DE10325599B4

DE10325599B4 - Brennkammerdichtungsring und Brennkammer, die einen solchen Ring aufweist

Info

Publication number: DE10325599B4
Application number: DE10325599.0A
Authority: DE
Inventors: Eric Conete; Francis Mirambeau; Georges Habarou; Didier Hernandez; Christophe Pieussergues
Original assignee: SNECMA Propulsion Solide SA; SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS; Safran Ceramics SA
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP2004020186A; US20040032089A1; FR2840974A1; DE10325599A1; JP4376553B2; CA2432256C; GB2400650B; GB2400650A; US6988369B2; CA2432256A1; FR2840974B1; GB0312265D0

Abstract

Ring (1) zum Anbringen am Ende einer Brennkammer (51), wobei der Ring (1) durch eine Manschette (1a) gebildet wird, die um das Ende einer Wand (51a) der Brennkammer (51) über eine Mehrzahl von Öffnungen (5) zum Aufnehmen von Befestigern (57) angebracht ist, wobei der Ring (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Manschette (1a) mindestens eine Ausnehmung (3) in ihrer Seite hat, die auf die Wand (51a) der Brennkammer (51) gerichtet ist, wodurch die Fläche der Manschetten (1a), die gegen die Wand (51a) der Brennkammer (51) drückt, reduziert wird, und mit der genannten Wand (51a) kooperiert, um einen offenen Hohlraum (6) zu bilden, in welchem ein Kühlluftstrom (63) strömen kann und dadurch, dass der Ring (1) eine ringförmige Schulter (2) aufweist, welche das Ende des Hohlraums (6) definiert, der zwischen dem Ring (1) und der Wand (51a) der Brennkammer (51) gebildet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Brennkammern, besonders in Gasturbinen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Kühlen der Wände solcher Brennkammern zwischen zwei Verkleidungen.
Stand der Technik
1 ist eine axiale Schnittansicht des strömungsabwärtigen Bereichs einer Flugzeugtriebwerks-Gasturbine, welche auf konventionelle Weise eine Brennkammer 51 aufweist, in einem Brennkammergehäuse 56 in ringförmiger Weise um die Achse 60 der Maschine angeordnet.
Die Brennkammer 51 weist hauptsächlich eine äußere Wand 51a und eine innere Wand 51b auf, die mit dem äußeren Bereich 56a bzw. dem inneren Bereich 56b des Brennkammergehäuses 56 mechanisch verbunden sind. Genauer gesagt, ist die äußere Wand 51a der Brennkammer mit dem äußeren Bereich 56a des Brennkammergehäuses 56 durch mehrere flexible Verbindungsstreifen 61 verbunden, die mit der äußeren Wand 51a der Brennkammer 51 durch Befestiger 57 des Schrauben-Muttertyps verbunden sind. In ähnlicher Weise ist die innere Wand 51b der Brennkammer verbunden mit dem inneren Bereich 56b des Brennkammergehäuses über eine Mehrzahl von flexiblen Streifen 62, die an der inneren Wand der Brennkammer durch Befestiger 58 gehalten sind, und an dem inneren Bereich des Brennkammergehäuses durch Befestiger 59 gehalten sind
Wie in 1 gezeigt, ist das Ende der Brennkammer auf leckage-dichte Weise mit einer Hochdruckdüse 52 verbunden durch eine Dichtungsvorrichtung, die, für den Bereich der äußeren Verkleidung der Turbine, gebildet ist durch einen Ring 65, der in Kontakt mit einer kreisförmigen Streifendichtung 67 ist, die durch ein elastisches Halteelement 69 unter Druck gegen den Ring gehalten ist. Für den Bereich der inneren Verkleidung der Turbine weist die Dichtungsvorrichtung einen Ring 66 in Kontakt mit einer kreisförmigen Streifendichtung 68 auf, die durch ein elastisches Halteelement 70 unter Druck gegen den Ring gehalten wird. Die Dichtungsringe 65 und 66 sind zwischen der inneren Wand bzw. der äußeren Wand der Brennkammer gehalten, und die flexiblen Verbindungsstreifen 61 und 62 werden gehalten durch Befestigen der Befestiger 57 und 58. In anderen Typen von Brennkammern dienen die Ringe ausschließlich zum Fixieren der flexiblen Streifen. Unter solchen Umständen haben sie keinen Kontaktflansch für die kreisförmige Dichtung.
