DE1601663B2

DE1601663B2 - Wandelement für eine Brennkammer

Info

Publication number: DE1601663B2
Application number: DE1601663A
Authority: DE
Inventors: Jacques Emile Jules Dammarie-Les-Lys Seine-Et-Marne Caruel; Jean-Baptiste Itteville Essonne Lacroix (Frankreich)
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1966-12-08
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1975-05-07
Also published as: DE1601663A1; FR1520428A; GB1138679A; US3447318A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Wandelement für eine Brennkammer, wobei der Ausdruck »Brennkammer« in allgemeinster Form jedwede Kammer umfassen soll, in der eine Verbrennung stattfindet. Die Kammer kann eine ringförmige Brennkammer oder ein Nachverbrennungskanal einer Wärmemaschine, insbesondere eines Turbo- oder Staustrahltriebwerks, oder ein Flammrohr sein, insbesondere eines der Flammrohre, die einen Teil der Vorrichtung bilden, welche in einem Strahltriebwerk üblicherweise als Brennkammer bezeichnet wird.

Es ist bekannt, in einer Brennkammer die direkte Berührung des heißen Verbrennungsgases mit der Wand der Kammer zu verhindern, indem zwischen dem heißen Gas und der Wand ein Film eines kalten Mediums angeordnet wird. Diese Maßnahme wird als Filmkühlung bezeichnet. Damit die unvermeidbare Vermischung zwischen dem heißen Gas und dem Medium so langsam wie möglich stattfindet und somit der Film möglichst lange wirksam ist, ist es erforderlich, daß ein gewisses Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Mediums und der Geschwindigkeit des heißen Gases besteht. Diese Geschwindigkeit wird erhalten, indem dem von außen eingeführten Medium ein Druck erteilt wird, der genügend höher als der Druck des heißen Gases ist.

Es ist bekannt, das Medium in das heiße Gas durch Öffnungen einzuführen, die in einem Teil der Wand der Kammer gebildet sind, der im wesentlichen die gleiche Dicke wie der verbleibende Teil der Wand hat. Jedoch werden dadurch hohe örtliche thermische Beanspruchungen erzeugt.

ίο Es ist weiterhin ein Wandelement einer Brennkammer bekannt, das aufeinanderfolgend in Strömungsrichtung einen stromauf liegenden, verhältnismäßig dünnen Teil, einen dickeren Mittelteil, dessen Innenfläche den stromauf liegenden Teil im wesentlichen verlängert, und einen verhältnismäßig dünnen stromab liegenden Teil aufweist, der die Außenfläche des dickeren Mittelteils im wesentlichen verlängert, wobei der dickere Mittelteil mit in Strömungsrichtung verlaufenden axialen Durchgängen versehen ist. Dieses Wandelement stellt ein mechanisches Stück dar, welches den Vorteil bietet, eine verhältnismäßig große Metallmasse zu besitzen, die eine viel leichtere Wärmezerstreuung ermöglicht, so daß die örtlichen thermischen Beanspruchungen verringert sind. Der stromauf liegende Teil kann verhältnismäßig kurz und an seinem stromaufwärtsseitigen Ende mit einem anderen Teil der Wand der Brennkammer verschweißt sein, der die gleiche Dicke hat. Der stromab liegende Teil kann ebenfalls verhältnismäßig kurz und an seinem stromabwärtsseitigen Ende mit einem anderen Teil der Wand der Brennkammer verschweißt sein.

Indessen waren bei den oben beschriebenen mechanischen Stücken, die bisher verwendet wurden, die in dem dickeren Mittelteil ausgebildeten axialen Durchgänge zylindrisch, und infolgedessen hatte das darin strömende Medium konstant die gleiche Geschwindigkeit. .

Man kann dem Medium, das in den axialen Durchgang strömt, eine Geschwindigkeit geben, die höher als die Geschwindigkeit ist, die es beim Austritt aus diesem Durchgang besitzt. Hierfür wird der axiale Durchgang derart ausgebildet, daß sein Schnitt in einer zu den drei Teilen der Wand der Brennkammer parallelen Ebene sich in Strömungsrichtung vergrößert. Demzufolge verringert sich die Geschwindigkeit des Kühlmediums in der Strömungsrichtung, und seine mittlere Geschwindigkeit im Inneren eines Durchgangs ist demgemäß größer als bei seinem Austritt aus dem Durchgang, wodurch die Kühlwirkung verbessert wird.

Eine Brennkammerwand weist natürlich im allgemeinen mehrere parallele Wandelemente gemäß der Erfindung auf.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das ein Flammrohr der Brennkammer eines Turbostrahltriebwerk betrifft.

F i g. 1 ist eine Längsschnittansicht entlang der Achse des Flammrohrs, welches Rohrelemente gemäß der Erfindung aufweist;

F i g. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene abgewickelte Teilansicht der Wand eines Rohrelements;

Fig.3 ist eine Schnittansicht nach Linie III-III der F i g. 2;

F i g. 4 ist eine abgewickelte Schnittansicht nach Linie IV-IV der F i g. 3;

F i g. 5 ist eine Querschnittsansicht nach Linie V-V der F i g. 2.

