DE2161644A1 - Combustion chamber for gas turbines - Google Patents
Combustion chamber for gas turbinesInfo
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- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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Description
?ATE HTASWAIT? ATE HTASWAIT
DJPL·. ING. K. HOLZEU
«9 AuQSBUKGDJPL ·. ING. K. HOLZEU
«9 AuQSBUKG
-STRAJSB U-STRAJSB U
W.557W.557
Augsburg, den 10. Dezember 1971Augsburg, December 10, 1971
Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania I5 222, V.St.A.Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania I5 222, V.St.A.
Brennkammer für GasturbinenCombustion chamber for gas turbines
Die Erfindung betrifft Brennkammern für Gasturbinen, mit glattwandigen Rohrabschnitten, welche zusammen eine konische Brennkammer bilden, die an ihrem engen Ende mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung versehen ist und an ihrem weiten Ende für den Austritt der Verbrennungsgase offen ist, wobei die glattwandigen Rohrabschnitte durch in Umfangs-The invention relates to combustion chambers for gas turbines, with smooth-walled pipe sections, which together form a conical combustion chamber, which at its narrow end is connected to a fuel injector is provided and is open at its wide end for the exit of the combustion gases, wherein the smooth-walled pipe sections through circumferential
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richtung gewellte Rohrabschnitte untereinander verbunden und in gegenseitigem Abstand voneinander gehaltert sind.direction corrugated pipe sections interconnected and are supported at a mutual distance from each other.
Brennkammern von Gasturbinen müssen während langer Zeitspannen hohe Temperaturen aushalten können.Gas turbine combustors must be able to withstand high temperatures for long periods of time.
Aus. der US-PS 2 610 467 ist eine stufenförmig ausgebildete Brennkammer bekannt, bei welcher zwischen einander benachbarten Wandungsteilen gewellte Distanzstücke angeordnet sind. Bei dieser bekannten Anordnung wird Kühlluft aus einem Speicherraum durch axiale Kanäle in den gewellten Distanzstücken hindurchgeleitet. Diese verhältnismäßig kühle Luft isoliert die Innenfläche der Brennkammerwand gegenüber den heißen Verbrennungsgasen· The end. U.S. Patent No. 2,610,467 is a stepped shape trained combustion chamber known, in which between adjacent wall parts corrugated spacers are arranged. In this known arrangement, cooling air from a storage space is through axial Channels passed through in the corrugated spacers. This relatively cool air isolates the inner surface the combustion chamber wall against the hot combustion gases
Brennkammern sind umso höherer Wärmebeanspruchung ψ ausgesetzt, je höher die Temperatur der Brennkammerwandungen während des normalen Betriebes ist. Das macht eine ständige Wartung mit regelmäßigen Inspektionen der Brennkammer erforderlich, um deren Betriebszuverlässigkeit zu erhalten. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist es erwünscht, daß Gasturbinenanlagen mit den höchstmöglichen Temperaturen betriebenCombustion chambers are exposed to higher thermal stress ψ the higher the temperature of the combustion chamber walls is during normal operation. This requires constant maintenance with regular inspections of the combustion chamber in order to maintain its operational reliability. To improve efficiency, it is desirable that gas turbine systems operate at the highest possible temperatures
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werden. Darüberhinaus sollen aus Kostengründen Schweröle verbrannt werden, welche einen hohen Gehalt an Verunreinigungen aufweisen. Schweröle strahlen jedoch wesentlich mehr Wärme an die Brennkammerwände ab und führen deshalb zu einer wesentlich geringeren Brennkammerlebensdauer und -zuverlässigkeit.will. In addition, heavy oils with a high content should be burned for reasons of cost of impurities. Heavy oils, however, radiate considerably more heat to the combustion chamber walls and therefore lead to a significantly lower combustion chamber service life and reliability.
Es sind bereits Brennkammern aus feuerfestem Material bzw. Keramik bekannt, welche bei höheren Temperaturen arbeiten können. Die hohen Gasgeschwindigkeiten und starken Pulsationen in den Brennkammern haben jedoch bislang eine kommerzielle Anwendung von Brennkammern aus feuerfestem Material verhindert.There are already combustion chambers made of refractory material or ceramic known, which at higher Temperatures can work. The high gas velocities and strong pulsations in the combustion chambers however, have hitherto prevented combustion chambers made of refractory material from being used commercially.