Üblicherweise nimmt die Brennkammer in Flugzeugtriebwerks-Gasturbinen sowohl Treibstoff auf, der durch ein oder mehrere Einspritzsysteme 55 eingespritzt wird, als auch komprimierte Luft, die aus Oxidationsmittel dient. Der Treibstoff und die Luft werden miteinander am strömungsaufwärtigen Ende der Brennkammer 54 vergemischt, um Verbrennung zu erreichen.
Die Luft, welche zum Verbrennen des Treibstoffs in der Brennkammer verwendet wird, kommt von einem Bruchteil eines Stroms von komprimierter Luft F, welche von einer Kompressoreinrichtung (nicht gezeigt) in einen Diffusionskanal 71 geliefert wird. Der verbleibende Bruchteil des komprimierten Luftstroms bildet einen Umgehungsstrom 63, 64, der in den ringförmigen Raum 72 strömt, der zwischen der Brennkammer 51 und ihrem Gehäuse 56 definiert ist. Der Umgehungsluftstrom dient zum Verdünnen des Verbrennungsgases, dadurch, dass er in die Brennkammer wieder eingespritzt wird, und dient auch zum Kühlen der Wände.
Um den hohen Temperaturen, die im Inneren der Brennkammer vorliegen, zu widerstehen, sind ihre Wände aus thermostrukturalem Verbundmaterial gemacht, welches hohen Temperaturen besser standhält als eine konventionelle Metallstruktur. Dennoch müssen die Wände der Brennkammer immer noch gekühlt werden, auch wenn sie aus einem solchen Material gemacht sind. Zu diesem Zweck hat die Brennkammer eine Mehrzahl von Perforationen 53, die durch die innere und äußere Wand gemacht sind, so dass der Umgehungsluftstrom 63 oder 64, der in dem ringförmigen Raum 72 strömt, in die Brennkammer eindringt. Folglich dient der Luftfilm, der entlang den Wänden der Brennkammer strömt, und auch die mehrfachen Ströme, die durch die Perforationen eindringen, dazu, die Temperatur des Materials, welches die Brennkammer bildet, auf signifikante Weise zu senken.
Um den hohen Temperaturen, die im Inneren der Brennkammer vorliegen, zu widerstehen, sind ihre Wände aus thermostrukturalem Verbundmaterial gemacht, welches hohen Temperaturen besser standhält als eine konventionelle Metallstruktur. Dennoch müssen die Wände der Brennkammer immer noch gekühlt werden, auch wenn sie aus einem solchen Material gemacht sind. Zu diesem Zweck hat die Brennkammer eine Mehrzahl von Perforationen 53, die durch die innere und äußere Wand gemacht sind, so dass der Umgehungsluftstrom 63 oder 64, der in dem ringförmigen Raum 72 strömt, in die Brennkammer eindringt. Folglich dient der Luftfilm, der entlang den Wänden der Brennkammer strömt, und auch die mehrfachen Ströme, die durch die Perforationen eindringen, dazu, die Temperatur des Materials, welches die Brennkammer bildet, auf signifikante Weise zu senken.
Bei dem in 1 gezeigten Verbindungstyp verbleibt dennoch unvermeidlicherweise eine nicht gekühlte Zone HT am stromabwärtigen Ende der Brennkammer, welche durch den Bereich definiert ist, an dem die Wand der Brennkammer in Kontakt mit dem Ring kommt. Die Zone, an der die Wand der Brennkammer von dem Ring überdeckt wird, verhindert jede Passage eines kühlenden Films entlang der Wand und macht, auf Grund des Vorhergehenden, jegliche in der genannten Zone liegenden Perforationen ineffektiv. Die in der Ring-Verbindungszone liegenden Enden der Brennkammerwände können daher Temperaturen ausgesetzt sein, die signifikant höher sind als die Temperatur, die für das Material für die spezifizierte Lebensdauer annehmbar ist.
US 5 598 697 A zeigt eine Brennkammer, insbesondere für den Einsatz in einer Turbomaschine, mit wenigstens einer axialen Doppelwand, die ihrerseits eine Innenwand aufweist, die von einer Mehrzahl von Löchern durchdrungen ist, die eine Mehrfachlochung zur Kühlung bilden, sowie eine Außenwand, die im Abstand von der Innenwand angeordnet ist, so dass ein Zwischenraum für die Zirkulation eines Kühlfluids gebildet wird, wobei die Brennkammer außerdem Mittel für den Zutritt des Kühlfluids ins Innere des genannten Zwischenraums aufweist und wobei die Außenseite der Innenwand eine Vielzahl von Oberflächenunebenheiten besitzt, die die Wärmeabführung aus dem die Innenwand bildenden Material begünstigen, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Oberflächenunebenheiten durch Strahlen von Partikeln auf die Außenseite der Innenwand hergestellt sind.
