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Bauteil für Brennkammern oder Behälter zur Aufnahme bzw. Leitung eines heissen, unter Druck stehenden, mit hoher Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mediums, insbesondere für Brennkammer vox Gasturbinen
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Die Erfindung soll vorzugsweise an Brennkammern für Gasturbinen angewendet werden, wie sie in
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luft, die durch die Ringspalte in die Brennkammer eintritt und die gleichzeitig eine Kühlung dieser ringförmigen Teile von innen bewirkt.
Es ist ein unbedingtes Erfordernis, die Temperatur der Verbrennungsgase vor dem Einströmen in die Turbine so weit zu senken, dass sie keine schädlichen Wirkungen auf die Turbinenschaufeln hervorrufen kann. Es ist bekannt, zu diesem Zweck in den ringförmigen Teilen der Brennkammer auch Ausnehmungen anzuordnen, durch welche die die Brennkammer umströmende Luft in das Innere eintritt und sich mit den Verbrennungsgasen vermischt. Gleichzeitig wird auch eine Kühlung der ringförmigen Teile von innen bewirkt. Soll aber eine ausreichende Kühlung erreicht werden, so muss eine grössere Menge Luft zu- gefUhrt werden, als zur notwendigen Senkung der Temperatur der Verbrennungsgase erforderlich ist.
Ein Nachteil dieser Massnahme besteht darin, dass das Vermischen der Kühlluft mit den heissen Verbrennungsgasen eine wesentliche Verminderung der Energie der Verbrennungsgase und damit einen Wirkungagradverlust bewirkt.
Weiterhin ist es bereits bekannt, zur Herabsetzung des den Wirkungsgrad ungünstig beeinflussendes
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Luftüberschusses, d. h. zur Verminderung der Anzahl der zur Temperatursenkung erforderlichen Ausnehmungen in dem übergreifenden Ende der ringförmigen Teile der Brennkammer Schlitze anzuordnen, die parallel zur Längsachse der Brennkammer verlaufen. Diese Schlitze sollen die durch die heissen Verbrennungsgase hervorgerufenen Wärmespannungen in den ringförmigen Teilen und die Ausdehnung dieser Teile ausgleichen. Die Anordnung der Schlitze kann jedoch das Verwerfen der ringförmigen Teile nicht einwandfrei verhindern, und sie bewirkt auch keine zusätzliche Kühlung, wie sie durch die Erfindung bezwecktwird.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere in dem mittleren Abschnitt der ringförmigen Teile Ausbeulungen und an der Wurzel der Schlitze Risse entstehen. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin,
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dehnen dieser verhindert und ein Wirkungsgradverlust weitgehend vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das vordere, im lichten Durchmesser grössere Ende eines jeden ringförmigen Teiles an seinem Umfang an der Stirnseite beginnende Ausnehmungen mit schräg zur Strömungsrichtung des Mediums liegenden Kanten aufweist.
Gemäss der Erfindung strömt nach Eintritt in die ringförmigen Teile durch die Ausnehmungen eine Luftschicht innen an der Wand der ringförmigen Teile entlang, die eine niedrigere Temperatur aufweist, als die Luft, welche zwischen den von zwei ringförmigen Teilen gebildeten Ringspalt eintritt und in diesem von zwei Seiten, d. h. von dem übergreifenden vorderen, im lichten Durchmesser grösseren Ende des einen ringförmigen Teiles und dem übergriffenen hinteren Ende des vorangehenden ringförmigen Teiles erwärmt wird.
Sind die Ausnehmungen derart ausgebildet, dass sich ein durch trapezförmige Zungen gelappter Rand der Rohre ergibt, so kann sich die Luft, die durch diese Ausnehmungen in das Innere des ringförmigen Teiles einströmt, nur sehr wenig an dem übergreifenden vorderen, im lichten Durchmesser grösseren Ende des einen ringförmigen Teiles erwärmen. Die Luft erwärmt sich hauptsächlich nur etwas an dem übergriffenen hinteren Ende des vorangehenden ringförmigen Teiles.
Sind die Ausnehmungen als schräg zur Längsachse des Bauteiles verlaufende Schlitze ausgebildet und deckt sich in Längsrichtung des Bauteiles die Projektionslinie vom Anfang des einen Schlitzes mit der Projektionslinie vom Ende des benachbarten andern Schlitzes, so kann sich die durch die Schlitze in das Innere der ringförmigen Teile einströmende Luft nur an dem übergreifenden vorderen, im lichten Durchmesser grösseren Ende des einen ringförmigen.
