DE19912701B4 - Brennkammerwand - Google Patents

Abstract

Brennkammerwand (1) bestehend aus einer tragenden Grundstruktur (2) mit darin angeordneten Kühlluftbohrungen (3), wobei
auf der Seite der tragenden Grundstruktur (2), welche zur Brennkammer weist, ein intermetallischer Filz (5) angebracht ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der intermetallische Filz (5) eine variable Porösität aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennkammerwand bestehend auseiner tragenden Grundstruktur mit darin angeordneten Kühlluftbohrungen, wobei auf der Seite der tragenden ^{Grundstruktur, welche zur Bernnkammer weist, ein intermetallicher Filz} angeordnet ist.
• Aus EP 704 657 A2 und EP 797 051 A2 ist ein Brenner für eine Gasturbine bekannt. In den Wänden sowohl des Brenners als auch der Vormischzone des Brenners sind Öffnungen vorhanden, durch welche Luft einströmt. Durch diese Einströmung der Luft wird eine Kühlung der Brennkammerwand erreicht. Diese Kühlung wird als Effusionskühlung bezeichnet. Nachteil dieser Kühlung der Brennkammerwand ist allerdings, dass die Kühlluft der Verbrennung nicht gezielt, zugeführt werden kann und die Temperatur der Brennkammerwand im Vergleich zur Brennkammer sehr viel niedriger sein muss.
• Aus der US 5,184,455 A ist eine Wandstruktur bekanntgeworden, bei welcher auf einer tragenden Grundstruktur mit darin angeordneten Kühluftbohrungen ein intermetallischer Filz angeordnet ist.
• Ziel der Erfindung ist es, eine Brennkammerwand zu schaffen, mit der eine deutlich gezieltere Kühlung möglich ist. Zudem soll die erlaubte Wandtemperatur erhöht werden können.
• Erfindungsgemäss wird dies in einer Brennkammerwand gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass der intermetallische Filz eine variable Porösität aufweist.
• Durch die variable Durchlässigkeit das intermetallischen Filzes kann die Brennkammerwand an einigen Stellen gezielter gakühlt werden und auch ein Temparaturgradient, kann innerhalb der Brennkammerwand erreicht werden.
• Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung anhand eines beworzugten Ausfürungsbeispiels erläutert.
• Es zeigt
• 1 einen Schnitt durch eine bekannte Brennkammerwand, mit Kühlluftbohrungen und intermetallischem Filz und
• 2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässe Brennkammerwand mit Kühlluftbohrungen und intermetallischem Filz mit variabler Porösität.
• Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt.
• Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Brennkammerwand beispielsweise eines Brenners in einer Gasturbine 2 wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschreiben ist. Sie besteht aus einer trägenden Grundstruktur 2, in welche Kühlluftbohrungen 3 integriert sind. Auf der Seite der tragenden Grundstruktur 2, welche der nicht dargestellten Brennkammer zugewandt ist, ist ein intermetallischer Filz 5 angebracht. Die Kühlluft 4 durchdringt zuerst die Kühlbohrungen 3 und verteilt sich danach in dem intermetallischen, Filz 5, bevor sie in die Brennkammer eindringt. Diese Art der Kühlung ist gegenüber der bisher bekannten Effusionskühlung wegen einer niedrigeren erforderlichen Kühlluftmenge, einer höheren erlaubten Materialtemperatur und, einer verbesserten Kühlwirkung vorzuziehen. Es ist auch denkbar, sie in den Varmischkammern des Brenners einzusetzen.
• In der 2 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Brennkammerwand dargestellt. Der intermetallische Filz 5 weist in dieser Ausführungsform eine variable Porösität bzw. Durchlässigkeit aus, Dadurch ist es möglich, verschiedene Bereiche der Brennkammerwand durch eine grössere Durchlässigkeit verstärkt zu kühlen bzw. andere Bereiche durch eine kleinere Durchlässigkeit weniger zu kühlen. In der 2 weist beispielsweise der
• Bereich 6 eine höhere Durchlässigkeit auf. Durch die veränderliche Durchlässigkeit ist es möglich, den Temperaturgradienten innerhalb des intermetallischen Filzes 5 in verschiedenen Richtungen durch die Kühlluftmenge einzustellen. Es ist auch wie in der 2 dargestellt denkbar, die Durchlässigkeit des intermetallischen Filzes 5 in verschiedenen Schichten zu variieren. Der Filz 5 ist in unmittelbarer Nähe der Kühlluftbohrungen 3 im Vergleich mit der Seite, welche der Brennkammer zugewandt ist, für die Kühlluft 4 durchlässiger. Dadurch wird nach Verlassen der Kühlluft 4 der Kühlluftbohrungen 3 eine gleichmässige Verteilung der Kühlluft 4 entlang der Brennkammerwand innerhalb des intermetallischen Filzes 5 erreicht. Durch den Einsatz von intermetallischem Filz 5 wird die Wandtemperatur vorteilhaft erhöht bei gleichzeitiger Verringerung der Kühlluftbedarfs. Als intermetallischer Filz 5 ist der Einsatz von Eisen- oder Nickel-Aluminiden denkbar. Für diese Werkstoffe ist die Zusammensetzung in der Tabelle 1 angegeben. Selbstverständlich sind andere intermetallische Filze 5, die dieselben Eigenschaften haben, gleich gut geeignet. Um eine ausreichende Festigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Verformbarkeit zu erreichen sind die Elemente Ta, Cr, Y, B, Zr beigefügt.
• 
• Es ist denkbar, die Filze auf dem tragenden Grundmaterial 2 verschieden zu befestigen. Möglich ist eine Befestigung durch Löten, Schweissen oder Kleben.

2

Tragende Grundstruktur

3

Kühlluftbohrung

4

Kühlluft

5

Intermetallischer Filz

6

Bereich mit hoher Durchlässigkeit

Claims (3)

1. Brennkammerwand (1) bestehend aus einer tragenden Grundstruktur (2) mit darin angeordneten Kühlluftbohrungen (3), wobei auf der Seite der tragenden Grundstruktur (2), welche zur Brennkammer weist, ein intermetallischer Filz (5) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der intermetallische Filz (5) eine variable Porösität aufweist.
2. Brennkammerwand (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der intermetallische Filz (5) aus einem Fe-Aluminid mit folgender Zusammensetzung (Gewichtsprozent): 5-20% Al, 15-25% Cr, 0-7% Ta od. W od. Mo, 0-0.5% Hf, 0-0.5% Y, 0-0.2% B; 0-0.1 % C, 0-0.2% Zr, Rest Fe besteht.
3. Brennkammerwand (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der intermetallische Filz (5) aus einem Ni-Aluminid mit folgender Zusammensetzung (Gewichtsprozent): 20-30% Al, 0-15% Cr, 0-10% Ta, 0-0.5% Y, 0-1% Hf, 0-0.2% Zr, 0-0.2% B, 0-4% Fe, Rest Ni besteht.