DE2054002C3 - Einrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftfilms - Google Patents

Description

2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch ge- ao. sein kann.

kennzeichnet, daß die auf die Kühlluftströmung Aus der deutschen Patentschrift 2 004 702 sind mit

bezogene Richtung der Lochachse und die auf öffnungen versehene Ausbuchtungen in einer

die Verbrennungsgasströmung bezogene Richtung Flammrohrwand bekannt, wobei die öffnungen so

det Flammrohrwand (2) einen Winkel von min- angeordnet sind, daß die Kühlluft im wesentlichen

destens 100° miteinander bilden. 35 parallel zur Hauptströmungsrichtung der Verbren-

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- nungsgase in die Ausbuchtung einfließt.

durch gekennzeichnet, daß der senkrechte Ab- Wie Versuchsmessungen der Anmelderin gezeigt stand (Λ) zwischen dem Scheitel der Ausbuchtung haben, gelingt es mit den bekannten Anordnungen (S) und dem Abschirmblech (8) mindestens das nur sehr unvollkommen, längs des Umfangs des Zweifache der lichten Weite (s) des Austritts (9) 30 Flammrohres eine gleichmäßige Geschwindigkeitsfür den Kühlluftfilm zwischen der Flammrohrin- verteilung der Kühlluft zu erreichen; denn es ist mit nenwand (2) und dem Abschirmblech (8) beträgt. diesen Anordnungen nicht möglich, die Wirkung der

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- singulären Eintrittsöffnungen, die in Umfangsrichdurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung (5) tung mit Abstand voneinander angeordnet sind, in aus einer ringförmigen Sicke in einer, mindestens 35 nennenswertem Maße auszugleichen, so daß längs im Bereich derselben, stufenlosen Flammrohr- des Umfanges wellenförmig verlaufende, stark unterwand (2) besteht, an der das abgesetzte Ab- schiedliche Geschwindigkeitsverteilungen für den schirmblech (8) befestigt ist. Kühlluftfilm gemessen werden. Derartige Geschwin-

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- digkeitsunterschiede haben ungleiche Kühlwirkungen durch gekennzeichnet, daß die Basisbreite (b) der 40 zur Folge und begünstigen außerdem die Auflösung Ausbuchtung (5) mindestens gleich ihrem halben des Kühlluftfilms durch Vermischung mit den heißen Abstand (h) zwischen dem Scheitel und dem Ab- Brenngasen.

schirmblech (8) ist. Eine gewisse Verbesserung der bekannten Anordnungen hinsichtlich vergleichsmäßiger Kühlfilmge-

45 schwindigkeiten läßt sich erreichen, wenn das Abschirmblech von den Eintrittsöffnungen aus relativ weit die Flammrohrwand entlang stromabwärts gezo-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeu- gen wird. Da diese Abschirmbleche dann erhebliche

gung eines Kühlluftfilms entlang der Innenwand des Teile der Wand gegen die heißen Gase abschirmen,

Flammrohrs einer Gasturbinenbrennkammer, bei der 50 selbst dagegen nur ungenügend gekühlt werden kön-

in mindestens einer rings um das Flammrohr verlau- nen, sind derartig langgezogene Abschirmbleche un-

fenden Ausbuchtung der Wand über den Flammrohr- erwünscht. Auch bereiten sie konstruktive und fabri-

umfang verteilte öffnungen für den Durchtritt der katorische Schwierigkeiten.

Kühlluft in das Flammrohr angeordnet und durch ein Mit der vorliegenden Erfindung wird auf andere,

Abschirmblech gegen das Flammrohr abgeschirmt 55 sehr einfache Weise eine längs des Umfangs weitge-

sind, mit dem sie über einen bezüglich der Haupt- hend gleichmäßige Geschwindigkeit des Kühlluft-

strömungsrichtung im Flammrohr gleichgerichteten films erreicht, wie ebenfalls durch Versuche nachge-

Austritt für den Kühlluftfilm in Strömungsverbin- wiesen werden konnte. Die Erfindung ist dadurch ge-

dung stehen. kennzeichnet, daß die Öffnungen in bezug auf die

Es ist allgemein bekannt, zur Kühlung der Flamm- 60 Hauptströmungsrichtung der Verbrennungsgase strom-

rohrwand einer Gasturbinenbrennkammer einen oder ab des Scheitels der Ausbuchtung angeordnet sind,

in unterschiedlichen axialen Abständen von dem Vorteilhafterweise können die öffnungen dabei so

Brenner mehrere Kühlluftfilme an der Innenseite der angeordnet sein, daß die auf die Kühlluftströmung

Wand entlangströmeh zu lassen. Die Kühlwirkung bezogene Richtung der Lochachse und die auf die

dieser Filme ist um so besser, je gleichmäßiger über 65 Verbrennungsgasströmung bezogene Richtung der

den Umfang verteilt ihre Geschwindigkeit ist und je Flammrohrwand einen Winkel von mindestens 100°

langer sie ohne Ablösung von der zu kühlenden miteinander bilden.