Es ist außerdem bereits vorgeschlagen worden, den Brennkammern mehr Kühlluft zuzuführeno Das führt jedoch zu einer verringerung des Gesamtwirkungsgrades der Gasturbinenanlage und hat außerdem eine nachteilige Auswirkung auf die Temperaturverteilung der den Turbinenschaufeln zugeführten Gase, da sich zwischen den Schaufelspitzen, zu welchen die kühlere Luft gelangt, und den Schaufelmitten ein starkes Temperaturgefälle ergibt, welches starke wärmespannungen verursacht.It has also been proposed to o supply the combustion chambers more cooling air, however, causes a reduction in the overall efficiency of the gas turbine plant and also has an adverse effect on the temperature distribution of the turbine blades supplied gases, as between the blade tips to which the cooler air arrives , and the blade center results in a strong temperature gradient, which causes strong thermal stresses.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine einfach aufgebaute Brennkammer zu schaffen, welche während langer Zeitspannen mit hohen Temperaturen betrieben werden kann.The aim of the invention is to achieve the object of providing a combustion chamber with a simple structure create which can be operated at high temperatures for long periods of time.
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine Brennkammer für Gasturbinen, mit glattwandigen Rohrabschnitten, welche zusammen eine konische Brennkammer bilden, die an ihrem engen Ende mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung versehen ist und an ihrem weiten Ende für den Austritt der Verbrennungsgase offen ist, wobei die glattwandigen Rohrabschnitte durch in Umfangsrichtung gewellte Rohrabschnitte untereinander verbunden und in gegenseitigem Abstand voneinander gehaltert sind. Eine derartige Brennkammer ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einige der glattwandigen und der gewellten Rohrabschnitte in axialer Richtung mindestens bis zu den Enden der entsprechenden benachbarten Rohrabschnitte erstrecken, wobei die Enden der gewellten Rohrabschnitte etwa in der Mitte zwischen den axialen Enden der glattwandigen Rohrabschnitte liegen und dadurch eine Doppelwandanordnung mit zwischen den glattwandigenIn terms of solving this problem, the invention includes a combustion chamber for gas turbines, with smooth-walled pipe sections, which together form a conical combustion chamber, which at its narrow End is provided with a fuel injector and at its wide end for the exit of the Combustion gases is open, the smooth-walled pipe sections by corrugated in the circumferential direction Pipe sections are connected to one another and held at a mutual distance from one another. Such a combustion chamber is characterized according to the invention in that at least some of the smooth-walled and the corrugated pipe sections in the axial direction at least up to the ends of the corresponding adjacent pipe sections, the ends of the corrugated pipe sections lie approximately in the middle between the axial ends of the smooth-walled pipe sections and thereby a Double wall arrangement with between the smooth-walled
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und den gewellten Rohrabschnitten gelegenen axialen Einlaßkanälen bilden, welche Luft in die Brennkammer leiten sowie eine schnelle Kühlluftströmung an der Außenseite und einen Hitzeschild an der Innenseite der inneren Brennkammerwand erzeugen.and the corrugated pipe sections located axial Form inlet channels which direct air into the combustion chamber and a rapid flow of cooling air to the Create outside and a heat shield on the inside of the inner combustion chamber wall.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described below described in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einenFig. 1 is a longitudinal section through a
Teil der oberen Hälfte einer Gasturbinenanlage, welche mit der Brennkammer nach der Erfindung ausgerüstet ist,Part of the upper half of a gas turbine system, which is connected to the combustion chamber after the Invention is equipped,
Fig. 2 eine vergrößerte SchnittFig. 2 is an enlarged section
darstellung der in Fig. 1 gezeigten Brennkammer nach der Erfindung,representation of the combustion chamber shown in Fig. 1 according to the invention,
Fig. J5 einen Querschnitt auf derFig. J5 shows a cross section on the
Linie III-III in Fig. 2, undLine III-III in Fig. 2, and
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Pig. 4 in perspektivischer DarPig. 4 in perspective Dar
stellung einen Teil der in Fig. 2 dargestellten Brennkammer nach der Erfindung.position a part of the combustion chamber shown in Fig. 2 after Invention.
Ein in Fig. 1 dargestellter Teil einer Gasturbinenanlage 10 weist eine Brennkammer 11, einen Axialverdich- % ter 12, welcher der Brennkammer 11 Luft zuführt, sowie eine Turbine Ik auf, welche mit der Brennkammer 11 verbunden ist und aus dieser heiße Verbrennungsgase zum Antrieb der Gasturbinenanlage empfängt.A shown in Fig. 1 part of a gas turbine system 10 has a combustion chamber 11, an Axialverdich- % ter 12, which the combustion chamber 11 supplies air, and a turbine Ik , which is connected to the combustion chamber 11 and from this hot combustion gases to drive the Gas turbine plant receives.
