DE2630629C3 - Doppelwandiger Flammrohrabschnitt einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Doppelwandiger Flammrohrabschnitt einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen doppelwandigen Flammrohrabschnitt einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiger Flammrohrabschnitt ist aus Fig.6 der GB-PS 10 06 097 bekannt. !Hierbei trifft die durch die Löcher der Außenwand eintretende Kühlluft auf den Innenwandteil und bewirkt eine Auftreffkühlung, bevor die Luft stromab in dem Kanal abfließt. Da im bekannten Falle nur eine einzige Reihe von Kühllufteintrittsöffnungen benachbart zum geschlossenen Ende des Kanals vorgesehen ist, ergibt sich eine günstige Auftreffkühlung am stromaufwärtigen Ende des Kanals, weil die durch die Löcher eintretenden Kühlluftstrahlen nicht durch bereits eingetretene und nach hinten abfließende Kühlluft gestört wird. Im Sinne einer Verbesserung der Kühlwirkung wäre jedoch eine Vergrößerung der Zahl der Eintrittsöffnungen erwünscht, jedoch hat sich dies bisher als unzweckmäßig erwiesen, weil die weiter stromab eintretende Kühlluft durch die weiter stromauf eingetretene und abströmende Kühlluft gestört wird, so daß sich keine Aufprallkühlwirkung mehr ergibt, sondern lediglich eine Konvektionskühlung, die jedoch im Hinblick auf den Kühlmittelverbrauch unwirtschaftlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlwirkung durch Vergrößerung der Kühlluftzufuhr zu verbessern, wobei die gesamte eintretende Kühlluft ungestört auf den ungelochten Innenwandteil aufprallt und eine wirksame Schrubbkühlung bewirkt.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Durch die Erfindung wird eine verbesserte Kühlung der Innenwand einerseits durch Erhöhung der Aufprallkühlung und andererseits durch Wärmeleitung nach der kühleren gelochten Außenwand bewirkt- so daß das Innere des Flammrohres höheren Temperaturen ausgesetzt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird danach die auf das nicht-perforierte Blech aufgeprallte Kühlluftströmung so abgelenkt, daß sie in Axialrichtung zwischen den Blechen abströmt, wobei diese Ablenkung durch die Wärmeleitstege bewirkt wird, in deren Windschatten die anderen Strahlen ungestört eintreten können. Durch Wärmeleitung kann über die Abstandshalter ein Großteil der Wärme der Innenwand auf die Außenwand übertragen werden, wodurch das Temperaturdifferenzial zwischen den beiden Blechen vermindert wird.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5, die konstruktive Einzelheiten der Abstandshalter und die relative Lage der Kühllufteintrittslöcher betreffen, wodurch die Kühlwirkung in besonders günstiger Weise beeinflußt werden kann.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansicht eines Flainmrohrabschnitts gemäß der Erfindung;
Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform eines Flammrohrabschnitts nach der Erfindung;
Fig.3 eine Teilschnittansicht einer Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, deren Flammrohrwand aus Abschnitten gemäß der Erfindung besteht;
Fig.4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 4 gemäß Fig. I;
F i g. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 5 gemäß Fig. 2;
F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 gemäß F i g. 5;
Fig.7 eine Schnittansicht einer Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks, deren Flammrohrwand aus Abschnitten gemäß der Erfindung besteht.
Der Flammrohrabschnitt gemäß F i g. 1 besteht aus einem ersten Blech 10, welches mit einer Vielzahl von Perforationslöchern 12 versehen ist und aus einem zweiten Blech 14, welches gegenüber dem ersten Blech di'rch eine Vielzahl wärmeleitfähiger Stege 16 verbunden ist.
