DE2919857C2 - Flammrohrkopf mit Kühlring für Gasturbinenbrennkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Flammrohrkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein derartiger Flammrohrkopf ist aus der DE-AS 16 01531 bekannt. Hierbei werden die nach stromauf führenden Kanäle durch Ablenkbleche gebildet, die hinter Luftdurchtrittslöchern der Flammrohrwandung am stromabwärtigen Ende angeschweißt sind und die durch die Löcher eintretende Luft um 90° nach hinten ablenken. Diese in den Brennraum einstehenden Ablenkbleche sind einer höheren Wärniebeanspruchung unterworfen als die dahinter liegenden Flammrohrwände, und trotz der über sie abströmenden Kühlluft besteht die Gefahr, daß diese Ablenkbleche überhitzt und beschädigt werden, so daß die Luftströmung verändert wird und nicht mehr an der Flammrohrwandung entlangstreichen kann, so daß diese im stromaufwärtigen Abschnitt beschädigt werden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlung in diesem Bereich des Kühlringes zu intensivieren und das Einstehen von Ablenkblechen in den Brennraum zu vermeiden.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die Richtwirkung der Bohrungen kann auf die Ablenkbleche verzichtet werden und trotzdem wird eine wirksame Kühlung der Flammrohrwandung gewährleistet.

Um den durch die Schrägstellung der beiden Abschnitte des Kühlrings bedingten in den Brennraum vorstehenden Abschnitt wirksam zu kühlen, sind gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 zweckmäßigerweise in diesem Abschnitt weitere Kühlluftdurchtrittsöffnungen vorgesehen. Durch die Merkmale des Anspruchs 3 wird erreicht, daß sowohl in stromaufwärtiger Richtung als auch in stromabwärtiger Richtung die Flammrohrwand mit einem im wesentlichen gleichmäßig dicken Kühlfilm bedeckt wird.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 den Flammrohrkopf einer Gasturbinenbrennkammer mit einer ersten Ausführungsform eines ι Kühlrings

F i g. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Flammrohrkopfes mit Kühlring

F i g. 3 eine Einzelheit des Kühlrings gemäß F i g. 2 in größerem Maßstab

ίο F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 gemäß F i g. 3 und

F i g. 5 eine radiale Teilansicht des Kühlrings von innen her betrachtet.
F i g. 1 zeigt den Flammrohrkopf 10 einer Brennkammer mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 12. Der Flammrohrkopf 10 wird von den Flammrohrwänden 14 und 16 und einem dazwischen liegenden Kühlring 18 gebildet.

Der Kühlring 18 weist zwei Abschnitte 20, 22 auf, die in einem stumpfen Winkel zueinander miteinander verbunden sind. Jeder Abschnitt besitzt eine Vieizahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Bohrungen 24 bzw. 26, durch die Kühlluft strömen kann. Die Bohrungen 24 sind derart angestellt, daß die

r> Kühlluft längs der inneren Oberfläche der Flammrohrwand 14 stromauf abfließen kann, und die Bohrungen 26 sind derart angestellt, daß die Kühlluft längs der inneren Oberfläche der Flammrohrwand 16 stromab fließen kann.

ι» Eine Lufthutze 30 erstreckt sich vollständig um den Umfang des Flammrohrkopfs 10 und ist an der Flammrohrwand 16 festgelegt. Das Vorhandensein der Lufthutze gewährleistet, daß die Kühlluft durch beide Gruppen von Löchern 24, 26 fließt, statt daß ein

s^r> Hauptanteil der Kühlluft durch die Öffnungen 26 abströmt, was dann der Fall wäre, wenn die Lufthutze 30 fehlen würde.

Die Tatsache, daß die Auslässe der Bohrungen 24, 26 in die Brennkammer relativ dicht aneinander liegen, und daß kein Strcmungsführungsflansch oder keine Flansche von den Abschnitten 20, 22 in die Brennkammer vorstehen, gewährleistet, daß der Kühlring selbst in ausreichendem Maße gekühlt und nicht übermäßig heiß wird, und zwar insbesondere an der Verbindung

v> zwischen den beiden Abschnitten 20 und 22.

Die Abschnitte 20, 22 können einstückig hergestellt sein, indem sie aus einem massiven Ring spanabhebend herausgearbeitet werden, oder indem sie aus einem Band ausgewalzt werden, oder sie können getrennt hergestellt und durch Schweißen miteinander verbunden werden.