Wand an dieser entlangfließen. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn

der senkrechte Abstand zwir.chen dem Scheitel der Anzahl, gegenseitiger Abstand und Größe der Öff-

Ausbuchtung und dem Abschirmblech mindestens nungen 6 werden durch die benötigte Kühlluftmenge

das Zweifache der lichten Weite des Austrittes für bestimmt, wobei zusätzlich zu beachten ist, daß im

den KühlluftfUm zwischen der Flammrohrnnenwand allgemeinen der Druckabfall von der Außenseite bis

und dem Abschirmblech beträgt und wenn zusatz- 5 in das Innere des Flammrohres etwa 1 bis 2¹Vo des

lieh die Basisbreite der Ausbuchtung mindestens Enddruckes des oder der Verdichter betragen soll,

gleich ihrem halben Abstand zwischen dem Scheitel Die lichte Weites (Fig. 2) des Luftaustrittes9, der

und dem Abschirmblech ist. gegebenenfalls mit zusätzlich als Gleichrichter wir-

AIs konstruktiv zweckmäßig und herstellungsmä- kenden Schikanen versehen sein kann, ist unter Beßig einfach hat es sich erwiesen, wenn die Ausbuch- io rücksichtigung der anderen, vorstehend genannten tung aus einer ringförmigen Sicke — die beispiels- Größen im wesentlichen bestimmt durch die erweise durch Drücken des kalten oder warmen Wand- wünschte Wirkung, daß vorteilhafterweise die Gebleches für die Flammrohrwand hergestellt wird — schwindigkeit des in das Flammrohr einfließenden in einer mindestens im Bereich derselben stufenlosen Kühlluftfilmes etwa gleich der Geschwindigkeit der Flammrohrwand besteht, an der das abgesetzte Ab- 15 Brenngase werden soll.

schirmblech befestigt ist. Für eine verbesserte Strö- Das Abschirmblech 8, das wie bereits erwähnt, in

mung der Verbrennungsgase entlang der Flamm- axialer Richtung nicht zu lang sein soll, wird jedoch

rohrwand ist es vorteilhaft, wenn die Ausbuchtung zweckmäßigerweise so weit stromabwärts gezogen,

sich in bekannter Weise am Anfang eines Flamm- daß seine freie Endpartie noch ein kleines Stück zur

rohrabschnittes befindet, der über das stufenlos in »α Wand 2 parallel verläuft; diese Maßnahme hat den

das Abschirmblech übergehende Ende des vorheri- Sinn, das Anliegen des Kühlluftfilms an die Wand 2

gen Abschnittes geschoben ist. zu verbessern.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Wie in F i g. 2 und 3 dargestellt, wird die durch die

Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den öffnungen 6 in den Hohlraum 10 einströmende

Zeichnungen näher erläutert. 35 Kühlluft in diesem in verschiedene Wirbel r verteilt,

F i g. 1 zeigt eine Teilansicht eines e»findungsge- wodurch der relativ scharfe Eintrittsstrahl durch eine

maß ausgebildeten Flammrohres, wobei ein Teil sei- einzelne Öffnung 6 aufgelöst und am Austritt 9 für

ner Wand im Schnitt dargestellt ist; die Kühlluft eine sehr weitgehend gleichmäßige Ge-

F i g. 2 gibt einen Teilabschnitt von F i g. 1 in ver- schwindigkeitsverteilung entlang des inneren Um-

größertem Maßstab wieder, während 30 fangs der Wand 2 erreicht wird. Die Ausbildung der

F i g. 3 eine Draufsicht auf F i g. 2 in Richtung des gezeigten Wirbel kann verbessert werden, wenn die

Pfeiles 4 ist; Scheitelhöhe h des Hohlraumes 10 mindestens gleich

F i g. 4 schließlich zeigt in gleicher Darstellung wie dem zweifachen Wert der lichten Weite s ist. Es sei

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der neuen noch erwähnt, daß die Wirbel r, die in F i g. 2 in