US 5 470 198 A zeigt ein Axialströmungs-Gasturbinentriebwerk mit Ausströmdüsen-Mitteln für die Verbrennungsgase, mit einer Anordnung von Düsenleitschaufeln, die stromab der Ausströmdüsen-Mittel vorgesehen sind und mit einem Dichtungsaufbau, um eine Abdichtung zwischen den Ausströmdüsen-Mitteln und den Düsenleitschaufeln zu bewirken, wobei die Düsenleitschaufeln Plattformen aufweisen, die einen Gasströmungskanal für die Verbrennungsgase definieren, die aus den Ausströmdüsen-Mitteln ausströmen, wobei ein stromabwärtiger Abschnitt des Dichtungsaufbaus dichtend an den Plattformen der Düsenleitschaufeln angreift und ein stromaufwärtiger Abschnitt des Dichtungsaufbaus dichtend an den Ausströmdüsen-Mitteln angreift und wobei die Plattformen der Düsenleitschaufeln stromaufwärtige Abschnitte aufweisen, die sich nach den Ausströmdüsen-Mitteln erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsaufbau eine Kammer in Kombination mit den stromaufwärtigen Abschnitten der Plattformen bildet, dass der Dichtungsaufbau Kühlluftlöcher darin aufweist, um Kühlluft nach der Kammer zuzumessen, und dass die Plattformen Kühlluftlöcher aufweisen, die die Kammern mit dem Gasströmungskanal verbinden, um einen Kühlluftfilm auf den Plattformen zu erzeugen, der diese gegenüber den Wirkungen der Verbrennungsprodukte im Gasströmungskanal schützt.
Ziel und kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung strebt danach, die oben genannten Nachteile zu beheben und einen Dichtungsring bereitzustellen, welcher ermöglicht, dass ein Kühlluftstrom in der Zone strömt, in der die Brennkammer an das Gehäuse angeschlossen ist.
Diese Ziele werden erreicht durch einen Ring zum Fixieren oder Anbringen am Ende einer Brennkammer, wobei der Ring durch eine Manschette gebildet ist, die um das Ende der Wand der Brennkammer durch eine Mehrzahl von Öffnungen zum Aufnehmen von Befestigern fixiert ist, wobei der Ring dadurch gekennzeichnet ist, dass die Manschette mindestens eine Ausnehmung in ihrer Seite hat, welcher der Wand der Verbrennungskammer gegenüber liegt, wobei dadurch die Fläche der Manschette, die gegen die Wand der Brennkammer drückt, reduziert wird, und mit der Wand zusammen ein offener Hohlraum gebildet wird, in dem ein Kühlluftstrom strömen kann.
Daher kann durch den Ring der vorliegenden Erfindung ein Kühlluftstrom zum Ende der Brennkammerwand strömen, ohne jegliches Erfordernis, das System zum Verbinden der Brennkammer mit dem Gehäuse zu modifizieren. Die Wand der Brennkammer kann mit Perforationen ganz bis zu ihrem Ende versehen werden. Dies erhöht die Lebensdauer der Brennkammer.
Der Ring beinhaltet ferner eine ringförmige Schulter, welche das Ende des Hohlraums definiert, der zwischen dem Ring und der Wand der Brennkammer gebildet ist.
Daher bildet die ringförmige Schulter ein Leitelement und trägt dazu bei, den Umgehungsluftstrom, der im Hohlraum in Richtung der Brennkammerwand strömt, zu lenken.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet der Bereich der Manschette, der gegen die Wand der Brennkammer drückt, außerdem Kontaktbereiche, die um die Öffnungen gebildet sind, wobei die Kontaktbereiche eine Mehrzahl von Ausnehmungen definieren, die gleichmäßig über die Fläche der Manschette verteilt sind, die der Wand der Brennkammer gegenüber liegt.
Der Ring bildet dann eine Mehrzahl von Hohlräumen zwischen ihm selbst und der Brennkammerwand, wodurch ermöglicht wird, die Strömungsrate des kühlenden Luftstroms feiner abzustimmen.
Entsprechend einem Merkmal der Erfindung sind die Kontaktbereiche von einer größeren Dicke als die Dicke der ringförmigen Schulter, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms, der in dem durch den Dichtungsring gebildeten Hohlraum (den Hohlräumen) strömt, eine Leck-Strömung bildet. Daher erhält die äußere Verkleidung der Hochdruckdüse einen Teil des kühlenden Luftstroms, und die Rate, mit der Luft in die Brennkammer strömt, kann kontrolliert werden.
