DE1938326C3

DE1938326C3 - Flammrohr für ein Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1938326C3
Application number: DE1938326A
Authority: DE
Inventors: Eric Archie Derby Derbyshire Alexander (Grossbritannien)
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1968-08-02
Filing date: 1969-07-28
Publication date: 1974-07-11
Also published as: DE1938326B2; DE1938326A1; GB1180706A; US3570241A; FR2014912A1

Description

5. Flammrohr nach Anspruch 4. dadurch ge- nar durchströmenden Kühlluft. Hierdurch ergibt sich kennzeichnet, daß es relativ zur Brennkammer eine nur geringe Kühlwirkung des Flammrohres, wo-(20) des Triebwerks durch Festlegemittel (46, 48) 45 bei die Haüptkühlwirkung stromuntcrseitig des gehaltert ist. die außerdem das stromunterseitige Flammrohres auf die Düsenleitschaufcln ausgeübt Ende des Luftzufuhrkanals (36) abdichten. wird.

Bei der Erfindung wird demgegenüber die Kühlwirkung auf das Flammrohr dadurch verbessert, diiß

5c in dem zwischen den beiden Wänden des doppclwan-

digcn Abschnitts angeordneten Kühlkanal eine turbulente Strömung erzeugt wird. Die Kühlluftstrahleii innerhalb des Kühliuftkanals verteilen sich über dessen Länge, und jeder Strahl übt eine Schubwirkiing

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Flammrohr für 55 auf die Oberfläche der Innenwand aus. wodurch die

ein Gasturbinentriebwerk mit einem Doppelwandab- Erzeugung einer Grenzschicht verhindert wird, und

Schnitt, zwischen dessen Innenwand und Außenwand die Kühlung wird durch die mit hoher Geschwindig-

ein Kühlkanal gebildet ist, wobei die Außenwand keil auftreffenden Strahlen bewirkt und nicht, wie bei

öffnungen aufweist, durch die Kühlluft in den Kühl- bekannten Anordnungen, durch Wärmeleitung auf

kanal unter einem beträchtlichen Winkel gegenüber 60 eine laminare Grenzschicht.

der Oberfläche der Innenwand eintreten kann, wobei Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfinder Kühlkanal am stromunterseitigen Ende offen ist, dung ist das Flammrohr in einer Brennkammer eines so daß Kühlluft, die aus dem Kühlkanal austritt, Gasturbinentriebwerks derart angeordnet, daß die über die innere Oberfläche des Flammrohrs streichen Längenerstreckung des Flammrohrs etwa parallel zur kann und dort einen Kühlfilm bildet. 65 Längsachse des Triebwerks verläuft, wobei der Dop-Bci einem bekannten Flammrohr dieser Bauart pelwandabschnitt auf der radial inneren Seite in besind mehrere kurze Doppclwandabschnitte vorgcse- zug auf die Triebwerksachse angeordnet ist. Die hen. zwischen denen lange cinwandige Abschnitte Doppelwandausbildung an der Innenseite ist insbc-

bei ringförmiger Ausbildung des Flammrah- doppelwandig «HSgebildet und djewr Dojp ckmäßig, weil an dieser Stelle die höchste erstreckt sich wenigstens über ^" größeren

h Länge des Flammrohrs, Der Doppelmantel 28 be-

steht aus einem Innenmantel 3ü, der von dem 5 Außenmantel 32 distanziert 1«^™^™^: nal 31 dazwischen zu bilden, wobei der Außenmanttl 32 mehrere Öffnungen 34 aufweist, ■dur-h die Kuniluftstrahlen auf den Innenmantel 3ü tre en κοηη .n wobei die Kühlluft danach durch den Kuhlkanal 31

Filmkühlung des Flammrohrs bewirkt wird.

Die Kühlluft wird von dem Kühlkanal 31 ü einen Kanal 36 erhalten, der über einen Kanal

res zwec
Wärmebeansprucnung liegt.

Die Kühlluft wird am stromunterseitigen Ende des
Flammrohres aus dem Kühlluftkanal in das Flammrohr abgelassen, d, h. an einer Stelle, wo die Bedingungen stabiler sind als an den stromoberseitigen
Abschnitten, so daß sich am stromunterseitigen Ende
des Flammrohres ein Kühlfilm bilden kann, wobei

die Gefahr eines Ablösens dieses Kühlfilms relativ 10 abströmt. . v-uiinf.ctmhipn *..r

gering ist. Die öffnungen 34 richten die Kuhlluftstrahlen au.