16 Ol 663

In F i g. 1 ist die Achse des Rohrs mit 30 bezeichnet und sie liegt in der allgemeinen Strömungsrichtung der Gase in dem Rohr (gemäß F i g. 1 von links nach rechts) vom Boden 31 des Rohrs bis zu dem ringförmigen Eingang 32 einer Turbine. Mit 33 sind in dem Rohr ausgebildete Reihen von Öffnungen bezeichnet. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Reihen 33 von Öffnungen ist ein Kühlsystem vorgesehen. Mit 11, 12 und 13 sind drei aufeinanderfolgende Teile eines Wandelements des Rohrs bezeichnet. Bei dem betrachteten Element ist der Teil 11 ein verhältnismäßig dünner stromauf liegender Teil, beispielsweise aus Blech, der Teil 12 ein dickerer Mittelteil, dessen Innenfläche 14 im wesentlichen den stromauf liegenden Teil 11 verlängert, und der Teil 13 ein verhältnismäßig dünner stromab liegender Teil, beispielsweise aus Blech, der im wesentlichen die Außenfläche 15 des dickeren Mittelteils 12 verlängert.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, liegt die Außenkante 17 der stromauf weisenden Stirnfläche des dickeren Mittelteils 12 stromab ihrer Innenkante 19, d. h. diese Stirnfläche ist gegen die Achse 30 des Rohrs geneigt. Desgleichen liegt die Außenkante 20 der stromabweisenden Stirnfläche des dickeren Mittelteils 12 stromab ihrer Innenkante 21, und die beiden Stirnflächen verlaufen im wesentlichen parallel zueinander.

Der dickere Mittelteil 12 des Wandelements ist mit axialen Durchgängen 16 versehen, die sich in die beiden Stirnflächen bei 18 bzw. 22 öffnen. Der Querschnitt jedes axialen Durchgangs 16 ist in einer mittleren Ebene, die zu den Oberflächen der das Wandelement bildenden drei Teile 11, 12 und 13 parallel verläuft, ein Dreieck 23 (Fig.4), während sein Querschnitt in einer rechtwinklig zur Achse 30 des Rohrs verlaufenden Ebene ein Trapez 24-25-26-27 ist (F i g. 5), jedoch könnte er ebensogut irgendeine andere Gestalt haben, beispielsweise die Gestalt eines Rechtecks, eines Ovals, eines Halbovals od. dgl. F i g.4 zeigt, daß die stromab liegenden Austrittsöffnungen 22 der Durchgänge in der mittleren Schnittebene, die zu den Oberflächen der das Wandelement bildenden drei Teile 11, 12, 13 parallel verläuft, aneinandergrenzen.

Der Öffnungswinkel jedes axialen Durchgangs 16 ist in F i g.4 mit <x bezeichnet. Dieser Winkel ist verhältnismäßig groß, und dies kann dazu führen, daß in der Strömung des Mediums in dem axialen Durchgang 16 Ablösungen auftreten, die Instabilitäten hervorrufen und einen mangelhaften Film ergeben könnten. Man kann sie vermeiden oder zumindest stabilisieren und gleichzeitig die Gesamtmediummenge in dem Film steuern, indem in dem dickeren Mittelteil 12 zwei radiale Durchgänge 28 und 29 ausgebildet werden (F i g. 2), die den axialen Durchgang 16 mit der Außenseite der Wand verbinden und die mit Bezug auf die Ebene symmetrisch angeordnet sind, welche die axiale Symmetrieebene des axialen Durchgangs 16 darstellt (III-III in F i g. 2) und zu den drei Teilen 11, 12 und 13 des Wandelements rechtwinklig verläuft.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

16 Ol 663 Patentansprüche:

1. Wandelement für eine Brennkammer, das einen stromauf liegenden, verhältnismäßig dünnen Teil, einen dickeren Mittelteil, dessen Innenfläche im wesentlichen den stromauf liegenden dünnen Teil verlängert, und einen stromab liegenden, verhältnismäßig dünnen Teil aufweist, der im wesentlichen die Außenfläche des dickeren Mittelteils verlängert, wobei der dickere Mittelteil mit in Strömungsrichtung verlaufenden axialen Durchgängen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes axialen Durchgangs (16) in einer zu den Oberflächen der drei Teile (11, 12, 13) des Wandelements parallelen Ebene sich in der Strömungsrichtung vergrößert.

2. Wandelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt jedes axialen Durchgangs in der genannten Ebene angenähert dreieckförmig ist.

3. Wandelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromab liegenden Austrittsöffnungen (22) der axialen Durchgänge (16) aneinandergrenzen.

4. Wandelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dickere Mittelteil (12) mit einem radialen Durchgang versehen ist, der den axialen Durchgang (16) mit der Außenseite des Wandelements verbindet.

5. Wandelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dickere Teil (12) mit zwei radialen Durchgängen (28,29) versehen ist.

6. Wandelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Durchgang (16) eine rechtwinklig zu den drei Teilen (11, 12, 13) des Wandelements verlaufende axiale Symmetrieebene aufweist und die beiden radialen Durchgänge (28, 29) mit Bezug auf diese Ebene symmetrisch liegen.