Der Axialverdichter 12 weist einen mehrstufigen Rotor 15 auf, welcher mit einem Stator 16 mit gleich großer Stufenzahl zusammenwirkt und die durch ihn hindurchgeführte Luft auf einen für die Verbrennung in der Brenn- ^ kammer 11 geeigneten Druck verdichtet· Die Luft strömt aus dem Verdichter 12 durch ein ringförmiges Diffusorteil 17 hindurch in einen Speicherraum 18 ein, welcher teilweise von einem Gehäuse 19 umschlossen ist. Das Gehäuse 19 weist einen kreiszylindrischen, zur Drehachse RR1 der Gasturbinenanlage 10 konzentrischenThe axial compressor 12 has a multi-stage rotor 15 which cooperates with a stator 16 with the same number of stages and compresses the air passed through it to a pressure suitable for combustion in the combustion chamber 11. The air flows through from the compressor 12 an annular diffuser part 17 through it into a storage space 18 which is partially enclosed by a housing 19. The housing 19 has a circular cylindrical, concentric to the axis of rotation RR 1 of the gas turbine system 10
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Mantel, außerdem ein mit dem äußeren Gehäuse des Verdichters 12 verbundenes vorderes gewölbtes Wandteil sowie ein mit dem äußeren Gehäuse der Turbine 14 verbundenes hinteres Ringwandteil 22 auf.Jacket, also a front arched wall part connected to the outer housing of the compressor 12 and a rear annular wall part 22 connected to the outer housing of the turbine 14.
Die Turbine 14 weist eine Vielzahl von Expansionsstufen auf, die von einer Vielzahl von Leitschaufelkränzen 24 und einer gleichen Anzahl von an dem Turbinenrotor 26 angebrachten Laufschaufelkränζen 25 gebildet werden. Der Turbinenrotor 26 und der Verdichterrotor sind über eine Hohlwelle 27 miteinander verbunden. Ein rohrförmiges Verkleidungsteil 28 umschließt die Welle und bildet für die von dem Diffusorteil 17 her in den Speicherraum 1δ eintretende Luft eine glatte Strömungsfläche. The turbine 14 has a plurality of expansion stages produced by a plurality of guide vane rings 24 and an equal number of on the turbine rotor 26 attached rotor blade cranes 25 formed will. The turbine rotor 26 and the compressor rotor are connected to one another via a hollow shaft 27. A tubular casing part 28 encloses the shaft and forms for the diffuser part 17 into the Storage space 1δ entering air has a smooth flow surface.
Innerhalb des Gehäuses 19 ist eine Vielzahl von teleskopartig abgestuften Rohr-Brennkammern 11 angeordnet. Die Brennkammern 11 sind ringförmig um die Mittellinie der Gasturbinenanlage herum mit jeweils gleichem Abstand voneinander innerhalb des Gehäuses 19 angeordnet.A multiplicity of telescopically stepped tubular combustion chambers 11 is arranged within the housing 19. The combustion chambers 11 are ring-shaped around the center line of the gas turbine system, each with the same spacing arranged from one another within the housing 19.
Da die Brennkammern 11 jeweils gleich aufgebaut sind, wird im folgenden nur eine beschrieben. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 besteht jede Brennkammer 11 ausSince the combustion chambers 11 are each constructed in the same way, only one is described below. According to the Representation in Fig. 1 consists of each combustion chamber 11
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einem stromauf gelegenen Primärteil 32, einem sekundären Mittelteil 33 und einem stromab gelegenen Übergangsteilan upstream primary part 32, a secondary central part 33 and a downstream transition part
Der vordere Wandteil 21 ist mit einer öffnung 36 versehen, durch Welche hindurch eine Brennstoffeinspritzdüse 37 in die Brennkammer 11 hineinragt. Die Brennstoffeinspritzdüse 37 wird über eine mit einer nicht dargestellten Brennstoffquelle verbundene Leitung 38 mit Brennstoff versorgt. Die Brennstoffeinspritzdüse 37 kann der bekannten Zerstäuberbauart angehören und derart ausgebildet sein, daß sie innerhalb des Primärteils 32 der Brennkammer 11 eine konische Brennstoffzerstäubung bewirkt. Zum Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 11 ist eine elektrische Zündvorrichtung 39 vorgesehen. The front wall part 21 is provided with an opening 36, through which a fuel injection nozzle 37 protrudes into the combustion chamber 11. The fuel injector 37 is supplied with fuel via a line 38 connected to a fuel source (not shown) provided. The fuel injection nozzle 37 can be of the known atomizer design and configured in this way be that it causes a conical fuel atomization within the primary part 32 of the combustion chamber 11. An electrical ignition device 39 is provided for igniting the fuel-air mixture in the combustion chamber 11.