Zweckmäßigerweise ist das Flammrohr von einem die Oberfläche des Innenmantels 30, und zwar in

Luftzufuhrkanal umgeben, der mit den öffnungen einem beträchtlichen Winkel hierzu so daU die tur-

der Außenwand des Doppelwandabschnittes in Ver- bulente Luftströmung im Kuhlkanal Jl weiter turDu-

bindung steht, wobei das stromoberseitige Ende des 15 lent gemacht wird, so daß die Kühlung oes innen-

Luftzufuhrkanals mit dem stromoberseitigen Ende mantels 30 verbessert wird.

der Brennkammer des Triebwerks in Verbindung Der Kühlkanal 31 ist an seinem stromunterseitigen

steht. Hierdurch wird eine besonders günstige Zufuhr Ende 42 nach dem Inneren des Flammrohrs HWm

von Kühlluft nach dem Kühlluftkanal gewährleistet offen und richtet Kühlluft, die aus dem KuhlKanalJl

und das Auftreten von turbulenzerzeueenden kräfti- 20 austritt, über die innere Oberflache des stromalwa:

gen Strahlen begünstigt. " tigen Teils 44 derJlammruiwanaung, wodurch eint

Der Luftzufuhrkanal ist stromunter^eitig abgedichtet, damit die gesamte Kühlluft nach dem Kühlluftkanal gelangt, wobei gemäß einer bevorzugten Aus- _,..w, -- - . .

führung der Erfindung diese Abdichtmittcl gleichzei- 25 und das Flammrohr herumgeführt ist und sich radial

lig zur Festlegung der Brennkammer dienen. innerhalb desselben erstreckt und mit den oünungep

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Er- 34 in Verbindung steht. Die Stromungsgeschwmdig

findung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der keit der Kühlluft wird durch die Große einer Em-

Zeichnung zeigt schnürung 38 im Kanal 36 bestimmt, die zwischen

F i g. 1 ein mit einem erfindungsgemäßen Flamm- 30 dem stromoberscitigen Ende des Flammrohrs -2 unu

rohr ausgestattetes Gasturbinenstrahltriebwerk. einem Ringflansch 40 definiert ist, der vom strom-

F i g. 2 einen Teil des Triebwerks nach F i c. 1 · oberseitigen Ende der Brennkammer vorsteht.

Das in Fig. 1 dargestellte Gasturbinensträhltrieb- Der stromoberseitige Abschnitt 44 des ^Flamnv

wcrk 10 besitzt einen Lufteinlaß 12, einen Kompres- rohrs steht im leleskopartigen Gleitsitz innerhalb des

sor 13, eine Verbrennungseinrichtung 14, eine Tür- 35 stromunterseitigen Endes des Außenmante.s —, wo-

bine 16 und eine Strahldüse 18. bei der Gleitsitz eine relative Längsausdehnung der

Die Verbrennungseinrichtung 14 besteht aus einer beiden Teile zuläßt. Das stroniabwärtige Ende des

ringförmigen Brennkammer 20, in der ein ringförmi- Außcnmaniels 32 trägt außerdem eiiKin radial nach

ges Flammrohr 22 (Fig. 2) angeordnet ist. Die innen vorstehenden Flansch 46, der gleitbar von

Läncserslieckung des Flammrohrs verläuft im we- 40 einer in Umfangsrichtung verlaufenden Schulter 48

sentiichcn parallel zur Längsachse des Triebwerks, aufgenommen wird, die in. einem Teil 50 der Brenn-

und seine Achse liegt im wesentlichen koaxial zur kammer ausgebildet ist. Der Flansch 46 lokalisiert

Triebwerksachse. Komprimierte Luft vom Kompres- das Flammrohr 22 relativ zur Brennkammer und in

sor 13 trilt in die Brennkammer über einen Luftein- Verbindung mit der Schulter 48 wird eine Dichtung

laßkanal 24 am stromoberscitigen Ende derselben 45 für das stromunterseitige Ende des Kanals 36 gebil-

ein, und der größte Teil der Luft trilt in das Flamm- det, wodurch das Entweichen von Kühlluft vermin-

rohr über herkömmliche Primärluft-. Sekundärluft- dert wird.

und Tcrtiärluft-Einlaßlöchcr ein (diese sind nicht Die Erfindung beschränkt sich nicht in einer Erhodargcstcllt). Brennstoff wird in das Flammrohr 22 hung der Lebensdauer der heißesten Teile des über mehrere Einspritzdüsen (nicht dargestellt) 50 Flammrohrs, sondern kann auch benutzt werden, um eingespritzt, und die Verbrennungsprodukte ver- einen Teil eines Flammrohrs kühler zu halten als hissen das Flammrohr am stromunterseitigen Ende dessen übrige Teile. Wenn z. B. ein Abschnitt des 26 und gelangen danach in die Turbine 16. Flammrohrs in der Nähe eines Wellrnlagers hegt. Während der Verbrennung des Brennstoffs weiden dann ist es erwünscht, diesen Ab.ichnitt des Flammeinige Teile des Flammrohrs unvermeidbar heißer als 55 rohrs zu kühlen, um zu vermeiden, daß das Wellenlaandere Teile und die Lebensdauer des Flammrohrs ger hohe·- Temperatur ausgesetzt wird. Falls erfor wird durch die Lebensdauer der heißesten Teile bc- derlich, kann das Flammrohr jedoch auch vollständig stimmt, auch wenn andere Teile des Flammrohrs doppelwandig ausgebildet sein, eine viel größere lebensdauer haben. Bei gewissen Die Erfindung ist für becherartige Flammrohre anringförmigen Flammrohren liegt der heißeste Bereich 60 wendbar, und der Doppeiwandabschnitt braucht an der radial inneren Wand 28 des Flammrohrs. Die nicht jener Teil zu sein, der radial bezüglich der radial innere Wand 28 des Flammrohrs ist daher Triebwerksachse innen liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι a

