DE2406277C2

DE2406277C2 - Cooling air inlet

Info

Publication number: DE2406277C2
Application number: DE2406277A
Authority: DE
Inventors: Milton James Cincinnati Ohio Kenworthy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-02-12
Filing date: 1974-02-09
Publication date: 1986-06-26
Also published as: JPS5743813B2; FR2217548B1; GB1459500A; CA1004047A; BE810902A; JPS49112014A; DE2406277A1; FR2217548A1; IT1006333B; US3845620A

Description

56 und zu einer Turbine 58 strömen. Durch dieses austretende Strömungsmittel wird die Turbine angetrieben, und ein Teil dieser Energie dient zum Antrieb des stromaufwärtigen Verdichters über eine Verbindungswelle. Die übrige Energie des Gasstromes ergibt einen Antriebsschub nach links in F i g. 1.56 and flow to a turbine 58. Through this exiting Fluid drives the turbine, and some of this energy is used to power the turbine upstream compressor via a connecting shaft. The rest of the energy of the gas flow results in one Drive thrust to the left in FIG. 1.

Gemäß F i g. 1 ist die Rammrohrwand 34 in eine Anzahl axial benachbarter Segmente unterteilt Ein Segment 60 ist dabei teleskopartig mit einem stromabwärtigen Segment 62 mit Hilfe einer Verbindungsstelie 64 verbunden. An dieser Verbindungsstelle sind Mittel vorgesehen, um Kühlmittel aus dem Sammelraum 36 als Kühlfilm auf die Flammrohrwand 34 zu richten, welche den Heißgas-StrömungsKanal (die Verbrennungszone 44) begrenzt. Das Segment 60 grenzt sowohl an den is Sammelraüm 36 als auch an die Verbrennungszone 44 an. Das Segment 62 begrenzt ebenfalls den Sammelraum 36 und den Heißgas-Strömungskanal. Diese Flammrohrwandsegmente 60, 62 wirken zusammen zur Bildung einer Tasche 86, welche einen im wesentlichen strornabwärtigen Auslaß aufweist Die Tasche 86 ist an ihrem stromaufwärtigen Ende geschlossen und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Flammrohrwand 34 herum und bildet damit einen im wesentlichen kreisringförmigen Raum, welcher mit Ausnahme des Auslasses von der Verbrennungszone abgeschirmt ist.According to FIG. 1 is the ram pipe wall 34 in a number axially adjacent segments divided A segment 60 is telescopic with a downstream Segment 62 connected by means of a connecting point 64. Means are provided at this connection point to direct coolant from the collecting space 36 as a cooling film onto the flame tube wall 34, which delimits the hot gas flow channel (the combustion zone 44). The segment 60 is adjacent to both the is Collection space 36 as well as to the combustion zone 44 at. The segment 62 also delimits the collecting space 36 and the hot gas flow channel. These Flame tube wall segments 60, 62 cooperate to form a pocket 86, which a substantially downstream outlet. Pocket 86 is on its upstream end closed and extending in the circumferential direction around the flame tube wall 34 and thus essentially forms one circular space which, with the exception of the outlet, is shielded from the combustion zone.

Die Grundfunktion der Tasche 86 besteht darin, einen Bereich zu schaffen, der im wesentlichen von der Verbrennungszone abgeschirmt ist und in dem eine Geschwindigkeitsdiffusion des Kühlmittels erfolgen kann. Ferner soll das Kühlmittel in Form einer kühlenden und schützenden Filmgrenzschicht auf die Flammrohrwand 34 gerichtet werden, ohne daß hierbei die Gefahr einer Turbulenz und des Einsaugens der heißen Gase bestehtThe basic function of the pocket 86 is to provide a To create an area which is substantially shielded from the combustion zone and in which a velocity diffusion the coolant can be done. Furthermore, the coolant should be in the form of a cooling and Protective film boundary layer are directed to the flame tube wall 34 without the risk of a There is turbulence and the sucking in of the hot gases