Der Ring der Erfindung kann aus einem thermostrukturalen Verbundmaterial oder aus einer Metalllegierung gemacht werden.
In einer besonderen Ausführung des Rings weist dieser außerdem einen Flansch auf, welcher die Manschette verlängert, wobei der Flansch über das Ende der Brennkammer hinaus reicht.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Brennkammer bereit, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen wie oben definierten Ring aufweist, wobei der Ring am Ende einer der Wände der Brennkammer durch Befestiger befestigt ist.
Wegen der Struktur des Rings der vorliegenden Erfindung kann die Brennkammer eine Mehrzahl von Perforationen in der Ringanschlusszone haben, wobei diese Perforationen mit einem Kühlluftstrom versorgt werden, der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) strömt, der zwischen dem Dichtungsring und der Brennkammerwand gebildet ist.
In einer besonderen Ausführungsform weist die Brennkammer außerdem eine Dichtung zwischen dem Ring und der Brennkammerwand auf, um jegliche Leck-Ausgänge von dem Ring zu blockieren. Die Dichtung kann am Boden des offenen Hohlraums gehalten werden oder am Ende des Rings angebracht werden, in welchem Fall die Dichtung an dem Ende des Rings durch ein Stück Flachmaterial gehalten wird, das mit dem Ring an der Brennkammer fixiert ist.
Das Flachmaterial kann ein einzelnes Teil oder eine Mehrzahl von Sektoren aufweisen, die an der Wand der Brennkammer durch Befestiger gehalten werden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform enthält jeder Befestiger eine Unterlegscheibe mit größerer Dicke als die des offenen Hohlraums, der zwischen der Brennkammerwand und dem Ring gebildet ist, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms, der im Hohlraum (in den Hohlräumen) strömt, der unter dem Ring gebildet ist, um eine Leck-Strömung zu bilden.
In einer Ausführungsform der Verbrennungskammer ist eine Stufe am Ende ihrer Wand gebildet, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms, der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) strömt, der durch den Ring gebildet ist, eine Leck-Strömung bildet.
Die Leck-Strömung dient zum Kühlen des äußeren Gehäuses der Hochdruckdüse, welches folglich durch einen weiteren Film kühler Luft gekühlt werden kann. Außerdem kann die Rate, mit der Luft in die Brennkammer eindringt, gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Brennkammer bereit, dadurch gekennzeichnet, dass sie erste und zweite wie oben beschriebene Ringe beinhaltet, wobei der erste Ring am Ende der äußeren Brennkammerwand festgemacht ist und der zweite Ring am Ende der inneren Brennkammerwand festgemacht ist.
Beide Brennkammerwände sind daher mit entsprechenden Ringen der Erfindung ausgestattet, so dass die Lebensdauer des Endbereichs der Brennkammer vergrößert wird.
Die Brennkammerwände können aus thermostrukturalem Verbundmaterial, aus einem wahlweise porösen Metallmaterial oder in der Tat aus einem Metall-Matrixverbundmaterial gemacht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung treten hervor an Hand der folgenden Beschreibung der besonderen Ausführungsform der Erfindung, als nicht-beschränkendes Beispiel gegeben, und in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine axiale Querschnittsansicht der Brennkammer einer Flugzeugtriebwerks-Gasturbine aus dem Stand der Technik ist;
2A eine Querschnittsansicht der äußeren Wand einer Brennkammer ist, mit Dichtung auf der Innenseite des Rings, wobei Ventilation unterhalb des Rings in einer Ausführung der Erfindung gezeigt ist;
2B eine Querschnittsansicht des verbindenden Bereichs der äußeren Wand einer Brennkammer ist mit Dichtung im Inneren des Rings in einer Ausführung der Erfindung;
3 eine abgeschnittene diagrammartige perspektivische Ansicht einer ersten Ausführung eines Dichtungsrings der Erfindung ist;
4 eine abgeschnittene diagrammartige perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführung eines Dichtungsrings der Erfindung ist;
5 eine Querschnittsansicht des verbindenden Bereichs der äußeren Wand einer Brennkammer ist mit Dichtung stromabwärts des Dichtungsrings in einer Ausführung der Erfindung;
6 eine abgeschnittene diagrammartige perspektivische Ansicht eines Beispiels eines in 5 gezeigten Flachmaterialstücks ist;
7 eine Querschnittsansicht entfernt von der verbindenden Zone eines Dichtungsrings ist, der an der äußeren Wand einer Brennkammer montiert ist, wobei eine Leck-Strömung von dem Ring der Erfindung austritt; und
8 eine Querschnittsansicht außerhalb der verbindenden Zone eines Richtungsrings ist, der an der äußeren Wand einer Brennkammer montiert mit einer Stufe für die Leck-Strömung, die von dem Ring der Erfindung austritt.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist beschrieben in Bezug auf einen Ring, der eine Dichtung zwischen einer Brennkammer und einer Düse bietet. Der Fachmann wird dennoch keine Schwierigkeiten haben, die Erfindung auf einen Ring anzuwenden, um flexible Verbindungsstreifen mit der Brennkammer zu verbinden, wie beschrieben in den französischen Patentanmeldungen FR 01/07361 und FR 01/07363 , im Namen des vorliegenden Anmelders. Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf jeden Typ von Ring, der einen Teil einer Wand einer Struktur bedeckt, die durch einen strömenden Luftstrom gekühlt werden muss.
