DE19508110A1

DE19508110A1 - Combustion chamber of gas turbine

Info

Publication number: DE19508110A1
Application number: DE1995108110
Authority: DE
Inventors: Hubert Gans; William Kwan
Original assignee: BMW Rolls Royce GmbH
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1995-03-08
Filing date: 1995-03-08
Publication date: 1996-09-12

Abstract

The wall section (7) of each nozzle (4) has several air through passage apertures (8). These apertures are provided in the wall section of the nozzle located downstream in relation to the combustion chamber. In the direction of the longitudinal axis (9) of the nozzle several air through passage apertures are arranged next to one another, as are several likewise arranged crossways to the nozzle axis. The central axes (10) of the air through passage apertures enclose an acute angle with the longitudinal axis of the nozzle or a lateral projection of it. The central axes of the air through passage apertures intersect the longitudinal axis of the nozzle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer einer Gasturbine mit mehreren in der Brennkammerwand vorgesehenen Tüllen zum Zuführen von Zumischluft, sowie mit Maßnahmen zur Kühlung der Tüllen.The invention relates to a combustion chamber of a gas turbine with several grommets provided in the combustion chamber wall for supplying admixture air, as well as with measures for Cooling the spouts.

Eine derartige Maßnahme ist in der GB-A-20 03 989 beschrieben. Diese Schrift erläutert auch die Funktion und Notwendigkeit der Tüllen sowie die Not wendigkeit, diese Tüllen und insbesondere den bezüglich der Brennkammer stromabwärtigen Bereich der Tüllen zu kühlen.Such a measure is in the GB-A-20 03 989. This document also explains the function and necessity of the grommets and the need maneuverability, these grommets and especially the regarding the combustion chamber downstream region of the spouts cool.

Da der Bauaufwand der bekannten Tüllen jedoch relativ hoch ist, ist es Aufgabe der Erfindung, demgegenüber ein fachere Kühlungsmaßnahmen aufzuzeigen.However, since the construction work of the known spouts is relative is high, it is the object of the invention, in contrast to show more specialized cooling measures.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß ein Wandab schnitt jeder Tülle mehrere Luftdurchtrittsöffnungen auf weist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.To solve this problem it is provided that a wall cut several air openings in each spout points. Advantageous training and further training are included of subclaims.

Erfindungsgemäß wird ein Wandbereich der Tülle dadurch gekühlt, daß ein gewisser Luftstrom durch diese Wand, die hierzu Luftdurchtrittsöffnungen aufweist, hindurchgeführt wird. Dieser Luftstrom wird dabei bevorzugt von demjeni gen Luftstrom, der durch die Tülle hindurch in die Brenn kammer gelangt, quasi abgezweigt. Es handelt sich somit um einen relativ kühlen Luftstrom, der Wärme aus dem durchströmten Wandabschnitt aufnehmen und somit zu dessen Kühlung beitragen kann. Vorteilhafterweise ist der Kühl luftbedarf mit einer derartigen Lösung deutlich geringer als derjenige bei den bekannten Kühlvorrichtungen für Tüllen, da die Kühlluft lokal an der zu kühlenden Stelle eingebracht wird und somit keine Ausmisch-Verluste mit dem Heißgas der Brennkammer entstehen. Dabei können die Luftdurchtrittsöffnungen selbstverständlich auf besonders einfache Weise in den zu kühlenden Wandabschnitt der Tülle eingebracht werden, beispielsweise durch Bohren, bevorzugt Laserbohren.According to the invention, a wall area of the spout is thereby cooled that some air flow through this wall, the for this purpose has air passage openings becomes. This airflow is preferred by demjeni against the air flow through the spout into the focal chamber reached, almost branched off. So it is a relatively cool airflow that takes heat from the record flow through wall section and thus to its Cooling can contribute. The cooling is advantageous air requirement with such a solution significantly lower than that in the known cooling devices for Spout, because the cooling air locally at the place to be cooled is introduced and thus no mixing losses the hot gas of the combustion chamber. The Air openings of course on special simple way in the wall section to be cooled Spout are introduced, for example by drilling, preferably laser drilling.

