DE102016203012A1 - combustion chamber - Google Patents

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Abstract

Bei einer Brennkammer (1) mit einer Brennkammerwand (5), die einen Brennraum (3) begrenzt, und mindestens einer in der Brennkammerwand (5) angeordnete Lufteintrittsöffnung (13), wobei sich auf der dem Brennraum (3) zugewandten Seite der Brennkammerwand (5) ein Einlaufstutzen (15) an die Lufteintrittsöffnung (13) anschließt, wobei der Einlaufstutzen (15) einen Eingang (20) und einen Ausgang (21) aufweist, ist vorgesehen, dass der Einlaufstutzen (15) einen Innenquerschnitt (Di) aufweist, der am Eingang (20) größer ist als am Ausgang (21), und dass in einer den Einlaufstutzen (15) bildenden Wandung (17) Kühllöcher (19) angeordnet sind, die die Wandung (17) durchdringen.In a combustion chamber (1) with a combustion chamber wall (5) which delimits a combustion chamber (3), and at least one air inlet opening (13) arranged in the combustion chamber wall (5), wherein on the side of the combustion chamber wall facing the combustion chamber (3) 5) an inlet connection (15) adjoins the air inlet opening (13), wherein the inlet connection (15) has an inlet (20) and an outlet (21), it is provided that the inlet connection (15) has an internal cross-section (Di), which at the entrance (20) is greater than at the outlet (21), and that in a inlet nozzle (15) forming wall (17) cooling holes (19) are arranged, which penetrate the wall (17).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Brennkammerwand, die einen Brennraum begrenzt und mindestens einer in der Brennkammerwand angeordneten Lufteintrittsöffnung, wobei sich auf der dem Brennraum zugewandten Seite der Brennkammerwand ein Einlaufstutzen an die Lufteintrittsöffnung anschließt.The present invention relates to a combustion chamber having a combustion chamber wall extending in the longitudinal direction and delimiting a combustion space and at least one air inlet opening arranged in the combustion chamber wall, wherein an inlet connection piece adjoins the air inlet opening on the side of the combustion chamber wall facing the combustion chamber.

Bei einer Vielzahl von Brennkammern strömt nur ein geringer Anteil der für die Verbrennung des Verbrennungsmediums benötigten Luft durch den oder die Brenner ein. Ein Teil der Luft wird durch Lufteintrittsöffnungen in der Brennkammerwand eingeführt. Um die Strömungsrichtung der Luft besser zu definieren, wird die Luft häufig durch Strömungsführungen in Form von Einlaufstutzen eingeleitet. Die Einlaufstutzen ragen in die Brennkammerströmung und somit aus einem an der Innenwandung der Brennkammerwand gebildeten Wandkühlfilm heraus. Die Einlaufstutzen sind somit zum Teil einer Heißgasströmung ausgesetzt, so dass eine intensive Kühlung notwendig ist.With a plurality of combustion chambers, only a small proportion of the air required for the combustion of the combustion medium flows through the burner (s). Part of the air is introduced through air inlets in the combustion chamber wall. In order to better define the flow direction of the air, the air is often introduced by flow guides in the form of inlet nozzle. The inlet nozzles protrude into the combustion chamber flow and thus out of a wall cooling film formed on the inner wall of the combustion chamber wall. The inlet nozzles are thus exposed in part to a hot gas flow, so that intensive cooling is necessary.

Aus US 7,395,669 B2 ist bekannt, in den Einlaufstutzen hineinragende Kühlungsvorsprünge, beispielsweise Kühlungsrippen, vorzusehen, um den Wärmeübergang der durch den Einlaufstutzen strömenden kühleren Luftströmung auf die Wandung des Einlaufstutzens zu verbessern.Out US 7,395,669 B2 is known, in the inlet nozzle projecting cooling projections, for example, cooling ribs to provide to improve the heat transfer of the flowing through the inlet nozzle cooler air flow to the wall of the inlet nozzle.

Aus US 4,875,339 ist eine Variante bekannt, bei der der Einlaufstutzen exzentrisch in eine größere Bohrung eingesetzt ist, wobei durch den entstehenden Spalt Luft strömen kann, die einen kühlenden Film bildet. Out US 4,875,339 a variant is known in which the inlet nozzle is eccentrically inserted into a larger bore, which can flow through the resulting gap air, which forms a cooling film.

In heutzutage betriebenen Brennkammern, beispielsweise Triebwerksbrennkammern, werden immer höher werdende Drücke und Temperaturen angestrebt, um den Treibstoffverbrauch zu senken. Somit besteht auch eine höhere Wärmebelastung der Einlaufstutzen für die einströmende Luft.In today's combustion chambers, such as engine combustion chambers, ever higher pressures and temperatures are sought in order to reduce fuel consumption. Thus, there is also a higher heat load of the inlet nozzle for the incoming air.

Eine konvektive Kühlung, wie sie in US 7,395,669 B2 vorgesehen ist, ist aufgrund des fehlenden isolierenden Kühlungsfilms zwischen dem Einlaufstutzen und der Heißgasströmung nicht sehr effektiv.A convective cooling, as in US 7,395,669 B2 is provided, is not very effective due to the lack of insulating cooling film between the inlet nozzle and the hot gas flow.