2A, 2B und 3 zeigen einen Dichtungsring, der eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet. In 2 werden den Elementen der Brennkammer und des Gehäuses, die unverändert bleiben, die gleichen Bezugszeichen gegeben wie denen in 1. In dieser ersten Ausführungsform definiert der Dichtungsring 1 eine ringförmige Struktur, welche zwei Bereiche aufweist: eine Manschette 1a und einen Flansch 1b. Die Manschette 1a entspricht dem Bereich des Dichtungsrings, der um das Ende der Wand 51a der Verbrennungskammer 51 herum platziert ist. Der Dichtungsring 1 ist an der Wand 51a der Brennkammer durch Klemmbefestiger 57 befestigt, die jeweils durch eine entsprechende Öffnung 5 hindurch gehen, die in der Manschette 1a vorgesehen ist. Der Ring kann auch durch jedes andere System zum Anschließen des Rings an die Wand befestigt werden.
Die Manschette 1a ist durch einen Kragen 1b verlängert, der sich von der Brennkammer rauswärts erstreckt, derart, dass der Raum zwischen dem Ende der Brennkammer und dem Anfang der Hochdruckdüse 52 bedeckt ist, um mit einer Streifendichtung 67, die auf der Düse platziert ist, in Kontakt zum kommen.
Insbesondere ist die innere Fläche der Manschette 1a über einen großen Teil bearbeitet, um eine Ausnehmung 3 zu bilden. Der Teil der Innenfläche der Manschette, der nicht bearbeitet ist, bildet eine ringförmige Schulter 2. In der Zone zum Verbinden der flexiblen Streifen 61 mit der Wand 51a der Brennkammer, wie in 2B gezeigt, ist eine Unterlegscheibe 4 für jeden Befestiger 57 vorgesehen. Die Dicke der Unterlegscheibe 4 wird ermittelt in Abhängigkeit der Tiefe der Ausnehmung 3, um sicherzustellen, dass der Ring relativ zur Wand positioniert ist, um zu gewährleisten, dass die mechanischen Verbindungen festgemacht werden können.
Wie in 2A und 2b gezeigt, bildet die ringförmige Schulter 2 nur einen kleinen Teil der Manschette im Vergleich zu der Ausnehmung 3. Wenn der Ring schließlich auf der äußeren Wand 51a der Brennkammer befestigt wurde, bildet daher die Ausnehmung 3 einen Hohlraum 6 unter dem Ring, welcher, wenn er mit dem Umgehungsluftstrom oder kühlender Luft 63 versorgt wird, dazu dient, die Wand bis ganz zu ihrem Ende zu kühlen, wie in 2A gezeigt.
Außerdem kann ein kontinuierlicher kühlender Filme 10 bis ganz ans Ende der Wand 51a der Brennkammer 51 aufrecht erhalten werden, wenn die Brennkammer nicht nur mit den Perforationen 53 des Typs, die typischerweise von der verbindenden Zone entfernt gebildet werden, aber auch mit zusätzlichen Perforationen 70 unter dem Ring ausgestattet wird. Die ringförmige Schulter 2 dient als Leitelement am Ende des Hohlraums 6, die dazu dient, den kühlenden Luftstrom 63 in die Perforationen 70 zu zwingen. Durch Wahl eines schrägen Winkels für die Bohrrichtung der zusätzlichen Perforationen 70 können außerdem Löcher, die sich fast im Ende der Brennkammerwand öffnen, mit dem kühlenden Strom versorgt werden. Der kühlende Film 10 bildet dann vorteilhafterweise einen kühlenden Film für die innere Verkleidung für die Hochdruckdüse 52.