Um einen ausreichenden Luftstrom durch die Luftdurch trittsöffnungen sicherzustellen, schließen die Mittelach sen der Luftdurchtrittsöffnungen mit der Tüllenlängsachse bevorzugt einen spitzen Winkel ein, was bedeutet, daß Luftdurchtrittsöffnungen gegenüber einer Senkrechten zur Tüllenwand geneigt durch die Tüllenwand verlaufen. Der jeweilige Neigungswinkel kann dabei derart optimiert wer den, daß eine optimale Durchströmung der Luftdurchtritts öffnungen erfolgt, d. h., daß in optimaler Weise ein Teilluftstrom von dem über die Tülle in die Brennkammer gelangenden Luftstrom abgezweigt wird.To ensure sufficient air flow through the air to ensure access openings close the Mittelach air openings with the longitudinal axis of the grommet prefers an acute angle, which means that Air passage openings opposite a perpendicular to Spout wall sloping through the spout wall. Of the respective angle of inclination can be optimized in this way that an optimal flow of air passage openings are made, d. that is, in an optimal manner Partial airflow from the via the spout into the combustion chamber incoming air flow is branched off.

Insbesondere bei einer Tülle, deren bezüglich der Brenn kammer stromabwärts liegender Endabschnitt weiter in die Brennkammer hineinragt als der stromaufwärts liegende Ab schnitt, gilt es, den bezüglich der Brennkammer stromab wärts liegenden Wandabschnitt intensiv zu kühlen, da die ser insbesondere im Endabschnitt der Tülle den höchsten Temperaturbelastungen ausgesetzt ist. Bevorzugt sind da her die Luftdurchtrittsöffnungen in der Umgebung dieses stromabwärts liegenden Wandabschnittes vorzusehen, wobei mehrere nebeneinander angeordnete Luftdurchtrittsöffnun gen die Kühlwirkung verstärken.Especially with a grommet whose chamber downstream end section further into the Combustion chamber protrudes as the upstream Ab cut, it applies to the downstream of the combustion chamber to cool downward lying wall section because the the highest, especially in the end section of the spout Is exposed to temperature loads. There are preferred forth the air passage openings in the vicinity of this provide downstream wall section, wherein several air passage openings arranged side by side increase the cooling effect.

Verschiedene Ausbildungen und Anordnungen von Luftdurch trittsöffnungen zeigen auch die beiden im folgenden er läuterten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigtDifferent designs and arrangements of air flow the two openings below also show access openings explained exemplary embodiments. It shows

Fig. 1 in einer Prinzipskizze einen Querschnitt durch eine Gasturbinen-Brennkammer mit erfindungsge mäßen Tüllen, Fig. 1 is a schematic diagram of a cross-section through a gas turbine combustor with erfindungsge MAESSEN spouts

Fig. 2 den Schnitt durch eine Tülle mit umgebender Brennkammerwand, Fig. 2 is a section through a spout with surrounding combustion chamber wall,

Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch eine erste Aus führungsform dieser Tülle, sowie Fig. 3 is a horizontal section through a first imple mentation form of this spout, and

Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch eine zweite Aus führungsform. Fig. 4 is a horizontal section through a second imple mentation form.

Mit der Bezugsziffer 1 ist eine übliche Ringbrennkammer einer Gasturbine bezeichnet, die lediglich hälftig darge stellt ist. Man erkennt den Brennerkopf 2 sowie zwei in der Brennkammerwand 3 vorgesehene Tüllen 4, über die ge mäß Pfeilrichtung 5 Zumischluft in die Brennkammer 1 zu geführt werden kann. Selbstverständlich sind eine Viel zahl dieser Tüllen 4 über dem Umfang der Ringbrennkammer 1 verteilt angeordnet, d. h. es befinden sich eine Viel zahl von Tüllen 4 kreisförmig umlaufend angeordnet sowohl in der inneren, als auch in der äußeren Brennkammerwand 3 dieser Ringbrennkammer 1.With the reference number 1 , a conventional annular combustion chamber of a gas turbine is designated, which is only half Darge is. You can see the burner head 2 and two provided in the combustion chamber wall 3 grommets 4 , via the ge arrow direction 5 admixture air can be guided into the combustion chamber 1 . Of course, a large number of these grommets 4 are arranged distributed over the circumference of the annular combustion chamber 1 , ie there are a large number of grommets 4 arranged in a circular manner both in the inner and in the outer combustion chamber wall 3 of this annular combustion chamber 1 .

