DE2931390A1

DE2931390A1 - Brennkammerkuppelanordnung fuer ein gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE2931390A1
Application number: DE19792931390
Authority: DE
Inventors: Melvin Bobo; Thomas Loyd Dubell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1978-08-14
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1980-02-28
Also published as: IT1122424B; FR2431096A1; JPS5538494A; CA1116875A; GB2027868A; FR2431096B1; JPS6255571B2; IT7924917A0; US4222230A; GB2027868B

Description

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Beschreibung

Brennkammerkuppelanordnung für ein Gasturbinentriebwerk

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Brennkammeranordnung eines Gasturbinentriebwerks und betrifft insbesondere eine verbesserte Kühlvorrichtung für eine Brennkammerkuppelanordnung.

In einem Gasturbinentriebwerk findet die Verbrennung in einer Verbrennungszone statt, die durch zwei Brennkammerbüchsen begrenzt wird, welche sich stromabwärts von einer Kuppelanordnung in Längsrichtung erstrecken. Luft, die in die Kuppelanordnung eingeleitet wird, wird mit Kraftstoff vermischt, in die Verbrennungszone gesprüht und gezündet. Da sich die Kuppelanordnung unmittelbar neben der Verbrennungszone befindet, ist sie der starken Hitze ausgesetzt, die durch den Verbrennungsprozeß erzeugt wird. Infolgedessen können hohe Temperaturen in der Kuppelanordnung auftreten, die, wenn nichts dagegen unternommen wird, zu einer Kuppelschädigung und zur

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Begrenzung der Betriebslebensdauer der Kuppelanordnung führen können.

Zum Schutz der Kuppelanordnung vor der starken Verbrennungshitze ist es bekannt, einen Teil der in die Kuppelanordnung eingeleiteten Luft zum Kühlen von verschiedenen Abschnitte der Kuppel zuxerwenden. Es ist in der Praxis üblich, jalousieartige Verbindungsstellen oder Kühllöcher in der Kuppel zu benutzen, um einen Teil der Luft abzuzapfen und in Form eines Kühlluftfilms, der eine Sperre gegen die durch den Verbrennungsprozeß erzeugte Hitze bildet, über verschiedene Abschnitte der Kuppel zu leiten. Es sind zwar bereits viele Anordnungen von Kühlschlitzen und -löchern bei bekannten Kammern zur Anwendung gelangt, keine hat sich jedoch als völlig zufriedenstellend erwiesen.

Die Erfindung schafft deshalb eine Brennkammerkuppelanordnung, die eine verbesserte Kühlanordnung zum Schutz der Kuppel vor den Auswirkungen der heißen Verbrennungsgase und zum Verlängern der Lebensdauer der Kuppel aufweist.

Die Erfindung sorgt für das Verringern von Spannungen, die durch nicht angepaßte thermische Versetzungen der Einzelteile der Brennkammerkuppelanordnung verursacht werden.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, die aus der folgenden Beschreibung sowie der Zeichnung und den Ansprüchen noch deutlicher werden, werden - kurz gesagt - in einer Ausgestaltung der Erfindung durch eine Brennkammerkuppe1-anordnung erreicht, die eine ringförmige Kuppelplatte mit insgesamt · V-förmigem Querschnitt aufweist. Ein erster und ein zweiter Schenkel erstrecken sich stromaufwärts von dem Scheitel der im Querschnitt V-förmigen Kuppel, wobei der erste Schenkel insgesamt parallel zu einer von zwei Brennkammerbüchsen ist und an dieser anliegt. Der zweite Schenkel erstreckt sich stromaufwärts von dem Scheitel unter einem spitzen Winkel gegen den ersten Schenkel und bildet mit dem Scheitel eine Fläche, die

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der Verbrennungszone ausgesetzt ist. Die Fläche enthält einen oder mehrere, in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Durchgangsschlitze, welche sich insgesamt radial von dem Scheitel der im Querschnitt V-förmigen Kuppel zu dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Schenkels erstrecken. Die Schlitze können so angeordnet sein, daß sie mehrere öffnungen in einer an dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Schenkels befestigten ringförmigen Kuppelwand schneiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrie'-ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilquerschnittansicht der Verbren

nungsvorrichtung eines Gasturbinentrieb werks, die die verbesserte Kühlanordnung nach der Erfindung aufweist, und

