DE19733868A1

DE19733868A1 - Einstrom/Ausstrom-gekühlte Brennerauskleidung

Info

Publication number: DE19733868A1
Application number: DE19733868A
Authority: DE
Inventors: Mario E Abreu; Virendra M Sood
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1998-02-12
Also published as: JPH1068523A; CA2208798A1; US5758504A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gastur binentriebwerk und insbesondere auf einen verbesserten Brenner mit niedrigen Emissionen zur Verwendung bei dem Gasturbinentriebwerk.

Hochleistungs-Gasturbinentriebwerke erfordern gesteigerte Brenntemperaturen und gesteigerte Brennerdrücke. Kühlmit tel vom Kompressorabschnitt wird durch Kühldurchlässe in verschiedenen Komponenten geleitet, um die Zuverlässig keit und den Lebenszyklus der einzelnen Komponenten in nerhalb des Triebwerkes zu verbessern. Um beispielsweise Brennstoffeinsparcharakteristiken zu verbessern, werden Triebwerke bei höheren Temperaturen betrieben, als die physikalischen Materialgrenzeigenschaften, aus denen die Triebwerkskomponenten konstruiert sind. Wenn sie nicht kompensiert werden, oxidieren diese höheren Temperaturen Triebwerkskomponenten, verwerfen bzw. verzerren Trieb werkskomponenten und verringern die Komponentenlebens dauer. Kühldurchlässe werden verwendet, um einen Luftfluß zu solchen Triebwerkskomponenten zu leiten, um die hohe Temperatur der Komponenten zu verringern, und um die Kom ponentenlebensdauer durch Begrenzen der Temperatur auf ein Niveau zu verlängern, welches zu den Materialeigen schaften solcher Komponenten paßt.

Wenn jedoch die Menge der Kühlluft vergrößert wird, um die Motorkomponenten zu kühlen, wird die Menge der ver fügbaren Luft für die Brennkammer verringert. Somit müs sen Systeme und Verfahren zur Steigerung des Kühlwir kungsgrades und zum Verringern der Kühlmittelmenge ver wendet werden, die verwendet wird, um die Motorkomponen ten zu kühlen.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung besteht ein Brenner aus einer inneren bzw. Innenauskleidung, die einen Einlaßendteil und einen Auslaßendteil definiert, die voneinander durch einen Axialteil beabstandet sind. Die Innenauskleidung definiert eine Verbrennungsseite und eine Kühlseite, die eine Vielzahl von Ausströmlöchern be sitzt, die darin definiert sind, die sich zwischen der Verbrennungsseite und der Kühlseite erstrecken. Die Viel zahl von Ausströmlöchern ist in einem vorbestimmten Mu ster ausgebildet, welches einen Centroiden bzw. Mittel punkt definiert. Der Brenner weist weiter eine äußere bzw. Außenauskleidung auf, die einen Einlaßendteil und einen Auslaßendteil definiert, die voneinander durch ei nen Axialteil beabstandet sind. Die Außenauskleidung de finiert eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche mit einer Vielzahl von Einströmlöchern, die darin defi niert sind, die sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche in einem Winkel von ungefähr 90° erstrecken. Die Vielzahl von Einströmlöchern ist in einem vorbestimmten Muster ausgebildet und zumindest ein Teil der Vielzahl von Einströmlöchern in der Außenauskleidung ist in radialer Ausrichtung mit dem Centroiden bzw. Mit telpunkt des voreingerichteten Musters der Vielzahl von Ausströmlöchern in der Innenauskleidung positioniert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Gasturbinentriebwerkes, welches die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittseitenansicht einer Verbrennungs- bzw. Brennerauskleidung, die die vorliegende Erfindung verkörpert;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 3 der Fig. 2; und

Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 4 der Fig. 2.

Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Gasturbinentriebwerk 10 ge zeigt, jedoch nicht vollständig. Das Gasturbinentriebwerk 10 weist ein Luftflußliefersystem 12 auf, um Verbren nungsluft zu liefern, und um Kühlluft für die Kühl komponenten des Triebwerkes 10 zu liefern. Das Triebwerk 10 weist einen Turbinenabschnitt 14, einen Brennerab schnitt 16 und einen Kompressorabschnitt 18 auf. Der Brennerabschnitt 16 und der Kompressorabschnitt 18 sind betriebsmäßig mit dem Turbinenabschnitt 14 verbunden. In dieser Anwendung weist der Brennerabschnitt 16 eine ring förmige Brennkammer 24 auf, die um eine Mittelachse 26 des Gasturbinentriebwerkes 10 herum positioniert ist. Als eine Alternative könnte dieses eine Vielzahl von Rohr brennern (can combustor) aufweisen, ohne den Kern der Er findung zu verändern. Die ringförmige Brennkammer 24 ist betriebsmäßig zwischen dem Brennerabschnitt 18 und dem Turbinenabschnitt 14 positioniert. Eine Vielzahl von Brennstoffdüsen 34 (von denen eine gezeigt ist) ist in einem Einlaßendteil 36 der ringförmigen Brennkammer 24 positioniert. Der Turbinenabschnitt 14 weist eine erste Stufenturbine 38 auf, die um die Mittelachse 26 herum zentriert ist.

Wie am besten in Fig. 2 gezeigt, ist die ringförmige Brennkammer 24 von einem Innenauskleidungsteil 40 und ei nem Außenauskleidungsteil 42 umschlossen, die voneinander um einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Der In nenauskleidungsteil 40 ist von der Mittelachse 26 um ei nen vorbestimmten Abstand beabstandet, und besitzt eine im allgemeinen zylindrische Konfiguration. Der Innenauskleidungsteil 40 weist ein äußeres dünnes ringför mig geformtes Metallblech-Hüllenglied oder eine Innen auskleidung 44 und ein inneres dünnes ringförmig geform tes Metallblech-Hüllenglied oder eine Außenauskleidung 46 auf, die im allgemeinen voneinander um einen voreinge richteten Abstand beabstandet sind, der bei dieser Anwen dung von ungefähr 6 mm bis ungefähr 15 mm reicht. Ein Einlaßendteil 48 und ein Auslaßendteil 50 des äußeren Hüllengliedes 44 sind axial voneinander durch einen Axialteil 52 beabstandet. Und das innere Hüllenglied 46 besitzt einen Einlaßendteil 54 und einen Auslaßendteil 56, die axial voneinander durch einen Axialteil 58 beab standet sind.

Wie weiter in Fig. 2 gezeigt, weist der Innenausklei dungsteil 40 weiter ein Inneneinlaßglied 60 auf, welches am Einlaßendteil 48 des Außenauskleidungsteils 44 posi tioniert ist, und zwar in Verbindung mit dem Kompressor abschnitt 18 und innerhalb des Gasturbinentriebwerkes 10 in herkömmlicher Weise getragen bzw. aufgenommen ist. Das Außenhüllenglied 44 definiert eine Verbrennungsseite 62 und eine Kühlseite 64 und besitzt eine voreingerichtete Konfiguration, die ein erstes Ende 66 aufweist, welches am Einlaßendteil 48 ausgebildet ist und am