DE2606005A1 - Strahlrohr zur heissgasfuehrung - Google Patents

Strahlrohr zur heissgasfuehrung

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DE2606005A1 DE19762606005 DE2606005A DE2606005A1 DE 2606005 A1 DE2606005 A1 DE 2606005A1 DE 19762606005 DE19762606005 DE 19762606005 DE 2606005 A DE2606005 A DE 2606005A DE 2606005 A1 DE2606005 A1 DE 2606005A1
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Description

Strahlrohr zur Heißgas führung
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Strahlrohr zur Heißgasführung, welches zwecks Hindurchleitung eines Kühlmittels, vorzugsweise Wasser, doppelwandig ausgebildet ist und eine Drosselklappe aufweist, die um eine quer zur Strahlrohrlängsachse verlaufende Drehachse verschwenkbar ist.
Strahlrohre der eingangs genannten Art werden z.B. zur Brennkammererprobung von Gasturbinenstrahltriebwerken eingesetzt, wobei die schwenkbare Drosselklappe als Simulator einer der Brennkammer nachgeschalteten Turbine fungiert.
Demgemäß sind derartige Strahlrohre relativ hohen sowie auch häufig wechselnden Temperaturen ausgesetzt.
Hierzu ist es grundsätzlich bekannt, die temperaturbelasteten Bauteile zu kühlen, und zwar unter Verwendung von Luft oder Wasser als Kühlmittel.
T-485 - 2 -
709834/0062
Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß trotz Kühlung der temperaturbelasteten Bauteile des Strahlrohrs erhebliche Schwierigkeiten bestehen, die bei neuzeitlichen Gasturbinentriebwerken auftretenden Temperaturen, z.B. eine Turbineneintritts.temperatur von 1200° C oder darüber, zu beherrschen; unterschiedliche Materialanhäufungen an den temperaturbelasteten Bauteilen haben zu Wärme spannung en und Materialrissen geführt.
Weiter haben sich trotz Kühlung die temperaturgefährdeten Bauteile bereits schon bei gefahrenen Tei relativ starke Verzuixlerungen ergeben.
teile bereits schon bei gefahrenen Temperaturen von etwa 800° C
Insbesondere bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel hat es weiter nach wie vor Schwierigkeiten bereitet, den geforderten hohen Temperaturbelastungen sowie Temperaturschwankungen wirtschaftlich vertretbar zu begegnen; d.h., eine eingangs genannte Anlage könnte so lange nicht in Betrieb genommen werden, bis ein z.B. durch hohe T empeiatarb el astungen aufgetretener Schaden nicht örtlich repariert worden wäre; dies gilt insbesondere auch für den drosselseitigen Strahlrohrbereich, wobei neben der besonderen Temperaturgefährdung der Drosselklappe selbst auch deren Schwenkmechanismus, bzw. die Anordnung der Schwenklager, zu berücksichtigen wären.
10.2.1976 ' - 3 -
709834/00.62
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zu Bekanntem vorgebrachten Nachteile zu beseitigen und ein Strahlrohr der eingangs genannten Art zu schaffen, welches den Anforderungen hinsichtlich einer optimalen Kühlung auch bei relativ starken Heißgastemperaturschwankungen wirtschaftlich besser gerecht werden soll.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe schlägt die Erfindung hauptsächlich vor, daß das Strahlrohr in der Ebene der Drehachse der Drosselklappe teilbar ist, wobei dem vor und hinter der Teilungsebene gelegenen Strahlrohrabschnitt sowie der Drosselklappe selbst jeweils voneinander gesonderte Kühlwasserkreisläufe zugeordnet sind.
Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, den einzelnen Strahlrohrabschnitten sowie der Drosselklappe selbst die mit Rücksicht auf deren Anordnung und deren Formgestaltung sowie im Hinblick auf deren zu erwartende Temperaturbelastung jeweils am geeignetste! erscheinende Kühlmittelführungsgestaltung zuzuordnen. Ferner kann pro Strahlrohrabschnitt und für die Drosselklappe der jeweilige Kühlmitteldurchsatz getrennt voneinander steuerbar sein.
Im Falle eines Defektes besteht weiter die Möglichkeit, die Drosselklappe oder einen Rohrabschnitt einschließlich des jeweils zugehörigen Kühlsystems auszutauschen.
