DE2550100C2 - Einrichtung zur Kühlung einer durch Verbrennungsgasebeaufschlagten Strömungskanalwand von Gasturbinentriebwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung einer durch Verbrennungsgase beaufschlagten Sirömungskanalwand von Gasturbinentriebwerken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus der AT-PS 1 98 073 ist eine Anordnung zur Kühlung einer durch Verbrennungsgase beanspruchten Wand, insbesondere von Kesseln, Industrieöfen und dgl., mit einer an die Außenfläche dieser Wand angrenzenden, in einzelne benachbarte Segmente unterteilten Kühlkammer bekannt Die KühlKammersegmeme sind jeweils durch eine zu der zu kühlenden Wand parallele Trennwand in einen der zu kühlenden Wand zugewandten inneren Abschnitt und einen äußeren, von der zu kühlenden Wand entfernten Abschnitt unterteilt. Der äußere Kühlkammerabschnitt ist an einen Kühllufteinlaß angeschlossen und bildet eine Kühlluftverteilerkammer, aus welcher eine Anzahl von mit gegenseitigen Abständen angeordneten Kühlluftdüsen ausmündet, die in Form kurzer, von der Trennwand zwischen den inneren und dem äußeren Kühlkammerabschnitt ausgehender und auf die zu kühlende Wand gerichteter Rohrstutzen ausgebildet sind. Der zwischen den einzelnen Düsen verbleibende Raum des inneren Kühlkammerabschnitts bildet einen Sammelraum für verbrauchte Kühlluft und steht mit einem Auslaß in Verbindung.

Die bei der bekannten Anordnung stattfindende Aufprallkühlung der zu kühlenden Wand hat den Vorteil, daß durch die aus den Düsen austretenden, auf die zu kühlende Wand auftreffenden Kühlluftstrahlen eine intensive Kühlung stattfindet, da sich auf der zu kühlenden Wand keine den Zutritt frischer Kühlluft verhindernde Grenzschicht aus erwärmter Kühlluft ausbilden kann.

Nachteilig wäre die bekannte Anordnung bie ihrer Anwendung zur Kühlung einer Strömungskanalwand &o von Gasturbinentriebwerken aber insoweit, als die bekannte Konstruktion einerseits ein relativ hohes Gewicht bedingt und andererseits die Minimierung der Höhe der Kühlkammer in radialer Richtung des Strömungskanals durch die Summe der Höhen der Kühlluftverteilerkammern und der Sammelkammer für verbrauchte Kühlluft begrenzt ist. Berücksichtigt werden muß bei einem Gasturbinentriebwerk auch die stark unterschiedliche Wärmeausdehnung der verschiedenen Bauteile, was im Zusammenhang mit der Forderung nach möglichst hoher Dichtigkeit des Kühlluftsystems zur Vermeidung des Ausleckens zu großer kalter Kühlluftmengen in das heiße Treibmittel zu Problemen führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Gattung unter Beibehaltung des Prinzips der Aufpral'kühlung im Hinblick auf die besonderen Anforderungen hinsichtlich Gewicht und radialer Bauhöhe bei Gasturbinentriebwerken zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Anordnung gelöst.

Damit wird erreicht, daß die Sammelkammer für verbrauchte Kühlluft praktisch zwischen den Kühlluftverteilerkammern gelegen ist und dadurch eine sehr geringe Bauhöhe der Kühlkammer möglich ist. Die Ausbildung der Kühlluftverteilerkammern einschließlich der Kühlluftdüsen als einfache Rohre mit Austrittsöffnungen ergibt eine fertigungstechnisch sehr einfache Konstruktion, bei der sich unterschiedliche Wärmeausdehnungen der einzelnen Teile mühelos beherrschen lassen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, daß zahlreiche kleine Kühlluftdüsen auf einer gegebenen Fläche untergebracht werden können und dadurch eine bessere Verteilung der Kühlluft durch zahlreiche, aber feine Strahlen erreicht wird, wobei im Verhältnis zur Gesamtdüsenaustrittsfläche nur wenig Leitungswandmaterial erforderlich ist und dadurch das Gewicht niedrig gehalten werden kann. Auch die für eine wirksame Aufprallkühlung notwendige schnelle Abführung der verbrauchten Kühlluft wird verbessert, indem diese bei der erfindungsgemäßen Konstruktion zwischen den die Kühlluftverteilerkammern bildenden Rohren in den radial äußeren Kühlkammerbereich abströmen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung."äher beschrieben, in welcher zeigt

Fig. I in schematischem Axialiialbschnitt die erste Turbinenstufe eines Gasturbinentriebwerks mit einer Kühleinrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie U-II in Fig.l.

Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt eines Gasturbinentriebwerks umfaßt einen sich an den Brennkammerauslaß anschließenden Leitschaufelkranz 8 und ein Turbinenlaufrad 6 mit Laufschaufeln 5, die Fußplatten 7 aufweisen. Der durch die Turbine führende, von den aus der Brennkammer kommenden Verbrennungsproduk-'pn durchströmte Strömungskanal 10 ist radial außen von einer Strömungskanalwand 11 begrenzt, deren Innenfläche IM durch die heißen Verbrennungsgase beansprucht wird und an deren Außenfläche 115 eine Kühlkammer 12 angrenzt.

Innerhalb der Kühlkammer 12 ist, wie auch aus F i g. 2 hervorgeht, eine Anzahl von mit gegenseitigen Abständen etwa parallel zum Strömungskanal 10 verlaufenden Rohren 13 angeordnet, zwischen denen Zwischenräume 14 verbleiben.

Diese Rohre 13 bilden Kühlluftverteilerkammern, die mit stromaufwärtigen Einlassen 16 mit einer Luftkammer 2 in Verbindung stehen, aus welcher sie mit Kühlluft gespeist werden, und die in ihren der Strömungskanalwand 11 zugewandten Rohrwandbereichen 13/4 mit Austrittsöffnungen 15 versehen sind, die als Kühlluftdü-

dienen und Kühlluftstrahlen /zur Außenfläche llß Strömungskanalwand 11 hin richten. Nach dem treffen auf die Strömungskanalwand-Außenfläche !strömt die verbrauchte Kühlluft gemäß den Pfeilen die Zwischenräume 14 zwischen den Rohren 13 und gelangt dann zu Auslässen 17, durch welche sie aus der Kühlkammer 12 in die Leitschaufeln 8 eintritt, um diese zu kühlen, und schließlich durch Austrittsöffnungen in den LeitSvjhaufelhinterkanten in den Strömungskana! 10 austritt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur Kühlung einer durch Verbrennungsgase beaufschlagten Strömungskanalwand von Gasturbinentriebwerken, mit einer an die Außenfläche der Strömungskanalwand angrenzenden Kühlkammer, innerhalb welcher eine Anzahl von Kühlluftverteilerkammern mit auf die Strömungskanalwand gerichteten Kühlluftdüsen angeordnet ist, wobei der von den Kühlluftverteilerkammern nicht erfüllte Kühlkammerraum eine an einen Auslaß angeschlossene Sammelkammer für verbrauchte Kühlluft bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftverteilerkammern als mit gegenseitigen Abständen etwa parallel zum Strömungskanal verlaufende Rohre (13) ausgebildet sind, in deren der Strömungskanalwand (11) zugewandten Rohrwandbereichen (13A) die Kühlluftdüsen bildende Austrittsöffnungen (15) vorgesehen sind.