Eine eine Filmkühlung ermöglichende Konstruktion gemäß US 4,875,339 benötigt jedoch einen relativ großen Bauraum, der den an der Innenseite der Brennkammer gebildeten Kühlfilm unterbricht. Da der durch den Spalt neben dem Einlaufstutzen gebildete Luftstrom durch den vollen Druckverlust der Luft über die Brennkammerwand angetrieben wird, ist darüber hinaus der Luftverbrauch einer derartigen Kühlung relativ hoch.A film cooling enabling construction according to US 4,875,339 However, it requires a relatively large space, which interrupts the cooling film formed on the inside of the combustion chamber. Since the air flow formed by the gap next to the inlet nozzle is driven by the full pressure drop of the air over the combustion chamber wall, moreover, the air consumption of such cooling is relatively high.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkammer mit einer effizienten Kühlung von Einlaufstutzen für die Zuführung von Luft in einen Brennraum der Brennkammer zu schaffen.It is therefore the object of the present invention to provide a combustion chamber with an efficient cooling of inlet connection for the supply of air into a combustion chamber of the combustion chamber.

Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.The invention is defined by the features of claim 1.

Bei einer Brennkammer mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Brennkammerwand, die einen Brennraum begrenzt, mit mindestens einer in der Brennkammerwand angeordneten Lufteintrittsöffnung, wobei sich auf der dem Brennraum zugewandten Seite der Brennkammerwand ein Einlaufstutzen an die Lufteintrittsöffnung anschließt, wobei der Einlaufstutzen einen Eingang und einen Ausgang aufweist, ist vorgesehen, dass der Einlaufstutzen einen Innenquerschnitt aufweist, der am Eingang größer ist als am Ausgang, und dass in einer den Einlaufstutzen bildenden Wandung Kühllöcher angeordnet sind, die die Wandung durchdringen. Vorzugsweise verjüngt sich der Innenquerschnitt in Längsrichtung des Einlaufstutzens zu dem Brennraum hin.In a combustion chamber with a longitudinally extending combustion chamber wall defining a combustion chamber with at least one arranged in the combustion chamber wall air inlet opening, wherein on the side facing the combustion chamber of the combustion chamber wall, an inlet connection to the air inlet opening, wherein the inlet connection has an input and an output has, it is provided that the inlet nozzle has an inner cross-section which is larger at the entrance than at the exit, and that in a wall forming the inlet connection cooling holes are arranged, which penetrate the wall. Preferably, the inner cross-section tapers in the longitudinal direction of the inlet nozzle to the combustion chamber.

Durch den derart ausgebildeten Innenquerschnitt wird die durch den Einlaufstutzen strömende Luft erst am Ausgang des Einlaufstutzens auf die Endgeschwindigkeit, die durch die herrschenden Druckverhältnisse hervorgerufen wird, beschleunigt. Somit besitzt die in einem größeren Innenquerschnitt befindliche Luft gegenüber der Brennkammerströmung einen statischen Überdruck. Dieser kann genutzt werden, um die Luft durch die in der Wandung des Einlaufstutzens gebildeten Kühllöcher strömen zu lassen. Die durch die Kühllöcher strömende Luft gelangt somit an eine Außenfläche der Wandung und kann dort einen Kühlfilm bilden. Die vorliegende Erfindung verbindet somit die Vorteile eines kompakten Bauraums von konvektiv gekühlten Einlaufstutzen mit einer vorteilhaften Filmkühlung. Durch den verjüngenden Innenquerschnitt wird ein Druckunterschied zwischen der durch den Einlaufstutzen strömenden Luft und der Brennkammerströmung erreicht, wodurch eine Luftströmung durch die Kühllöcher möglich wird.As a result of the inner cross section formed in this way, the air flowing through the inlet connection is accelerated only at the outlet of the inlet connection to the final velocity, which is caused by the prevailing pressure conditions. Thus, the air located in a larger inner cross-section relative to the combustion chamber flow has a static overpressure. This can be used to allow the air to flow through the cooling holes formed in the wall of the inlet nozzle. The air flowing through the cooling holes thus passes to an outer surface of the wall and can form a cooling film there. The present invention thus combines the advantages of a compact installation space of convectively cooled inlet connection with an advantageous film cooling. By the tapered inner cross section, a pressure difference between the air flowing through the inlet nozzle and the combustion chamber flow is achieved, whereby an air flow through the cooling holes is possible.

Der Innenquerschnitt des Einlaufstutzens muss sich nicht notwendigerweise über die gesamte Länge des Einlaufstutzens verjüngen. Beispielsweise kann der Einlaufstutzen in einem ersten Abschnitt einen konstanten Innenquerschnitt aufweisen und in einem zweiten Abschnitt verjüngt sich der Innenquerschnitt zu dem Brennraum hin.The internal cross-section of the inlet nozzle does not necessarily have to be tapered over the entire length of the inlet nozzle. For example, the inlet nozzle may have a constant internal cross section in a first section, and in a second section the internal cross section tapers towards the combustion chamber.