Der Primärteil 32 der Brennkammer 11 ist aus einer Vielzahl von kreiszylindrischen Rohrabschnitten 42 zusammengesetzt. Die Durchmesser der Rohrabschnitte 42 sind abgestuft, d.h. vom stromauf gelegenen Ende der Brennkammer zum stromab gelegenen Ende hin hat jeder Rohrabschnitt jeweils einen Querschnitt mit größerem Durchmesser als der jeweils vorhergehende Abschnitt, so daß die Rohrabschnitte teleskopartig ineinander geschoben werden können. Einige Abschnitte 42 sind mitThe primary part 32 of the combustion chamber 11 is made of a A plurality of circular cylindrical pipe sections 42 assembled. The diameters of the pipe sections 42 are graded, i.e. from the upstream end of the combustion chamber to the downstream end each has Pipe section each has a cross-section with a larger diameter than the previous section, so that the pipe sections can be telescoped into one another. Some sections 42 are with
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einem Kranz von öffnungen 44 zum Einleiten von Luft aus dem Speicherraum Ib in den Primärteil 32 der Brennkammer versehen. Die über die öffnungen 44 zugeführte Luft unterhalt die Verbrennung des über die Brennstoffeinspritzdüse 37 in den Primärteil 32 eingespritzten Brennstoffes.a ring of openings 44 for introducing air from the storage space Ib into the primary part 32 of the combustion chamber. The air supplied via the openings 44 maintains the combustion of the fuel injected into the primary part 32 via the fuel injection nozzle 37.
Der Mittelteil 33 der Brennkammer ist mit einer Vielzahl von ringförmig angeordneten öffnungen 46 zum Einleiten von Luft aus dem Speicherraum 18 in die Brennkammer 11 versehen. Diese Luft kühlt während des Betriebes die heißen Gase auf die für die Turbinenschaufeln 24 und 25 zulässigen Temperaturen ab.The middle part 33 of the combustion chamber is provided with a multiplicity of openings 46 arranged in a ring for introduction of air from the storage space 18 into the combustion chamber 11. This air cools the during operation hot gases to the permissible temperatures for the turbine blades 24 and 25.
Der übergangsteil 34 der Brennkammer ist mit einem zylindrisch geformten Vorderteil 48 versehen, welcher mit einer federnden Halteanordnung 47 (Fig. 2) den Mittelteil 33 ein Stück weit überlappend umschließt. Der übergangsteil 34.ist außerdem mit einem hinteren rohrförmigen Teil 49 versehen, welcher seine Umfangskontur fortschreitend von kreisförmigem Querschnitt an der Verbindungsstelle mit dem zylindrischen Teil 48 auf einen kreisbo&enförmigen Querschnitt an seinem Auslaßendteil 50 ändert. Die Bogenlänge des Auslaßteiles 50 ist so gewählt,The transition part 34 of the combustion chamber is with a cylindrically shaped front part 48 provided, which with a resilient holding arrangement 47 (Fig. 2) the middle part 33 encloses a piece of overlapping. The transition part 34. is also tubular with a rear Part 49 provided, which its circumferential contour progressively of circular cross-section on the Junction with the cylindrical portion 48 to an arcuate cross-section at its outlet end portion 50 changes. The arc length of the outlet part 50 is chosen so
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daß sich beim Zusammenfügen mit sämtlichen Auslaßteilen der anderen Brennkammern 11 ein vollständiger Kreisring ergibt, über welchen heiße Verbrennungsgase aus den Brennkammern zu den Schaufeln 24 und 25 der Turbine 14 geleitet werden und dabei die Turbine. 14 auf ihrem gesamten Umfang beaufschlagen.that when assembled with all the outlet parts of the other combustion chambers 11 a complete circular ring results, via which hot combustion gases from the combustion chambers to the blades 24 and 25 of the turbine 14 are directed and thereby the turbine. 14 apply over its entire circumference.
Gemäß-' der Erfindung bestehen die Rohrabschnitte 42 der Brennkammer 11 aus fünf bzw. einer Vielzahl doppelwandiger Teile 52. Jeder doppelwandige Teil 52 hat einen Kreisquerschnitt mit größerem Durchmesser als der vorhergehende Teil 52, und zwar von in bezug auf die Luftströmung durch die Brennkammer hindurch dem stromauf gelegenen Ende zu dem stromab gelegenen Ende der Brennkammer hin. Der doppelwandige Aufbau der Rohrabschnitte ist in den Figuren lediglich für den Prirnärteil 32 der Brennkammer 11 dargestellt, obwohl er nicht auf den Primärteil 32 beschränkt zu sein braucht.According to the invention, the pipe sections 42 exist the combustion chamber 11 of five or a plurality of double-walled parts 52. Each double-walled part 52 has one Circular cross-section with a larger diameter than the preceding part 52, namely from with respect to the air flow through the combustion chamber from the upstream end to the downstream end of the combustion chamber there. The double-walled structure of the pipe sections is only shown in the figures for the primary part 32 of the Combustion chamber 11 is shown, although it need not be limited to the primary part 32.
