteile und der durch ihre Verwendung erreichten Zwecke wird jedoch auch auf die Zeichnungen, die einen weiteren Teil des vorliegenden Dokuments bilden, und auf die begleitende Beschreibung verwiesen, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung illustriert und beschrieben wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist ein Querschnitt einer Verbrennungsturbine nach dem bekannten Stand der Technik;
Abb. 2 ist eine schematische Darstellung eines Dampfkühlsystems nach dem bekannten Stand der Technik für ein Turbinen-Zwischenstück;
Abb. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Luftkühlsystems nach dem bekannten Stand der Technik für ein Turbinen-Zwischenstück;
Abb. 4 ist eine isometrische Ansicht nach dem bekannten, Stand der Technik eines Brenner-Zwischenstücks;
Abb. 5 ist eine isometrische Ansicht eines Brenner-Zwischenstücks entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Abb. 6 ist eine isometrische Ansicht eines Bauteils, das bei der praktischen Umsetzung der Zwischenstücke eingesetzt werden kann; und Abb. 7 ist eine schematische Darstellung eines Luftkühlsystems entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die entsprechenden Strukturen in allen Ansichten durch Ziffern bezeichnet sind, und insbesondere mit Bezug auf Abb. 1, umfasst eine Gasturbine 10 einen Brenner 12, einen Verdichter 13 und einen Turbinenabschnitt 16. Wie Fachleuten bekannt ist, weist eine typische Gasturbine 10 eine Vielzahl von in einem Turbinengehäuse 14 enthaltenen und mit dem Turbinenabschnitt 16 in Fließ Verbindung stehenden Brennern 12 auf. Da alle diese Brenner 12 eine gleichartige Konstruktion aufweisen, ist in Abb. 1 ein derartiger Brenner dargestellt.
Wie in Abb. 1 dargestellt, steht der Brenner 12 in Fließverbindung mit dem Verdichter 13. Im Verdichter 13 wird Luft verdichtet und dann in den im Turbinengehäuse 14 enthaltenen Mantel 24 geschickt. Vom Mantel 24 strömt Luft zum Brenner 12 durch Öffnungen in der Oberfläche des Brenners 12. Während sie im Brenner 12 ist, vermischt sich die Luft mit dem Brennstoff und es entsteht ein heißes Gas. Das heiße Gas strömt dann vom Brenner 12 durch das Zwischenstück 22 und in den Turbinenabschnitt 16. Im Turbinenabschnitt 16 treibt das heiße Gas einen Rotor 19 an. Angeschlossen an den Rotor 19 ist eine Last (nicht dargestellt, da für Fachleute offensichtlich bekannt) wie ein Elektro-Generator, der die Drehung des Rotors 19 in Nutzarbeit umwandelt.
Wie bekannt ist das durch das Zwischenstück 22 strömende Gas äußerst heiß. Demzufolge ist die Kühlung des Zwischenstücks 22 unabdingbar. Herkömmlicherweise wurde das Zwischenstück 22 durch in den Mantel 24 strömende, durch den Pfeil 28 dargestellte Druckluft gekühlt. Konkret würde diese Luft 28 über die Außenoberfläche des Zwischenstücks 22 fließen und eine Kühlung bewirken. Durch die stets anhaltende Suche nach einer Steigerung des Wirkungsgrads von Gasturbinen weist das durch das Zwischenstück 22 strömende Gas jedoch weiterhin eine erhöhte Temperatur auf, so dass das Zwischenstück 22 verbesserte Kühlsysteme erfordert.
Daher wurden fortgeschrittene Luftkühlsysteme entwickelt. Zusätzlich wurden Dampfkühlsysteme entwickelt. Da Dampf eine wesentlich höhere Wärmekapazität aufweist als Luft, kann er größere Kühlleistungen erbringen. Ferner müssen Dampf und Luft, da sie verschiedene Wärmekapazitäten aufweisen, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen oder unterschiedliche Durchflusswege zurücklegen, um die geforderte Kühlung zu erzielen. Gewöhnlich wird dies durch die Auslegung des Durchflussweges des Kühlmittels durch das Zwischenstück 22 zur Anpassung an die Eigenschaften des eingesetzten Kühlmediums bewirkt. Da sich diese Durchflusswege wesentlich unterscheiden, kann in Zwischenstücken, die für den Einsatz von Luft ausgelegt sind. Dampf im allgemeinen nicht ersatzweise als Kühlmittel eingesetzt werden und in Zwischenstücken, die für den Einsatz von Dampf ausgelegt sind, kann der Dampf im allgemeinen nicht durch Luft ersetzt werden. Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Anpässen eines dampfgekühlten Zwischenstücks 22 wie in Abb. 4 dargestellt an ein luftgekühltes Zwischenstück.