Die durch die Kühllöcher strömende Luft nimmt Wärme von der Wandung auf und kühlt diese dadurch. Ferner wird nach dem Ausströmen der Luft aus den Kühllöchern ein Kühlfilm an der Außenfläche des Einlaufstutzens gebildet, der isolierend zwischen der Heißgasströmung und der Wandung wirkt.The air flowing through the cooling holes absorbs heat from the wall and thereby cools it. Further, after the outflow of air formed from the cooling holes, a cooling film on the outer surface of the inlet nozzle, which acts in isolation between the hot gas flow and the wall.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Einlaufstutzen ein sich in Richtung zu dem Brennraum hin verjüngenden Außenquerschnitt aufweist. Dadurch wird erreicht, dass die Kühlfilmströmung der umgebenen Brennkammerwand weniger stark beeinträchtigt wird als bei einem nicht verjüngenden Verlauf des Außenquerschnitts.It is preferably provided that the inlet connection has an outer cross section that tapers in the direction of the combustion chamber. This ensures that the cooling film flow of the surrounding combustion chamber wall is less affected than in a non-tapering profile of the outer cross section.

Vorzugswiese ist dabei vorgesehen, dass die Wandung des Einlaufstutzens eine konstante Wandstärke aufweist.Preference meadow is thereby provided that the wall of the inlet nozzle has a constant wall thickness.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühllöcher jeweils einen sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens erstreckenden Einlass aufweisen. Mit anderen Worten: Die Mittelachse des Kühlloches in seinem Einlassbereich erstreckt sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens. Somit wird erreicht, dass die durch den Einlaufstutzen strömende Luft nahezu widerstandslos in die Kühllöcher gelangen kann und die Luft keinen Widerstand aufgrund einer Richtungsänderung bereits am Einlass des Kühlloches erfährt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the cooling holes each have an inlet extending in the longitudinal direction of the inlet nozzle. In other words, the central axis of the cooling hole in its inlet region extends in the longitudinal direction of the inlet nozzle. Thus, it is achieved that the air flowing through the inlet pipe can pass almost without resistance into the cooling holes and the air experiences no resistance due to a change in direction already at the inlet of the cooling hole.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kühllöcher die Wandung des Einlaufstutzens in Längsrichtung des Einlaufstutzens durchdringen. Mit anderen Worten: Die Kühllöcher erstrecken sich über die gesamte Länge in Längsrichtung des Einlaufstutzens.It is preferably provided that the cooling holes penetrate the wall of the inlet nozzle in the longitudinal direction of the inlet nozzle. In other words, the cooling holes extend over the entire length in the longitudinal direction of the inlet nozzle.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Kühllöcher einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Mit anderen Worten: Die Ausrichtung im Bereich des Einlasses ist von der Ausrichtung eines Auslasses der Kühllöcher unterschiedlich. Alternatively it can be provided that the cooling holes have a curved course. In other words, the orientation in the region of the inlet is different from the orientation of an outlet of the cooling holes.

Es kann ferner beispielsweise vorgesehen sein, dass die Kühllöcher jeweils einen Auslass aufweisen, der sich in einem Winkel α zu einer Außenfläche der Wandung erstreckt, wobei gilt: 10° ≤ α ≤ 90°.It can also be provided, for example, that the cooling holes each have an outlet which extends at an angle α to an outer surface of the wall, wherein: 10 ° ≤ α ≤ 90 °.

Die Krümmung des Verlaufs der Kühllöcher kann beispielsweise in Richtung zu einer Mittelachse des Einlaufstutzens geneigt verlaufen oder in Richtung zu einer Umfangsrichtung des Einlaufstutzens. Auch kann die Krümmung in beide Richtungen geneigt sein.The curvature of the course of the cooling holes may for example be inclined in the direction of a center axis of the inlet nozzle or in the direction of a circumferential direction of the inlet nozzle. Also, the curvature may be inclined in both directions.

Ein flacher Verlauf des Auslassbereichs der Kühllöcher kann in vorteilhafter Weise die Ausbildung eines Kühlfilms an der Außenfläche der Wandung erzeugt werden. Somit wird durch die Bildung von Kühllöchern, deren Einlassbereich sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens erstrecken und deren Auslassbereich sich in einem flachen Winkel zu der Außenfläche erstrecken, eine vorteilhafte Einströmung der Luft in die Kühllöcher und gleichzeitig eine vorteilhafte Ausbildung eines Kühlfilms an der Außenfläche der Wandung erreicht.A flat profile of the outlet region of the cooling holes can advantageously be used to form a cooling film on the outer surface of the wall. Thus, the formation of cooling holes, the inlet region extending in the longitudinal direction of the inlet nozzle and the outlet region extending at a shallow angle to the outer surface, a favorable inflow of air into the cooling holes and at the same time an advantageous formation of a cooling film on the outer surface of the wall is achieved ,