10.2.1976 - 4 -
709834/0062
Diese Austauschbarkeit wirkt sich auch insofern vorteilhaft aus, als mit Rücksicht auf veränderte thermodynamische Bedingungen veränderte Strahlrohrbaugruppen, z.B. ein rein zylindrischer Rohrabschnitt durch einen mit in Richtung der Gasströmung zunehmenden Durchmesser versehenen Rohrabschnitt ersetzt werden kann.
In den Zeichnungen ist die Erfindung einschließlich dieselbe weiter ausgestaltender Merkmale beispielsweise weiter erläutert; in den Zeichnungen ist
Pig. 1 die schematische Darstellung eines entlang der Längsmittelebene aufgeschnitten abgebildeten Strahlrohrs,
Fig. 2 die Rückansicht der Drosselklappe, teilweise aufgeschnitten dargestellt,
Pig. 5 die Seitenansicht der Drosselklappe in Blick-
richtung//der Pig. 2 sowie teilweise in Längsrichtung aufgeschnitten dargestellt,
Fig. 4 ein Teillängsschnitt des unten abgebrochen gezeichneten sowie stromaufwärtig der Drosselklappe anzuordnenden Strahlrohrabschnitts,
10.2.1976 - 5 -
709834/0062
Pig. 5 ein Teillängsschnitt des stromabwärtig der Drosselklappe anzuordnenden Strahlrohrabschnitts und
Pig. 6 eine Rohrhälfte gemäß Schnittansicht nach der Linie A-B der Fig. 5.
Fig. 1 erläutert schematisch ein Strahlrohr zur Heißgasführung, welches zwecks Hindurchleitung eines Kühlmittels, vorzugsweise Wasser, doppelwandig ausgebildet ist und eine Drosselklappe 2 aufweist, die um eine quer zur Strahlrohrlängsachse 3 verlaufende Drehachse 4- verschwenkbar ist. Das Strahlrohr ist in der Ebene der Drehachse 4 der Drosselklappe 2 teilbar, wobei den vor und hinter der Teilungsebene gelegenen Strahlrohrabschnitten 5, 6 sowie der Drosselklappe 2 selbst jeweils voneinander gesondere Kühlvjasserkreisläufe zugeordnet sind.
Die Drosselklappe 2 befindet sich hier beispielsweise in der waagerechten Stellung, in der die Heißgasströmung (Pfeile G) vom Rohrabschnitt 5 über die Drosselklappe 2 hinweg zum Strahlrohrabschnitt 6 gänzlich freigegeben ist.
Der Jeweilige Kühlwasserkreislauf ist der Reihe nach für den Strahlrohrabschnitt 5» die Drosselklappe 2 sowie für den Strahlrohrabschnitt 6 durch die Pfeile K^, Kp sowie K, schematisch symbolisiert.
10.2.1976 709834/0062
Die Drosselklappe 2 besteht im wesentlichen aus einem Klappenkern 7 und einem denselben unter Belassung eines Kuhlmittelspaltes 8 gleichförmig umhüllenden Außenmantel 9.
Wie dann weiter besser aus den I1Xg. 2 und 3 hervorgeht, sollen die Drehzapfen 10, 11 der Drosselklappe 2 als hohlzylindrische Kühlmittelführungen an diesen Kühlmittelspalt 8 angeschlossen sein.
Um zu erreichen, daß vor allen Dingen auch in einer quer zur Gas Strömungsrichtung G (Fig. 1) eingestellten Schwenk- bzw. Drosselstellung der Drosselklappe 2 eine möglichst gleichförmige Kühlwasserverteilung im Kühlmittel spalt 8 gewährleistet bleibt, ist der Kern 7 äer Drosselklappe 2 mit im wesentlichen sich über die gesamte Oberfläche erstreckenden Führungsrippen 12, 13 versehen, die den Kühlmittel spalt 8 in quer zur Gasströmungsrichtung verlaufende KühlmittelSektoren aufteilen.