Eine zweite Ausführungsform des Dichtungsrings der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben in Bezug auf 4. Ein Dichtungsring 100 ist gebildet aus einer Manschette 100a, erweitert durch einen Flansch 100b, der sich über das Ende 151a der Brennkammer erstreckt. Die Manschette 100a hat eine Mehrzahl von Ausnehmungen 103, die in die Fläche der Manschette eingearbeitet sind, die der Wand 151 der Brennkammer zugewandt platziert sind. Jede dieser Ausnehmungen bildet einen Hohlraum 106, um zu ermöglichen, dass ein kühlender Luftstrom zum Ende der Brennkammerwand strömt.
Die Ausnehmungen 103 sind zwischen den Öffnungen 105 zum Durchführen der Befestiger 157 eingearbeitet, um nicht nur eine ringförmige Schulter 102 zu belassen, sondern auch Kontaktflächen 104 um jede Öffnung 105. Diese Ausführung ermöglicht es, die Verwendung von Unterlegscheiben zu vermeiden, die zum Positionieren des Rings in der ersten Ausführungsform benötigt werden. Folglich kann mit dieser zweiten Ausführungsform des Dichtungsrings der Erfindung der Kühlluftstrom 63 gleichfalls innerhalb der Hohlräume 106 bis zum Ende der Brennkammer strömen und kann die Perforationen 70 versorgen, die in der verbindenden Zone gemacht wurden, wobei auch die Technologie zum Montieren des Rings vereinfacht wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Dichtung verwendet, um Lecks zu verstopfen, die zwischen dem Ring und der Wand der Brennkammer an den Ausgängen der Hohlräume existieren, welche durch Herstellungstoleranzen der Teile und/oder durch das Anpassen des Rings an die Brennkammer verursacht werden. Aus diesem Grund und wie in 2 gezeigt, kann eine Dichtung 11, z. B. eine Flechtung, ein Metalldraht, eine Dichtung mit Kanal oder Omega-Querschnitt, oder eine Kapillarröhre, in Position und unter Druck zwischen den Befestiger-Unterlegscheiben und dem Ende des Hohlraums gehalten werden. Bei Verwendung der zweiten Ausführungsform des Rings 100 st eine Rille (nicht gezeigt) in jedem Kontaktbereich 104 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass die Dichtung 11 wie in 2 gezeigt aufgenommen wird.
In einer Variante kann die Dichtung zwischen dem Ring und der Wand der Brennkammer stromabwärts von der Schulter, d. h. außerhalb des Hohlraums, vorgesehen werden. In diesem Fall, und wie in 5 gezeigt, wird eine Dichtung 13, wie z. B. eine Flechtung oder eine Kapillarröhre, in Position gegen die äußere Fläche des Rings durch ein Halteglied oder ein Flachmaterial in Position gehalten. Das Flachmaterial 12 ist zwischen der Wand 51a der Brennkammer und den Unterlegscheiben 4 oder den Kontaktbereichen 104 befestigt gehalten durch Festmachen der Befestiger 57. Wie in 6 gezeigt, kann das Flachmaterial 12 in Form eines einzelnen Teils oder in Form einer Mehrzahl von Sektoren 14 sein, welche aneinander angrenzend und um die Brennkammerwand gehalten werden. Die Kontaktfläche zwischen der Brennkammerwand und dem Flachmaterial 12 ist auf das Minimum reduziert, das zum Zweck des Festmachens benötigt wird, um zu vermeiden, dass die Perforationen 70 der Brennkammer, die in dieser Zone vorhanden sind, blockiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Brennkammer mit einem Dichtungsring der vorliegenden Erfindung wird es einem Teil des kühlenden Luftstroms, der in den durch den Dichtungsring gebildeten Hohlräumen strömt, hinauszulecken. Wie in 7 gezeigt, kann die Dicke der Kontaktbereiche 104 oder der Unterlegscheiben 4, je nachdem, welche Ausführungsform des Rings verwendet wird, so festgelegt werden, dass eine Lücke zwischen der Schulter und der Brennkammerwand bleibt, um eine Leckströmung zu ermöglichen. Folglich bildet, wenn die oben beschriebenen Dichtungsvorrichtungen nicht verwendet werden, ein Bruchteil des Luftstroms 23 eine Leckströmung 107, und diese Strömung wird durch die Schulter des Rings abgestimmt.