Selbstverständlich können sich die Kühllöcher auch in andere Richtungen erstrecken. Beispielsweise können die Kühllöcher einen geraden Verlauf aufweisen und in einem flachen Winkel zu der Außenfläche der Wandung angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich die Kühllöcher in einer Richtung orthogonal zu der Wandung erstrecken. Auch können sich die Kühllöcher in eine Richtung erstrecken, die eine Richtungskomponente in Längsrichtung und eine Richtungskomponente in Umfangsrichtung des Einlaufstutzens aufweist. In diesen Fällen muss die Strömung zum Eintritt in die Kühllöcher eine Richtungsänderung zu der Längsrichtung des Einlaufstutzens vornehmen. Auch besteht die Möglichkeit, dass in unterschiedlichen Bereichen der Wandung des Einlaufstutzens die Ausrichtung der Kühllöcher unterschiedlich ist, wodurch in vorteilhafter Weise die Ausbildung eines Kühlfilms an der Außenfläche der Wandung unterstützt werden kann.Of course, the cooling holes may extend in other directions. For example, the cooling holes may have a straight course and be arranged at a shallow angle to the outer surface of the wall. There is also the possibility that the cooling holes extend in a direction orthogonal to the wall. Also, the cooling holes may extend in a direction having a directional component in the longitudinal direction and a directional component in the circumferential direction of the inlet nozzle. In these cases, the flow to enter the cooling holes must make a change in direction to the longitudinal direction of the inlet nozzle. There is also the possibility that in different areas of the wall of the inlet nozzle, the orientation of the cooling holes is different, whereby advantageously the formation of a cooling film on the outer surface of the wall can be supported.

Die Kühllöcher können einen konstanten Querschnitt aufweisen. Alternativ können die Kühllöcher auch einen sich verändernden Querschnitt, beispielsweise einem sich in zum Auslass hin erweiternden Querschnitt, aufweisen. Beispielsweise kann ein Kühlloch einen Querschnitt eines Diffusors aufweisen, wodurch ein verbesserter Austritt der Kühlluft aus den Kühllöchern erreicht werden kann.The cooling holes can have a constant cross section. Alternatively, the cooling holes may also have a varying cross-section, for example a cross-section widening towards the outlet. For example, a cooling hole may have a cross-section of a diffuser, whereby an improved exit of the cooling air from the cooling holes can be achieved.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Kühllöcher, die in einem Bereich des Eingangs des Einlaufstutzens angeordnet sind, einen kleineren Querschnitt aufweisen, als Kühllöcher, die in einem Bereich eines Ausgangs des Einlaufstutzens angeordnet sind. Mit anderen Worten: Die in Flussrichtung der Luft in einem ersten Abschnitt des Einlaufstutzens angeordneten Kühllöcher sind kleiner als die in einem zweiten Abschnitt, der vor dem Ausgang des Einlaufstutzens angeordnet ist. Aufgrund des größeren Innenquerschnitts des Einlaufstutzens im Bereich des Eingangs des Einlaufstutzens ist der zwischen der Luftströmung und dem Brennraum herrschende Druckunterschied größer, so dass für eine ausreichende Luftströmung kleinere Kühllöcher ausreichend sind. Zum Ausgang des Einlaufstutzens hin ist der Druckunterschied geringer, so dass größere Löcher von Vorteil sind, um eine ausreichende Luftströmung hervorzurufen. Bei Kühllöchern mit einem sich verändernden Querschnitt bezieht sich das genannte Querschnittsverhältnis auf den kleinsten Querschnitt.It is preferably provided that cooling holes, which are arranged in a region of the inlet of the inlet nozzle, have a smaller cross-section than cooling holes, which are arranged in a region of an outlet of the inlet nozzle. In other words, the cooling holes arranged in the direction of flow of the air in a first section of the inlet nozzle are smaller than those in a second section, which is arranged in front of the outlet of the inlet nozzle. Due to the larger inner cross section of the inlet nozzle in the region of the inlet of the inlet nozzle, the pressure difference prevailing between the air flow and the combustion chamber is greater, so that smaller cooling holes are sufficient for a sufficient air flow. Toward the outlet of the inlet nozzle, the pressure difference is smaller, so that larger holes are advantageous in order to produce a sufficient flow of air. For cooling holes of varying cross section, said aspect ratio refers to the smallest cross section.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die im Bereich des Eingangs des Einlaufstutzens angeordneten Kühllöcher eine andere Ausrichtung besitzen als die im Bereich des Ausgangs des Einlaufstutzens angeordneten Kühllöcher.It can also be provided that the cooling holes arranged in the region of the inlet of the inlet nozzle have a different orientation as the arranged in the region of the outlet of the inlet nozzle cooling holes.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Anzahl von Kühllöchern pro Flächenabschnitt der Wandung in einem Bereich eines Eingangs des Einlaufstutzens kleiner ist als die Anzahl von Kühllöchern pro Flächenabschnitt der Wandung in einem Bereich eines Ausgangs des Einlaufstutzens.Furthermore, it can be provided that the number of cooling holes per area section of the wall in a region of an inlet of the inlet nozzle is smaller than the number of cooling holes per surface segment of the wall in a region of an outlet of the inlet nozzle.

