DE2827787A1

DE2827787A1 - Kuehlluftduese

Info

Publication number: DE2827787A1
Application number: DE19782827787
Authority: DE
Inventors: Max Hartmann; Ferdinand Dipl Ing Thueringer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1978-06-13
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS5523893A; US4267698A; GB2023232A; CH634128A5; GB2023232B; DE7818990U1

Description

BBC Baden ... .. ,_ _78/?8

■" c. ""

Kühlluftdüse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlluftdüse, welche in: wesentlichen aus einem Düsenkörper mit Ein- und Austrittsöffnungen zur Filmkühlung von erhitzten Oberflächen besteht, insbesondere zum Einsatz bei Flammrohren in Brennkammern von Gasturbinen.

Mit steigenden Heissgastemperaturen in den Brennkammern von Gasturbinen gestaltet sich die konvektive Kühlung der Flammrohre immer schwieriger und zur Erzielung einer gleichmässigen Kühlung des Flammrohres muss eine Filmkühlung vorgesehen werden, bei welcher auf der Flammen- oder Heissgasseite entlang der Flammrohrwand ein Kühlluftfilm strömt, welcher verhindert, dass die heissen Gase direkt mit der Wand in Berührung kommen. Auf diese Weise können die Wandtemperaturen wirksam gesenkt werden.

Zur Durchführung der Filmkühlung von Flammrohren wurden bereits verschiedene Vorschläge gemacht, beispielsweise durch die Anordnung von Oeffnungen, welche direkt in die Wand gebohrt wurden, oder durch in die Flammrohrwand eingesetzte Ringe mit Bohrungen (siehe Seite 52, Sawyer's Gas Turbine Catalog 1976).

Bei diesen bekannten Lösungen besteht jedoch der Nachteil, dass kein zusammenhängender Kühlluftfilm erzielt wird, und dass in den Ringteilen Wärmespannungen infolge unterschiedlicher Temperaturverteilung auftreten. Weiterhin kann die dafür im Flammrohrmantel erforderliche Stufe zu Ablösungen in der Heissgasströmung führen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühl-

909851/053S

BBC Baden _ _ · _ 78/78

luftdüse zu schaffen, bei welcher die bekannten Nachteile nicht auftreten und bei welcher der Kühlluftfilm eine
gleichmässige Oberflächenkühlung der Wandung des Flammrohres ermöglicht.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Kühlluftdüsen in Sicken der Wandung bündig mit der zu kühlenden Oberfläche angeordnet sind.

Durch die. Anwendung der Kühlluftdüsen in Sicken der Wandung ergibt sich der Vorteil, dass sie nicht in den Hauptgasstrom hineinragen, so dass der Kühlfilm strömungsgünstig zwischen der zu kühlenden Wandung und dem Hauptgasstrom
geführt werden kann.

Ferner empfiehlt es sich, die einzelnen Düsen gleichmässig über den Umfang der zu kühlenden Wandung anzuordnen.

Gemäss einer weiteren möglichen Ausbildungsform können die einzelnen Düsen in Abströmrichtung in mehreren Ebenen zueinander gestaffelt angeordnet sein.

Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, dass die Wandung auf einer grosseren Länge gekühlt werden kann.

Für die Ausbildung der einzelnen Düsen kann es angebracht sein, die Austrittsöffnung radial über einen Teil des Umfangs des Düsenkörpers anzuordnen, bez. die Austrittsöffnung durch nebeneinander liegende Radialbohrungen zu bilden, oder die Austrittsöffnung durch Stege zu unterteilen.

Durch diese verschiedenen Ausgestaltungen der Düsenaustrittsöffnung ist es möglich, den Kühlluftstrom den jeweiligen Er-

: 909851/0536

BBC Baden ' 78/78

fordernissen anzupassen, bzw. den Kühlfilm fächerförmig zu verteilen, oder die einzelnen Teilströme sich leicht überschneiden zu lassen, so dass ein zusammenhängender Kühlfilm gebildet wird.

Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist am Eintritt in den Düsenkörper eine Blende zur Kühlluftmengenregulierung vorgesehen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer Wandung mit eingesetzter Kühlluftdüse,

Pig. 2 eine Ansicht von zwei nebeneinander angeordneten Kühlluftdüsen.