Abb. 2 ist eine schematische Darstellung eines typischen Dampfkühlsystems 51 für ein Zwischenstück 22. Wie dargestellt wird der Dampf in einem Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger 70 oder einer anderen Dampferzeugungs-Einrichtung erzeugt und zum Zwischenstück 22 geschickt.
Beim Durchströmen des Zwischenstücks 22 kühlt der Dampf das Zwischenstück 22 und fließt dann zu einer Dampfrückführung 72 wie einer Dampfturbine, wo die Energie im Dampf in Arbeit umgewandelt wird.
Im Gegensatz zum Dampfkühlsystem 51 zeigt Abb. 3 ein Schema eines Luftkühlsystems 52. In einem typischen Luftkühlsystem 53 wird Luft vom Verdichter 13 zum Zwischenstück 22 geleitet. Beim Durchströmen des Zwischenstücks 22 kühlt die Luft das Zwischenstück 22. Nach dem Durchströmen des Zwischenstücks 22 tritt die Luft in den Brenner 12 oder ein Inneres des Zwischenstücks 22 aus. Hier mischt sich die erhitzte Luft mit der vom Verdichter 13 zum Brenner 12 geschickten Luft. Wie Fachleuten bekannt ist, wird dieser Systemtyp als relativ thermodynamisch effizient betrachtet, da die Energie in der Luft (der Luft, die das Zwischenstück gekühlt hat) in der Turbine 10 in Nutzarbeit umgewandelt wird. Konkret vermischt sich die Luft nach dem Eintreten in den Brenner 12 mit Brennstoff, um ein heißes Gas zu erzeugen, das den Rotor 19 im Turbinenabschnitt 16 antreibt. Obwohl das Schema die Kühlung vom in der Turbine 10 angeordneten Verdichter 13 zugeführt darstellt, kann die Kühlluft auch von einem Verdichter oder einer ähnlichen Quelle außerhalb der Turbine 10 bereitgestellt werden.
Wie in Abb. 4 illustriert, beinhaltet ein dampfgekühltes Zwischenstück 22 einen Hauptkörper 42, einen Dampfzufuhr-Verteiler 30, einen Dampfsammel- Verteiler 32 und einen internen Kühlkreis 18. Die vorliegende Erfindung bezieht sich nicht auf die besondere Konstruktion des dampfgekühlten Zwischenstücks 22, sondern auf ein Verfahren zur Umwandlung dieses Zwischenstücks in ein luftgekühltes Zwischenstück.
Das in Abb. 4 dargestellte Zwischenstück 22 verfügt über zwei Dampfzufuhr-Verteiler 30. Wie dargestellt, verlaufen die Dampfzufuhr-Verteiler 30 und der Dampfsammel-Verteiler 32 am Umfang entlang um die Peripherie des Hauptkörpers 42. Zusätzlich sind die Dampfzufuhr-Verteiler 30 an entgegengesetzten Längsenden des Hauptkörpers 42 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist der Dampfsammel-Verteiler 32 zwischen den Dampfzufuhr-Verteilern 30 angeordnet. Sowohl die Zufuhr-Verteiler 30 als auch der Sammel-Verteiler 32 umfassen eine Vielzahl von Öffnungen 44, die um den Hauptkörper 42 herum verlaufen.
Wie ebenfalls in Abb. 4 dargestellt, verfügen der Dampfsammel-Verteiler 32 und der Dampfzufuhr-Verteiler 30 über an einer Außenseite der Verteiler 30, 32 angeordnete Anschlüsse 40. Die Anschlüsse 40 an den Dampfzufuhr- Verteilern 30 sind mit einer Dampfzufuhr 70 wie einem Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger, wie in Abb. 2 schematisch dargestellt, durch eine Leitung 41 oder eine ähnliche Vorrichtung wie ein Rohr verbunden. Zusätzlich ist der Dampfsammel-Verteiler 32 an eine Dampfrückführung 72 wie eine Dampfturbine durch eine an seinem Anschluss 40 angeschlossene Leitung 41 oder eine ähnliche Verbindungsvorrichtung wie ein Rohr verbunden.