Um die Festigkeit der Flammrohrwände 34, 40 aufrechtzuerhaUen und auch noch die Zumessung einer angemessenen Kühlmittelströmung zu unterstützen, sind mehrere auf den Umfang im Abstand angeordnete öffnungen 76, 88 vorgesehen, welche eine Strömungsmittelverbiridung zwischen der Tasche 86 und dem Sammelraum 36 herstellen. Diese Öffnungen 76,88 ergeben eine Überführungseinrichtung zur Lieferung von kaltem Kühlmittel (Luft) aus dem Sammelraum 36 in die Tasche in einer Vielzahl von einzelnen Strahlen in einer solchen Weise, daß — wie beim Stand der Technik in der Nähe aer Öffnungen im Innern der Tasche — Geschwindigkeitsgradienten in Umfangsrichtung bestehen. Derartige Gradienten sind die Grundlage für die förderung des ausgedehnten Lippenteils nach dem Stand der Technik und verursachen bei Abwesenheit dieses Lippenteils heiße Streifen und gestatten eine übermäßige Turbulenz und ein Einsaugen der Heißgase und vermindern auf diese Weise die Wirksamkeit der schützenden FilmgrenzschichtTo maintain the strength of the flame tube walls 34, 40 and also to support the metering of an adequate coolant flow, a plurality of openings 76, 88 are provided on the circumference which are spaced apart and which provide a fluid connection between the pocket 86 and the plenum 36. These openings result in 76.88 a transfer device for supplying cold coolant (air) from the plenum 36 into the Pocket in a plurality of individual beams in such a way that - as in the prior art in near the openings inside the pocket - velocity gradients exist in the circumferential direction. Such gradients are the basis for the promotion of the expanded lip part according to the prior art and cause in the absence of this lip part hot streaks and allow excessive turbulence and induction of the hot gases and diminish in this way the effectiveness of the protective film boundary layer

Fig.2 zeigt ein Ausführiingsbeispiel der Erfindung im Detail. Dort begrenzt ein Flammrohrsegment 80 den Heißgas-Strömungskanal und auch den Sammelraum, wobei das siromabwärtige Segment 82 die gleichen Funktionen erfüllt. Die beiden Segmente arbeiten an einer Verbindung 84 zusammen und bilden dort die Tasehe 86. Zum Einleiten von Kühlmittel aus dem Samrnelraum in die Tasche 86 sind öffnungen 88, vorgesehen, die an der Verbindungsstelle 84 auf dem Umfang im Abstand angeordnet sind. Ein stromabwärtiger Auslaß 90 öffnet sich zu einer relativ kurzen überhängenden Lippe 92. Die Tasche 86 bildet einen im wesentlichen kreisringförmigen axial /erlaufenden Raum und liegt stromabwärts von den öffnungen 88. Die öffnungen 88 sind zwischen dem Hauptteil der Tasche 86 (und einem stromabwärts gelegenen verschlossenen Ende 94 derselben) und dem Auslaß 90, bezogen auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels angeordnet Weiterhin liegt der Hauptteil der Tasche auf einer Achse 96, welche radial von dem Strömungsweg 98 beabstandet ist, der dem Kühlmittel durch die überhängende Lippe 92 vermittelt wird.2 shows an exemplary embodiment of the invention in detail. There a flame tube segment 80 delimits the hot gas flow channel and also the collecting space, the downstream segment 82 fulfilling the same functions. The two segments are working on a connection 84 and form the pocket 86 there. For introducing coolant from the collection space in the pocket 86 openings 88 are provided, which at the connection point 84 on the circumference in Are arranged spaced. A downstream outlet 90 opens into a relatively short overhanging one Lip 92. The pocket 86 forms a substantially annular axial / extending space and lies downstream of the openings 88. The openings 88 are between the main part of the pocket 86 (and a downstream closed end 94 thereof) and the outlet 90, based on the direction of flow of the coolant the majority of the pocket on an axis 96 which is radially spaced from the flow path 98, the is conveyed to the coolant through the overhanging lip 92.