Als Bereich eines Eingangs des Einlaufstutzens wird beispielsweise ein Bereich ab Lufteintrittsöffnung bis zu zwischen 30% und 50% der Länge des Einlaufstutzens verstanden. Unter Bereich des Ausgangs eines Einlaufstutzens wird beispielsweise ein sich vom Ausgang in Stromaufwärtsrichtung der Luftströmung erstreckender Bereich, der zwischen 30% und 50% der Länge des Einlaufstutzens besitzt, verstanden.By way of example, a region from an air inlet opening is understood to be between 30% and 50% of the length of the inlet nozzle as the region of an inlet of the inlet nozzle. By way of example, the range of the outlet of an inlet nozzle is understood as meaning an area extending from the outlet in the upstream direction of the air flow and having between 30% and 50% of the length of the inlet nozzle.

Es kann auch vorgesehen sein, dass sich der Querschnitt der Kühllöcher und/oder die Anzahl von Kühllöchern pro Flächenabschnitt in Längsrichtung des Einlaufstutzens zu dem Ausgang hin ändert, beispielsweise zunimmt. It can also be provided that the cross section of the cooling holes and / or the number of cooling holes per area section in the longitudinal direction of the inlet nozzle changes towards the outlet, for example increases.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammer, 1 a schematic cross-sectional view of a combustion chamber according to the invention,

2 eine Detaildarstellung eines Abschnitts der Wandung der Brennkammer mit einer einen Einlaufstutzen aufweisenden Lufteintrittsöffnung und 2 a detailed representation of a portion of the wall of the combustion chamber with an inlet nozzle having an air inlet opening and

3a–3c verschiedene Ausführungsformen von Kühllöchern in der Wandung des Einlaufstutzens der 2. 3a - 3c various embodiments of cooling holes in the wall of the inlet nozzle of the 2 ,

In 1 ist eine erfindungsgemäße Brennkammer 1 schematisch in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Brennkammer kann beispielsweise eine Gasturbinenbrennkammer sein.In 1 is a combustion chamber according to the invention 1 shown schematically in a sectional view. The combustion chamber may be, for example, a gas turbine combustion chamber.

Die Brennkammer erstreckt sich in Längsrichtung und weist eine einen Brennraum 3 begrenzende Brennkammerwand 5 auf. An einer Stirnseite 5a der Brennkammerwand 5 ist ein Brenner 7, beispielsweise ein Gasbrenner, angeordnet. Die Brennkammerwand 5 ist von einem Kanal 9 umgeben, durch den Luft strömt. The combustion chamber extends in the longitudinal direction and has a combustion chamber 3 limiting combustion chamber wall 5 on. At one end 5a the combustion chamber wall 5 is a burner 7 , For example, a gas burner arranged. The combustion chamber wall 5 is from a channel 9 surrounded, flows through the air.

Im Betrieb wird durch den Brenner 7 ein Verbrennungsmedium, beispielsweise Gas, in den Brennraum 3 eingeführt. Mit dem Verbrennungsmedium wird ein Teil der notwendigen Verbrennungsluft durch den Brenner 7 eingeblasen.In operation, by the burner 7 a combustion medium, for example gas, in the combustion chamber 3 introduced. With the combustion medium is a part of the necessary combustion air through the burner 7 blown.

Die Brennkammerwand 5 weist mehrere Wandelemente 5b auf, die einander überlappen, wobei zwischen den Wandelementen 5b Spalten 11 gebildet sind. Wie durch die Pfeile angedeutet, wird aus dem Kanal 9 Luft durch die Spalte 11 eingeführt und bildet an der Innenseite der Brennkammerwand 5 einen kühlenden Film aus Luft für die Brennkammerwand 5.The combustion chamber wall 5 has several wall elements 5b on, which overlap each other, being between the wall elements 5b columns 11 are formed. As indicated by the arrows, out of the channel 9 Air through the column 11 introduced and forms on the inside of the combustion chamber wall 5 a cooling film of air for the combustion chamber wall 5 ,

Zusätzlich wird über in der 1 nicht dargestellten Lufteintrittsöffnungen Verbrennungsluft in den Brennraum 3 eingebracht.In addition, over in the 1 not shown air inlet openings combustion air into the combustion chamber 3 brought in.

Eine Lufteintrittsöffnung 13 ist in 2 schematisch dargestellt. Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Wandelements 5b der Brennkammerwand 5. An die Lufteintrittsöffnung 13 ist ein Einlaufstutzen 15 angeschlossen. Der Einlaufstutzen 15 leitet die aus dem Kanal 9 durch die Lufteintrittsöffnung 13 dringende Luft ins Innere des Brennraums 3. Dabei weist der Einlaufstutzen 15 eine Länge auf, die größer ist als die Dicke des auf der Innenseite der Brennkammerwand 5 gebildeten Kühlfilms, so dass die Luft direkt in den den Brennraum 3 durchströmenden Heißgasstrom eingeleitet wird.An air inlet 13 is in 2 shown schematically. The 2 shows a schematic sectional view of a wall element 5b the combustion chamber wall 5 , To the air inlet opening 13 is an inlet pipe 15 connected. The inlet nozzle 15 derives the from the channel 9 through the air inlet 13 urgent air into the interior of the combustion chamber 3 , In this case, the inlet nozzle 15 a length greater than the thickness of the inside of the combustion chamber wall 5 formed cooling film, so that the air directly into the combustion chamber 3 flowing through hot gas stream is introduced.