Einlaßglied 60 angebracht ist. Der Einlaßendteil 48 weist einen Axial teil 68 auf, der mit dem Einlaßendglied 60 verbunden ist, und einen Radialteil 70, der sich vom Axialteil 68 er streckt. Ein gerader Teil 72 ist mit dem Radialteil 70 verbunden und bildet einen Teil des Axialteils 52. Eine ringförmige Galerie bzw. ein Umlaufteil 74 ist zwischen einem Teil des geraden Teils 72, des Radialteils 70 und eines Teils des Einlaßgliedes 60 ausgebildet. Eine Viel zahl von Durchlässen 76 erstreckt sich durch den Radial teil 70 und steht mit einem Fluß von Kühlluft vom Luft flußliefersystem 12 zur ringförmigen Galerie 74 in Ver bindung. Entlang des geraden Teils 72 ist eine Vielzahl von Versteifungsgliedern 78 in einem voreingerichteten Abstand beabstandet und an der Kühlseite 64 angebracht. Eine Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80 ist in Reihen 82 entlang des geraden Teils 72 positioniert. Die Reihen 82 der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80 ist axial entlang des geraden Teils 72 positioniert, und zwar voneinander beabstandet, um einen voreingerichteten Abstand. Die Kühllöcher 80 sind in Umfangsrichtung entlang der Reihen 82 in voreingerichteten Intervallen beabstandet. Die Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80 ist in dem Außenhül lenglied 44 in einem Winkel von ungefähr 15° bis 30° po sitioniert und erstrecken sich von der Kühlseite 64 hin durch zur Verbrennungsseite 62 und sind winklig angeord net vom Einlaßendteil 48 zum Auslaßendteil 50. Ein kegel stumpfförmiger oder geneigter Teil 84 ist mit dem geraden Teil 72 verbunden und bildet den Auslaßendteil 50. Der kegelstumpfförmige Teil 84 definiert eine Kühlseite 86 und eine Verbrennungsseite 88. Zusätzliche der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80 sind in zusätzlichen Reihen 82 entlang des kegelstumpfförmigen Teils 84 positioniert und erstrecken sich zwischen der Kühlseite 86 und der Ver brennungsseite 88 in einem Winkel und sind sind winklig angeordnet vom Einlaßendteil 48 zum Auslaßendteil 50. Ein Übergangsteil 90 ist mit dem kegelstumpfförmigen Teil 84 verbunden und steht mit dem Turbinenabschnitt 14 in Ver bindung. Weiter ist in dem kegelstumpfförmigen Teil 84 zumindest eine Reihe von Verdünnungs- bzw. Ableitungslö chern 92 positioniert. Das Verdünnungs- bzw. Ableitungs loch 92 erstreckt sich von der Kühlseite 86 durch die heiße Verbrennungsseite 88 ungefähr in einem Winkel von 90°. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt, sind die Beabstan dung der Reihen 82 und die Positionierung der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80 entlang jeder der Reihen 82 in einem voreingerichteten Muster 94 angeordnet, welches im allgemeinen als eine Diamantenkonfiguration definiert ist, und zwar mit einem Centroiden bzw. Mittelpunkt 96.