Wie ersichtlich sind die Endabschnitte 6 der Tüllen 4 ab geschrägt ausgebildet, d. h. jede Tülle 4 ragt mit ihrem bezüglich der Brennkammer 1 stromabwärts liegenden Endab schnitt 6 weiter in die Brennkammer 1 hinein als mit ih rem stromaufwärts liegenden Endabschnitt. Diese an sich bekannte Maßnahme dient dazu, die gemäß Pfeil 5 zuge führte Zumischluft optimal mit der in der Brennkammer vorherrschenden Gasströmung zu vermengen. Eine nachtei lige Folgeerscheinung dieses Hineinragens der Tülle 4 in die Brennkammer 1 ist jedoch eine äußerst große Wärmebe lastung insbesondere des stromabwärts liegenden Wandab schnittes 7 der Tülle 4. Daher sind Maßnahmen zur Kühlung dieses Wandabschnittes 7 vorgesehen.As can be seen, the end portions 6 of the spouts 4 are formed from skewed, each spout 4 that projects with its respect to the combustion chamber 1 downstream Endab section 6 further into the combustion chamber 1 inside than ih rem upstream end. This measure, which is known per se, serves to optimally mix the admixing air supplied according to arrow 5 with the gas flow prevailing in the combustion chamber. A disadvantageous consequence of this protrusion of the spout 4 into the combustion chamber 1 is, however, an extremely large heat load, in particular of the downstream wall section 7 of the spout 4 . Measures for cooling this wall section 7 are therefore provided.

Im einzelnen bestehen diese Kühlungsmaßnahmen aus Luft durchtrittsöffnungen 8, die im bzw. in der Umgebung die ses Wandabschnittes 7 vorgesehen sind, wie dies am besten Fig. 2 entnommen werden kann. Dabei sind in Richtung der Tüllenlängsachse 9 zwei Luftdurchtrittsöffnungen 8 derart nebeneinander angeordnet, daß die Mittelachsen 10 der Luftdurchtrittsöffnungen mit der Tüllenlängsachse 9 einen spitzen Winkel einschließen. Auf diese Weise wird ein Teil des Zumischluftstromes 5 abgezweigt und durchdringt über diese Luftdurchtrittsöffnungen 8 den Wandabschnitt 7 und trägt somit zu dessen Kühlung bei. Die Wirkung der Luftdurchtrittsöffnungen 8 ist dabei analog derjenigen der bekannten Effusionslöcher, die ebenfalls zu Kühl zwecken beispielsweise in Hitzeschildern vorgesehen sind.In particular, these cooling measures consist of air passage openings 8 , which are provided in or in the vicinity of this wall section 7 , as can best be seen in FIG. 2. In this case, two air passage openings 8 are arranged next to one another in the direction of the longitudinal axis 9 of the spout such that the central axes 10 of the air passage openings form an acute angle with the longitudinal axis 9 of the spout. In this way, part of the admixing air flow 5 is branched off and penetrates the wall section 7 via these air passage openings 8 and thus contributes to its cooling. The effect of the air passage openings 8 is analogous to that of the known effusion holes, which are also provided for cooling purposes, for example in heat shields.

