<Desc/Clms Page number 1>
Gekühlte Wand für Brennkammern, insbesondere von Gasturbinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte Wand für Brennkammern, insbesondere von Gasturbi- nen. Brennkammern für Gasturbinen bestehen meist aus Metall und besitzen einen Aussen- und einen In- nenmantel. Der Aussenmantel dient zur Aufnahme des Druckes und mechanischer Beanspruchungen, der
Innenmantel muss gegen hohe Temperatur beständig sein, begrenzt meistens einen zylindrisch gestalte- ten Brennraum, und ist üblicherweise aus zylinderförmigen'oder kegeligen Ringen zusammengesetzt.
Bei thermisch hochbeanspruchten Brennkammern sind diese Ringe mit gerippten Einzelteilen versehen.
Die Rippung soll die Kühlflächen für die Wärmeabfuhr vergrössern und auf diese Weise die Wandtempe- ratur des Innenmantels in gewünschten Grenzen halten. Zur Wärmeabfuhr wird ein Teil der der Brenn- kammer zugeführten Luft ausgenutzt. Die gerippten Einsätze sind in den zylinderförmigen oder kegeligen Ringen derart angeordnet, dass die Kühlluft beim Einströmen in den Innenraum der Brennkammer zwangsweise zwischen den Rippen hindurchstreicht.
Bei den bekannten Konstruktionen sind gegossene oder geschweisste gerippte Einsätze verwendet und der Ring bildet die zugehörige Tragkonstruktion. Diese Ausführung ist aber nicht anwendbar, wenn die Kühlluft zwecks Erhöhung der Wirkung der Wirbelvorrichtung der Brennkammer tangentiell in die Brennkammer einströmen soll. Ein weiterer Nachteil der erwähnten Ausführung ist die ungleichmässige Wärmeausdehnung der gerippten Einsätze und des Tragringes. Aus diesem Grunde muss die Montage der gerippten Einsätze mit einem Dilatationsspiel ausgeführt werden. Bei einem unrichtig gewählten Spiel vergrössert sich aber entweder die Fuge zwischen den gerippten Einsätzen, was die richtige Funktion der Kühlung beeinflusst und verschlechtert, oder die Beanspruchung der Einzelteile wird erhöht und es kann zu deren Bruch kommen.
Bekannt sind auch Konstruktionen der eingangs angeführten Art, bei denen die innere Brennkammerwand mit einer Anzahl gerippter Lamellen ausgekleidet ist, die sich nach allen Richtungen frei bewegen können und in die Brennkammerinnenwand eingehängt sind, wobei zwischen den in axialer Richtung sich erstreckenden Rippen Kanäle gebildet werden, durch deren obere Öffnung die Kühlluft eintritt und durch die untere Öffnung wieder austritt, wo sie im aufgeheizten Zustand in das Innere der Brennkammer gelangt. Die BrennkammerinnenwÅand, an der die gerippten Lamellen aufgehängt sind, besteht aus mehreren, sich überlappenden Blechringen, so dass der Kühlluft ungehinderter Ein- und Austritt aus den Kanälen der gerippten Lamellen gestattet ist.
Aber auch diese Konstruktionen, bei denen sowohl der Brennstoff als auch die Kühlluft, die gleichzeitig auch als Brennluft dient, in gleicher axialer Richtung der Brennkammer zugeführt werden, konnte vor allem deshalb nicht befriedigen, weil auch diese Anordnung keine Gewähr für eine gründliche Durchmischung von Brennstoff und Brennluft bietet, was jedoch für eine vollständige Verbrennung unerlässlich ist. Ausserdem werden die Blechringe durch die bereits erhitzte Kühlluft beträchtlich erwärmt, so dass auch bei dieser Konstruktion die bereits erwähnten Mängel einer ungleichmässigen Wärmeausdehnung eintreten.