Wie weiter in Fig. 2 gezeigt, definiert das innere Hül lenglied 46 des Innenauskleidungsteils 40 eine erste Oberfläche 100, die benachbart zur Kühlseite 64, 86 po sitioniert ist, und eine zweite Oberfläche 102, die ge genüberliegend zur ersten Oberfläche 100 ist. Der Ein laßendteil 54 des inneren Hüllengliedes 46 ist am geraden Teil 72 des äußeren Hüllengliedes 44 angebracht und be sitzt eine Konfiguration, die die äußeren und inneren Hüllenglieder 44, 46 voneinander beabstanden, wodurch ein erster Kühlhohlraum 106 dazwischen gebildet wird. Ein ge rader Teil 108 des inneren Hüllengliedes 46 besitzt ein erstes Ende 110 und ein zweites Ende 112. Das erste Ende 110 ist mit dem ersten Endteil 54 des inneren Hüllenglie des 46 verbunden und die erste Oberfläche 100 ist von der Kühlseite 64 um einen voreingerichteten Abstand beabstan det, der im allgemeinen entlang der gesamten Axialdistanz des geraden Teils 108 gleich ist und einen Teil des Axialteils 52 bildet. Der erste Hohlraum 106 ist im all gemeinen gleichförmig um einen vorbestimmten Abstand ent lang einer axialen Ausdehnung des ersten Hohlraums 106 beabstandet. Die axiale Ausdehnung des ersten Hohlraums 106 ist dabei im allgemeinen gleich der axialen Ausdeh nung des geraden Teils 108. Eine Vielzahl von Einströmlö chern 114 ist in einer Reihe 116 entlang des geraden Teils 108 positioniert. Die Reihen 116 der Vielzahl von Einströmlöchern 114 sind axial entlang des geraden Teils 108 positioniert, und zwar beabstandet um eine voreinge richtete Distanz. Die Einströmlöcher 114 sind umfangsmä ßig entlang der Reihen 116 in voreingerichteten Interval len beabstandet. Die Einströmlöcher 114 sind im allgemei nen in einem Winkel von 90° zu den ersten und zweiten Oberflächen 100, 102 des inneren Hüllengliedes 46 posi tioniert. Der Fluß der Kühlluft vom Luftflußliefersystem 12 wird zum ersten Kühlhohlraum 106 durch die Vielzahl von Einströmkühllöchern 114 geleitet. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt, sind die Beabstandung der Reihen 116 und die Positionierung der Vielzahl von Einströmlöchern 114 entlang jeder der Reihen 116 in einem voreingerichteten Muster 118 angeordnet, welches im allgemeinen als eine diamantenartige Konfiguration mit einem Centroiden bzw. Mittelpunkt 120 definiert ist. Die Vielzahl von Löchern 114 im geraden Teil 108 des inneren Gliedes 46 ist in ra dialer Ausrichtung mit dem Mittelpunkt 96 des voreinge richteten Musters 94 der Vielzahl von Löchern 80 im Au ßenglied 44 positioniert. Am zweiten Ende 112 des geraden Teils 108 ist eine Vielzahl von Beabstandungsgliedern 122 intermittierend bzw. unterbrochen zwischen der Kühlseite 64 des äußeren Hüllengliedes 44 und der ersten Oberfläche 100 des inneren Hüllengliedes 46 positioniert. Jedes der Beabstandungsglieder 122 ist an einem ringförmigen Glied 124 angebracht, in dem das zweite Ende 112 des geraden Teils 108 positioniert ist. Mit den Beabstandungsgliedern 122 und dem ringförmigen Gleitglied 124 ist ein ringför miger bogenförmiger oder verjüngter Teil 126 an einem er sten Ende 128 verbunden, und besitzt ein zweites Ende 130, welches dem Auslaßendteil 56 entspricht, der mit dem Übergangsteil 90 verbunden ist. Der ringförmige bogenför mige Teil 126 ist vom kegelstumpfförmigen Teil 84 beab standet und bildet einen zweiten Kühlhohlraum 140. Die Beabstandung des ringförmigen bogenförmigen Teils 126 vom kegelstumpfförmigen Teil 84 ist bei dieser Anwendung nicht notwendigerweise gleichmäßig beabstandet entlang des zweiten Kühlhohlraums 140 zwischen dem ersten Ende 128 und dem zweiten Ende 130 des ringförmigen bogenförmi gen Teils 126. Bei dieser Anwendung ist die voneinander beabstandete Distanz des zweiten Hohlraums 140 von nicht gleichförmiger Beabstandung und die Distanz ist benach bart zum zweiten Ende 130 kleiner. Eine Vielzahl von nicht-zumessenden Luftflußeinlaßlöchern 142 sind in Rei hen 144 und entlang des Umfangs der Reihen 144 an vorbe stimmten Stellen positioniert. Die Vielzahl von nicht- zumessenden Luftflußeinlaßlöchern 142 ist beim ersten En de 128 enger angeordnet als am zweiten Ende 130 des ke gelstumpfförmigen Teils 84. Der Fluß der Kühlluft vom Luftflußliefersystem 12 wird an den zweiten Kühlhohlraum 140 durch die Vielzahl von nicht-zumessenden Luftflußein laßlöchern 142 geleitet. Jedoch wird der Kühlluftfluß vom Luftflußliefersystem 12 an den ersten Kühlhohlraum 106 geliefert und an die Gebiete zwischen der Vielzahl von Beabstandungsgliedern 122, und zwar durch die Einström kühllöcher 114. Ein Tragglied 146 ist an dem ringförmigen bogenförmigen Teil 126 angebracht und trägt den Ausla ßendteil 50 des äußeren Hüllengliedes 44 mittels des Übergangsteils 90 und den Auslaßendteil 56 des inneren Hüllengliedes 46 in herkömmlicher Weise.

