DE1270889B - Kuehlvorrichtung fuer Brennkammern von Gasturbinentriebwerken - Google Patents

Description

• Kühlvorrichtung für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung von Brennkammern von Gasturbinentriebwerken, mit zwischen einem inneren und einem äußeren Gehäuse angeordneten rohrförmigen Teilen, deren Endabschnitte teleskopartig ineinandergeschoben sind und in den überlappungsbereichen zwischen sich einen Ringspalt bilden, durch den ein Kühlmittel in axialer Richtung hindurchtreten kann, um einen Kühlfilm auf der Innenwandung eines der rohrförmigen Teile zu erzeugen, und mit Mitteln zur Verminderung der Tendenz eines Abreißens der an der Innenwandung entlangstreichenden Kühlmittelströmung.
• Bei bekannten Kühlvorrichtungen dieser Bauart ist in den Ringspalt zwischen den sich überlappenden Abschnitten der rohrförmigen Bauteile jeweils eine Strömungsleitvorrichtung beispielsweise in Gestalt gewellter Bleche eingebaut, die außer ihrer Leitfunktion noch die wichtige Aufgabe haben, die einzelnen rohrförmigen Bauteile im überlappungsabschnitt miteinander zu verbinden. Die hieraus resultierende Dicke des Luftfilmes an der Innenwandung des jeweils in Strömungsrichtung der überlappung folgenden rohrförmigen Bauteils wird dabei durch die radiale Abmessung des Ringspaltes bestimmt und die Dichte dieser Kühlluft ist durch die Dichte der Kompressorluft gegeben. Hierdurch ergibt sich bei den bekannten Anordnungen ein Kühlfilm relativ großer radialer Abmessung mit jedoch nur verhältnismäßig geringer Dichte, so daß die Kühlwirkung begrenzt ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine intensivere Kühlung der Innenwand dieser teleskopartig ineinandergeschachtelten rohrförmigen Bauteile dadurch zu erlangen, daß der Kühlluftfilm mit höherer Dichte mit relativ kleiner Stärke an den Innenwandungen gleichförmig entlangstreicht, ohne abzureißen.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils der außenliegende Endabschnitt der rohrförmigen Teile im überlappungsbereich in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete, sich- in Radialrichtung erstreckende Löcher aufweist, durch die das Kühlmittel in Richtung auf den anderen Endabschnitt hindurchtreten kann, und daß das Kühlmittel danach axial durch den Ringspalt strömen kann, um eine Kühlfilmbildung auf der Innenwandung des rohrförmigen Bauteils zu erzeugen, der mit den in Radialrichtung verlaufenden Löchern versehen ist.
• Es hat sich gezeigt, daß die radial in den Ringspalt eintretende Luft bei dieser Ausführung innerhalb des Ringspaltes in besonders günstiger Weise in axialer Richtung beschleunigt wird, wobei der Strahlpumpeneffekt in günstiger Weise wirksam wird.
• Es ist zwar bereits bekannt, im Mantel von Flammrohren Perforationen anzubringen, durch die Kühlluft einströmen kann. Hierbei war jedoch keine Innenabschirmung vorgesehen, die einen Ringspalt bildet, in dem die Kühlluft in axialer Richtung beschleunigt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das stromaufwärtige Ende des Ringspalts durch eine Ringwand in Gestalt eines Flansches definiert, der sich radial zwischen dem inneren und äußeren rohrförmigen Bauteil erstreckt. Diese Ringwand bzw. dieser Flansch kann starr mit beiden rohrförmigen Abschnitten verbunden sein und gewährleistet eine starre robuste Verbindung der beiden Rohrabschnitte, wobei gewährleistet ist, daß die Breite des Ringspaltes an allen Stellen des Umfangs gleich ist.