Gemäss Fig.. 1 ist mit 1 eine Wandung, beispielsweise eines Flammrohres einer Brennkammer bezeichnet, welche über deren Umfang eine Sicke 2 aufweist, in welche eine Kühlluftdüse eingesetzt ist. Die Sicke 2 ist in der Tiefe so dimensioniert, dass die darin eingesetzte Kühlluftdüse 3 nicht in den strichliert angedeuteten Hauptgasstrom hineinragt, sondern mit der umströmten Wand bündig ist. Die Kühlluftdüse 3 weist zuströmseitig eine Blende 4 auf, mittels welcher der Kühlluftstrom geregelt werden kann. Die Blende 4 kann eine fest eingestellte Blendenöffnung 5 aufweisen, oder kann auch mit einer verstellbaren Oeffnung versehen sein, so dass der Kühlluftstrom stufenlos regulierbar ist. An der in die Wandung 1 hineinragenden Seite ist* die Kühlluftdüse 1 mit Austrittsöffnungen 6 versehen, welche gegen-

909851/0536

BBC Baden . _ 78/78

über dem Hauptgasstrom mit einer Leitplatte 7 überdeckt sind, so dass der Kühlluftstrom 8 entlang der Wandung strömt und dort einen Kühlluftfilm bildet. Die Befestigung der Kühlluftdüsen 3 in der Wandung 1 kann entweder durch eine Schweissnaht 9j oder durch Schraubgewinde oder Steckverschluss erfolgen.

In der Pig. 2 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Pig. 1. Durch die Austrittsöffnungen 6 der Kühlluftdüsen 3 tritt jeweils ein Kühlluftstrom 8, wobei die Kühlluftdüsen3 so zueinander angeordnet sind, bzw. die Austrittsöffnungen 6 so ausgebildet sind, dass die einzelnen Kühlluftströme 8 sich fächerförmig verteilen und zu einem zusammenhängenden Kühlluftfilm 10 vereinigen.

Bei einem Erfordernis der Kühlung der Wandung 1 über eine grössere Länge, können die einzelnen Kühlluftdüsen 3 auch in mehreren Ebenen übereinander (nicht dargestellt) gestaffelt angeordnet sein.

Aufgrund der erfindungsgemässen Anordnung der Kühlluftdüsen 3 werden durch die verstärkende Wirkung der in die Wandung 1 eingesetzten Kühlluftdüsen 3 Lochrandspannungen und die Kerbwirkung weitgehend vermieden und weiterhin wird der axiale Temperaturgradient in der Wandung 1 an den Stellen der Kühlluftzuführung reduziert, da die volle Wirkung des Kühlfilms nicht plötzlich auf einer durchgehenden Mantellinie auftritt, sondern erst allmählich erreicht wird.

909851 /0536

Claims

78/78

BBC Aktiengesellschaft Hw/dh

Brown, Boveri & Cie.

Baden (Schweiz) 2827/87

Patentansprüche

¹Tlj Kühlluftdüse j welche im wesentlichen aus einem Düsenkörper mit Ein- und Austrittsöffnungen zur Filmkühlung von erhitzten Oberflächen besteht, insbesondere zum Einsatz bei Flammrohren in Brennkammern von Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftdüsen (3) in Sicken (2) der- Wandung (1) bündig mit der zu kühlenden Oberfläche angeordnet sind.
2. Kühlluftdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Düsen (3) gleichmässig über den Umfang der zu kühlenden Wandung (1) angeordnet sind.
3. Kühlluftdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Düsen (3) in Abströmrichtung in mehreren Ebenen zueinander gestaffelt angeordnet sind.
4. Kühlluftdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) radial über einen Teil des Umfanges des Düsenkörpers (3) angeordnet ist.
5· Kühlluftdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) durch Stege unterteilt ist.
6. Kühlluftdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6) durch nebeneinanderliegende Radialbohrungen gebildet ist.
7. Kühlluftdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt in den Düsenkörper (3) eine Blende (4) zur Kuhlluftmengenregulxerung vorgesehen ist.

909851/0536 ORDINAL. INSPECTED