Der äußere Auskleidungsteil 42 ist von der Mittelachse 26 um einen voreingerichteten Abstand beabstandet, der bei dieser Anwendung ein größerer Abstand von der Mittelachse 26 ist, als der des inneren Auskleidungsteils 40, und be sitzt eine im allgemeinen zylindrische Konfiguration. Der äußere Auskleidungsteil 42 weist ein inneres ringförmig geformtes Hüllenglied aus dünnem Metallblech oder eine Innenauskleidung 150 und ein äußeres ringförmig geformtes Hüllenglied aus dünnem Metallblech oder eine äußere Aus kleidung 152 auf, die im allgemeinen um einen voreinge richteten Abstand voneinander beabstandet sind, der in dieser Anwendung von ungefähr 6 mm bis ungefähr 15 mm reicht. Das innere Hüllenglied 150 besitzt einen Einlaß endteil 154 und einen Auslaßendteil 156, die axial von einander durch einen Axialteil 158 beabstandet sind. Und das äußere Hüllenglied 152 besitzt einen Einlaßendteil 160 und einen Auslaßendteil 162, die voneinander durch einen Axialteil 164 beabstandet sind.

Der äußere Auskleidungsteil 42 weist weiter ein äußeres Einlaßglied 166 auf, welches am Einlaßendteil 154 des in neren Hüllengliedes 150 positioniert ist, und zwar in Verbindung mit dem Kompressorabschnitt 18 und getragen innerhalb des Gasturbinentriebwerks 10 in herkömmlicher Weise. Das innere Hüllenglied 150 definiert eine Verbren nungs- bzw. Brennerseite 168 und eine Kühlseite 170 und besitzt eine voreingerichtete Konfiguration, die ein er stes Ende 172 aufweist, die am Einlaßendteil 154 ausge bildet ist und am äußeren Einlaßglied 166 angebracht ist. Der Einlaßendteil 154 weist einen Axialteil 174 auf, der mit dem äußeren Einlaßglied 166 verbunden ist, und einen Radialteil 176, der sich vom Axialteil 174 erstreckt. Ein gerader Teil 178 ist mit dem Radialteil 176 verbunden und bildet einen Teil des Axialteils 158. Eine ringförmige Galerie bzw. ein Umlaufteil 180 wird zwischen einem Teil des geraden Teils 178, dem Radialteil 176 und einem Teil des äußeren Einlaßgliedes 166 gebildet. Eine Vielzahl von Durchlässen 182 erstreckt sich durch den Radialteil 176 und verbindet bzw. leitet einen Fluß von Kühlluft vom Luftflußliefersystem 12 zur ringförmigen Galerie 180. Be abstandet entlang des geraden Teils 178 um einen vorein gerichteten Abstand und an der Kühlseite 170 angebracht, ist eine Vielzahl von Versteifungsgliedern 184. Eine Vielzahl von Ausströmkühllöchern 186 ist in Reihen 188 entlang des geraden Teils 178 positioniert. Die Reihen 188 der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 186 sind axial entlang des geraden Teils 178 positioniert, und zwar um einen voreingerichteten Abstand voneinander beabstandet. Die Kühllöcher 186 sind umfangsmäßig entlang der Reihen 188 in voreingerichteten Intervallen beabstandet. Die Vielzahl von Ausströmkühllöchern 186 ist im inneren Hüllenglied 150 in einem Winkel von ungefähr 15° bis 20° po sitioniert und erstrecken sich von der Kühlseite 170 hin durch zur Verbrennungsseite 168 und sind vom Ein laßendteil 154 zum Auslaßendteil 156 winklig angeordnet. Ein innerer konischer oder verjüngter Teil 190 ist mit dem geraden Teil 178 verbunden und bildet den Auslaßend teil 156. Der innere konische Teil 190 definiert eine Kühlseite 192 und eine Verbrennungsseite 194. Zusätzliche Löcher der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 186 sind in zusätzlichen Reihen 188 entlang des inneren konischen Teils 190 positioniert und erstrecken sich zwischen der Kühlseite 192 und der Verbrennungsseite 194 in einem Win kel und sind vom Einlaßendteil 154 zum Auslaßendteil 156 winklig angeordnet. Ein Übergangsteil 196 ist mit dem in neren konischen Teil 190 verbunden und steht mit dem Tur binenabschnitt 14 in Verbindung. Weiter ist in dem inne ren konischen Teil 190 zumindest eine Reihe von Verdün nungs- bzw. Ableitungslöchern 198 positioniert. Die Ver dünnungs- bzw. Ableitungslöcher 198 erstrecken sich von der Kühlseite 192 hindurch zur Verbrennungsseite 194 in ungefähr 90°. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt, ist die Beabstandung der Reihen 188 und die Positionierung der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 186 entlang jeder der Reihen 188 in einem voreingerichteten Muster 200 angeord net, welches im allgemeinen als eine diamantenartige Kon figuration mit einem Centroiden bzw. Mittelteil 202 defi niert ist.