Teiles erwärmen, welches kuhler ist, als das von die-
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undFig. t- Ausnehmungen in einem vorderen, im lichten Durchmesser grösseren Ende eines ringförmigen Teiles, die einen durch trapezförmige Zungen gelappten Rand des ringförmigen Teiles ergeben, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. l, Fig. 3 schräg zur Längsachse des Bauteiles als Schlitze ausgebildete Ausnehmungen in einem vorderen, im lichten Durchmesser grösseren Ende eines ringförmigen Teiles, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie C-D der Fig. 3.
Die Brennkammer besteht im wesentlichen aus mehreren, gleichachsig hintereinander angeordneten ringförmigen Teilen 1, wovon zwei in der Zeichnung dargestellt sind. Das vordere Ende 5 des ringförmigen Teiles 1 ist im lichten Durchmesser grösser als das übergriffene hintere Ende des vorangehenden ringförmigen Teiles und greift unter Einhaltung eines Ringspaltes 2 über das hintere Ende des vorangehenden ringförmigen Teiles. Beide ringförmigen Teile sind durch Abstandsstücke 3 gehalten. Luft mit niedrigerer Temperatur als die Verbrennungsgase in der Brennkammer umstörmt diese in Achsrichtung und tritt durch den Ringspalt 2 in die Brennkammer ein (Pfeile x), wobei eine Luftschicht 4 mit niedriger Temperatur an der Innenseite des ringförmigen Teiles 1 entlangströmt, die sich schnell erwärmt bzw. sich mit den Verbrennungsgasen vermischt.
In dem übergreifenden, im lichten Durchmesser grösseren Ende 5 des einen ringförmigen Teiles sind Ausnehmungen 6 angeordnet, durch die'sich ein durch trapezförmige Zungen 7 gelappter Rand des Rohres ergibt. Die durch die Ausnehmungen 6 in die Brennkammer eintretende Luft (Pfeile y) kann sich an dem übergreifenden Ende 5 des ringförmigen Teiles nicht so sehr erwärmen und bleibt somit kühler als die durch die Pfeile x gekennzeichnete Luft, so dass eine dünne Luftschicht 8 mit niedrigerer Temperatur die Wand des ringförmigen Teiles von innen zusätzlich kühlt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 3 und 4) zeigt an dem übergreifenden, im lichten Durchmesser grösseren Ende 5 des ringförmigen Teiles Schlitze 9 mit parallelen Kanten, die schräg zur Längsachse des Bauteiles angeordnet sind und wobei sich die Projektionslinie 9'vom Anfang des einen Schlitzes mit der Projektionslinie 9"vom Ende des benachbarten Schlitzes 9 in Längsrichtung der Brennkammer deckt. Von der Luft mit niedriger Temperatur, welche die Brennkammer in Achsrichtung umströmt, tritt ein Teil durch den Ringspalt 2 in die Brennkammer ein (Pfeile x). Ein zweiter Teil dieser Luft strömt durch die
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Schlitze 9 (Pfeile z) in das Brennkammerinnere und wird dadurch näher an die gefährdeten Abschnitte des ringförmigen Teiles herangeführt.
Ausserdem wird hiebei eine zusätzliche Kühlung Über den gesamten Umfang des ringförmigen Teiles erreicht.
Zweck der Ausnehmungen ist es also, die Luft, welche die Brennkammer in Achsrichtung umströmt, ohne wesentliche Erwärmung in die Brennkammer eintreten zu lassen, u. zw. so, dass eine dünne Schicht Luft von niedrigerer Temperatur die ringförmigen Teile zusätzlich von innen kühlt. Ausserdem wird durch die besondere Ausbildung der Ausnehmungen eine elastischere Verbindung der ringförmigen Teile der Brennkammer erreicht. Die noch auftretende Wärmebeanspruchung und eine eventuelle unterschiedliche Ausdehnung der einzelnen ringförmigen Teile kann somit einwandfrei ausgeglichen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bauteil für Brennkammern oder Behälter zur Aufnahme bzw. Leitung eines heissen, unter Druck stehenden, mit hoher Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mediums, insbesondere für Brennkammern von Gasturbinen, wobei dieser Bauteil im wesentlichen aus mehreren gleichachsig hintereinander angeordneten ringförmigen Einzelteilen besteht, deren Enden unter Einhaltung eines Ringspaltes übereinandergreifen und durch Abstandsstücke gehalten werden und bei dem ein gasförmiges Medium mit niedrigerer Temperatur den Bauteil in Achsrichtung umströmt sowie durch den Ringspalt in diesen eintritt, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere, im lichten Durchmesser grössere Ende (5) eines jeden ringförmigen Teiles (1) an seinem Umfang an der Stirnseite beginnende Ausnehmungen (6 ;
9) mit schräg zur Strömungsrichtung des Mediums liegenden Kanten aufweist.