Gewöhnlich werden die Verteiler 30, 32 an das Zwischenstück 22 angeschweißt. Auf ähnliche Weise werden die Leitungen 41 auch an ihre jeweiligen Anschlüsse 40 angeschweißt. Wie Fachleuten bekannt ist, können die Leitungen 41 jedoch durch ein ähnliches Befestigungsverfahren, unter anderem durch Befestigungselemente, mit Gewinde, Nieten und ähnlichem an die Anschlüsse 40 angeschlossen werden. Auf ähnliche Weise können die Verteiler 30,32 durch andere, bekannte Befestigungsverfahren, unter anderem durch Befestigungselemente, mit Gewinde, Nieten und ähnlichem an den Zwischenstücken 22 befestigt werden.
Der Kühlkreis 38 ist in den Abb. 4 und 6 dargestellt. Wie angegeben, enthält der Kühlkreis 38 eine Vielzahl von Kanälen 39 auf der Innenseite des Zwischenstücks 22 entlang der Längsachse 23 des Zwischenstücks 22. In dieser Ausführungsform kann die Vielzahl von Kanälen 39 als Rippenring bezeichnet werden, da sie einen Ring aus Kanälen 39 bilden, der um das Innere des Zwischenstücks 22 herum verläuft. Zusätzlich greift der Kühlkreis 38 auf die Öffnungen 44 im Zwischenstück 22 unter den Verteilern 30, 32 zurück. Konkreter wird ein Kühlmittel-Durchflussweg von den durch die Zufuhr- Verteiler 30 eingeschlossenen Öffnungen 44 durch die Kühlkanäle 39 und zu den vom Sammel-Verteiler 32 eingeschlossenen Öffnungen 44 gebildet. Es ist zu erkennen, dass Abb. 6 nur einen Teil des Kühlkreises 38 darstellt. Sie bildet einige der Kanäle 39 ab, die zwischen den von einem der Dampfzufuhr- Verteiler 30 eingeschlossenen Öffnungen 44 und den vom Dampfsammel- Verteiler 32 eingeschlossenen Öffnungen 44 verlaufen. Die zwischen den Öffnungen 44 im anderen Dampfzufuhr-Verteiler 30 und dem Dampfsammel- Verteiler 32 verlaufenden Kanäle 38 sind gleichartig. Zusätzlich ist zu erkennen, dass diese Kanäle 39 den gesamten Innenumfang des Zwischenstücks 22 auskleiden, aber nur ein Teil dieser Kanäle in der Abb. 6 dargestellt ist.
Im Betrieb kühlt der Dampf, wie in Abb. 4 am besten dargestellt, das Zwischenstück 22 durch Hießen von der in Abb. 2 schematisch dargestellten Dampfzufuhr 70 zu den Dampfzufuhr-Verteilern 30 und in den Kühlkreis 38. Im Kühlkreis 38 bewirkt der Dampf den größten Anteil der Kühlung für das Zwischenstück 22. Nach dem Durchfließen des Kühlkreises 38 strömt der Dampf zum Sammel-Verteiler 32. Vom Sammel-Verteiler 32 fließt der Dampf dann zu einer Dampfrückführung 72 wie oben beschrieben wie bei einer Dampfturbine.
Die Gasturbine 10, das Dampfkühlsystem 51, das Luftkühlsystem 52 und das oben besprochene dampfgekühlte Zwischenstück 22 sind bekannter Stand der Technik. Die vorliegende Erfindung bezieht sich per se nicht auf diese, sondern auf ein Verfahren zur Umwandlung eines dampfgekühlten Zwischenstücks in ein luftgekühltes Zwischenstück, wobei solch ein Zwischenstück in einer Gasturbine eingesetzt wird, und ein Kühlsystem für solch ein Zwischenstück.
Um dieses dampfgekühlte Zwischenstück 22 in ein luftgekühltes Zwischenstück umzuwandeln, beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schütte des Bildens eines Luftaustritts 36 im Zwischenstück 22 und in Fließverbindung mit dem Kühlkreis 38; und der Bereitstellung eines Lufteintritts 46 im Hauptkörper 42 des Zwischenstücks 22 in Fließverbindung mit dem Kühlkreis 38.