Der Einlaufstutzen 15 weist eine Wandung 17 auf. Der Innenquerschnitt Di des Einlaufstutzens 15 verjüngt sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens 15 zu dem Brennraum 3 hin.The inlet nozzle 15 has a wall 17 on. The inner cross section D i of the inlet nozzle 15 tapers in the longitudinal direction of the inlet nozzle 15 to the combustion chamber 3 out.

In der Wandung 17 sind Kühllöcher 19 angeordnet. Durch die Kühllöcher 19 strömt ein Teil der Luft und nimmt Wärme der Wandung 17 auf. Ferner kann an der Außenseite der Wandung 17 ein weiterer Kühlfilm gebildet werden, der die Wandung 17 vor der Heißgasströmung in dem Brennraum 3 schützt.In the wall 17 are cooling holes 19 arranged. Through the cooling holes 19 Part of the air flows and absorbs heat from the wall 17 on. Furthermore, on the outside of the wall 17 another cooling film is formed, which is the wall 17 before the hot gas flow in the combustion chamber 3 protects.

Die Luft gelangt von dem Kanal 9 durch einen durch die Lufteintrittsöffnung 13 gebildeten Eingang zu dem Ausgang 21. In dem Brennraum 3 herrscht gegenüber der Luftströmung in dem Kanal 9 ein geringerer statischer Druck. Über diesen Druck wird die Luft durch den Einlaufstutzen 15 angesaugt und in dem Einlaufstutzen 15 beschleunigt. Aufgrund des sich verjüngenden Innenquerschnitts Di des Einlaufstutzens 15 besitzt die durch den Einlaufstutzen 15 strömende Luft im Bereich des Eingangs 20 eine geringere Geschwindigkeit als im Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens 15 und wird bei Durchströmung durch den Einlaufstutzen 15 erst auf die Endgeschwindigkeit beschleunigt. Dadurch besitzt die durch den Einlaufstutzen 15 strömende Luft im Bereich des Eingangs 20 einen höheren statischen Druck als die Brennkammer 3, wobei der statische Druck mit der Beschleunigung abnimmt. Da jedoch die Luftströmung erst unmittelbar am Ausgang 21 ihre höchste Geschwindigkeit aufweist, weist die Luftströmung auf nahezu dem gesamten Weg durch den Einlaufstutzen 15 einen höheren statischen Druck auf als der Druck der Brennkammer 3. Der statische Druck bewirkt, dass Luft durch die Kühllöcher 19 gedrückt wird.The air comes from the canal 9 through one through the air inlet opening 13 formed entrance to the exit 21 , In the combustion chamber 3 prevails over the air flow in the channel 9 a lower static pressure. About this pressure, the air through the inlet pipe 15 sucked and in the inlet pipe 15 accelerated. Due to the tapered inner cross section D i of the inlet nozzle 15 owns the through the inlet pipe 15 flowing air in the area of the entrance 20 a lower speed than in the area of the exit 21 of the inlet nozzle 15 and will flow through the inlet nozzle 15 only accelerated to the final speed. This possesses the through the inlet pipe 15 flowing air in the area of the entrance 20 a higher static pressure than the combustion chamber 3 , where the static pressure decreases with the acceleration. However, since the air flow only at the exit 21 has its highest velocity, the air flow on almost the entire way through the inlet nozzle 15 one higher static pressure than the pressure of the combustion chamber 3 , The static pressure causes air through the cooling holes 19 is pressed.

Der Einlaufstutzen 15 weist ferner ein sich in Längsrichtung des Einlaufstutzen 15 zu dem Brennraum 3 hin verjüngenden Außenquerschnitt Da auf. Dadurch wird erreicht, dass der auf der Innenseite der Brennkammerwand 5 gebildete Kühlfilm im Vergleich zu einem geraden Verlauf des Einlaufstutzens 15 geringer beeinträchtigt wird.The inlet nozzle 15 further includes a longitudinal direction of the inlet nozzle 15 to the combustion chamber 3 towards tapering outer cross-section D a . This ensures that on the inside of the combustion chamber wall 5 formed cooling film compared to a straight course of the inlet nozzle 15 is less affected.

In den 3a–3c ist eine Detaildarstellung der Wandung 17 des Einlaufstutzens 15 mit unterschiedlich ausgebildeten Kühllöchern 19 gezeigt. In 3a weisen die Kühllöcher 19 einen geraden Verlauf auf. Sie erstrecken sich durch die Wandung 17 hindurch in Längsrichtung des Einlaufstutzens 15, wie jeweils durch die Mittelachse 19a der Kühllöcher 19 dargestellt ist.In the 3a - 3c is a detail of the wall 17 of the inlet nozzle 15 with differently shaped cooling holes 19 shown. In 3a have the cooling holes 19 a straight course. They extend through the wall 17 through in the longitudinal direction of the inlet nozzle 15 as in each case through the central axis 19a the cooling holes 19 is shown.