Die doppelwandigen Teile 52 können auch so betrachtet werden, wie wenn sie jeweils abwechselnd glatte und gewellte Wandteile 54 und 56 aufweisen, welche einander etwa jeweils in der Mitte des betreffenden Teiles überlappen. Die sich ergebende Vielzahl doppelwandiger Teile bildet denThe double-walled parts 52 can also be viewed as if they are alternately smooth and have corrugated wall portions 54 and 56, which each other overlap each approximately in the middle of the relevant part. The resulting large number of double-walled parts forms the
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Primärteil der Brennkammer 11.Primary part of the combustion chamber 11.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 4 weisen die doppelwandigen Teile 52 jeweils abwechselnd einen glatten Wandteil 54 und einen gewellten Wandteil 56 auf. Jeder glatte Wandteil 54 ist ein langgestrecktes zylindrisches Teil (Fig. 2 und 3)s während jeder gewellte Teil 56 die Form eines in Umfangsrichtung gewellten Ringes aufweist," der aus trapezförmigen Elementen 57 (Fig. 3) zusammengesetzt ist.According to the illustration in FIGS. 2 and 4, the double-walled parts 52 each alternately have a smooth wall part 54 and a corrugated wall part 56. Each smooth wall portion 54 is an elongated cylindrical member (Fig. 2 and 3) s has the form of a circumferentially corrugated ring during each corrugated portion 56 'of from trapezoidal elements 57 (Fig. 3) is assembled.
Bei einem stromauf gelegenen Rohrabschnitt 42a besteht der doppelwandige Teil 52 aus einem axial ausgedehnten glatten VJandteil 54, welcher die radial innere Wand des doppelwandigen Teils 52 bildet und aus einem teleskopartig darüber geschobenen gewellten Wandteil 56, welcher den glatten Wandteil 54 etwa um die Hälfte überlappt. Etwa die Hälfte des gewellten Teiles 56 überlappt das glattwandige Teil 54 mit dem kleineren Durchmesser, während die andere Hälfte des gewellten Teiles 56 in axialer Richtung stromabwärts vorragt. Der doppelwandige Teil des Rohrabschnittes 42a besteht deshalb aus einer von einem glattwandigen Teil 54 gebildeten radial inneren Wand und einer von einem gewellten Teil 56 gebildeten radial äußeren Wand.In the case of an upstream pipe section 42a, the double-walled part 52 consists of an axially extended one smooth VJandteil 54, which the radially inner Forms the wall of the double-walled part 52 and consists of a corrugated wall part 56 pushed over it like a telescope, which the smooth wall part 54 overlaps approximately by half. About half of the corrugated part 56 overlaps the smooth-walled part 54 with the smaller one Diameter, while the other half of the corrugated part 56 projects in the axial direction downstream. The double-walled part of the pipe section 42a therefore consists of a part formed by a smooth-walled part 54 radially inner wall and a radially outer wall formed by a corrugated part 56.
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Ein stromab benachbarter weiterer Rohrabschnitt 42b weist, einen.größeren Durchmesser als der Rohrabschnitt 42a auf. Seine Innenwand wird von derjenigen Hälfte des gewellten Teiles 56 gebildet, welche über den Rohrabschnitt 42a in axialer Richtung hinausragt. Ein weiterer glattwandiger Teil 54 mit größerem Durchmesser überlappt den axial vorragenden gewellten Wandteil 56. Dieser weitere glattwandige Teil 54 mit dem größeren Durchmesser überlappt den gewellten Teil 56 etwa um die Hälfte; etwa die Hälfte des glattwandigen Teiles ragt stromab in axialer Richtung vor. Der weitere doppelwandige Teil 52 besteht deshalb aus einer radial inneren Wand eines gewellten Teiles '56 und aus einer radial äußeren Wand eines glattwandigen Teiles 54, welche gemeinsam den weiteren Rohrabschnitt 42b bilden.A further pipe section 42b, which is adjacent downstream, has a larger diameter than the pipe section 42a. Its inner wall is formed by that half of the corrugated part 56, which over the pipe section 42a protrudes in the axial direction. Another smooth-walled part 54 with a larger diameter overlaps the axially protruding corrugated wall part 56. This further smooth-walled part 54 overlaps with the larger diameter the corrugated portion 56 by about half; about half of the smooth-walled part protrudes downstream in the axial direction before. The further double-walled part 52 therefore consists of a radially inner wall of a corrugated part '56 and from a radially outer wall of a smooth-walled part 54, which together form the further pipe section 42b form.
