DE3343652A1 - Brennerflammrohr und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Brennerflammrohr und verfahren zur herstellung desselben

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DE3343652A1
DE3343652A1 DE19833343652 DE3343652A DE3343652A1 DE 3343652 A1 DE3343652 A1 DE 3343652A1 DE 19833343652 DE19833343652 DE 19833343652 DE 3343652 A DE3343652 A DE 3343652A DE 3343652 A1 DE3343652 A1 DE 3343652A1
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burner
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bead
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Milton James 45240 Cincinnati Ohio Kenworthy
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General Electric Co
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General Electric Co
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23R3/002—Wall structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/13—Parts of turbine combustion chambers

Description

Brennerflammrohr und Verfahren zum Herstellen desselben
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Brenner und betrifft insbesondere Einrichtungen zum Verringern von darin durch Wärme hervorgerufenen Spannungen.
Bei Gasturbinentriebwerken können größere Leistungswerte erzielt werden, indem deren Betriebstemperaturen erhöht werden. Wenn das gemacht wird, werden die Brenner dieser Gasturbinentriebwerke im Triebwerksbetrieb extrem hohen Temperaturen und großen Temperaturveränderungen ausgesetzt. Damit diese relativ hohen und schwankenden Temperaturen ausgehalten werden können, sind neue Legierungen entwickelt worden, die die Materialeigenschaften verbessert haben.
Weiter sind verbesserte Brennerkühlgebilde und -techniken zum Verringern der Temperaturen, denen der Brenner ausgesetzt wird, entwickelt worden. Beispielsweise sind bei einem Brennertyp mehrere ringförmige Flammrohrabschnitte vorgesehen, die eine äußere Begrenzung für die relativ heißen
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Verbrennungsgase bilden. Diese Flammrohrabschnitte sind durch ringförmige Kühlwülste ("Nuggets") oder -anschlüsse miteinander verbunden, welche relativ kühle Verdichterauslaßluft empfangen und diese in einem Kühlfilm über die Innenoberflächen der Flammrohrabschnitte leiten. Der Kühlfilm verringert die Temperaturen, die die Flammrohrabschnitte annehmen.
Im Betrieb treten jedoch in den Brennern typisch Temperaturveränderungen innerhalb der verschiedenen Brennerteile auf. Beispielsweise nehmen die Flammrohrabschnitte, die durch die Verbrennungsgase erhitzt werden, höhere Temperaturen an als die Kühlwülste, die durch die Verdichterauslaßluft gekühlt werden. Da sich die Brennermaterialien ausdehnen, wenn sie erhitzt werden, führen Veränderungen in der Temperatur dieser Brennerteile zu unterschiedlicher Wärmeausdehnung dieser Teile oder zu einem Versuch unterschiedlicher Wärmeausdehnung dort, wo die Teile an der Ausdehnung gehindert sind, wodurch Wärmespannungen und Verwindungen hervorgerufen werden.
Insbesondere tendieren die heißen Flammrohrabschnitte dazu, sich stärker auszudehnen als die Kühlwülste. Die Flammrohrabschnitte sind jedoch an den Wülsten befestigt, und beide widersetzen sich diesem unterschiedlichen thermischen Wachstum, was zu durch Wärme hervorgerufenen Spannungen führt. Die Größe der Wärmespannungen und die Spannungsspielzahl drücken sich in der thermischen Dauerfestigkeit des Materials aus. Je größer die Spannungspielzahl ist und je größer die Wärmespannung ist, um so bälder muß ein Brennerteil ersetzt werden, bevor es die Grenze seiner thermischen Dauerfestigkeit erreicht.
Weiter können durch Wärme hervorgerufene Verwindungen bedeutsam sein, wenn diese bewirken, daß eine typische über-
- r- b
stehende Lippe neben den herkömmlichen Kühlwülsten sich radial nach außen ausdehnt und Filmkühlschlitze in dem Brenner teilweise verschließt. In diesem Fall sind typisch Einrichtungen vorgesehen zum Reduzieren der Strömungsdrosselung an dem Kühlschlitz.