Fig. 2 eine teilweise weggebrochene perspekti

vische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Brennkammeranordnung eines Gasturbinentriebwerks im Querschnitt gezeigt und insgesamt mit der Bezugszahl 10 bezeichnet. Die Brennkammeranordnung 10 enthält ein inneres Brennkammergehäuse 12 und ein äußeres Brennkammergehäuse 14, die sich axial und in Umfangsrichtung erstrecken und gemeinsam einen ringförmigen Strömungsweg stromabwärts eines Verdichters (nicht gezeigt) begrenzen. Zwei sich in Umfangsrichtung und axial erstreckende Brennkammerbüchsen oder ■■ / 18 und 20 sind zwischen dem inneren Gehäuse 12 und dem äußeren Gehäuse 14 und in gegenseitigem radialem Abstand so angeordnet, daß eine ringförmige Verbrennungszone 22 gebildet ist. Eine insgesamt mit 30 bezeichnete Brennkammerkuppelanordnung ist zwischen den stromaufwärtigen Enden der Büchsen 18 und 20 angebracht und bildet mit diesen das stromaufwärtige Ende der Verbrennungszone 22. -auskleidungen

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Die Brennkammerkuppelanordnung 30 hat zwei ringförmige Kuppelplatten 32 und 33 sowie eine ringförmige Kuppelwand 34, die mehrere Kraftstoff/Luft-Vergasungsvorrichtungen 35 aufnimmt. Eine Kraftstoffdüse 36 ist so angeordnet, daß sie Kraftstoff in das stromaufwärtige Ende der Vergasungsvorrichtung 35 einspritzt, in der der Kraftstoff mit Luft vermischt und dann in die Verbrennungszone 22 ausgestoßen wird. Eine Zündkerze 38 ragt durch das Gehäuse 14 und die äußere Büchse 20 hindurch in die Brennkammer 10 und ist so angeordnet, daß sich ihre Zündspitze unmittelbar neben dem stromabwärtigen Ende der Vergasungsvorrichtung 35 befindet. Die Zündkerze 38 zündet das stromabwärts der Vergasungsvorrichtung 35 strömende Kraftstoff/Luft-Gemisch und erzeugt dadurch die Verbrennung.

Zwei Teile 40 und 42, die eine insgesamt mit 43 bezeichnete Haube bilden, sind an den Brennkammerbüchsen 18 bzw. 20 befestigt und bilden gemeinsam einen Einlaß 44 für den Eintritt von Verbrennungsluft in eine Einlaßvorkammer 46. Ein Teil der über den Einlaß 44 in die Vorkammer 46 eintretenden Verbrennungsluft wird in die Vergasungsvorrichtung 35 geleitet und dann mit Kraftstoff vermischt, wie es oben beschrieben worden ist. Der übrige Teil der in den Einlaß 44 eintretenden Luft kann zum Kühlen der Brennkammerbüchsen 18 und 20 und für andere Kühlzweeke benutzt werden, die im folgenden beschrieben sind.

Die Figuren zeigen, daß die ringförmigen Kuppelplatten 32 und 33 auf ihrer stromabwärtigen Seite ständig der Verbrennungszone 22 und damit der während des Verbrennungsprozesses freigesetzten Hitze ausgesetzt sind. Die stromaufwärtigen Seiten der ringförmigen Kuppelplatten 32 und 33 sind ständig der Kühlluft innerhalb der Vorkammer 46 ausgesetzt. Die Kuppelplatten sind daher unerwünschten Wärmespannungen ausgesetzt, welche durch die nicht angepaßte thermische Versetzung zwischen den Kuppelplatten und den angrenzenden passenden Teilen sowie durch ungleiche Temperaturgradienten innerhalb der Kuppelplatten

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selbst verursacht werden. Diese Spannungen können bei den bekannten Kuppelplatten zu einer niedrigen Wechselfestigkeit bzw. Ermüdungsrissen führen und dadurch einen vorzeitigen Austausch der Kuppelanordnung erforderlich machen. Die Erfindung dient als eine Maßnahme zum Beseitigen dieser Spannungen und zum Verlängern der Nutzlebensdauer der Brennkammerkuppelanordnung.

Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen ist die folgende Beschreibung nur auf die Kuppelplatte 32 gerichtet. Es ist jedoch klar, daß die Beschreibung in gleicher Weise für die Kuppelplatte 33 gilt. Die ringförmige Kuppelplatte 32 hat einen insgesamt V-förmigen Querschnitt mit einem Scheitelteil 48, von dem ein erster Schenkelteil 50 und ein zweiter Schenkelteil 52 ausgehen. Der Scheitelteil 48 ist neben der Brennkammerbüchse 18 angeordnet und der erste Schenkel 50 erstreckt sich stromaufwärts von dem Scheitelteil 48 insgesamt parallel zu der Brennkammerbüchse 18 und liegt an dieser an.

Der zweite Schenkel 52 erstreckt sich ebenfalls stromaufwärts von dem Scheitelteil 48, aber unter einem spitzen Winkel gegen die Brennkammerbüchse 18. Der zweite Schenkel 52 und der Scheitelteil 48 bilden gemeinsam eine Fläche 60, die der Verbrennungszone 22 ausgesetzt ist. Gemäß Fig. 2 ist die ringförmige Kuppelwand 34 an dem stromaufwärtigen Ende des Schenkels 52 befestigt und hat mehrere Durchgangsöffnungen 54. Die öffnungen 54 stellen eine Fluidverbindung zwischen der Verbrennungszone 22 und der Vorkammer 46 her. Kühlluft, die sich in der Vorkammer 46 befindet, strömt durch die öffnungen 54 und auf die Fläche 60. Mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Schlitze 62 erstrecken sich insgesamt radial durch die Fläche 60 von dem stromabwärtigen Ende des Scheitelteils 48 zu dem stromaufwärtigen Ende des Schenkels 52 und schneiden vorzugsweise die öffnungen 54. Auf diese Weise strömt Kühlluft aus der Vorkammer 46 auch durch die Schlitze 62 und kühlt die ringförmige Kuppelplatte 32.

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Die Verwendung der Schlitze 62 dient außerdem zum Verringern der innerhalb der Kuppelplatte 32 auftretenden Spannungen, da sie eine ungehinderte ümfangswärmeausdehnung der Kuppelplattenstruktur gestattet. Darüber hinaus werden durch die durch die Schlitze 62 strömende Kühlluft die Spannungen verringert, die aus ungleichen Wärmegradienten innerhalb der. Kuppelplatte selbst resultieren.

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Claims

1 River Road
Sehenectady, N.Y./U.S.A.

Patentansprüche :

IJ Brennkanunerkuppelanordnung für ein Gasturbinentriebwerk, dessen Brennkammeranordnung zwei Brennkammerbüchsen aufweist, die in gegenseitigem radialem Abstand angeordnet sind und zwischen sich eine Verbrennungszone bilden, wobei die Kuppelanordnung zwischen den Büchsen angeordnet ist und gemeinsam mit diesen ein stromaufwärtiges Ende der Verbrennungszone bildet und wobei die Kuppelanordnung von einer Einlaßhaube umschlossen ist, die eine Einlaßvorkammer stromaufwärts der Verbrennungszone begrenzt, gekennzeichnet durch eine ringförmige Kuppelplatte (32) mit insgesamt V-förmigem Querschnitt, die einen ersten Schenkel (50) und einen zweiten Schenkel (52) aufweist, welche von deren Scheitelteil (48) ausgehen, der neben einer der Büchsen (18, 20) und stromabwärts der Schenkel angeordnet ist, wobei sich der erste Schenkel stromaufwärts des Scheitelteils insgesamt parallel zu und in Berührung mit der einen Büchse (18) erstreckt, während sich der zweite Schenkel stromaufwärts des Scheitelteils unter einem spitzen Winkel gegen den ersten Schenkel erstreckt und mit dem Scheitelteil eine Fläche (60) bildet, die der Verbrennungszone (22) ausgesetzt ist und einen oder mehrere, in gegenseitigem ümfangsabstand angeordnete Schlitze (62) enthält, die sich insgesamt radial von dem Scheitelteil zu dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Schenkels erstrecken.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Kuppelwand {34) an dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Schenkels (52) befestigt ist und mehrere Durchgangsöffnungen (54) aufweist, die eine Fluidverbindung zwischen der Einlaßvorkammer {46) und der Verbrennungszone (22) herstellen und so angeordnet sind, daß sie durch die Durchgangsöffnungen strömendes Kühlmittel auf die Fläche (60)
leiten, und daß die Schlitze (62) die Durchgangsöffnungen
schneiden.

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