In einer besonderen Ausführungsform der Brennkammer, wie in 8 gezeigt, kann eine Stufe 152 am Ende der Brennkammerwand gebildet werden, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms 63, der in den Hohlräumen 106 des Dichtungsrings 100 strömt, eine Leck-Strömung 107 zu bilden. Zu diesem Zweck ist es notwendig, dass die Stufe 152 stromaufwärts von der Schulter 102 gebildet wird, um eine Leck-Passage für einen Bruchteil des kühlenden Luftstroms 63 zu belassen, der in die Hohlräume 106 eindringt. Obwohl die Brennkammer mit der Stufe 152 gleichermaßen gut mit dem Dichtungsring 1 oder mit dem Dichtungsring 100 verwendet werden kann, bietet die zweite Ausführungsform des Dichtungsrings 100 den Vorteil, dass die Leck-Strömungsrate, welche die äußere oder innere Verkleidung der Hochdruckdüse versorgt, genauer abgestimmt werden kann, wegen der Mehrzahl von Hohlräumen 106, die sie zusammen mit der Wand der Brennkammer bildet.
Anordnungen, welche eine Leck-Strömung einschließen, die den Dichtungsring wie in 7 und 8 verlässt, können gleichermaßen gut mit dem Dichtungsring 1 oder mit dem Dichtungsring 100 gemacht werden, welche die erste und die zweite Ausführungsform der Erfindung bilden.
Welche Ausführungsform auch immer verwendet wird, um eine Leck-Strömung, die den Dichtungsring verlässt, bereitzustellen, das Leitelement, die durch die Schulter gebildet wird, dient außerdem nicht nur dazu, den kühlenden Luftstrom dazu zu zwingen, in die Perforationen zu strömen, sondern auch dazu, um mit der Wand zu kooperieren, um die Leckströmung abzustimmen, damit ein kühlender Film für die äußere Verkleidung der Hochdruckdüse erzeugt wird. Eine derartige Abstimmung ermöglicht es, die Rate, mit der Luft in die Brennkammer strömt, zu kontrollieren.
2 bis 8 zeigen Ausführungen des Dichtungsrings der vorliegenden Erfindung in einer Konfiguration, die angepasst ist, um die äußeren Wand der Brennkammer mit der Hochdruckverkleidung zu verbinden. Der Fachmann wird jedoch keine Schwierigkeiten haben, einen ähnlichen Ring für das Ende der inneren Wand 51b der Brennkammer zu entwickeln. Unter diesen Umständen hat der Dichtungsring lediglich eine Konfiguration, die invers zu der Beschriebenen ist, so dass die Ausnehmung(en) in seiner äußeren Fläche liegt (liegen), die gegenüber der inneren Wand 51b der Brennkammer ist, und so dass sein Flansch nach innen reicht.
Der Dichtungsring der vorliegenden Erfindung kann aus einem thermostrukturalen Verbundmaterial, wie z. B. Kohlenstoff und Siliciumcarbid) C/SiC) oder Siliciumcarbid und Siliciumcarbid (SiC/SiC) oder aus einer Metallegierung gemacht werden. Die Wände der Brennkammer können ebenfalls aus einem thermostrukturalen Verbundmaterial, z. B. C/SiC oder SiC/SiC, oder andernfalls aus einem wahlweise porösen Metallmaterial oder in der Tat aus einem Metallmatrix-Verbundmaterial gemacht werden.
Der Hohlraum (die Hohlräume) des Rings der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, das Kühlen durch mehrfache Perforationen in den Wänden der Brennkammern, welche unter dem Ring liegen, zu maximieren. Berechnungen, die für eine Brennkammer, welche mit dem Dichtungsring der Erfindung ausgestattet ist, durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Temperatur in der verbindenden Zone um etwa 400°C reduziert werden kann.
Folglich ist die Lebensdauer des Endbereichs der Brennkammer vergrößert, und ein kühlender Film kann für die innere Verkleidung der Hochdruckdüse und möglicherweise auch für die äußere Verkleidung erzeugt werden. Die vorliegende Erfindung bietet daher eine Lösung für das Kühlen der Wände der Brennkammer, die es ermöglicht, die Brennkammer direkt an die Verkleidung über ihre Wände anzuschließen, während sie nach wie vor eine Abdichtung zwischen dem Verbrennungsgasstrom und dem Umgehungsstrom, der verwendet wird, um einen Kühlluftstrom bereitzustellen, zur Verfügung stellt.