Die Perforationsiöcher 12 und die Stege 16 sind symmetrisch angeordnet und nicht aufeinander ausgerichtet, so daß die Löcher 12 mit den Flächen zwischen den Stegen 16 in Verbindung stehen. Die Löcher 12 werden vorzugsweise durch elektrochemische Bearbeitung erzeugt und die Stege können getrennt hergestellt und hart mit den Blechen 10 und 14 verlötet, oder durch Vakuumdiffusion verbunden werden. Statt dessen können die Stege 16 einstückig mit dem Blech 10 oder dem Blech 14 auch zusammen mit den Löchern 12 durch elektrochemische Bearbeitung hergestellt werden und es kann dann das zweite Blech aufgelötet oder auf andere Weise befestigt werden. Es bestehen dann keine Schwierigkeiten bezüglich der Ausrichtung der Bleche.
Jeweils ein Steg 16 liegt benachbart zu jedem Loch 12 und jeder Stag besitzt einen dreieckigen Querschnitt, wie aus F i g, 4 ersichtlich.
Es ist beabsichtigt, das Blech 14 als Flammrohrwandung zu benutzen und der heißen Zone, beispielsweise den Brenngasen in der Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks auszusetzen und das Blech 10 wird mit Kühlluft gespeist Die Kühlluft tritt dann durch die Löcher 12 aus und trifft auf die Oberfläche des Bleches 14, so daß das Biech 14 gekühlt wird. Die Kühlluft strömt dann zwischen den beiden Blechen in Richtung der Pfeile gemäß Fig.4 ab und die Gestalt der Stege ist derart, daß die Luftströmung die Luftströmung durch benachbarte Löcher nicht stört. Da die Stege 16 eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen, wird weitere Wärme von dem Flammrohrabschnitt durch die Kühlluftströmung am Blech 10 entlang und entlang den Seiten der Stege abgeführt, die scharfe Ränder aufweisen können, welche als Grenzschichtfallen wirken. Die Kühlluft wird schließlich durch einen geeigneten Raum 18 am Ende des Flammrohrabschnitts abgelassen.
Die Verbindungsstege erfüllen demgemäß mehrere Funktionen: Sie wirken als Abstandshalter zwischen den Blechen 10 und 14 und ermöglichen es, dem Flaftimrohrabschnitt jede gewünschte Gestalt zu verleihen und sie verhindern außerdem, daß der Spalt geschlossen wird wenn der Flammrohrabschnitt einer hohen Hitzebelastung ausgesetzt ist; die Verbindungsstege verhindern außerdem Störungen der auf das zweite Blech 14 auftreffenden Kühlluftstrahlen durch die sich ergebende Kreuzströmung und sie leiten Wärme von dem heißen Blech 14 auf das kalte Blech 10 über, wodurch ein Ausgleich der Temperaturen der Bleche 10 und 14 bewirkt wird. Dies führt zu zwei wichtigen Vorteilen. Erstens wird der Kühleffekt vergrößert, weil die Kühlluft sowohl über der Oberfläche des Bleches 10 und in dem Spalt zwischen den Blechen 10 und 14 nunmehr an dem vergleichsweise heißen Blech 10 abströmt. Bei Wegfall der wärmeleitfähigen Stege 16 würde das Blech 10 auf einer der Kühllufttemperatur näherstehenden Temperatur verbleiben. Zweitens vermindert die verkleinerte Temperaturdifferenz zwischen den Blechen 10 und 14 die Möglichkeit der Störung und Verwerfung des Flammrohrabschnitts durch differentielle thermische Ausdehnung.
F i g. 2 veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Fall sind die Stege 16 im Querschnitt d, h, in der parallel zu den Blechen verlaufenden Querscfcnittsebene größer und sie besitzen eine verbesserte Gestalt im Hinblick auf eine Verhinderung einer Störung zwischen den Luftstrahlen, die durch die Löcher 12 als Aufprallkühlluftstrahlen hindurchtreten. Die Stege bilden eine Reihe von besonders gestalteten Durchtritten dazwischen (vgl. Fig.5), die die Kühlluft über die Länge des Schichtenkörpers zwischen die Bleche leiten. Es hat sich gezeigt, daß die
ίο Stege am wirkungsvollsten sind, wenn sie eine Fläche zwischen etwa 30% bis 60% der Bleche bedecken.