Bei dem in 3b dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kühllöcher 19 ebenfalls einen sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens 15 erstreckenden Verlauf auf. Das Ausführungsbeispiel der 3b unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 3a dahingehend, dass einige Kühllöcher 19 einen Querschnitt d' aufweisen, der größer ist als der Querschnitt d anderer Kühllöcher 19. Die Kühllöcher 19 mit dem größeren Querschnitt d' sind dabei in einem Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens 15 angeordnet. Aufgrund der höheren Geschwindigkeit der Luftströmung im Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens ist der Druckunterschied zu der in dem Brennraum 3 herrschenden Druck geringer, so dass durch die Kühllöcher mit größerem Querschnitt d' ein ausreichender Luftstrom für die Kühlung der Wandung 17 strömen kann.At the in 3b illustrated embodiment, the cooling holes 19 also in the longitudinal direction of the inlet nozzle 15 extending course on. The embodiment of 3b differs from the embodiment of 3a to the effect that some cooling holes 19 a cross-section d ', which is greater than the cross-section d of other cooling holes 19 , The cooling holes 19 with the larger cross section d 'are in an area of the output 21 of the inlet nozzle 15 arranged. Due to the higher velocity of the air flow in the area of the outlet 21 the inlet nozzle is the pressure difference to that in the combustion chamber 3 lower prevailing pressure, so that through the cooling holes with a larger cross section d 'sufficient air flow for the cooling of the wall 17 can flow.

Der Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens 15 kann beispielsweise der unmittelbar an den Ausgang 21 angrenzende Teil des Einlaufstutzens 15 sein und eine Länge zwischen 30% und 50% der Länge des Einlaufstutzens 15 aufweisen. Der Bereich des Eingangs 20 des Einlaufstutzens 15 kann beispielsweise das unmittelbar an die Lufteintrittsöffnung 13 anschließende Teil des Einlaufstutzens 15 sein und eine Länge zwischen 30% und 50% der Länge des Einlaufstutzens 15 besitzen.The area of the exit 21 of the inlet nozzle 15 For example, it can be directly connected to the output 21 adjacent part of the inlet nozzle 15 and a length between 30% and 50% of the length of the inlet nozzle 15 exhibit. The area of the entrance 20 of the inlet nozzle 15 For example, this can be directly to the air inlet opening 13 subsequent part of the inlet nozzle 15 and a length between 30% and 50% of the length of the inlet nozzle 15 have.

In 3c ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Kühllöcher 19 einen gekrümmten Verlauf aufweisen. Während die Mittelachse 19a des Einlasses 19b des Kühllochs 19 sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens 15 erstreckt, weist die Mittelachse 19a im Bereich des Auslasses 19c des Kühllochs 19 eine andere Richtung auf. Die Mittelachse 19a des Kühllochs 19 im Auslass 19c kann zu der Außenfläche der Wandung 17 einen Winkel α aufweisen, wobei gilt: 20° ≤ α ≤ 45°. Durch diesen flachen Verlauf kann die Ausbildung eines Kühlfilms an der Außenseite der Wandung 17 in vorteilhafter Weise erreicht werden.In 3c an embodiment is shown in which the cooling holes 19 have a curved course. While the central axis 19a of the inlet 19b the cooling hole 19 in the longitudinal direction of the inlet nozzle 15 extends, has the central axis 19a in the area of the outlet 19c the cooling hole 19 a different direction. The central axis 19a the cooling hole 19 in the outlet 19c can be to the outer surface of the wall 17 have an angle α, where: 20 ° ≤ α ≤ 45 °. Due to this flat profile, the formation of a cooling film on the outside of the wall 17 be achieved in an advantageous manner.

Selbstverständlich können die Kühllöcher 19 auch noch andere Verläufe aufweisen. Beispielsweise können die Kühllöcher 19 im Bereich des Eingangs 20 des Einlaufstutzens 15 einen gekrümmten Verlauf aufweisen, wohingegen die Kühllöcher 19 im Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens 15 einen geraden Verlauf aufweisen. Auch kann die Anzahl von Kühllöchern pro Flächenabschnitt der Wandung 17 im Bereich des Ausgangs 21 des Einlaufstutzens 15 größer sein als im Bereich des Eingangs 20. Hierbei wird die Außenwandung 17 betrachtet, so dass die Anzahl der Auslässe 19c der Kühllöcher 19 pro Flächenabschnitt der Wandung 17 für das Anzahlverhältnis herangezogen wird.Of course, the cooling holes 19 also have other gradients. For example, the cooling holes 19 in the area of the entrance 20 of the inlet nozzle 15 have a curved course, whereas the cooling holes 19 in the area of the exit 21 of the inlet nozzle 15 have a straight course. Also, the number of cooling holes per surface portion of the wall 17 in the area of the exit 21 of the inlet nozzle 15 larger than in the area of the entrance 20 , This is the outer wall 17 considered, so the number of outlets 19c the cooling holes 19 per area section of the wall 17 is used for the number ratio.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels einer Brennkammer 1 mit einer Brennkammerwand 5 beschrieben, die aus mehreren Wandelementen 5b besteht. Selbstverständlich ist die Erfindung auch in Brennkammern mit durchgängigen Brennkammerwänden realisierbar.The invention is based on an embodiment of a combustion chamber 1 with a combustion chamber wall 5 described, consisting of several wall elements 5b consists. Of course, the invention can also be implemented in combustion chambers with continuous combustion chamber walls.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • US 4875339 [0004, 0007] US 4875339 [0004, 0007]