• Um die Kühlluft des Filmes weiter zu verdichten und in günstiger Weise axial zu beschleunigen, sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in der Ringwand axiale Löcher vorgesehen, durch; die Kühlluft in den Ringspalt gelangen kann, die die über die radialen Löcher eintretende Luft in günsti-. ger Weise beschleunigt. Dabei können entweder die axialen und radialen Löcher aufeinander ausgerichtet oder gegeneinander versetzt sein. Statt der Anordnung der axialen Löcher im Ringflansch zwischen den beiden einander überlappenden Bauteilen oder auch zusätzlich zu den axialen Löchern kann der Ringspalt in Gestalt einer Ringdüse konvergierend ausgebildet sein, indem der innenliegende Endabschnitt des stromoberseitig folgenden Bauteils nach außen konisch nach der gegenüberliegenden Wand des Ringspaltes konvergierend abgebogen ist.
• Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerkes gemäß der Erfindung, F i g. 2 bis 6 Teilansichten verschiedener Ausführungsformen des überlappungsabschnittes zweier rohrförmiger Teile in Richtung des Pfeiles 2, gemäß F i g..1 betrachtet.
• F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt einer ringförmigen Brennkammer 10 eines Gasturbinentriebwerkes, zwischen dessen Außenmantel 11 und Innenmantel 12 in ringförmiger Anordnung mehrere Flammrohre 13 im Winkelabstand zueinander angeordnet sind.
• Jedes Flammrohr 13 besteht aus vier rohrförmigen Bauteilen 14,15,16,17, die jeweils mit ihren stromunterseitigen Enden 20 bzw. 21 bzw. 22 teleskopartig in die stromoberseitigen Enden 23 bzw. 24 bzw. 25 der in Strömungsrichtung folgenden rohrförmigen Bauteile 15 bzw.16 bzw.17 einstehen. Zwischen den konzentrisch ineinanderliegenden äußeren stromoberseitigen und inneren stromunterseitigen Endabschnitten 23, 20 bzw. 24, 21 bzw: 25, 22 sind Ringspalte 26 bzw. 27 bzw. 28 gebildet. Das stromoberseitige Ende 23 bzw. 24 bzw. 25 der rohrförmigen Bauteile 15,16,17 ist mit einem sich radial erstreckenden Flansch 40 ausgestattet, der die Verbindung nach dem jeweils stromoberseitig liegenden rohrförmigen Bauteil herstellt. Wie Fig.2 zeigt, weist jeder Flansch 40 im Abstand zueinander liegende Löcher 41 auf, durch die Kühlluft vom Kompressor in die Ringspalte 26 bzw. 27 bzw. 28 einströmen kann. Diese in Achsrichtung verlaufenden Löcher 41 sind mit ihrer Achse jeweils auf eines von einer Vielzahl von radialen Löchern 42 ausgerichtet, die im stromoberseitigen äußeren Endabschnitt 23 des rohrförmigen Bauteils 15 ausgerichtet sind. Durch diese radialen Löcher 42 strömt Kühlluft auf den innenliegenden stromunterseitigen Endabschnitt 20.
• Infolge der axialen Ausrichtung der Löcher 41 und der Löcher 42 treffen die Kühlluftströme, die durch die Löcher 41 bzw. 42 hindurchgetreten sind, aufeinander. Hierdurch wird ein Kühlluftfilm gebildet, der durch den Ringspalt 26 strömt und die Innenwandung des rohrförmigen Bauteils 15 kühlt.
• Die axiale Ausrichtung der Löcher 41 und 42 bei der in F i g. 2 dargestellten Konstruktion hat noch den Vorteil, daß die Kühlluftströmung durch die axialen Löcher 41 gefächert wird und so die Bildung von überhitzten Stellen im Flammrohr verhindert wird.
• F i g. 3 zeigt eine Ausbildung, die allgemein jener nach F i g. 2 entspricht, wobei jedoch die axialen Löcher 41 nicht in axialer Richtung mit den Löchern 42 fluchten. Infolgedessen trifft die aus den radialen Löchern 42 austretende Kühlluft auf den inneren Endabschnitt 20 auf, bevor sie sich mit den Kühlluftströmen aus den axialen Löchern 41 vermischt. Hierdurch wird bewirkt, daß die Dicke des Luftfihnes vergrößert wird und ein Abreißen des Luftfilmes an der Innenwand des rohrförmigen Bauteils 15 erschwert wird, so daß eine gute Wärmeisolation zustandekommt.
• Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 soweit es die Lochanordnung und Ausbildung betrifft. Jedoch ist hierbei der innere Endabschnitt 20 gegenüber dem äußeren Endabschnitt 23 des nachfolgenden rohrförmigen Bauteils konvergierend angeordnet, so daß der Ringspalt 26 einen sich in Strömungsrichtung konvergierenden Ringkanal bildet.
• Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wiederum mit der Abwandlung, daß der Ringspalt 26 durch die konvergente Ausbildung des hinteren Teiles des Endabschnittes 20 einen konvergenten Ringspalt bildet.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist der Ringflansch 40 urgelocht. Hierbei wird die durch die radialen Löcher 42 strömende Luft dadurch verdichtet, daß der innere Endabschnitt 20 stromunterseitig der radialen Löcher 42 in einem Abschnitt 43 nach dem äußeren Endabschnitt 23 hin konvergiert.
• In den F i g. 2 bis 6 ist jeweils nur der überlappungsabschnitt zwischen dem obersten Rohrabschnitt 14 und dem nächstfolgenden Rohrabschnitt 15 dargestellt. Die übrigen überlappungsabschnitte sind in entsprechender Weise ausgebildet.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Kühlvorrichtung für Brennkammern von Gasturbinentriebwerken, mit zwischen einem inneren und einem äußeren Gehäuse angeordneten rohrförmigen Teilen, deren Endabschnitte teleskopartig ineinandergeschoben sind und in den überlappungsbereichen zwischen sich einen Ringspalt bilden, durch den ein Kühlmittel in axialer Richtung hindurchtreten kann, um einen Kühlfilm auf der Innenwandung eines der rohrförmigen Teile zu erzeugen, und mit Mitteln zur Verminderung der Tendenz eines Abreißens der an der Innenwandung entlangstreichenden Kühlmittelströmung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der außenliegende Endabschnitt (23) der rohrförmigen Teile im überlappungsbereich in Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete, sich in Radialrichtung erstreckende Löcher (42) aufweist, -durch die das Kühlmittel in Richtung auf den anderen Endabschnitt (20) hindurchtreten kann, und daß das Kühlmittel danach axial durch den Ringspalt (26) strömen kann, um eine Kühlfilmbildung auf der Innenwandung des rohrförmigen Bauteils (15) zu erzeugen, der mit den in Radialrichtung verlaufenden Löchern (42) versehen ist.
2. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufwärtige Ende des Ringspaltes (26) durch eine Ringwand (40) definiert ist, die sich radial zwischen dem inneren und äußeren rohrförmigen Bauteil (14,15) erstreckt.
3. 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Verhinderung des Abreißens der Strömung aus einem Ring (40) bestehen, der im Winkelabstand zueinander angeordnete, sich in Achsrichtung erstreckende Löcher (41) aufweist, durch die Kühlmittel in den Ringspalt (26) gelangen kann.
4. 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich axial erstreckenden Löcher (41) axial auf die sich in Radialrichtung erstreckenden Löcher (42) ausgerichtet sind, so daß die Kühlmittelströmung durch die sich in axialer und radialer Richtung erstreckenden Löcher (41, 42) aufeinandertrifft.
5. 5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Achsrichtung erstreckenden Löcher nicht auf die sich in Radialrichtung erstreckenden Löcher (42) ausgerichtet sind, so daß die Strömung durch die letzteren auf den Endabschnitt (20) auftrifft, bevor sie sich mit der Strömung mischt, die durch die axial gerichteten Löcher (41) hindurchtritt.
6. 6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Abreißens der Strömung der Ringspalt (26) stromabwärts der radial angeordneten Löcher (42) mit einem konvergierenden Abschnitt ausgestattet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1695 485; schweizerische Patentschriften Nr. 310 036, 270 349,261479.