Fig.3 zeigt den Querschnitt eines Teils eines Flammrohres eines Gasturbinenstrahltriebwerks mit einer Wand aus erfindungsgemäß aufgebauten Abis schnitten. Diese Wand besteht aus dem kühlen Blech 10 des ersten Abschnitts der Wand, das mit dem heißen Blech 15 des benachbarten stromabwärtigen Abschnitts verbunden ist Durch diese Anordnung wird bewirkt, daß Kühlluft, die aus dem Raum 18 austritt, benutzt wird, um einen Kühlluftfilm längs der heißen Seite des Bleches 15 zu bilden. Es können Ver^nnungsluftlöcher 20 im Flammrohrabschnitt vorgesehen werden, und zwar ähnlich wie bei Flammrohren, die aus herkömmlichen Materialien gefertigt sind.
Es ist ersichtlich, daß der Flammrohrabschnitt für zahlreiche Anwendungszwecke anwendbar ist, wo eine Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen erforderlich ist und daß eine einfache Kühlung mit Luft ermöglicht wird. Die Bleche 10 und 14 können aus
jo irgendeinem hochtemperaturfesten Material, z. B. einer Nickellegierung hergestellt sein.
F i g. 7 veranschaulicht einen Schnitt der Brennkammer 30 eines Gasturbinenstrahltriebwerks, die ein Flammrohr 34 aufweist, welches in der gleichen Weise
J5 wie aus F i g. 3 ersichtlich, gestaltet ist Komprimierte Luft wird der Brennkammer 30 von einem nicht dargestellten Kompressor über eine Leitung 32 zugeführt, die ringförmig oder rohrförmig sein kann. Ein Teil der Luft tritt in das Flammrohr 34 ein und ein Teil tritt in den Raum 36 zwischen Flammrohr 34 und Außengehäuse 38 der Brennkammer ein. Die erstere LuU wird zur Verbrennung innerhalb des Flammrohres benutzt während die letztere benutzt wird, um die Wände des Flammrohres 34 zu kühlen und um die Luft zu verdünnen, die durch die Löcher 20 in das Flammrohr 34 abströmt
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Doppelwandiger Flammrohrabschnitt einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke, bestehend aus einem dem Heißgasstrom ausgesetzten ungejochten Innenwandteil, einem mit Kühllufteintrittslöchern versehenen Außenwandten und einem zwischen den Wandteilen gebildeten Kühlluftkanal, der an seinem stromaufwärtigen Ende geschlossen ist und an seinem stromabwärtigen Ende in das Flammrohr mündet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Innen- und Außenwandteil (14, 10) eine Vielzahl von als Wärmeleiter wirkenden Abstandshaltern (16) vorgesehen ist, in deren »Windschatten« die Kühllufteintrittslöcher (12) des Außenwandteils (10) münden.
2. Flammrohrabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (16) im Querschnitt dreieckig ausgebildet sind und eine stromauf weisende auf das stromauf benachbarte Kühllufteimrittsloch (12) ausgerichtete Scheitelkante besitzen, während ihre stromab gegenüberliegende Dreieckseite auf das stromab benachbarte Kühllufteintrittsloch (12) ausgerichtet ist.
3. Rammrohrabschnitt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (16) an ihrem stromabwärtigen Ende der Form und Größe der Kühllufteintrittslöcher (12) angepaßt sind und eine stromaufwärtige Begrenzung der eintretenden Kühlluftstrahlen bilden.
4. Flammrohrabschnitt nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühllufteintrittslöcher (12) in Strömungsrichtung aufeinander ausgerichtet and in Umfangsricntung gegeneinander versetzt sind.
5. Flammrohrabschnitt nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtquerschnittsfläche der Abstandshalter (16) 30 bis 60% der Oberfläche des Flammrohrabschnitts ausmacht.
DE2630629A 1975-07-16 1976-07-07 Doppelwandiger Flammrohrabschnitt einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke Expired DE2630629C3 (de)

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