DE1601532A1

DE1601532A1 - Brennkammer fuer eine Gasturbine

Info

Publication number: DE1601532A1
Application number: DE19671601532
Authority: DE
Inventors: Dakin Robin Michael
Original assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Current assignee: Bristol Siddeley Engines Ltd
Priority date: 1966-04-20
Filing date: 1967-04-13
Publication date: 1970-10-22
Also published as: DE1601532B2; GB1135670A; US3447317A

Description

DR. MÜLLER-BORE DiPL.-lNG. GRALFS DR. MANITZ 0R DEUFEL

PATENTANWÄLTE

München, den I3. April 1967 Bol/Sch - B 572

BRISTOL SIDDELEY ENGINES LIMIIED Mercury House, 195» Knightsbridge, London, S.V.7? England

Brennkammer für eine Gasturbine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für eine Gasturbinenmaschine und betrifft insbesondere den Aufbau der Stromaufstirnwand eines Flammrohres einer Brennkammer.

Das Flammrohr kann entweder zylindrisch oder ringförmig sein und in beiden Fällen ist seine Stromaufstirnwand konkav im Bezug auf das Innere des Flammrohreg₀ Es ist bereits bekannt, Kühlluft über die inneren Flächen der Stromaufendwand zu leiten, jedoch, insbesondere, wenn die Wand konkav gekrümmt ist, gesehen im Axial quer schnitt, neigt der Kühlluftstrom dazu unstabil zu werden, wenn er über die gekrümmte innere Fläche hinwegströmt, wodUBh eine Wirbelbildung eintritt, welches eine intensive Verbrennung insbesondere an der Stromabkante der Wand bewirkt, die zu einer Rißbildung oder Sprüngen in derselben führt.

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Ein Ziel der Erfindung besteht darin ein Flammrohr zu schaffen, dessen Stromaufstirnwand so ausgebildet ist, daß sie wirksam gekühlt werden kann und die Bildung einer Turbulenz oder Wirbelung und die davon herrührende Beschädigung beseitigt oder verringert wird.

Ein Flammrohr für eine Gasturbinen-Brennkammer mit einer Stromaufstirnwand, kennzeichnet sich erfindungsgemäß dadurch, daß die Stromaufstirnwand von mehreren koaxialea?n kegelstumpfförmigen Eingen gebildet ist, die radial im Abstand voneinander angeordnet sind, daß ein Teil nahe dem Stromabende eines jeden Ringes, mit Ausnahme des radial äußersten, in einem benachbarten Stromaufendteil des nächsten radial äußeren Hinges eingesetzt ist, wodurch die Ringe sich teilweise überlappen, daß die Teile der kegelstumpfförmigen Flächen, welche dem Inneren des Flammrohres zugekehrt sind, zusammen die konkave Innenfläche der Stirnwand bilden, und daß die überlappenden Teile eines jeden Paares benachbarter Ringe einen ringförmigen Kanal oder Durchlaß bilden, der an jedem Ende offen ist und durch den Luft in das Flammrohr während des Betriebs der Brennkammer eingeführt wird,um die gesamten Ringflächen zu kühlen.

Aufeinanderfolgende Ringe in der Stromabrichtung des Flammrohres können einen abnehmenden Kegelwinkel aufweisen, um

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zügeführte Luft

dadurch die durch den ringförmigen Kanal/an dem Stromaufende eines Ringes in enger Berührung mit dem Teil seiner
kegelstumpfförmigen Fläche zu "bringen, die dem Inneren
des Flammrohres zugekehrt ist.

Die Ringe können zweckmäßigerweise durch Flügel oder Rippen gestützt sein, welche mit den Stromauf-Kegelstumpfflächen der Ringe im Eingriff stehen. Die Flügel oder Rippen können tangential zu einem Kreis angeordnet sein, der koaxial zu den Ringen liegt, um dadurch einen Drall in der Luft zu
erzeugen, die durch die. ringförmigen Kanäle oder Durchlässe zugeführt wirdo Das radial/äußere Ende eines jeden
Ringes ist vorzugsweise nicht von den Rippen oder Flügeln gestützt.

Die Erfindung umfaßt weiterhin eine Brennkammer mit einem Flammrohr, wie es in den vorhergehenden drei Absätzen "beschrieben ist.

Eine Brennkammer für eine Gasturbinenmaschine mit einem
zylindrischen Flammrohr gemäß der Erfindung wird im folgenden as. beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben) in dieser zeigen:

Figur 1 einen Aocialschnitt durch die Brennkammer,

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Figur 2 eine Schnitt ansicht des Stromaufendes des Flammrohres nach Linie II-II der Fig. 1 in einem etwas größerem Maßstab und

Figur 3 eine Schnittansicht des Stromaufendes des Flammrohres nach Linie III-III der Fig. 1 in einem etwas größerem Maßstab.