Konkreter kann der Schritt zur Bildung eines Lufteintritts 46 die Schritte zur Herstellung einer Vielzahl von Öffnungen 50 im Hauptkörper 42 beinhalten, die sich durch den Hauptkörper 42 und in den Kühlkreis 38 erstrecken. In der bevorzugten Ausführungsform werden diese Öffnungen um den Hauptkörper 42 herum an zwei verschiedenen Stellen an der Längsachse des Zwischenstücks 22 hergestellt. Ähnlich wie die in Abb. 6 dargestellten Öffnungen 44 erstrecken sich diese Öffnungen 50 durch das Zwischenstück 22 und bilden einen Weg zum Kühlkreis 38. Wie Fachleuten bekannt ist, können diese Öffnungen 50 durch Vollbohren, Aufbohren oder durch ein anderes, ähnliches Fertigungsverfahren hergestellt werden. Zusätzlich kann das Verfahren, wie Fachleuten bekannt ist, weiterhin die Schritte des Reinigens und Polierens der Öffnungen und das Spülen des Systems beinhalten.
Die bevorzugte Ausführungsform kann weiterhin das Anbringen eines Luftzufuhr-Verteilers 34 am Hauptkörper 42 beinhalten. Wie in Abb. 5 dargestellt, erfordert dieser Schritt in der am stärksten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Anbringen von zwei Luftzufuhr-Verteilern 34. Die Luftzufuhr-Verteiler 34 werden um die Peripherie des Zwischenstücks 22 herum installiert und decken die Öffnungen 50 ab. Ähnlich wie die Dampf-Verteiler 30, 32 verfügen die Luftzufuhr-Verteiler 34 über einen an ihrer Außenseite angeordneten Anschluss 40.
Dieser Schritt des Installierens der Luftzufuhr-Verteiler 34 kann das Schweißen der Verteiler 34 an das Zwischenstück 22 beinhalten. Alternativ können die Verteiler 34 durch Einsatz anderer bekannter Befestigungsverfahren unter anderem durch Klebemittel, Befestigungselemente mit Gewinde und Nieten am Zwischenstück 22 befestigt werden.
Ein zusätzlicher Schritt zum Anschließen einer Luftzufuhr an die Luftzufuhr- Verteiler 34 an ihren Anschlüssen 40 kann in diese Erfindung aufgenommen werden. Wie oben erwähnt und wie schematisch in Abb. 3 dargestellt, kann die Luftzufuhr ein externer Luftverdichter oder vom Austritt des Verdichters 13 zugeführte Luft sein. Konkret kann dieser Schritt das Anschließen einer Leitung 41 an den Luftzufuhr-Verteiler 34 an seinem Anschluss 40 und das Verlegen der Leitung 41 zu einer Luftzufuhr beinhalten. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet dieser Schritt das Schweißen der Leitung 41 an den Anschluss 40 am Luft-Verteiler 34. Allerdings kann die Leitung 41 durch andere bekannte Mittel einschließlich, aber nicht begrenzt auf Gewindeverbindungen, Klebemittel, Klemmstücke und ähnliche Mittel angeschlossen werden.
Vorzugsweise umfasst dieses Verfahren auch die Schritte des Trennens der Dampfzufuhr 70 vom Dampfzufuhr-Verteiler 30 und des Trennens der Dampfrückführung 72 vom Dampfsammel-Verteiler 32. Wie oben erwähnt sind die Verteiler 30, 32 durch an die entsprechenden Anschlüsse 40 angeschweißte Leitungen 41 mit der entsprechenden Zufuhr und Rückführung verbunden. Daher kann der Schritt des Trennens der Dampfzufuhr 70 den Schritt des Trennens der Schweißverbindung zwischen den Leitungen 41 und den Anschlüssen 40 beinhalten. Wie oben erörtert, können die Leitungen 41 durch ein anderes ähnliches Befestigungsverfahren oder durch Befestigungselemente mit Gewinden und ähnlichem mit den Anschlüssen 40 verbunden sein. Wie Fachleuten bekannt ist, würden in diesen Ausführungsformen die Schritte zur Entfernung der eingesetzten besonderen Befestigungsmethode entsprechen.