Innerhalb der zwischen der jeweiligen Innen- und Außenwand 15, 14- bzw. 17, 16 eines Strahlrohr abschnitt es 5 bzw! 6 gebildeten Kühlkanäle 18, 19 (Fig. 1) können in fiohrlängsrichtung sich erstreckende Zwischenstege 20 bzw. 21 (Fig. 4-) bzw. (Fig. 5) angeordnet sein. Diese Maßnahme soll eine optimale Kühlwasserverteilung über den jeweiligen Strahlrohrumfang und damit gleichförmige Temperaturverteilung beim Kühlprozeß gewährleisten. Hierzu ist es gemäß Fig. 4- und 5 weiter
10.2.1976 - 7 -
709834/0062
Ai
vorgesehen, daß die Zwischenstege 20 bzw. 21 an der jeweiligen Außenwand 14 "bzw. 16 eines Strahlrohrabschnitts 5 "bzw. 6 "befestigt und gegenüber der jeweils zugehörigen Innenwand 15 bzw. 17 radial beabstandet angeordnet sind.
Vie weiter aus den I'ig. 4 und 5 ersichtlich ist, soll den Strahlrohrabschnitten 5 bzw. 6 jeweils ein koaxial entlang deren Außenwänden 14 bzw. 16 verlaufendes Zuflußrohr 22 bzw. 23 und ein Abflußrohr 24 bzw. 25 für das Kühlmittel zugeordnet sein, von denen jedes über einen eigenen, die zugehörige Außenwand 14 bzw. 16 zumindest über einen Teil der gesamten Rohrlänge ummantelnden Ringraum 26 bzw. 27 (I'ig- 4) und 28 bzw. (Fig. 5) mit dem zwischen Außen- und Innenwand gebildeten Kühlkanal 18 bzw. 19 in Verbindung steht, in welchen das Kühlmittel entgegen der Gasströmungsrichtung einbringbar ist, um so den Kühleffekt weiter zu intensivieren.
Gemäß Ifig. 5 ist der hinter der Drosselklappe 2 angeordnete Strahlrohrabschnitt 6 für eine gezielte Kühlung der temperaturgefährdeten Strahlrohraustrittskante am Rohrende von einem rotationssymmetrischen, kragenförmig nach außen gewölbten Abschnitt der Innenwand 17 gebildet, der zusammen mit dem zugeordneten Einlaßrohr 23 den für die Kühlmittelbeaufschlagung des Kühlkanals 19 vorgesehenen Ringraum 28 bereitstellt, in welchen der Kühlkanal 19 anhand des im Sinne der Innenwand 17 zumindest teilweise nach außen abgebogenen Endes der Außenwand 16 hineinragt,
10.2.1976 - 8 -
709834/0062
260S00S
Die Zu- und Abflußrohre 22, 23, 24, 25 können mehrere gleichförmig über deren Umfang verteilt angeordnete Rohrstutzen für eine gleichförmige Kühlmittelzu- bzw. -abführung aufweisen, wie dies z.B. in Fig. 6 durch die am Zu- und Abflußrohr 23 und 25 angeordneten Rohrstutzen 30, 31 verdeutlicht ist.
Vie weiter aus den Pig. 4· und 5 ersichtlich ist, kann Jedes Zu- bzw. Abflußrohr 22, 23 bzw. 24, 25 mit mindestens einem Entlüftungsventil 32, 33 bzw. 34, 35 versehen sein.
Zur Kompensation thermisch verursachter Materialspannungen an der Drosselklappe 2 kann der Außenmantel 9 der Drosselklappe 2 lose auf den mit dem Kern 7 drehfest verbundenen Drehzapfen Ίο, 11 sitzen.
Mit 36 und 37 sind in den I1Xg. 5 und 6 Lagerklötze bezeichnet, die einen Verbindungsflansch 38 aufweisen und fernerhin eine Abdichtung gegenüber der Atmosphäre am dem Abflußrohr 25 abgewandten Ende des Kühlkanals 19 sowie des Ringraums 29 bewirken.
Gleiches gilt sinngemäß für den am Ende des Rohrabschnitts 5 angeordneten Lagerklotz 39·
T-485
10.2.1976
70983-4/0062

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Strahlrohr zur Heißgasführung, welches zwecks Hindurchleitung eines Kühlmittels, vorzugsweise Wasser, doppelwandig ausgebildet ist und eine Drosselklappe aufweist, die um eine quer zur Strahlrohrlängsachse verlaufende Drehachse verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr in der Ebene der Drehachse (4) der Drosselklappe (2) teilbar ist, wobei dem vor und hinter der Teilungsebene gelegenen Strahlrohrabschnitt (5, 6) sowie der Drosselklappe (2) selbst jeweils voneinander gesonderte Kühlwasserkreislaufe zugeordnet sind.