Das benachbarte stromab gelegene Ende 61 des einen gewellten Teiles 56 und das benachbarte stromauf gelegene Ende 62 des weiteren gewellten Teiles 56 föuchten in radialer Richtung mit Bezug auf die axiale Mittellinie der Brennkammer 11 miteinander, d. h. sie überlappen einander bei der bevorzugten Ausführungsform der Brennkammer nach der Erfindung nicht. Außerdem fluchten das benachbarte stromab gelegene Ende 63 des einen glattwandigen Teiles 54 und dasThe adjacent downstream end 61 of the one corrugated portion 56 and the adjacent upstream End 62 of the further corrugated part 56 föuchten in the radial direction with respect to the axial center line of the Combustion chamber 11 with one another, d. H. they overlap one another in the preferred embodiment of the combustion chamber of the invention not. In addition, the adjacent downstream end 63 of the one smooth-walled part 54 and the
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benachbarte stromauf gelegene Ende 64 des weiteren glattwandigen Teiles 54 ebenfalls radial miteinander und überlappen einander nicht.adjacent upstream end 64 of the further smooth-walled part 54 also radially with one another and do not overlap each other.
Die stromab folgenden Rohrabschnitte 42 mit jeweils größerem Durchmesser sind wie die beschriebenen ersten beiden Rohrabschnitte 42a und 42b aufgebaut. Jeder Rohrabschnitt weist abwechselnd ein glattwandiges. Teil 54 und ein gewelltes Teil 56 auf, wobei ein Teil des gewellten Teiles das glattwandige Teil mit dem kleineren Durchmesser etwa um die Hälfte überlappt und wobei die andere Hälfte des gewellten Teiles in axialer Richtung stromab vorragt. Bei dem nächsten Rohrabschnitt überlappt das glattwandige Teil mit dem größeren Durchmesser das stromauf benachbarte gewellte Teil etwa um die Hälfe und bildet mit diesem zusammen ein weiteres doypelwandiges Teil 52. Bei den folgenden Rohrabschnitten fluchten die benachbarten Enden der abwechselnd glatten Teile jeweils radial miteinander, außerdem fluchten die benachbarten Enden der gewellten Teile ebenfalls radial miteinander.The downstream pipe sections 42 each with larger diameter are constructed like the first two pipe sections 42a and 42b described. Every pipe section alternately has a smooth-walled one. Part 54 and a corrugated part 56, with part of the corrugated Part overlaps the smooth-walled part with the smaller diameter by about half and where the other half of the corrugated part protrudes downstream in the axial direction. With the next pipe section the smooth-walled part with the larger diameter overlaps the corrugated part which is adjacent upstream the half and together with this forms a further doypel-walled part 52. In the following pipe sections the adjacent ends of the alternately smooth parts are each radially aligned with one another, and the adjacent ends are also aligned Ends of the corrugated parts also radially with one another.
Gemäß der Darstellung in den Pig, 3 und 4 weisen die trapezförmigen Elemente 57 der gewellten Teile 56 nach innenAs shown in Figures 3 and 4, the trapezoidal elements 57 of the corrugated parts 56 inside
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vertiefte Teile 66, welche den glattwandigen Teil 54 mit dem kleineren Durchmesser berühren, und erhabene Teile auf, welche einen bestimmten Abstand von dem inneren Wandteil bzw. dem glattwandigen Teil 54 haben. In dem weiteren Rohrabschnitt 42b (Fig. 2) berühren die erhabenen Teile 67 das äußere bzw. glattwandige Teil 54, während die vertieften Teile 66 einen bestimmten Abstand davon haben und die Innenwand des doppelwandigen Teiles 52 bilden.recessed parts 66 which contact the smooth-walled part 54 with the smaller diameter, and raised parts which have a certain distance from the inner wall part and the smooth-walled part 54, respectively. In the further pipe section 42b (FIG. 2), the raised parts 67 touch the outer or smooth-walled part 54, while the recessed parts 66 have a certain distance therefrom and form the inner wall of the double-walled part 52.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 sind die gewellten Teile 56 an dem glattwandigen Teil 54 mittels geeigneter Befestigungsmittel 69 starr befestigt, beispielsweise durch Punktschweißung an mehreren Stellen. Die glattwandigen Teile 54 mit dem größeren Durchmesser sind ihrerseits durch geeignete Befestigungsmittel 70, vorzugsweise durch Punktschweißung an mehreren Stellen, mit den gewellten Teilen 56 mit dem kleineren Durchmesser längs der nach innen vertieften Teile 66 verbunden, welch letztere etwas abgeflacht sind, damit sich eine starrere Punktschweißverbindung ergibt. Es wird nur ein Kranz von Schweißpunkten verwendet, damit noch eine thermische Ausdehnung der Teile 54 und 56 in axialer Richtung möglich ist.According to the illustration in FIG. 4, the corrugated parts 56 are rigidly fastened to the smooth-walled part 54 by means of suitable fastening means 69 , for example by spot welding at several points. The smooth-walled parts 54 with the larger diameter are in turn connected by suitable fastening means 70, preferably by spot welding at several points, with the corrugated parts 56 with the smaller diameter along the inwardly recessed parts 66, the latter being somewhat flattened so that a more rigid one Spot welded connection results. Only a ring of weld points is used so that thermal expansion of the parts 54 and 56 in the axial direction is still possible.