Um die Verteilung der Kühlluft durch den Kühlring zu verbessern, kann mehr als eine Lochreihe in jedem Abschnitt vorgesehen werden z. B. drei oder vier Reihen.

Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß ein Kühlring der oben beschriebenen Bauart eine ausreichende Kühlung sowohl des Flammrohrkopfes als auch der Flammrohrwand gewährleistet, ohne selbst auf eine übermäßig hohe Temperatur aufgeheizt zu werden.

Im folgenden wird auf die F i g. 2 bis 5 Bezug genommen. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen hierbei den Teilen in Fi g. 1 entsprechende Teile.

Der Kühlring 18 besitzt zwei Abschnitte 20, 22, die

h5 integral durch Walzen hergestellt sind und jeder Abschnitt besitzt drei Reihen von Löchern 24 bzw. 26 anstatt zwei einzelne Reihen aufzuweisen, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fi g. 1.

Die Stelle, an der die beiden Abschnitte 20, 22 ineinander übergehen, bildet jenen Teil des Kühlringes, der sich am weitesten in den Flammrohrkopf 10 hinein erstreckt, und der im Betrieb am ehesten einer Überhitzung ausgesetzt ist. Daher ist es zweckmäßig, daß Vorsorge getroffen wird, diesen TuI gesondert zu kühlen. Wie deutlicher in den F i g. 3,4 und 5 dargestellt, sind drei Reihen von Kühllöchern 28 in dem Übergang der Abschnitte 20, 22 vorgesehen, damit Kühlluft hindurchströmen kann. Die Löcher 28 in der mittleren Reihe sind gegenüber den Löchern der beiden äußeren Reihen gestaffelt, um genügend Material zwischen benachbarten Löchern zu belassen und dennoch einen möglichst dichten Abstand aufrecht zu erhalten. Die Lochreihen 24, 26 sind in der gleichen Weise wie aus F i g. 5 ersichtlich, im Abstand zueinander angeordnet.

Die Kühlluft kann, nachdem sie sich einmal innerhalb der Lufthutze 30 befindet, durch die Kühllöcher 24, 26, 28 abfließen, und die Anstellung der Bohrungen 24, 26 gewährleistet, daß die Kühlströrnung stromauf der Bohrungen 24 zur Künlung des Inneren der Wand 14 abfließt und stromab durch die Bohrungen 26 um die Wand 16 zu kühlen. Die Kühlluft, die durch die Öffnungen 28 abströmt, dient dazu, die Verbindung der Abschnitte 20, 22 auf der Arbeitstemperatur zu halten. Wie aus F i g. 4 ersichtlich, brauchen die Löcher 28 nicht alle radial ausgebildet zu sein, denn sie können in Gruppen angeordnet werden, wobei das Mittelloch in radialer Richtung ausgebildet ist, während die Löcher auf jeder Seite nach der zentralen Öffnung hin angestellt sind, wobei die Neigung mit der Entfernung von dem Mittelloch ansteigt.

Der Winkel zwischen den Abschnitten 20 und 22 kann sowohl spitzwinklig als auch stumpfwinklig sein, und die Erfindung kann auch auf ringförmige Brennkammern Anwendung finden, ebenso wie für rohrförmige oder für Brennkammern mit Ringrohraufbau.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flammrohrkopf für Gasturbinenbrennkammern, mit einem Ring, der Kanäle zur Zufuhr von Kühlluft entlang der Flammrohrinnenwand in stromaufwärtiger und stromabwärtiger Richtung aufweist, und mit einer dem Ring zugeordneten Lufthutze, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (18) aus zwei Abschnitten (20, 22) besteht, die jeweils mit den anschließenden Flammrohrwänden (14,16) einen stumpfen Winkel bilden, wobei die Kanäle aus einer Vielzahl von Bohrungen (24, 26) bestehen, deren Achsen unter einem derart kleinen Winkel gegenüber den Flammrohrwänden geneigt sind, daß die Kühlluft entlang dieser Wände streicht.

2. Flaminrohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (18) außerdem Löcher (28) in jenem Teil aufweist, der am weitesten in die Brennkammer einsteht.

3. Flammrohrkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftbohrungen (24,26,28) in drei Reihen angeordnet sind, wobei die Bohrungen in der mittleren Reihe gegenüber den Bohrungen in den beiden äußeren Reihen gestaffelt angeordnet sind.