Der Schritt zur Herstellung eines Luftaustritts kann das Entfernen der Dampfzufuhr-Verteiler 30 und der Dampfsammel-Verteiler 32 und das Offenlegen der Öffnungen 44 im Hauptkörper 42 beinhalten. In der am stärksten bevorzugten Ausführungsform sind die Dampf-Verteiler 30, 32 an das Zwischenstück 22 durch Schweißverbindungen angeschlossen. Demzufolge umfasst der Schritt zum Entfernen dieser Verteiler 30, 32 die Schritte des Trennens der Schweißverbindungen, des Reinigens, Feinbearbeitens und Polierens der Zwischenstück-Oberfläche dort, wo die Schweißverbindung getrennt wurde. Wie Fachleuten bekannt ist, können die Verteiler durch ein ähnliches Befestigungsverfahren oder ein anderes Befestigungsverfahren wie Schraub Verbindungen oder ähnliche angeschlossen werden. Wie Fachleuten ebenfalls bekannt ist, würden die Schritte zur Entfernung in diesen Ausführungsformen dem besonderen eingesetzten Befestigungsverfahren entsprechen. Zum Beispiel: Entfernen der Befestigungselemente mit Gewinde und Reinigen der Gewindelöcher.
Nach Entfernen der Verteiler 30, 32 können die von den Verteilern 30, 32 umschlossenen Öffnungen 44 offengelegt und in Fließverbindung mit dem Mantel 24 gebracht werden. Durch diese Schütte wird, wie weiter unten im einzelnen ausgeführt, ein Durchflussweg geschaffen, durch den Luft in den Mantel 24 austreten und sich mit der aus dem Verdichter 13 austretenden Luft vermischen kann.
Nach Abschluss dieser Schritte kann das Zwischenstück 22 nun luftgekühlt werden. Konkret kann Luft von der Luftzufuhr durch die Leitungen 41 und den Anschluss 40 am Luftzufuhr-Verteiler 34 fließen. Der Luftzufuhr-Verteiler 34 führt die Luft durch die Öffnungen 50 in den Kühlkreis 38. Die Luft durchläuft dann den durch den Kühlkreis 38 vorgegebenen Durchflussweg und Wärme wird vom heißen Zwischenstück 22 auf die Luft übertragen. Ein Teil dieser Luft fließt im Kühlkreis 38 zum Zentrum des Zwischenstücks 22 und zum nahe des Zentrums angeordneten Austritt 36. Zusätzlich strömt ein Teil der in die Eintritte 46 eintretenden Luft zu den Längsenden des Zwischenstücks 22 und zu den an diesen Enden angeordneten Austritten 36. Nach dem Durchfließen des Kreises 38 strömt die Luft dann durch die Öffnungen 44 und in den Brennermantel 24, wo sie sich mit der aus dem Verdichter 13 austretenden Luft mischt.
Da dieses luftgekühlte Zwischenstück Kühlluft in den Brennermantel 24 abgibt und das in Abb. 3 beschriebene Luftkühlsystem Luft direkt vom Mantel 24 zuführt, kann das durch die vorliegende Erfindung geschaffene Zwischenstück nicht mit diesem System eingesetzt werden. Konkreter würde, wenn das durch die vorliegende Erfindung geschaffene Zwischenstück in solch einem System eingesetzt wird, es zu einem minimalen Luftstrom kommen, da die Zuluft und die Rückluft ungefähr den gleichen Druck aufweisen würde. Daher wird ein neues Luftkühlsystem benötigt, um das durch die vorliegende Erfindung geschaffene Zwischenstück nutzen zu können.
Dieses System ist schematisch in Abb. 7 dargestellt. Dieses System verwendet eine Pumpe 47 oder ein ähnliches Gerät, um die Kühlluft zusätzlich mit Druck zu beaufschlagen. Konkret fließt Luft vom Austritt 48 des Verdichters 13 zur Pumpe 47, wo sie weiter mit Druck beaufschlagt wird. Die Pumpe 47 führt dann die Luft durch die Leitungen 41 und in die Luftzufuhr- Verteiler 34. Nach dem Durchfließen des Kühlkreises 38 tritt die Luft 49 dann in den Mantel 24 aus. In diesem System stellt die Pumpe 47 oder ein ähnliches Gerät die treibende Kraft bereit, die zum Erzeugen einer Strömung durch den Kühlkreis benötigt wird.