liegen. Pen stromoberseitigen Enden des zwischen

Patentansprüche: Außen- und Innenwand gebildeten Kühliuftkanals

wird vom Kompressor gelieferte Kuhlluft zugeführt,

1. Flammrohr für ein Gasturbinentriebwerk wodurch ein Kühlfilm auf den Innenflächen der ein-

mit einem Doppelwandabschnitt, zwischen dessen 5 wandigen Abschnitte erzeugt werden soll, um diese

Innenwand und Außenwand ein Kühlkanal gebil- zu kühlen. Die radialen Löcher in der Außenwand

det ist, wobei die Außenwand öffnungen auf- so'len die Bildung des Filmes begünstigen. Dieser so

weist, durch die Kühlluft in den Kühlkanal unter gebildete Kühlluftfilm zwischen den Brenngasen und

einem beträchtlichen Winkel gegenüber der der Flainmrohrwandung soll letztere gegen uberhit-

Oberflächc der Innenwand eintreten kann, wobei io zung schützen. Um diese Schutzwirkung uurchfuhren

der Kühlkanal am stromunterseitigen Ende offen zu können, ist eine wirbelfreie laminare Schichtstro-

ist, so daß Kühlluft, die aus dem Kühlkanal aus- mung in unmittelbarer Nähe der Flammrohrwandung

tritt, über die innere Oberfläche des Flammrohrs erforderlich. Diese glatte Strömung des Kuhlfilms

streichen kann und dort einen Kühlfilm bildet, kann im Betrieb insbesondere wegen des am strom-

d ad u rch gekennzeichnet, daß der Dop- io oberseitigen Teil des Flammrohrs bestehenden

pelwandabschnitt (28) sich über den größeren Druckgradienten beeinträchtigt werden und der

Teil der Länge des Flammrohrs erstreckt und Kühlfilm kann sich von der inneren Oberfläche des

daß die öffnungen (34) über die Länge dieses Flammrohres ablösen, was die Wirksamkeit der Küh-

Abschnitts im Abstand zueinander angeordnet lung beeinträchtigt und zu einer siclki.weisen Übe;

sind, so daC die kraftvoll auf die Innenwand (30) za hitzune des Flammrohres führt.

auftreffenden Kühlluftstrahlen die Turbulenzbil- Der~Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, ein.

dung im Kühlkanal (31) an der Oberfläche der zuverlässige und gleichmäßige Kühlung der am stärk

Innenwand (30) begünstigen. sten wärmebeanspruchten Abschnitte des Flamn,-

1. Flammrohr nach Anspruch 1, dadurch ge- rohrcs zu gewährleisten.

kennzeichnet, daß es in einer Brennkammer (20) 25 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe i ■.

eines Gasturbinentriebwerk·- derart angeordnet einem Flammrohr der eingangs genannten Bauart da

ist, daß die Längenerstreckung des Flammrohrs durch gelöst, ciaß der Doppelwandabschnitt sie;,

etwa parallel zur Längsachse des Triebwerks ver- über den größeren Teil der Länge des Flammrohr·

läuft und daß der Doppelwandabschnitt (28) auf erstreckt und daß die öffnungen über die Länge die

der radial inneren Seite in bezug auf die Trieb- 30 ses Abschnitts im Abstand zueinander angeordnet

werksachse angeordnet ist. " sind, so daß die kraftvoll auf die Innenwand auftrei

3. Flammrohr nach einen der vorhergehenden !enden Kiihlluftstrahlcn die Turbulenzbildung ii Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ring- Kühlkanal an der Oberfläche der Innenwand begüi förmig ausgebildet ist. stigen.

4. Flammrohr nach einem der Ansprüche 1 35 Eis ist zwar bereits ein Flammrohr bekannt, d; bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß es von einem über die gesamte Länge doppelwandig ausgebildet Luftzufuhrkanal (36) umgeben ist, der mit den ist, wobei Kühlluft vorn in den zwischen den beide 1 öffnungen (34) in Verbindung steht, und daß das Wänden gebildeten KühlluftKnal eintritt, der an stromobcrscitige Ende (38) des Luftzufuhrkanals stromunterseitigen Ende direkt auf die Düscnleit-(36) mit dem stromoberseitigen Ende der Brenn- 40 schaufeln gerichtet ist. Hierbei erfolgt jedoch die kammer (20) des Triebwerks in Verbindung Kühlung der Innenwand des Doppelwandabschnittes steht. " allein durch Konvektion der den Kühlluftkanal lami-