Das Flammrohr weist eine zylindrische Wand 1, die mit Lufteinlaßlöchern 2 in bekannter Weise versehen ist, und eine Stromaufstirnwand auf, welche mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme einer Brennerdüse 25 versehen ist, die nur in Fig. 1 dargestellt ist.· Die öffnung 3 ist von einem Ring von drall er zeugenden Rippen oder Flügeln 4 umgebene

Gemäß der Erfindung besteht die Stromauf stirnwand aus mehrehren, z.B. vier sich teilweise überlappenden, koaxialen, kegelstumpfformigen Ringen 5, 6, 7 "und 8. Der innerste Ring weist ein mit ihm aus einem Stück bestehendes Ansatz- oder Zentrierteil 9 auf, an dessen innerer Fläche die drallerzeugenden Rippen oder Flügel 4 angebracht sind. Die deal Inneren des Flammrohres zugekehrten iDeile der kegelstumpfformigen Flächen der Ringe 5» 6 ,7 und 8 bilden zusammen die erforderliche konkave Form der inneren Fläche der Stromaufstirnwand« Die Ringe sind radial im Abstand angeordnet,

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so daß zwischen ihnen ringförmige Durchlässe 10, 11, 12 gebildet sind, durch die Kühlluft während des Betriebs der Brennkammer hindurchgeleitet wird, die außerdem ein äußeres Gehäuse 26 aufweist, welches in Figo 1 gezeigt ist.

Die Kühlluft strömt durch die ringförmigen Kanäle oder Durchlässe 10, 11, 12 in das Innere des Flammrohres von einem Raum 14, der von den äußeren Flächen der Ringe 5» 6, 7 und 8 und einer ringförmigen Verlängerung 15 des Stromaufendes der zylindrischen Wand 1 gebildet oder begrenzt wird. Die Konuswinkel der aufeinanderfolgenden Ringe 5, 6, 7» 8 sind von abnehmender Größe und so ausgelegt, daß die durch jeden radial konvergierenden Durchzuge führte Luft

gang oder Kanal 10, 11, 12/ gezwungen wird, in enger Berührung mit dem ßtromabteil der inneren Fläche des jeweiligen Ringes 6, 7» 8 zu strömen, wodurch an ihn eine starke oder kräftige Grenzschicht gebildet wird und er zusammen mit dem Luftstrom über der äußeren Fläche des Ringes gekühlt wird.

Die Ringe 5» 6_f 7 und 8 sind an ihren Stromauf-Kegelstumpfflächen an Hippen oder Flügeln 16 befestigt, die sich tangential zu einem gedachten Kreis 1? (Fig. 2) erstrecken, der koaxial zu den Ringen liegt. Die Rippen oder Flügel

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sind in bezug auf die Ringe 6, 7j 8 und 9 durch Zungen 20 in ihrer Stellung angeordnet, welche sich von den Rippen oder Flügeln erstrecken und in Schlitzen 21 in den Ringen eingreifen und dort verschweißt we-sind. Die Flügel oder Rippen 16 sind in gleichartiger Weise in den Schlitzen 27 in der Verlängerung 15 der Wand 1 eingesetzt und verschweißt und sind so angeordnet, daß sie der durch die ringförmigen Kanäle 10, 11, 12 hindurchströmende^ Kühlluft einen Drall in der selben Richtung erteilen wie der durch die Drallrippen oder -flügel 4 erteilten. Dadurch wird die Neigung verringert, daß sich die heißen und kalten Luftströme vermischen und es wird zur Erzeugung einer gleichförmigen und gleichmäßigen Kühlluftströmung über die inneren Flächen der Ringe 6, 7j 8 beigetragen. Die Drallgeschwindigkeit der Luft, welche durch die ringförmigen Kanäle 10, 11, 12 eingetreten ist, verringert sich mit zunehmendem radialen Abstand von der Achse des Flammrohres. Die Rippen oder Flügel 16 bilden außerdem Kühlrippen an der Rückseite der Ringe 5» 6, 7 t 8. Durc_h Anordnung der Flügel oder Rippen 16 tangential zu dem Kreis 17 werden außerdem iBlativ kleine Kräfte in den Ringen und Rippen erzeugt, wenn sich die Ringe ausdehnen.

Ein kreisförmiges Stück Draht 18 ist an den inneren Enden der Flügel oder Rippen 16 verschweißt oder verlötet, die einen Abstand von dem Zentrier- oder Ansatzteil 9 aufweisen·