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Die erhabenen Teile 67 des gewellten Teiles 56 bilden mit dem glattwandxgen Teil 54 in dem einen Rohrabschnitt 42a eine Vielzahl axialer Kanäle 72 für das Einleiten von Kühlluft, welche durch Pfeile E in den Fig. 2 und 4 angedeutet ist, aus dem Speicherraum 18 (Fig. 1) in die Br ennkammer 11.The raised portions 67 of the corrugated portion 56 form with the smooth-walled part 54 in the one pipe section 42a a multitude of axial channels 72 for the introduction of cooling air, which are indicated by arrows E in FIGS is, from the storage space 18 (FIG. 1) into the combustion chamber 11.
Bei dem weiteren Rohrabschnitt 42b ist eine weitere Vielzahl axialer Kanäle 74 durch das äußere glattwandige Teil 54 und durch die nach innen vertieften Teile des gewellten Teils 56 gebildet. Diese Kanäle dienen ebenfalls zum Einleiten von Kühlluft, welche durch Pfeile G angedeutet ist, aus dem Speicherraum 18 in die Br ennkammer 11.In the further pipe section 42b, there is a further plurality of axial channels 74 through the outer smooth-walled one Part 54 and formed by the inwardly recessed parts of the corrugated part 56. These channels serve also for introducing cooling air, which is indicated by arrows G, from the storage space 18 into the Combustion chamber 11.
Der Primärteil 32 der Brennkammer 11 ist, wie oben bereits erwähnt, mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen. Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 4 sind die Öffnungen 44 teilweise jeweils in dem glatten Wandteil 54 wie auch in den gewellten Wandteilen 56 gebildet. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Brennkammer nach der Erfindung sind die Öffnungen 44 jeweils vollständig in dem glattwandxgen Teil 54 gebildet, wie bei 44a angedeutet, und nur teilweise in dem gewellten TeilThe primary part 32 of the combustion chamber 11 is how already mentioned above, provided with a large number of openings. As shown in FIGS. 2 and 4 the openings 44 are partially each in the smooth Wall part 54 as well as in the corrugated wall parts 56 educated. In the preferred embodiment of the combustion chamber according to the invention, the openings 44 are each formed entirely in the smooth walled part 54, as at 44a indicated, and only partially in the corrugated part
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gebildet, wie bei 44b angedeutet.formed as indicated at 44b.
Im Betrieb wird Luft in dem Verdichter 12 (Pig. I) verdichtet und strömt in die Speicherkammer 18 innerhalb des Gehäuses 19 ein. Ein Teil dieser verdichteten Luft tritt durch die Primärluftöffnungen 44 in die Brennkammer ein und bildet dort mit dem Brennstoff zusammen ein Gemisch, welches verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen zu dem Mittelteil 33 der Brennkammer 11, in welchen sekundäre Luft durch die Lufteinlaßöffnungen hindurch eindringt und die Verbrennungsgase kühlt. Das Gas wird sodann durch den Übergangsteil 34 hindurch zum Auslaßteil 50 geleitet, um den Turbinenrotor 26, die Welle 27 und den Verdichterrotor 15 in Drehung zu versetzen,During operation, air is in the compressor 12 (Pig. I) compresses and flows into the storage chamber 18 within of the housing 19. Some of this compressed air enters the combustion chamber through the primary air openings 44 and forms a mixture with the fuel, which is burned. The hot combustion gases flow to the central part 33 of the combustion chamber 11, in which secondary air through the air inlet openings penetrates through and cools the combustion gases. The gas is then passed through the transition part 34 to Outlet part 50 passed to the turbine rotor 26, the To set shaft 27 and the compressor rotor 15 in rotation,
Zur Kühlung der Brennkammerwände tritt infolge des Druckabfalles zwischen dem Speicherraum 18 (Pig. I) und der Brennkammer Luft aus dem Speicherraum in die in dem ersten Rohrabschnitt 42a gebildeten Axialkanäle ein. Beim Durchströmen dieser Kanäle kühlt die Luft das innere glattwandige Teil 54 bzw. dessen stromab gelegene Hälfte und außerdem das äußere gewellte Teil bzw. dessen stromauf gelegene Hälfte, wie durch die Pfeile E in Fig. 2 angedeutet. Die Luft strömt dannIn order to cool the combustion chamber walls, the pressure drop between the storage space 18 (Pig. I) and air from the storage space into the combustion chamber into the axial ducts formed in the first pipe section 42a a. When flowing through these channels, the air cools the inner smooth-walled part 54 or its downstream located half and also the outer corrugated part or its upstream half, as by the Arrows E indicated in FIG. The air then flows
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weiter in den zweiten Rohrabschnitt 42b, wo sie das innere gewellte Teil 56 bzw. dessen stromab gelegene Hälfte kühlt. Danach strömt die Luft weiter zu dem benachbarten stromab gelegenen Teil und erzeugt eine isolierende Kühlschicht an dem radial inneren glattwandigen Teil bzw. an dessen stromab gelegener Hälfte.further into the second pipe section 42b, where they the inner corrugated part 56 or its downstream located Half cools. After that, the air continues to flow to the neighboring one downstream part and creates an insulating cooling layer on the radially inner smooth-walled part or on its downstream half.