Wie Fig. 3 zeigt, sind auch quer zur Tüllenlängsachse 9 mehrere Luftdurchtrittsöffnungen 8 nebeneinander angeord net. Dabei können sich - wie dies in Fig. 3 dargestellt ist - die Mittelachsen 10 der Luftdurchtrittsöffnungen 8 in der Tüllenlängsachse 9 schneiden, wobei zusätzlich diese Mittelachsen 10 mit der Tüllenlängsachse 8 den aus Fig. 2 ersichtlichen spitzen Winkel einschließen. Es ist aber auch möglich, die Luftdurchtrittsöffnungen 8 derart auszurichten, daß sich deren Mittelachsen 10 im Bereich des dem Wandabschnitt 7 gegenüberliegenden Wandabschnit tes schneiden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Dann schließen selbstverständlich die Mittelachsen 10 nicht direkt mit der Tüllenlängsachse 9 einen spitzen Winkel bei der Darstellung gemäß Fig. 2 ein, sondern lediglich mit einer seitlichen Projektion der Tüllenlängsachse 9. Die erfindungsgemäße Wirkung der Luftdurchtrittsöffnungen 8 ist aber in beiden Fällen die gleiche, nämlich auf ein fache Weise eine möglichst effektive Kühlung des tempera turmäßig höchstbeanspruchten Wandabschnittes 7 der Tülle 4 zu erzielen. Die Luftdurchtrittsöffnungen 9 können da bei einfach durch Bohren in die Tülle eingebracht werden, die optimale Anzahl und Anordnung der Luftdurchtrittsöff nungen 8 ist von den jeweiligen Strömungsverhältnissen abhängig und kann im Rahmen von Berechnungs- und Ver suchsreihen ermittelt werden.As shown in FIG. 3, a plurality of air passage openings 8 are also arranged side by side transversely to the longitudinal axis 9 of the nozzle. The central axes 10 of the air passage openings 8 in the longitudinal axis 9 of the spout 9 can intersect, as is shown in FIG. 3, these central axes 10 also including the long axis 8 of the spout including the acute angle shown in FIG . However, it is also possible to align the air passage openings 8 in such a way that their central axes 10 intersect in the region of the wall section 7 opposite the wall section 7 , as shown in FIG. 4. Then, of course, the central axes 10 do not form an acute angle with the longitudinal axis 9 of the spout in the illustration according to FIG. 2, but only with a lateral projection of the longitudinal axis 9 of the spout. The effect of the invention the air passage openings 8 but to achieve the same, namely a number of ways the most effective cooling of the tempera turmäßig highly stressed wall portion 7 of the spout 4 in both cases. The air passage openings 9 can be introduced simply by drilling into the grommet, the optimal number and arrangement of the air passage openings 8 depends on the respective flow conditions and can be determined within the scope of calculation and test series.

Claims

1. Combustion chamber of a gas turbine with a plurality of grommets ( 4 ) provided in the combustion chamber wall ( 3 ) for supplying admixture air ( 5 ), and with measures for cooling the grommets ( 4 ), characterized in that a wall section ( 7 ) of each grommet ( 4 ) has a plurality of air passage openings ( 8 ).

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the Luftdurchgangsöff openings ( 8 ) in the combustion chamber ( 1 ) downstream wall section ( 7 ) of the spout ( 4 ) are seen before.

3. Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of air passage openings ( 8 ) are arranged side by side in the direction of the spouts along the longitudinal axis ( 9 ).

4. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of air passage openings ( 8 ) are arranged next to one another transversely to the spouts along the longitudinal axis ( 9 ).

5. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the central axes ( 10 ) of the air passage openings ( 8 ) with the spouts along the longitudinal axis ( 9 ) or a lateral projection of the same enclose an acute angle.

6. A combustion chamber according to any preceding Ansprü surface, characterized in that the central axes (10) intersect the air passage openings (8), the nozzles longitudinal axis (9).

7. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the central axes ( 10 ) of air passage openings ( 8 ) lying side by side in a horizontal section intersect in the region of the opposite wall section.

8. Combustion chamber according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet side of each grommet ( 4 ) with respect to the combustion chamber ( 1 ) downstream end section ( 6 ) protrudes further into the combustion chamber ( 1 ) than the upstream end section.