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Dieses dient als Anschlag, mit dem ein Plansch 19 an dem linken Ende des Zentrier- oder Ansatzteiles 9 in Eingriff treten kann, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, falls der Ring 5 sich■ von den Rippen oder Flügeln 16 lösen sollte. Auf diese Weise würde eine axiale Bewegung des Ringes 5 in das Flammrohr "begrenzt werden, falls er sich von den Flügeln oder Rippen 16 lösen sollte. Der Ring 5 würde in gleicher Weise eine axiale Bewegung des Ringes 6 beschränken, der wiederum in gleichartiger Weise den Ring 7 beschränken würde, falls sie sich von den Flügeln oder Rippen 16 lösen sollten,, FaHs sich ein Flügel oder eine Rippe 16 lösen sollte, würde er bzw. sie an einem benachbarten Flügel oder einer benachbarten Rippe zur Anlage kommen,und der Kühlluftstrom würde im wesentlichen ungestört bleiben. Der radial äußerste Ring 8 ist sehr fest mit den Flügeln oder Rippen 16 verbunden, und es ist unwahrscheinlich, daß er sich von ihnen löst. Die radial äußersten Enden der Ringe 5ß,7 und 8 sind nicht an den Flügeln oder Rippen 16 befestigt, so daß, falls eine lokale Überhitzung der äußersten Enden auftreten sollte, keine übermäßige Belastungen oder.Beanspruchungen in den kombinierten Aufbau erzeugt werden, der von den Ringen 5,6,7 und 8 und den Flügeln oder Rippen 16 gebildet wird. Falls eine lokale Überhitzung eines Ringes 5»6,7»8 eintreten sollte, würde ersieh radial nach außen ausdehnen.

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Er würde außerdem dazu neigen, den benachbarten radialen äußeren Ring zu erhitzen, der sich ebenfalls ausdehnen würde, wodurch die Abmessung des ringförmigen Durchlasses oder Kanals zwischen den beiden benachbarten Eingen im wesentlichen wiederhergestellt würde. Die Wirkung der Überhitzung des innersten Ringes würde sich folglich schnell über den zusammengesetzten Eingaufbau ausbreiten·

Zwischen dem Ring 8 und dem Gehäuse 1 ist im radialen Abstand von diesen ein sich axial erstreckender Ring 22 angeordnet, der an der Verlängerung 15 der Wand 1 befestigt ist. In dem Eing 22 ist am Umfang eine Reihe von Löchern vorgesehen, durch die Luft von dem Raum 14 hindurch in den ringförmigen Raum 24 zwischen dem Ring 22 und der Wand 1 Reitet werden kann, wo die Luft gezwungen wird, axial als eine starke Kühlschicht in enger Berührung mit der inneren Fläche der Wand 1 zu strömen· Die Luft von dem Raum 14 strömt außerdem durch den ringförmigen Raum zwischen den Ringen 8 und 22 und bildet eine Kühlschicht über dem CDeil der inneren Fläche des Ringes 22, die dem Inneren des Flammrohres zugekehrt oder ausgesetzt ist.

Obgleich die hier beschriebene Stromaufstirnwand in einem zylindrischen Flammrohr vorgesehen ist, könnte eine Wand von gleichartigem Aufbau auch in einem ringförmigen Flammrohr vorgesehen sein·

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- Patentansprüche -

Claims

Patent ansprüche

1. !Flammrohr für eine Gasturbinen-Brennkammer mit einer nach innen konkaven Stromaufstirnwand, die aus mehreren koaxialen Ringen gebildet ist, welche radial im Abstand voneinander

• angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß

• die Hinge kegelstumpfförmig ausgebildet und so angeordnet sind, daß ein Teil nahe dem Stromabende eines jeden Ringes, mit Ausnahme des radial äußersten Ringes, in ein benachbartes Stromäufendteil des nächsten radial äußeren Ringes eingesetzt ist, so daß die Ringe sich teilweise überlappen, daß die Teile der kegelstumpfförmigen Flächen, welche dem Inneren des Flammrohres zugekehrt sind, zusammen die konkave innere Fläche der Stirnwand bilden und daß die sich überlappenden Teile eines Jeden Paares benachbarter Ringe einenringförmigen Durchlaß oder Kanal bilden oder begrenzen, der an jedem Ende of fen ist und durch den Luft in das Flammrohr während des Betriebs der Brennkammer zugeführt wird, um die gesamten Ringflächen zu kühlen.

2. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Ringe (5» 6, 7 und 8) in Stromabrichtung des Flammrohres einen abnehmenden Konuswinkel haben.

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3. Flammrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ringe (5, 6, 7 und 8) durch Flügel oder Rippen (16) gestützt sind, die mit den Stromauf -Kegelstumpf flächen der Ringe in Eingriff stehen. .

4-. Flammrohr nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel oder Rippen (16) tangential zu einem Kreis, der koaxial zu den Ringen liegt, angeordnet sind, um einen Drall in der Luft zu erzeugen, die durch die ringförmigen Durchlässe oder Kanäle zugeleitet wird·

Flammrohr nach Anspruch 3 oder 4·, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußerste Ende eines jeden Ringes (5» 6, 7 und 8) nicht durch die Flügel oder Rippen (16) unterstützt ist.

6. Flammrohr nach einem der vorhergehenden Anspruchs 3 bis 5» dadurch gekennzeic hnet, daß der radial innerste Ring einen radialen Vorsprung (19) aufweist, der mit einem Widerlager oder Anschlag (18) in Eingriff treten kann, das bzw» der von den Flügeln oder Rippen (16) getragen wird, so daß die axiale Bewegung des Ringes in Stromabrichtung begrenzt wird, falls sich der Ring von den Flügeln oder Rippen löst.

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