    2. Strahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (2) im wesentlichen aus einem Klappenkern (7) und einem denselben unter Belassung eines Kühlmittelspaltes (8) gleichförmig umhüllenden Außenmantel (9) besteht, wobei die Drehzapfen (10, 11) der Drosselklappe (2) als hohlzylindrische Kühlmittelführungen an diesen Kühlmittelspalt (8) angeschlossen sind.
    -485
    709834/00S2
    ORIGINAL INSPECTED
    3. Strahlrohr nach. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eern (7) der Drosselklappe (2) mit im wesentlichen sich über die gesamten Oberfläche erstreckenden Führungsrippen (12, 13) versehen ist, die den zwischen dem Kern (7) und dem Außenmantel (9) gebildeten Kühlmittelspalt (8) in quer" zur Gasströuiungsrichtung (G) verlaufende Kühlmittelsektoren aufteilen.
    4. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1,2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zwischen der jeweiligen Innen- und Außenwand (155 14-) eines Strahlrohrabschnittes (5) gebildeten Kühlkanals (18) sich in Sohrlängsrichtung erstreckende Zwischenstege (20) angeordnet sind.
    5- Strahlrohr nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstege (20) an der jeweiligen Außenwand (14) eines Strahlrohrabschnitts (5) befestigt und gegenüber der jeweils zugehörigen Innenwand (15) radial beabstandet angeordnet sind.
    6. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß dem stromaufwärtig sowie dem stromabwärtig der Drosselklappe (2) angeordneten Strahlrohrabschnitt (5) bzw. (6) jeweils ein koaxial entlang deren Außenwänden (14) bzw. (16) verlaufendes Zufluß- (22) bzw. (23) und ein Abflußrohr (24) bzw. (25) für das Kühlmittel zugeordnet ist,
    T-485
    10.2.1976 - 3 -
    709834/0 082
    von denen jedes über einen eigenen, die zugehörige Außenwand (14-) bzw. (16) zumindest über einen Teil der gesamten Rohrlänge ummantelnden Ringraum (26) bzw. (27) und (28) bzw. (29) mit dem zwischen Außen- und Innenwand gebildeten Kühlkanal (18) bzw. (19) in Verbindung steht, in welchen das Kühlmittel entgegen der GasstrÖ-mungsrichtung einbringbar ist.
    7. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim hinter der Drosselklappe (2) angeordneten Strahlrohrabschnitt (6) das Rohrende von einem rotationssymmetrischen, kragenförmig nach außen gewölbten Abschnitt der Innenwand (17) gebildet ist, der zusammen mit dem zugeordneten Einlaßrohr (23) den für die Kühlmittelbeaufschlagung des Kühlkanals (19) vorgesehenen Ringrauin (28) bereitstellt, in welchen der Kühlkanal (19) anhand des im Sinne der Innenwand (17) zumindest teilweise nach außen abgebogenen Endes der Außenwand (16) hineinragt.
    8. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abflußrohre (23, 25) mehrere gleichförmig über deren Umfang verteilt angeordnete Rohrstutzen (30, 31) für eine gleichförmige Kühlmittel zu- bzw. -abführung aufweisen.
    10.23976
    9. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Zu- "bzw. Abflußrohr (22, 23) bzw. (24·, 25) mit mindestens einem Entlüftungsventil (32, 33) bzw. -, 35) versehen ist.
    10. Strahlrohr nach den Ansprüchen 1,-2, 3i 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (9) der Drosselklappe (2) lose auf den mit dem Kern (7) drehfest verbundenen Drehzapfen (10, 11) sitzt.
    T-485
    10.2.1976
    7G9834/Q062
DE2606005A 1976-02-14 1976-02-14 Gekühlte Drosselanordnung für Heißgase, insbesonderezur Nachschaltung hinter der Brennkammer eines Strahltriebwerkes Expired DE2606005C3 (de)

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