Einrichtung. 35 einer die Achse einer öffnung 6 enthaltenden

Das in F i g. 1 gezeigte Flammrohr 1 einer nicht Schnittebene gezeichnet sind, bei der tatsächlichen weiter dargestellten Gasturbinenbrennkammer besitzt Strömung zum überwiegenden Teil vor und hinter eine zylindrische, stufenlos durchgehende Wand 2. der Zeichenebene verlaufen, da z. B. die in den gro-An ihrem rechten Ende sind die Umrisse eines Bren- Ben Wirbeln τ strömende Luft von der durch die Öffners 3 und eine Brennstoffzufuhrleitung 4 angedeutet. 40 nung 6 frisch zuströmenden Luft aus der gezeigten In gewissen, axialen Abständen weist die Wand 2 Ebene verdrängt wird; die Wirbel weichen daher in Ausbuchtungen S auf, die beispielsweise durch Kalt- die Zwischenräume zwischen den öffnungen 6 aus, oder Warmverformen des Wandbleches hergestellt und es ergibt sich die gewünschte, gleichmäßige Verworden sind und als ringförmiger Wulst über den teilung der Kühlluft, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist; Umfang der Wand 2 verlaufen. In Richtung der mitt- 45 diese Figur stellt ein Stück des Umfanges der Wand 2 leren Verbrennungsgasströmung (Pfeil B) stromab dar, das in die eine Ebene projiziert worden ist.
des Scheitels der Ausbuchtung S sind Durchtrittsöff- Für eine möglichst ungestörte Strömung der Vernungen 6 für die Kühlluft angeordnet. An Stelle eines brennungsgase im Flammraum 7 sehr günstig, jedoch ringförmigen Wulstes ist es auch möglich, beispiels- in fabrikatorischer Hinsicht unier Umständen etwas weise nvei Reihen versetzt angeordneter, in Um- 50 aufwendiger ist die Ausführungsform nach F i g. 4. fangsrichtung unterbrochener Ausbuchtungen längs Hier besteht das Flammrohr aus zwei Abschnitdes Umfanges vorzusehen. ten la und 2 b, wobei der näher zum Brenner lie-

Gegen den Flammraum 7 sind die Ausbuchtun- gende Abschnitt 2 α glatt — d. h. ohne Absatz oder gen 5 durch an der Wand 2 z. B. durch Punktschwei- Abwinkelung und daher ohne Störung für die Strößen befestigte Abschirmbleche 8 abgeschirmt, die 55 mung der Verbrennungsgase — in das Abschirmleicht nach innen abgewinkelt sind, so daß zwischen blech übergeht, während die Ausbuchtung 5 in den der Wand 2 und ihrem freien Ende ein mit dir Anfang des zweiten Abschnittes 2 b eingedrückt wor-Hauptströmungsrichiung im Flammrohr 1 gleichge- den ist; der Abschnitt 2 b besitzt dabei einen etwas richteter Austritt 9 für den Kühlluftfilm aus dem im größeren Durchmesser als der Abschnitt 2 α, so daß wesentlichen von der Ausbuchtung 5 gebildeten 60 beide Abschnitte in der gezeigten Weise aufeinander-Hohlraum Ii entsteht, in den die Kühlluft durch die geschoben und miteinander verbunden, z. B. wieöffnungen 6 einströmt. derum verschweißt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Patentansprüche: vorstehend genannten Bedingungen für einen wirksa men Kühlluftfilm möglichst weitgehend zu erfüllen.

1. Einrichtung ?ur Erzeugung eines Kühlluft- Bisherige Einrichtungen der genannten Art — wie

films entlang der Innenwand des Flammrohrs S sie z. B. in der schweizerischen Patentschrift 468 557 einer Gasturbinenbrennkammer, bei der in min- beschrieben sind — besitzen in der Flammrohrwand destens einer rings um das Flammrohr verlaufen- sehr häufig nach einem stufenförmigen Absatz derden Ausbuchtung der Wand über den Flammrohr- selben, über den Umfang verteilte, radial verlaufende umfang verteilte Öffnungen für den Durchtritt öffnungen für den Eintritt der Luft in das Flammder Kühlluft in das Flammrohr angeordnet und io rohr. Auf der Innenseite sind vor den öffnungen Abdurch ein Abschirmblech gegen den Flammraum schirmbleche angebracht, wodurch ringspaltartige abgeschirmt sind, mit dem sie über einen bezug- Räume entstehen. Aus diesen Ringräumen fließt der lieb der Hauptströmungsrichtung im Flammrohr Kühlluftfilm durch einen, unter Umständen mit Schigleichgerichteten Austritt für den Kühlluftfilm in kanen versehenen, schlitzartigen Luftaustritt an der Strömungsverbindung stehen, dadurch ge- 15 Flammrohrwand entlang aus, wobei die Austrittsgekennzeichnet, daß die öffnungen (6) in be- schwindigkeit unter Umständen durch eine Verenzug auf die Hauptströmungsrichtung der Ver- gung des Austrittes gegenüber dem Ringraum mit brennungsgase stromab des Scheitels der Aus- Hilfe einer in Richtung der Flammrohrwand konibuchtung (5) angeordnet sind. sehen Erweiterung des Abschirmbleches vergrößert