Im Betrieb wird Kühlluft aus dem umschließenden Sammelraum durch die öffnungen 88 und in die Tasche 86 eingeleitet Infolge der Richtung der Öffnungen 88 wird die Luft gegen das geschlossene Ende 94 gerichtet, wobei die Geschwindigkeiten der einzelnen Luftstrahlen aufgebrochen werden. Die Strömung wird anschließend in ihrer Richtung umgekehrt und weiter vergleichmäßigt Die Strömung wird dann entlang einer stromaufwärts gerichteten, ringförmig verlaufenden Lippe 102 geleitet und um diese gewendet vor dem Erreichen des Auslasses 90. Diese Umlenkung der Strömung unterstützt weiterhin den Aufbau eirr; im wesentlichen gleichförmigen Geschv/indigkeitsprofils ir. Umfangsrichtung. Die Strömung wird schließlich durch die Lippe 92 als Film auf das Flammrohrsegment 82 gerichtetDuring operation, cooling air is drawn from the surrounding collecting space through the openings 88 and into the pocket 86 initiated As a result of the direction of the openings 88, the air is directed towards the closed end 94, whereby the velocities of the individual air jets are broken up. The flow will subsequently reversed in their direction and more evened out The flow is then along an upstream directed, annular lip 102 guided and turned around this before reaching of the outlet 90. This deflection of the flow continues to support the build-up of eirr; essentially Uniform speed profile ir. circumferential direction. The flow is ultimately directed onto the liner segment 82 by the lip 92 as a film

Auf diese Weise dient das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 zur Förderung einer voll anhaftenden Grenzschicht mit geringer Turbulenz, welche als Grenzschicht gegen die unmittelbare Beeinflussung der Segmente der Flammrohrwände 34 und 40 durch extreme Temperaturen der Verbrennungsgase im Innern des Heißgas-Strömungsweges 44 dient Die Tatsache, daß eine wirksame Diffusion der Geschwindigkeiten der einzelnen, in die Tasche 86 eingeführten Kühlluftstrahlen vor dem Kontakt des Kühlmittels mit der überhängenden Lippe 92 erfolgt, gestattet die Verwendung einer relativ kurzen und festen überhängenden Lippe 92 bei gleichzeitiger Beibehaltung einer wirksamen Filmausbreitung. In this way, the embodiment according to Figure 2 is used to promote a fully adherent Boundary layer with low turbulence, which acts as a boundary layer against the direct influence of the segments the flame tube walls 34 and 40 by extreme temperatures of the combustion gases inside the The hot gas flow path 44 serves the fact that an effective diffusion of the velocities of the individual jets of cooling air introduced into the pocket 86 before the coolant comes into contact with the overhanging Lip 92 allows a relatively short and strong overhanging lip 92 to be used while maintaining effective film spreading.

F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 hauptsächlich in den relativen Proportionen der Abmessungen unterscheidet. In diesem Ausführungsbeispiel besitzt die Tasche 86a einen Auslaß 90a, welcher im wesentlichen in gleicher Ebene mit dem geschlossenen Ende 94a ist. Die überhängende Lippe 92a ist äußerst kurz und ebenso die stromaufwärts gerichtete Lippe 102a. In diesem Ausführungsbeispiel kann angenommen werden, daß innerhalb der Tasche 86a nur relativ geringe Geschwindigkeitsgradienten verteilt werden müssen, so daß die Gesamtabmessungen der Tasche auf einem Mindestmaß gehalten werden können. In seiner Funktion ist dieses Ausführungsbeispiel im wesentlichen äquivalent dem Ausführungsbeispiel nach Fig.!F i g. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 2 differs mainly in the relative proportions of the dimensions. In this embodiment the pocket 86a has an outlet 90a which is substantially in the same plane as the closed one End is 94a. The overhanging lip 92a is extremely short, as is the upstream lip Lip 102a. In this embodiment it can be assumed that only relatively small speed gradients must be distributed, so that the overall dimensions of the Bag can be kept to a minimum. This embodiment is essentially in its function equivalent to the embodiment according to FIG.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Cooling air inlet for introducing a cooling air film from an air duct running between a flame tube and the surrounding housing of a gas turbine combustion chamber along the inner surface of the flame tube wall facing the combustion chamber, containing an annular pocket with air inlet openings formed in the flame tube wall and extending outwards into the air duct and an annular lip (92, 92a) which continues the flame tube wall section upstream of the pocket, at least partially covers the pocket towards the combustion chamber, and forms an annular outlet with the flame tube wall section downstream of the pocket, characterized by a flame tube wall section (82) downstream of the pocket (86) , 86a,> in the upstream direction continuing annular lip (102, WIa) which forms part of the wall of the pocket (86,86a;)

2525th

The invention relates to a cooling air inlet according to the preamble of the patent claim. One of those Cooling air inlet is described in CH-PS 5 29 916.