Das äußere Hüllenglied 152 des äußeren Auskleidungsteils 42 definiert eine erste Oberfläche 210, die benachbart zur Kühlseite 170 positioniert ist, und eine zweite Ober fläche 212, die gegenüberliegend zur ersten Oberfläche 210 positioniert ist. Der Einlaßendteil 160 des äußeren Hüllengliedes 152 ist am geraden Teil 178 des inneren Hüllengliedes 150 angebracht und besitzt eine Konfigu ration, die die inneren und äußeren Hüllenglieder 150, 152 voneinander beabstandet, wodurch ein erster Kühlhohl raum 216 dazwischen gebildet wird. Ein gerader Teil 218 des äußeren Hüllengliedes 152 besitzt ein erstes Ende 220 und ein zweites Ende 222. Das erste Ende 220 ist mit dem Einlaßendteil 160 des inneren Hüllengliedes 150 verbun den, und die erste Oberfläche 210 ist von der Kühlseite 192 um einen voreingerichteten Abstand beabstandet, der im allgemeinen entlang der gesamten axialen Ausdehnung des geraden Teils 218 gleich ist, und bildet einen Teil des Axialteils 164. Der erste Hohlraum 216 ist im allge meinen gleichförmig um einen voreingerichteten Abstand entlang einer axialen Ausdehnung des ersten Hohlraums 216 beabstandet. Die axiale Ausdehnung des ersten Hohlraums 216 ist im allgemeinen gleich der axialen Ausdehnung des geraden Teils 218. Eine Vielzahl von Einströmlöchern 224 ist in einer Reihe 226 entlang des geraden Teils 218 po sitioniert. Die Reihen 226 der Vielzahl von Einströmlö chern 224 sind axial entlang des geraden Teils 218 posi tioniert, und zwar beabstandet um eine voreingerichtete Distanz. Die Einströmlöcher 224 sind umfangsmäßig entlang der Reihen 226 in voreingerichteten Intervallen beabstan det. Die Einströmlöcher 224 sind im allgemeinen in einem Winkel von 90° zu den ersten und zweiten Oberflächen 210, 212 des äußeren Hüllengliedes 152 positioniert. Der Fluß der Kühlluft vom Luftflußliefersystem 12 wird an den er sten Kühlhohlraum 216 durch die Vielzahl von Einström kühllöchern 224 geleitet. Wie am besten in Fig. 4 ge zeigt, ist die Beabstandung der Reihen 226 und die Po sitionierung der Vielzahl von Einströmlöchern 224 entlang jeder der Reihen 226 in einem voreingerichteten Muster 228 angeordnet, welches im allgemeinen als eine diaman tenartige Konfiguration mit einem Mittelpunkt 230 defi niert ist. Die Vielzahl von Löchern 224 in dem geraden Teil 218 des äußeren Gliedes 152 sind in radialer Aus richtung mit dem Mittelpunkt 202 des voreingerichteten Musters 200 der Vielzahl von Löchern 186 in dem inneren Glied 150 positioniert. Am zweiten Ende 222 des geraden Teils 218 ist eine Vielzahl von Beabstandungsgliedern 232 intermittierend bzw. unterbrochen zwischen der Kühlseite 170 des inneren Hüllengliedes 150 und der ersten Oberflä che 210 des äußeren Hüllengliedes 152 positioniert. Jedes der Beabstandungsglieder 232 ist an einem ringförmigen Gleitglied 234 angebracht, in dem das zweite Ende 222 des geraden Teils 218 gleitend positioniert ist. Mit den Be abstandungsgliedern 232 und dem ringförmigen Gleitglied 234 ist ein äußerer konischer oder verjüngter Teil 236 an einem ersten Ende 238 verbunden und besitzt ein zweites Ende 240, welches dem Auslaßendteil 162 entspricht, der mit dem Übergangsteil 196 verbunden ist. Der äußere ko nische Teil 236 ist vom inneren konischen Teil 190 beab standet und bildet einen zweiten Kühlhohlraum 250. Die Beabstandung des äußeren konischen Teils 236 vom inneren konischen Teil 190 in dieser Anwendung ist nicht notwen digerweise gleichmäßig entlang des zweiten Kühlhohlraums 250 zwischen dem ersten Ende 238 und dem zweiten Ende 240 des äußeren konischen Teils 236 beabstandet. Bei dieser Anwendung ist die voneinander beabstandete Distanz des zweiten Hohlraums 250 eine nicht gleichförmige Beabstan dung und die Distanz ist benachbart zum zweiten Ende 240 kleiner. Eine Vielzahl von nicht zumessenden Zugangs- bzw. Einlaßlöchern 252 ist in Reihen 254 und entlang des Umfangs der Reihen 254 an vorbestimmten Stellen positio niert. Die Vielzahl von nicht zumessenden Zugangs- bzw. Einlaßlöchern 252 ist enger zum ersten Ende 238 gelegen als zum zweiten Ende 240 des äußeren konischen Teils 236. Der Fluß der Kühlluft vom Luftflußliefersystem 12 wird an den zweiten Kühlhohlraum 250 durch die Vielzahl von nicht zu messenden Zugangs- bzw. Einlaßlöchern 252 geleitet. Jedoch wird der Kühlluftfluß vom Luftflußliefersystem 12 an den ersten Kühlhohlraum 216 und an das Gebiet zwischen der Vielzahl von Beabstandungsgliedern 232 durch die Ein strömkühllöcher 224 geliefert. Ein Tragglied 256 ist am äußeren konischen Teil 236 angebracht und trägt den Aus laßendteil 156 des inneren Hüllengliedes 150 mittels des Übergangsteils 196 und des Auslaßendteils 162 des äußeren Hüllengliedes 152 in herkömmlicher Weise.

