DE1155940B - Verbrennungseinrichtung fuer Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungseimrichtung für Gasturbinentriebwerke mit einem Luftgehäuse und einem darin mit Abstand angeordneten Flammrohr, wobei das Flammrohr wenigstens zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte aufweist, zwischen denen ein KühUuftzuführungsteil vorgesehen ist, durch welchen Luft aus dem Zwischenraum zwischen Flammrohr und Gehäuse achsparallel über die innere Oberfläche des Flammrohres zwecks Kühlung des letzteren strömen kann.

Bei bekannten Triebwerken ist der ringförmige Kühlluftzuführungsteil zwischen den in Achsrichtung aufeinanderfolgenden Abschnitten derart ausgebildet, daß der freie Durchtrittsquerschnitt für die Luft an allen Stellen des Umfanges gleich ist. Durch die An-Ordnung von Stromteilungswänden u. dgl. stromoberseitig dieser Kühlluftzuführungsteile werden innerhalb des Zwischenraumes zwischen dem Flammrohr und dem Gehäuse Einschnürungen in der Luftströmung bewirkt, was zur Folge hat, daß die Kühlluftverteilung über den Ringquerschnitt und an der Innenwand des in Strömungsrichtung folgenden Flammrohrabschnittes ungleichmäßig wird. Ziel der Erfindung ist es, die sich aus dieser ungleichmäßigen Strömungsverteilung ergebenden Nachteile zu vermeiden, die im wesentlichen darin bestehen, daß der betreffende Flammrohrabschnitt an einzelnen Stellen überhitzt wird.

Zum Zweck einer gleichmäßigen Kühlung des dem Kühlluftzuführungsteil in Strömungsrichtung folgenden Flammrohrabschnittes ist dieser Kühlluftzuführungsteil gemäß der Erfindung mit Öffnungen in an sich bekannter Weise unterschiedlicher Größe ausgestattet und die größten Öffnungen sind wenigstens an einer bestimmten Stelle vorgesehen, an welcher die Luftströmung aus dem Zwischenraum heraus eingeschnürt ist. Dadurch, daß der freie Durchgangsquerschnitt über den Umfang dieser ringförmigen Öffnung ungleichförmig entsprechend der Strömungsverteilung in dem Zwischenraum gestaltet ist, kann diese Unterschiedlichkeit der Strömung in dem Zwischenraum kompensiert werden, und zwar in der Weise, daß die Mengenströmung innerhalb des ringförmigen Luftzuführungsteiles in allen Abschnitten im wesentlichen konstant bleibt, so daß der folgende Flammrohrabschimtt mit einem gleichmäßigen Kühlfilm überzogen wird.

Wenn der Kühlluftzuführungsteil aus einem gewellten Ringstreifen besteht und die Öffnungen von den Räumen zwischen den Wellungen gebildet werden, kann die angestrebte Unterschiedlichkeit des Durchgangsquerschnittes dadurch bewirkt werden, daß die Verbrennungseinrichtung
für Gasturbinentriebwerke

Anmelder:

Rolls-Royce Limited,
Derby, Derbyshire (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C.Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 20. November 1959 (Nr. 39 549)

Ralph Janes und Stewart Crichton Miller,

Allestree, Derbyshire (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

Teilung und/oder die Tiefe der Wellungen an den bestimmten Stellen vergrößert ist.

Das Flammrohr kann in an sich bekannter Weise mit radialen Öffnungen ausgestattet sein, durch welche hindurch Luft von dem Zwischenraum in das Flammrohr derart einströmen kann, daß die in dem Flammrohr gebildeten Verbrennungsprodukte gekühlt werdieni wobei die radialen Öffnungen unmittelbar stromoberseitig des Kühlluftzuführungsteiles und in Längsrichtung ausgerichtet zu jenen Stellen liegen. Auch hierbei wird gewährleistet, daß die durch die radialen Öffnungen bedingten Ungleichmäßigkeiten der Strömung ausgeglichen werden.