One of the most effective known combustion chamber cooling methods is the formation of a protective Boundary film of cold air or another coolant between the hot combustion gases and the flame tube that surrounds the interior of the combustion chamber. For effective film spreading, facilities must be provided be provided to apply the coolant in the form of a film to the inner surface of the flame tube to judge. These devices must allow for "sticking" (i.e. the arrangement of the coolant in a Boundary layer immediately next to the flame tube wall to be protected) without evaporation or absorption of hot gases from the combustion zone. Such a recording would reduce the effectiveness of the film cooling nullify, so that a turbulent exchange would then be generated, causing the hot combustion gases impinge directly on the flame tube wall.

Effective adhesion requires the coolant to flow at a substantially uniform rate from the coolant source over the entire circumference of the flame tube in order to do this avoid excessive turbulence and also intermittent hot streaks or hot spots, Otherwise it would naturally occur in the absence of uniform protection by a film. At the same time usually have the known devices for introducing the coolant from the surrounding Collecting space in the flame tube several spaced apart openings. These openings are used for several reasons. One reason is that strong mechanical loads are placed on the Flame tube require significant mechanical strength and therefore a more homogeneously designed Prevent transmission system, for example, by a continuous circumferential slot or the like Facilities is shown. In addition, the openings result in a more precise measuring device

as a uniform slot.

It has therefore become common (see CH-PS 5 29 916 mentioned at the beginning) to have a relatively long, axially overhanging one Use the head part to direct the coolant to the heated side of the flame tube and the To give coolant an opportunity to flow together from the individual jets into a broad, uniform film. Although this overhanging lip part in terms of avoiding evaporation and it has been shown to be relatively powerful in promoting adherence step in the lip portion the thermal stresses occurring during combustion often distortions, so that the long Lippe is then no longer able to carry out its function appropriately.

It is the object of the invention to design a cooling air inlet of the type mentioned at the beginning in such a way that that the function of a long flow guide lip obtained by a device with high structural strength will.

The object is achieved according to the invention by the measure according to the characterizing part of the patent claim solved

The advantages that can be achieved with the invention are in particular that not only a mixing and uniform expansion of the coolant jets to form a coherent cooling film is achieved, but in addition two shorter lips are used, each of which has a much higher strength This means that deformations can essentially be avoided, so that an accurate Control of the cooling film on the inner surface of the flame tube is possible

The invention will now be explained in more detail with reference to the description and drawing of exemplary embodiments

Fig. 1 shows a sectional view of a combustion chamber with a flame tube according to an embodiment of the invention.

F i g. Fig. 2 is a sectional view showing another embodiment of the invention.

F i g. 3 is a view similar to FIG. 2 and shows a further embodiment of the invention.

F i g. 1 shows a combustion chamber 30, which has an outer jacket 32 and an axially split flame tube wall 34 has, between which an outer collecting space 36 is formed. An inner jacket 38 forms together with an inner part of a further flame tube wall 40 for the combustion zone, a radially inner one Collection space 42 for the coolant. The combustion zone 44 itself is through the flame tube walls 34 and 40 and also formed by an upstream dome 46. This cooperates with a fuel nozzle 48, through which the fuel is directed into the combustion zone for combustion. An inlet 50 for Air / fuel is formed between axial extensions 52 and 54 of the flame tube walls 34 and 40, respectively.

In operation, a flow of atmospheric air with the aid of a compressor, not shown, is upstream compressed by the combustion zone 44, with the air discharged from the compressor partially in the plenums 36 and 42 and also into the inlet 50 for fuel / air. An amount of fuel is mixed with that part of the air which enters the inlet 50 for fuel / air, and inside the Combustion zone 44 ignited. The rapid expansion of the burning gases and the design the flame tube walls 34 and 40 cause the gases from the combustion / onc 44 through an outlet