Ziel der Erfindung ist es, dieses Nachteile zu beseitigen, was erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass die Rippen der Lamellen zwecks Erzielung eines tangentialen Austrittes der Kühlluft in zur Achse der Brennkammer senkrechten Ebenen verlaufen, wobei eine an sich bekannte Überlappung der
<Desc/Clms Page number 2>
Lamellen in Umfangsrichtung der Brennkammer vorgesehen ist, und dass jeder gerippten Lamelle je ein Leitblech zugeordnet ist.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In diesen zeigen Fig. l einen Teillängsschnitt durch eine Brennkammer mit tangentiellem Austritt der Kühlluft, Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt durch diese Brennkammer, Fig. 3-5 in schaubildlicher Darstellung je eine Ausführungsform von Lamellen, Fig. 6 ein Teilquerschnitt durch eine Brennkammer mit Lamellen nach Fig. 5, Fig. 7 im Längsschnitt eine andere Ausführung der Brennkammer mit tangentiellem Austritt der Kühlluft, Fig. 8 einen Querschnitt durch diese Brennkammer, Fig. 9 im Schaubild eine als Einzelteil gegossene Lamelle, die bei der Brennkammer nach den Fig. 7 und 8 verwendet wird.
Bei der in den Fig. l und 2 dargestellten Brennkammer ist an dem äusseren Druckmantel 1 eine Aufhängung 2 angeordnet, auf der eine Tragplatte 3 aufliegt. Eine Anzahl von Lamellen 4 ist jeweils mittels einer Verbindungsstange 5 die lose in einer Bohrung der Aufhängung 2 steht, zu einer Gruppe und mit der Tragplatte 3 sowie einem Aufhängeflansch 6 zu einem Bauteil verbunden, der mit Muttern oder Splinten 7 gesichert ist. Die Strömrichtung der Kühlluft ist in Fig. 2 mit Pfeilen angedeutet. In den Fig. 3-5 sind verschiedene passende Formen von Lamellen gezeigt.
Die Fig. 6 stellt einen Teilquerschnitt durch eine andere Brennkammer dar, die analog der Brennkammer nach den Fig. 1, 2 ausgebildet, aber unter Anwendung von Lamellen nach Fig. 5 aufgebaut ist, die Verschlussnasen 9 bzw. diesen zugeordnete Ausnehmungen aufweisen. Die Kanäle für die Kühlluft verlaufen wie bei der Brennkammer nach Fig. 1 und 2.
Auch die Brennkammer gemäss den Fig. 7 und 8 ist mit einem äusseren Druckmantel l versehen, der eine Aufhängung 2 trägt, auf welcher die Tragplatte 3 aufliegt. Die gekühlte Wand besteht bei dieser Ausführung aus gegossenen, an ihrer Oberfläche gerippten Lamellen 11. Die Kanäle für die Kühlluft werden durch aufgelegte Leitbleche 12 abgegrenzt. Die einzelnen übereinander liegenden Lamellen sind mit Stangen 10 zusammengehalten. Die Strömrichtung der Kühlluft ist in Fig. 8 mit Pfeilen angedeutet.
Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer gerippten Lamelle 11. Jede solche Lamelle besitzt ein besonderes Leitblech 12.
Bei allen diesen Ausführungsbeispielen tritt die Kühlluft aus im wesentlichen tangential zur Brennkammerwand orientierten Kanälen aus.
Die beschriebenen Ausführungsformen der gekühlten Brennkammerwand stellen nur ein Beispiel der erfindungsgemässenAnordnungdar, die zu einer sehr wirksamen Brennkammerkühlung führt. Die gesamte Vorrichtung ist in fertigungstechnisch einfache Einzelteile aufgeteilt, die so montiert werden können, dass der Austritt der Kühlluft aus von den Lamellen gebildeten Kanälen in vorteilhafter Weise in tangentialerRichtung erfolgt, so dass im Brennraum eine wirksame Durchwirbelung entsteht. Die erfindungsgemässe Anordnung löst einwandfrei das Problem der Wärmedehnung und vereinfacht das Aufhängen im Mantel der Brennkammer. Es wird auch die Möglichkeit des Durchblasens der Kühlluft durch unerwünschte Fugen ausgeschlossen, die bei den bisher bekannten Ausführungen zwangsweise zwischen den Einzelteilen entstehen.
Die erfindungsgemässe Anordnung beseitigt völlig die zusätzliche Beanspruchung der Einzelteile unter Einfluss der Wärmebeanspruchung und erhöht die Sicherheit der gesamten Einrichtung.