Wie oben erörtert, weisen Luft und Dampf wesentlich unterschiedliche Wärmekapazitäten auf. Daher müssen sie, um mit Luft und Dampf etwa die gleiche Kühlung zu bewirken, entweder einen unterschiedlichen Kühlweg im Zwischenstück zurücklegen und/oder mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit durch das Zwischenstück fließen. Um mit jedem Kühlmedium etwa den gleichen Grad der Kühlung zu erzielen, kann die vorliegende Erfindung auch einen Schritt zur Auswahl einer Position entlang des Zwischenstücks 22 für die Lufteinlässe 45 beinhalten. Wie in Abb. 5 angegeben, sind in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alle Lufteintritte entlang des Zwischenstücks 22 zwischen der Position der Luftaustritte 36 angeordnet. Die Wahl der Position der Lufteinlässe 46 bestimmt, wie weit die Luft durch den Kühlkreis 38 strömen wird, bis sie die Luftaustritte 36 erreicht.
Wie aus einem Vergleich der Abb. 4 und 5 deutlich wird, ist die Weglänge der Luft durch den Kühlkreis 38 wesentlich kürzer als die Weglänge des Dampfes durch den Kühlkreis 38. Diese kürzere Weglänge der Luft gleicht ihre geringere Wärmekapazität aus und bewirkt etwa den gleichen Kühlbetrag wie der Dampf.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung zahlreiche Kennzeichen und Vorteile der vorliegenden Erfindung zusammen mit Einzelheiten der Struktur und Funktion der Erfindung dargelegt wurden, gilt die Darstellung nur veranschaulichend und es können Änderungen an Einzelheiten insbesondere hinsichtlich der Form, Größe und Anordnung von Teilen im Rahmen der Prinzipien der Erfindung in dem vollem Umfang vorgenommen werden, der durch die weit gefasste, allgemeine Bedeutung der Bestimmungen angegeben ist, in denen die beigefügten Ansprüche festgelegt sind.

Claims

1. Ein Verfahren zur Umwandlung eines dampfgekühlten Zwischenstücks (22) in ein luftgekühltes Zwischenstück (22) in einer einen Verdichter (13) in Fließverbindung mit einem Brenner (12) und einen Turbinenabschnitt (16) in Fließverbindung mit dem Brenner (12) enthaltenden Gasturbine (10), wobei das Zwischenstück (22) länglich und in einem Mantel (24) zwischen dem Brenner (12) und dem Turbinenabschnitt (16) zum Übertragen heißer Gase vom Brenner (12) durch das Zwischenstück (22) zum Turbinenabschnitt (16) angeordnet ist, und das aus einem Kühlkreis, der einen Dampfaustritt (32, 44) und einen Dampfeintritt (30, 44) im Abstand entlang und in Fließverbindung mit dem Kühlkreis (38) verbindet, bestehende Zwischenstück (22), benanntes Verfahren gekennzeichnet durch die Schritte des:

Bildens eines Lufteintritts (46) im Zwischenstück (22) in Fließverbindung mit dem Kühlkreis (38) zwischen dem Dampfaustritt (32, 44) und dem Dampfeintritt (30,44) und des

Setzens des Dampfaustritts (32, 44) und des Dampfeintritts (30, 44) in Fließverbindung mit dem Mantel (24) zum Bilden von Luftaustritten (36) für den Kühlkreis (38) aus dem Dampfaustritt (32, 44) und dem Dampfeintritt (30, 44).

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Dampfaustritt (32, 44) eine Vielzahl von Öffnungen (44) im benannten Zwischenstück (22) in Fließ Verbindung mit dem benannten Kühlkreis (38) und einem Dampfsammel- Verteiler (32) angeordnet auf dem benannten Zwischenstück über den benannten Öffnungen (44) zum Sammeln von Dampf aus der benannten Vielzahl von Öffnungen (44) aufweist, und der benannte Schritt des Setzens des Dampfaustritts (32, 44) in Fließverbindung mit dem Mantel (24) weiter durch Offenlegen der benannten Vielzahl von Öffnungen (44) zum benannten Mantel (24) gekennzeichnet ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die benannte Vielzahl von Öffnungen (44) zum benannten Mantel (24) hin durch Entfernen des benannten Dampfsammel-Verteilers (32) offengelegt werden.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, in dem der benannte Dampfeintritt (30, 44) eine Vielzahl von Öffnungen (44) im benannten Zwischenstück (22) in Fließ Verbindung mit dem benannten Kühlkreis (38) und einen Dampfzufuhr- Verteiler (30) auf dem benannten Zwischenstück (22) über den benannten Öffnungen (44) angeordnet zur Zuführung von Dampf zur benannten Vielzahl von Öffnungen (44) aufweist und der benannte Schritt des Setzens des benannten Dampfeintritts (30, 44) in Fließverbindung mit dem Mantel (24) zum Bilden eines Luftaustritts (36) weiter durch Offenlegen der benannten Vielzahl von Öffnungen (44) zum benannten Mantel (24) hin gekennzeichnet ist.