Claims (11)

Brennkammer (1) mit einer Brennkammerwand (5), die einen Brennraum (3) begrenzt, und mindestens einer in der Brennkammerwand (5) angeordnete Lufteintrittsöffnung (13), wobei sich auf der dem Brennraum (3) zugewandten Seite der Brennkammerwand (5) ein Einlaufstutzen (15) an die Lufteintrittsöffnung (13) anschließt, wobei der Einlaufstutzen (15) einen Eingang (20) und einen Ausgang (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufstutzen (15) einen Innenquerschnitt (Di) aufweist, der am Eingang (20) größer ist als am Ausgang (21), und dass in einer den Einlaufstutzen (15) bildenden Wandung (17) Kühllöcher (19) angeordnet sind, die die Wandung (17) durchdringen.Combustion chamber ( 1 ) with a combustion chamber wall ( 5 ), which has a combustion chamber ( 3 ) and at least one in the combustion chamber wall ( 5 ) arranged air inlet opening ( 13 ), whereby on the the combustion chamber ( 3 ) facing side of the combustion chamber wall ( 5 ) an inlet nozzle ( 15 ) to the air inlet opening ( 13 ), wherein the inlet nozzle ( 15 ) an entrance ( 20 ) and an output ( 21 ), characterized in that the inlet nozzle ( 15 ) has an inner cross-section (D i ), which at the entrance ( 20 ) is greater than at the exit ( 21 ), and that in one the inlet pipe ( 15 ) forming wall ( 17 ) Cooling holes ( 19 ) are arranged, which the wall ( 17 penetrate). Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufstutzen (15) einen sich in Richtung zu dem Brennraum (3) hin verjüngenden Außenquerschnitt (Da) aufweist.Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the inlet connection ( 15 ) one towards the combustion chamber ( 3 ) has a tapered outer cross-section (D a ). Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (17) des Einlaufstutzens (15) eine konstante Wandstärke aufweist.Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the wall ( 17 ) of the inlet nozzle ( 15 ) has a constant wall thickness. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) jeweils einen sich in Längsrichtung des Einlaufstutzens (15) erstreckenden Einlass (19b) aufweisen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cooling holes ( 19 ) each one in the longitudinal direction of the inlet nozzle ( 15 ) extending inlet ( 19b ) exhibit. Brennkammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) die Wandung (17) des Einlaufstutzens (15) in Längsrichtung des Einlaufstutzens (15) durchdringen. Combustion chamber according to claim 4, characterized in that the cooling holes ( 19 ) the wall ( 17 ) of the inlet nozzle ( 15 ) in the longitudinal direction of the inlet nozzle ( 15 penetrate). Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) einen gekrümmten Verlauf aufweisen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cooling holes ( 19 ) have a curved course. Brennkammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) jeweils einen Auslass (19c) aufweisen, der sich in einem Winkel α zu einer Außenfläche der Wandung (17) erstreckt, wobei gilt 10° ≤ α ≤ 90°.Combustion chamber according to Claims 1 to 6, characterized in that the cooling holes ( 19 ) each have an outlet ( 19c ) which is at an angle α to an outer surface of the wall ( 17 ), where 10 ° ≤ α ≤ 90 °. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) einen konstanten Querschnitt aufweisen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cooling holes ( 19 ) have a constant cross-section. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühllöcher (19) einen sich verändernden Querschnitt aufweisen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cooling holes ( 19 ) have a varying cross-section. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Kühllöcher (19), die in einem Bereich eines Eingangs (20) des Einlaufstutzens (15) angeordnet sind einen kleineren Querschnitt aufweisen, als Kühllöcher (19) die in einem Bereich eines Ausgangs (21) des Einlaufstutzens (15) angeordnet sind.Combustion chamber according to one of claims 1 to 9, characterized in that cooling holes ( 19 ) located in an area of an entrance ( 20 ) of the inlet nozzle ( 15 ) are arranged to have a smaller cross-section than cooling holes ( 19 ) located in an area of an exit ( 21 ) of the inlet nozzle ( 15 ) are arranged. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Kühllöchern (19) pro Flächenabschnitt der Wandung (17) in einem Bereich eines Eingangs (20) des Einlaufstutzens (15) kleiner ist als die Anzahl von Kühllöchern (19) pro Flächenabschnitt der Wandung (17) in einem Bereich eines Ausgangs (21) des Einlaufstutzens (15).Combustion chamber according to one of claims 1 to 10, characterized in that the number of cooling holes ( 19 ) per area section of the wall ( 17 ) in an area of an entrance ( 20 ) of the inlet nozzle ( 15 ) is smaller than the number of cooling holes ( 19 ) per area section of the wall ( 17 ) in an area of an exit ( 21 ) of the inlet nozzle ( 15 ).
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