Die Gleichförmigkeit der Strömung innerhalb des Zwischenraumes kann außerdem durch Hindernisse, z. B. die Strömung aufteilenden Wänden bestehen, die sich über'die Öffnungen in dem Flammrohr erstrecken; die die Strömung aufteilenden Trennwände können dabei von Platten gebildet werden, die von dem Flammrohrabschnitt getragen werden, der sich stromoberseitig des Kühlluftzuführungsiteiles befindet. In jedem Fall wird eine gegenseitige axiale Ausrichtung dieser die Strömung beeinflussenden Bauteile und der größten Öffnungsquerschnitte innerhalb des Kühlluftzufüfacrungsteiles in der Weise bewirkt, daß die Strö-

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mumgsverteilung der Kühlluft innerhalb des folgenden Flainmrohrabsohniittes gleichmäßig bleibt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen art Hand dar Zeichnung. In S der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Verbrenmmgseiorichtung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 gemäß Fig. 1, ίο

Fig. 3 einem Schnitt längs der linie 3-3 gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch einen Teil einer abgeänderten Verbrennungseinrichlung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 gemäß Fig. 4.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Verbrennungseinrichtung für ein Gasturbinentriebwerk dargestellt, welche aus einem ringförmig ausgebildeten Luftgehäuse mit äußeren Wandungen 10 und inneren Wandungenil besteht. Innerhalb des Luftgehäuses sind mehrere Flammrohre 12 montiert, von denen nur eines in der Zeichnung dargestellt ist. Diese Flammrohre 12 sind nebeneinander in dem Ringraum 13 zwischen den Wänden 10 und 11 montiert.

Jedes der Flammrohre 12 weist Abschnitte 14, 15, 16, 17 auf, die aufeinanderfolgend in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die stromabwärtigen Enden der Flammrohrabschnitte 14, 15 und 16 weisen einen kleineren Durchmesser auf als die stromaufwärts gelegenen Enden der Flammrohrabschndtte 15, 16, 17 und sind an diesen oder gerade in diesen befestigt. Zwischen den Abschnitten 14, 15, den Abschnitten 15, 16 und den Abschnitten 16, 17 sind gewellte Ringstreifen 18, 19 bzw. 20 eingefügt, welche Kühlluftzuführungen bilden.

Die Wandung des Flammrohrabschnittes 16 ist mit einer Reihe von in Umfangsiichtung im Abstand zueinander liegenden Löchern 21 ausgestattet, durch welche Luft von dem Raum 13 in das Innere des Flammrohres hindurchtxeten kann.

Das stromaufwärts gelegene Ende des Flammrohrabschnittes 17 ist mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch 22 ausgestattet. In jedes der Löcher 21 steht eine Platte 23 derart ein, diaß sie diametral angeordnet ist und bildet eine die Strömung teilende Wand. Die Platte 23 weist einen Ansatz 24 auf, welcher an dem Flansch 22 angeschweißt ist. DiB Löcher 21 sind unmittelbar stromaufwärts des; Streifens 20 angeordnet. Wie deutlich aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Teilung und 'die Tiefe der Wellungen in den Streifen 20 an jenen Stellen vergrößert, die in der Nähe der Löcher 21 liegen und in Längsrichtung auf diese ausgerichtet sind.

Das stromaufwärts gelegene Ende des Abschnittes 14 ist mit einer Brennstoffeinspritzdüse 25 ausgestattet, die innerhalb eines Ringkörpers 26 Hegt, der dazu dient, die von dem Einlaßende 27 des Luftgehäuses in das Flammrohr 12 eintretende Luft zu durchwirbeln.

In Beirieb strömt ein Teil der dem Einlaßende 27 des Luftgehäuses zugeführten komprimierten Luft durch den Körper 26, um die Verbrennung des durch die Brennstoffeinspritzdüse 25 eingespritzten Brennstoffes zu tragen. Die übrige Luft strömt durch den Ringraum 13. Ein Teil der dem Raum 13 zugeführten Luft strömt zwischen den Wellungen der Streifen 18, 19, 20 hindurch und bewirkt, daß die Wände des Flammrohres mit einem Kühlluftfihn bedeckt werden. Ein anderer Anteil der dem Raum 13 zugeführten Luft (dieser Anteil wird als »Verdünnungs«-Luft bezeichnet) strömt über die Löcher 21 in das Flammrohr. Die durch die Öffnungen 21 hindurchströmende Verdünnungsluft dient zur Abkühlung der Verhrennungsprodukte in dem Flammrohr auf eine Temperatur, welche für die nicht dargestellte Turbine zulässig ist, welcher die Verbreonungsprodukte zugeführt werden. Durch 'die Anordnung der Platten 23 über den Löchern 21 wird die unregelmäßige Wirbelbildung vermindert, die sich sonst in der durch die Löcher 21 hindurehströmenden Luft auszubilden suchen würde, und deshalb wird die Strömung durch diese Löcher gefördert.