Zusätzliche Kühlluft, welche durch die Pfeile G in den Fig. 2 und 4 angedeutet ist, tritt in dem zweiten Rohrabschnitt 42b in die axialen Kanäle 74 ein und kühlt das glattwandige Teil 54 mit dem größeren Durchmesser sowie das innere gewellte Teil 56 an der Innenseite des stromab gelegenen glattwandigen Teiles 54. Diese Mehrfachkühlung erfolgt in gleicher Vieise bei den anschließenden Rohrabschnitten.Additional cooling air, which is indicated by the arrows G in FIGS. 2 and 4, occurs in the second Pipe section 42b into the axial channels 74 and cools the smooth-walled part 54 with the larger diameter as well as the inner corrugated part 56 on the inside of the downstream of the smooth-walled part 54. This multiple cooling takes place in the same way with the subsequent ones Pipe sections.
Bei Versuchen an großen kommerziellen Gasturbinenanlagen hatten die Brennkammern im Primärteil eine Durchschnittstemperatur von etwa 870 C. Laborversuche, bei welchen die doppelwandige Brennkammer nach der Erfindung verwendet wurde, haben gezeigt, daß sich mit dem gleichen Brennstoff in dem gleichen Primärteil unter gleichen VerSuchsbedingungen eine Durchschnittstemperatur von etwa 540 0G ergibt. Das bedeutet, daß die doppelwandige Brennkammer nach der Erfindung beiIn tests on large commercial gas turbine plants, the combustion chambers in the primary part had an average temperature of about 870 C. Laboratory tests in which the double-walled combustion chamber according to the invention was used have shown that the same fuel in the same primary part under the same test conditions has an average temperature of gives about 540 0 G. This means that the double-walled combustion chamber according to the invention
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den zur Zeit üblichen Betriebsbedingungen auf einer um etwa 330 0C niedrigeren Temperatur arbeitet als Brennkammern herkömmlicher Bauart.the currently usual operating conditions at a temperature around 330 ° C. lower than conventional combustion chambers.
Diese Temperaturverringerung um 330 °C hat eine fünffache Lebensdauer der Brennkammer nach der Erfindung verglichen mit herkömmlichen Brennkammern zur Folge, während die sich durch den doppelwandigen Aufbau der Brennkammer nach der Erfindung im Verhältnis zu der herkömmlichen Brennkammer ergebende Kostensteigerung fast vernachlässigbar gering ist.This temperature reduction by 330 ° C. has a service life of five times that of the combustion chamber according to the invention compared to conventional combustion chambers, while the double-walled structure of the Combustion chamber according to the invention in relation to the conventional combustion chamber resulting in cost increase is almost negligibly small.
Wie oben bereits erwähnt, ist es wirtschaftlicher, schwere Brennstoffe mit einem hohen Gehalt an Kohlenwasserstoffen und Verunreinigungen zu verbrennen als herkömmliche leichte Brennstoffe. Da jedoch schwere Brennstoffe wesentlich mehr Wärme als leichte Brennstoffe abstrahlen, werden die Brennkammerwände heißer und die Br enkainmer lebensdauer wird entsprechend verringert. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, daß Brennkammerwandteile während des Verbrennens schwerer Brennstoffe Temperaturen von etwa 1000 0C erreichen. Bei Verwendung der doppelwandigen Brennkammer nach der Erfindung können die Brennkammerwandtemperaturen auch bei der Verbrennung schwerer Brennstoffe innerhalb des Bereiches der gegenwärtigen BetriebstemperaturenAs mentioned above, it is more economical to burn heavy fuels that are high in hydrocarbons and impurities than conventional light fuels. However, since heavy fuels emit considerably more heat than light fuels, the combustion chamber walls become hotter and the service life of the combustion chamber is correspondingly reduced. For example, it is not uncommon for combustion chamber wall parts to reach temperatures of about 1000 ° C. during the burning of heavy fuels. When using the double-walled combustion chamber according to the invention, the combustion chamber wall temperatures can also be within the range of the current operating temperatures when burning heavy fuels
gehalten werden und die Brennkammer nach der Erfindung hat trotzdem die gleiche Lebensdauer wie herkömmliche Brennkammern, in welchen nur leichter Brennstoff bzw. Leichtöl verbrannt wird.'are held and the combustion chamber according to the invention still has the same service life as conventional ones Combustion chambers in which only light fuel or light oil is burned. '
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