Somit liegen die Hauptvorteile der verbesserten Brenner auskleidungsteile 24 in der wirkungsvollen Anwendung der komprimierten Kühlluft. Da ein geringerer Kühlluftfluß pro Längeneinheit der Brennerwand, des Innenauskleidungs teils 40 und des Außenauskleidungsteils 42 verwendet wird, gibt es eine wesentliche Verringerung der CO-Emis sionen. Die inneren Hüllenglieder 46 und das äußere Hül lenglied 152 der inneren und äußeren Auskleidungsteile 40, 42 weisen jeweils eine geringere Hitzeabweisung zum Gasturbinentriebwerk 10 auf. Die Kombination der Ein ström- und Ausströmkühlung und die Lage der Vielzahl von Einströmkühllöchern 114, 224 relativ zu der Vielzahl von Ausströmkühllöchern 80, 186 gestattet es, daß die Brenn kammer 24 einem sehr hohen Wärmefluß unterworfen wird, und zwar als ein Ergebnis der hohen Wärmeübertragungs raten, die von Strahlung und Konvektion gefördert werden, und zwar herrührend von der Verbrennung von Brennstoff, um mit der Konstruktionslebensdauererwartung des Brenners und seiner Materialeigenschaften übereinzustimmen. Somit steigert der verbesserte einstrom- und ausstromgekühlte Brenner den Wirkungsgrad, verringert Emissionen und stei gert die Komponentenlebensdauer oder hält sie gleich.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile dieser Erfindung kön nen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:
Heutige Brenner weisen die Tendenz auf, Emissionen auszu stoßen und erfordern eine große Menge an Kühlluft, um die Lebensdauer der Komponenten auf eine vernünftige Lebens dauererwartung zu verlängern, oder um sie beizubehalten. Der vorliegende Brenner reduziert die daraus ausgestoße nen Emissionen, erfordert eine verringerte Menge an Kühl luft, was jedoch eine hohe Wärmeübertragungskühlrate zur Folge hat, die die Lebensdauerwartung der Komponenten verlängert. Die Brennerkonstruktion weist eine innere Auskleidung auf, die eine Vielzahl von winklig angeord neten Löchern besitzt, die sich dadurch erstrecken, die in einem voreingerichteten Muster angeordnet sind, wel ches einen Mittelpunkt definiert, und mit einer äußeren Auskleidung, die eine Vielzahl von Löchern besitzt, die sich in einem Winkel von ungefähr 90° dadurch erstrecken. Zumindest ein Teil der Vielzahl von Löchern in der äuße ren Auskleidung ist dabei radial mit dem Mittelpunkt der Vielzahl von Löchern in der inneren Auskleidung ausge richtet.

Claims

1. Brenner, der folgendes aufweist:
eine innere Auskleidung, die einen Einlaßendteil und einen Auslaßendteil definiert, die von einem Axial teil beabstandet sind, wobei die innere Auskleidung eine Verbrennungsseite und eine Kühlseite definiert, und zwar mit einer Vielzahl von Ausströmlöchern, die darin definiert sind, die sich zwischen der Verbren nungsseite und der Kühlseite erstrecken, wobei die Vielzahl von Ausströmlöchern in einem voreingerich teten Muster ausgebildet sind, welches einen Cen troiden bzw. Mittelpunkt definiert;
eine äußere Auskleidung, die einen Einlaßendteil und einen Auslaßendteil definiert, die durch einen Axialteil voneinander beabstandet sind, wobei die äußere Auskleidung eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche definiert, und zwar mit einer Vielzahl von darin definierten Einströmlöchern, die sich zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche in einem Winkel von ungefähr 90° er strecken, wobei die Vielzahl von Einströmlöchern in einem voreingerichteten Muster ausgebildet sind; und wobei zumindest ein Teil der Vielzahl von Einström löchern in der äußeren Auskleidung in radialer Aus richtung mit dem Mittelpunkt des voreingerichteten Musters der Vielzahl von Ausströmlöchern in der in neren Auskleidung positioniert ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, wobei der Teil der Vielzahl von Einströmlöchern in der äußeren Auskleidung in dem Axialteil positioniert ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Ausströmlöchern in der inneren Auskleidung in einem Winkel zwischen der Verbrennungsseite und der Kühlseite liegen.

4. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, wobei der Winkel sich vom Einlaßendteil zum Auslaßendteil erstreckt.

5. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, der weiter ein Einlaß glied aufweist, welches an der inneren Auskleidung angebracht ist, und eine Galerie bzw. einen Umlauf teil dazwischen bildet.

6. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, wobei die innere Aus kleidung eine Vielzahl von Durchlässen darin be sitzt, die in Verbindung mit der Galerie sind.

7. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die innere Aus kleidung und die äußere Auskleidung einen Hohlraum besitzen, der dazwischen ausgebildet ist, und zwar in Verbindung mit der Vielzahl von Ausströmlöchern in der inneren Auskleidung und der Vielzahl von Ein strömlöchern in der äußeren Auskleidung.

8. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die innere Aus kleidung und die äußere Auskleidung ein Beabstan dungsglied besitzen, welches dazwischen positioniert ist, welches eine voreingerichtete Beabstandung da zwischen definiert, wodurch ein Hohlraum dazwischen gebildet wird.

9. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die innere Aus kleidung und die äußere Auskleidung eine Vielzahl von Versteifungsgliedern besitzen, die dazwischen positioniert sind.

10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, der weiter einen Über gangsteil aufweist, der mit dem Auslaßendteil ver bunden ist, und wobei die äußere Auskleidung einen geraden Teil aufweist, der ein erstes am Einlaßend teil angebrachtes erstes Ende und ein zweites Ende definiert, und einen geneigten bzw. verjüngten Teil mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, und zwar verbunden mit dem Übergangsteil, wobei das zweite Ende des geraden Teils und das erste Ende des verjüngten Teils gleitend verbunden sind.

11. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, wobei in dem verjüng ten Teil ein Verdünnungs- bzw. Ableitungsloch gele gen ist.

12. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, wobei nur in dem ge raden Teil die Vielzahl von Einströmlöchern ist.

13. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, der weiter eine Viel zahl von Versteifungsgliedern aufweist, die an der inneren Auskleidung angebracht sind.

14. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 13, wobei die Vielzahl von Versteifungsgliedern an der Kühlseite der inne ren Auskleidung angebracht ist.

15. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Axialteil der inneren Auskleidung einen geraden Teil und einen verjüngten bzw. geneigten Teil aufweist, und wobei eine Vielzahl von Ausströmlöchern in dem geraden Teil und dem verjüngten Teil gelegen ist.

16. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 15, wobei der Axialteil der äußeren Auskleidung einen geraden Teil und einen verjüngten Teil aufweist, und wobei die Vielzahl von Einströmlöchern nur in dem geraden Teil gelegen ist.

17. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 15, wobei der Axialteil der äußeren Auskleidung einen geraden Teil und einen verjüngten Teil aufweist, und wobei die Vielzahl von Einströmlöchern in sowohl dem geraden Teil als auch dem verjüngten Teil gelegen ist.

18. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, wobei der verjüngte Teil der äußeren Auskleidung eine Vielzahl von nicht zu messenden Zugangs- bzw. Einlaßlöchern besitzt, die darin definiert sind.

19. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 18, wobei der verjüngte Teil der äußeren Auskleidung ein erstes Ende auf weist, welches zum geraden Teil benachbart ist, und ein zweites Ende, welches zum Auslaßendteil benach bart ist, wobei die Vielzahl von nicht zu messenden Zugangs- bzw. Einlaßlöchern enger zum ersten Ende hin beabstandet sind.

20. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei der Axialteil der inneren Auskleidung einen geraden Teil aufweist, der benachbart zum Einlaßendteil liegt, und einen verjüngten Teil, der benachbart zum Auslaßendteil liegt, wobei der Axialteil der äußeren Auskleidung einen geraden Teil aufweist, der benachbart zum Ein laßendteil liegt, und einen verjüngten Teil, der be nachbart zum Auslaßendteil liegt, wobei der gerade Teil der inneren Auskleidung und der gerade Teil der äußeren Auskleidung um eine vorbestimmte Distanz voneinander beabstandet sind, wodurch ein erster Hohlraum gebildet wird, der im allgemeinen um einen gleichmäßigen Abstand entlang der axialen Ausdehnung des ersten Hohlraums beabstandet ist.

21. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 20, wobei der verjüngte Teil der inneren Auskleidung und der verjüngte Teil der äußeren Auskleidung um einen voreingerichteten Abstand voneinander beabstandet sind, wodurch ein zweiter Hohlraum gebildet wird, der um einen nicht- gleichförmigen Abstand entlang einer axialen Ausdeh nung des zweiten Hohlraums beabstandet ist.

22. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 21, wobei der nicht- gleichförmige beabstandete Abstand benachbart zum Auslaßendteil kleiner ist.