5. Das Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die benannte Vielzahl von Öffnungen (44) zum benannten Mantel (24) hin durch Entfernen des benannten Dampfzufuhr-Verteilers (32) offengelegt werden.

6. Ein luftgekühltes längliches Zwischenstück (22), angeordnet innerhalb eines Mantels (24) und umgewandelt von einem dampfgekühlten Zwischenstück (22) bestehend aus einem Kühlkreis (38) mit einer Vielzahl von sich im allgemeinen längs entlang des Zwischenstücks (22) erstreckenden Kanälen (39), und mindestens einem Dampfeintritt (30, 344) und mindestens einem Dampfaustritt (32, 44) entlang des benannten Zwischenstücks (22) beabstandet, jeweils kommunizierend mit den benannten Kanälen (39) zum Bilden eines Dampfdurchflusswegs dazwischen, wobei das benannte luftgekühlte längliche Zwischenstück (22) dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein benannter Dampfeintritt (30,44) und zumindest ein Dampfaustritt (32, 44) zum benannten Mantel (44) geöffnet sind, um Luftaustritte (36) zu bilden, und einen Lufteintritt (46) zwischen den benannten Luftaustritten (36) kommunizierend mit den benannten Kanälen (39) zum Bilden von Luftdurchflusswegen zwischen dem benannten Lufteintritt (46) und den benannten Luftaustritten (36) einschließend, die kürzer als der benannte Dampfdurchflussweg sind.

7. Das Zwischenstück (22) nach Anspruch 6 dadurch weiter gekennzeichnet, dass die benannten sich im allgemeinen längs erstreckenden Kanäle (39) des benannten Kühlkreises (38) um das benannte längliche Zwischenstück (22) herum angeordnet sind und der benannte Lufteintritt (46) eine Vielzahl von um das benannte Zwischenstück (22) herum verteilte und mit den benannten Kanälen (39) des benannten Kühlkreises in Fließverbindung befindliche Öffnungen (50) und einen sich um das benannte Zwischenstück (22) herum und in Fließverbindung mit der benannten Vielzahl von Öffnungen (50) befindlichen Luftzufuhr-Verteiler (34) umfasst.

8. Das Zwischenstück (22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die benannten Luftaustritte (36) jeweils eine Vielzahl von um das benannte Zwischenstück (22) hemm angeordnete und in Fließverbindung mit den benannten sich im allgemeinen längs erstreckenden Kanälen (39) des benannten Kühlkreises (38) befindliche Öffnungen (44) umfassen.

9. Das Zwischenstück (22) nach Anspruch 6, dadurch weiter gekennzeichnet, dass der aus dem benannten Dampfaustritt (32, 44) gebildete benannte Luftaustritt (36) nahe zu einer Mitte des benannten Zwischenstücks (22) angeordnet ist, der aus dem benannten Dampfeintritt (30,44) gebildete benannte Luftaustritt (36) nahe eines Endes des Zwischenstücks (22) angeordnet ist, die benannten Luftaustritte (36) einschließlich eines aus einem zusätzlichen Dampfeintritt (30, 44) gebildeten zusätzlichen Luftaustritts (36) nahe eines entgegengesetzten Endes des benannten Zwischenstücks (22) angeordnet sind und der benannte Lufteintritt (46) einschließlich eines Lufteintritts zwischen dem benannten Luftaustritt (36) nahe des einen Endes und der Luftaustritt (36) nahe der Mitte des benannten Zwischenstücks (22) und ein anderer Lufteintritt in Verbindung mit dem benannten Kühlkreis (38) zwischen dem benannten Luftaustritt (36) nahe der Mitte des benannten Zwischenstücks (22) und der benannte Austritt (36) nahe des entgegengesetzten Endes des benannten Zwischenstücks angeordnet sind.