Claims

Ring (1) zum Anbringen am Ende einer Brennkammer (51), wobei der Ring (1) durch eine Manschette (1a) gebildet wird, die um das Ende einer Wand (51a) der Brennkammer (51) über eine Mehrzahl von Öffnungen (5) zum Aufnehmen von Befestigern (57) angebracht ist, wobei der Ring (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass die Manschette (1a) mindestens eine Ausnehmung (3) in ihrer Seite hat, die auf die Wand (51a) der Brennkammer (51) gerichtet ist, wodurch die Fläche der Manschetten (1a), die gegen die Wand (51a) der Brennkammer (51) drückt, reduziert wird, und mit der genannten Wand (51a) kooperiert, um einen offenen Hohlraum (6) zu bilden, in welchem ein Kühlluftstrom (63) strömen kann und dadurch, dass der Ring (1) eine ringförmige Schulter (2) aufweist, welche das Ende des Hohlraums (6) definiert, der zwischen dem Ring (1) und der Wand (51a) der Brennkammer (51) gebildet wird.
Ring (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Schulter (2) ein Leitelement bildet, um den Umgehungsluftstrom, der in den Hohlraum strömt, dazu zu zwingen, in Richtung der Wand der Brennkammer (51) zu strömen.
Ring (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Manschette (1a), der gegen die Wand (51a) der Brennkammer drückt, außerdem Kontaktbereiche (104) aufweist, die um die Öffnungen (105) gebildet sind, wobei die Kontaktbereiche eine Mehrzahl von Ausnehmungen (103) definieren, die gleichförmig über die Seite der Manschette verteilt sind, die auf die Wand der Brennkammer gerichtet ist.
Ring (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche (104) von einer größeren Dicke als die Dicke der ringförmigen Schulter (102) sind, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms (63), der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) (106) strömt, die durch den Dichtungsring gebildet werden, eine Leckströmung (107) bildet.
Ring (1) nach einer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem thermostrukturalen Verbundmaterial oder aus einer Metalllegierung gemacht ist.
Ring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Flansch (1b) aufweist, welcher die Manschette (1a) verlängert, wobei sich der Flansch (1b) über das Ende der Brennkammer hinaus erstreckt.
Brennkammer (51) aufweisend mindestens einen Ring (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Brennkammer (51) nach Anspruch 7, wobei der mindestens eine Ring (1; 100) am Ende einer der Wände (51a; 151a) der Brennkammer durch Befestiger (57; 157) befestigt ist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Perforationen (70; 170) in ihrem Bereich, der von dem mindestens einen Ring (1; 100) abgedeckt wird, hat, wobei die Perforationen mit einem Kühlluftstrom (63), der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) (6; 106) strömt, der (die) zwischen dem Dichtungsring und der Wand der Brennkammer gebildet ist (sind), versorgt werden.
Brennkammer (51) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine Dichtung (11; 13) zwischen dem mindestens einen Ring (1) und der Wand (51a) der Brennkammer aufweist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Dichtung (11) am Boden des offenen Hohlraums (6) gehalten ist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Dichtung (13) am Ende des Rings (1) platziert ist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (13) am Ende des Rings gehalten ist durch ein ringförmiges Stück Flachmaterial (12), das an der Wand durch die Befestiger (57) gehalten ist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stück Flachmaterial (12) eine Mehrzahl von Sektoren (14) aufweist, die nebeneinander an der Wand (51a) der Brennkammer durch die Befestiger (57) gehalten sind.
Brennkammer (51) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Befestiger eine Unterlegscheibe (4) aufweist, mit einer größeren Dicke als die Dicke des offenen Hohlraums (6), der zwischen der Wand der Brennkammer und dem Ring (1) gebildet ist, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms (63), der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) (6, 106) strömt, die durch den Dichtungsring gebildet werden, eine Leckströmung (107) bildet.
Brennkammer (51) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Stufe (152) aufweist, die am Ende ihrer Wand (151a) gebildet ist, um zu ermöglichen, dass ein Bruchteil des kühlenden Luftstroms (63), der in dem Hohlraum (den Hohlräumen) (6; 106) strömt, die durch den Dichtungsring gebildet werden, eine Leckströmung (107) bildet.
Brennkammer (51) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie erste und zweite Ringe (1; 100) aufweist, wobei der erste Ring am Ende der äußeren Wand (51a) der Brennkammer angebracht ist und der zweite Ring an dem Ende einer inneren Wand (51b) der Brennkammer angebracht ist.
Brennkammer (51) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Wände (51a; 51b) aus thermostrukturalem Verbundmaterial oder aus einer Metalllegierung gemacht sind.