Weil die Verdünnungsluft durch die Löcher 21 strömt und weil die Platten 23 eine Blockierung bewirken, wird die Luftzufuhr in den. Raum 13 unmittelbar stromab der Löcher 21 wesentlich vermindleirt. Die örtliche Vergrößerung der Teilung und Tiefe der Wellungen im dem Streifen 20 in 'der Nähe der Löcher 21 wirkt jedoch im unterstützenden Sinne, um zu gewährleisten, daß eine im wesentlichen gleichförmige Strömung des Kühlluftfilmes über die gesamte innere Oberfläche des Flammrohrabsehnittes 17 erhalten bleibt und daß kein Teil dieser inneren Oberfläche Mangel an Luft hat und heiße Stellen gebildet werden.

In den Fig. 4 und 5 ist ein anderes Ausf ührungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die Flammiröhirabschnitte 16 und 17 an Stelle eines gewellten kreisförmigen Streifens 20 zwischen sich eited Ringstreifen 28 aufnehmen.

Der Streifen 28 weist einen ringförmigen Teil 29 auf, der den gleichen Durchmesser wie der Flammrohrabschnitt 16 an seinem stromabwärtigen Ende hat und gegen diesen lagert. Der Teil 29 ist mit eineni radial nach außen gerichteten Steg 30 ausgestattet. Der Steg 30, der mit Öffnungen 3 ί versehen ist, weist einen sich radial erstreckenden Flansch 30 α und einen sich in Achsrichtung erstreckenden Umfangsflanseh 32 auf, der den gleichen Durchmesser wie der Flammrohrabschnitt 17 aufweist und gegen diesen lagert. Die Platten 23 sind an dem Flansch 30 a befestigt.

Wie bereits erwähnt, bewirken die Plattem 23 und die Löcher 21 eine Veiminderung der Luftzufuhr unmittelbar stromab dieser Teile. Um dies auszugleichen, sind 'die Öffnungen 31, die in der Nähe der Platten 23 liegen und in Längsrichtung auf diese ausgerichtet sind, größer gehalten als die übrigen Öffnungen 31.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verbrennungsemrichtung für Gasturbinentriebwerke mit einem Luftgehäuse und einem darin mit Abstand angeordneten Flammrohr, wobei das Flammrohr wenigstens zwei in Achsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte aufweist, zwischen denen ein Kühllüftzuführungsteil vorgesehen ist, durch welchen Luft aus dem Zwischenraum zwischen Flammrohr und Gehäuse ächsparallel über die innere Oberfläche des Flammrohres zwecks Kühlung des letzteren strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühllüftzuführungsteil (20) mit öffnungen in an sich bekannter Weise unterschiedlicher Größe ausgestattet ist und daß die größten Öffnungen wenigstens

an einer bestimmten Stelle vorgesehen sind, an welcher die Luftströmung aus dem Zwischenraum (13) heraus eingeschnürt ist.

2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der Kühlluftzuführungsteil aus einem gewellten Ringstreifen besteht und die Öffnungen von den Räumen zwischen den Wellungen gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung und/oder die Tiefe der Wellungen an den bestimmten Stellen vergrößert ist.

3. Verbrennungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Flammrohr (12) mit radialen Öffnungen (21) ausgestattet ist, durch welche hindurch Luft von dem Zwischenraum (13) in das Flammrohr (12) derart einströmen kann, daß die in dem Flammrohr gebildeten Verbrennungsprodukte gekühlt werden, wobei die radialen Öffnungen (21) unmittelbar stromoberseitig des Kühlluftzuführungsteils (20) und in Längsrichtung ausgerichtet zu jenen bestimmten Stellen liegen.

4. Verbrennungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in dem Zwischenraum wenigstens ein Hindernis für die hindurchströmende Luft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hindernis (23) unmittelbar stromoberseitig jener bestimmten Stelle des Kühlluftzuführungsteiles und auf dieses ausgerichtet angeordnet ist.

5. Verbrennungseinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hindernis (23) in an sich bekannter Weise aus die Strömung aufteilenden Wänden besteht, die sich über die Öffnungen (21) in dem Flammrohr (12) erstrecken.

6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Öffnungen (21) in einem der Flammrohrabschnitte (16) angeordnet sind und die Trennwände (23) von Platten gebildet werden, die von dem Flammrohrabschnitt (17) unmittelbar stromunterseitig des Flammrohrabschnittes (16) getragen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 830 267;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 066 385;
französische Patentschrift Nr. 1195 188;
britische Patentschriften Nr. 762 596, 723 413.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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