Beispiele herkömmlicher Brenner, die Kühlwülste und überstehende Lippen aufweisen, sind in den US-Patentschriften 4 259 842, 4 050 241, 3 995 422 und 3 845 620 beschrieben. Diese Patentschriften beschreiben außerdem die Brennerumgebung, die heiße Gase und Kühlluft enthält, und einige Anordnungen zum Reduzieren der Strömungsdrosselung an dem Kühlschlitz, die durch unterschiedliches thermisches Wachstum, das vorhanden sein kann, verursacht wird. Bei allen diesen Brenneranordnungen erzeugt jedoch die unterschiedliche Wärmeausdehnung immer noch beträchtliche Wärmespannungen .
Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Brennerflammrohr zu schaffen.
Das Brennerflammrohr nach der Erfindung soll so ausgebildet sein, daß weniger Wärmespannungen aufgrund von unterschiedlicher Wärmeausdehnung auftreten.
Außerdem soll das Brennerflammrohr nach der Erfindung so ausgebildet sein, daß eine geringere thermische Verwindung aufgrund von unterschiedlicher Wärmeausdehnung auftritt.
Die Erfindung schafft ein Brennerflammrohr, das zwischen einem Kühlfluid und heißen Verbrennungsgasen benutzt wird. Das Brennerflammrohr hat benachbarte Teile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zum Verringern von Spannungen aufgrund von unterschiedlicher Wärmeausdehnungstendenz der benachbarten Teile. In einer Ausführungsform haben Teile, die relativ hohen Temperaturen ausgesetzt sind,
relativ niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten, und Teile, die relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, relativ hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten. Auf diese Weise wird die unterschiedliche Wärmeausdehnung verringert, wodurch durch Wärme hervorgerufene Spannung und Verwindung verringert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausfüh
rungsform eines Brenners nach der Erfindung für ein Gasturbinentriebwerk ,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des
Brennerflaminrohrs, das in Fig. T dargestellt ist,
Fig. 3 eine Reihe von Ansichten, die ein
Verfahren zum Herstellen einer weiteren Ausführungsform des Brennerflammrohres nach der Erfindung veranschaulicht,
Fig. 4 eine Schnittansicht des Brenner
flammrohres nach Fig. 2, das Materialien aufweist, die drei verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, und
Fig. 5 eine Schnittansicht, die die Herstel
lung eines Brennerflammrohres zeigt, bei der eine Niederdruckplasmaauftragstechnik benutzt wird.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines ringförmigen Brenners 10 eines Gasturbinentriebwerks. Der Brenner 10 hat ein ringförmiges, radial äußeres Brennerflammrohr 12 und ein mit Abstand davon angeordnetes ringförmiges, radial inneres Brennerflammrohr 14. Die Flammrohre 12 und 14 sind koaxial um eine Triebwerksmittellinie 16 angeordnet und bilden die Begrenzungen einer Brennkammer 18. Ein äußeres Gehäuse 20 und ein inneres Gehäuse 22 sind mit Abstand von den Flammrohren 12 bzw. 14 angeordnet und begrenzen einen ringförmigen, äußeren Kühlluftkanal 24 bzw. einen ringförmigen, inneren Kühlluftkanal 26.
Relativ kühle, unter Druck stehende Verdichterauslaßluft 28 gelangt aus einem Verdichter (nicht dargestellt) zu einem stromaufwärtigen Kopfeinsatz 30 des Brenners 10. In dem Kopfeinsatz 30 ist eine Brennstoffdüse 32 angeordnet, die Brennstoff in die Brennkammer 18 abgibt, in der er mit der Druckluft 28, die durch den Kopfeinsatz 30 hindurchgeleitet worden ist, vermischt und gezündet wird, um relativ heiße Verbrennungsgase 34 zu erzeugen. Zusätzliche Verdichterauslaßluft 28 gelangt über Verdünnungslöcher (nicht dargestellt), die in den Flammrohren 12 und 14 zum Verdünnen der Verbrennungsgase 34 vorgesehen sind, in die Brennkammer 18.
Zum Schutz des äußeren Flammrohres 12 und des inneren Flammrohres 14 vor den relativ heißen Verbrennungsgasen 34 sind an den Flammrohren 12 und 14 mehrere ringförmige Kühlluftwülste 36 vorgesehen. Die Wülste 36 empfangen Kühlluft 38, die ein Teil der Verdichterauslaßluft 28 ist, über die Kanäle 24 und 26. Die Wülste 36 leiten die Kühlluft 38 in einem durchgehenden ringförmigen Kühlluftfilm 40 über die Innenoberflächen 42 der
Brennerflammrohre 12 und 14. Der Kühlluftfilm 40 verringert die Wärmemenge, die von den Verbrennungsgasen 34 auf die Brennerflammrohre 12 und 14 übertragen wird, und verringern so die Temperaturen der Flammrohre, die sonst vorhanden wären.
Fig. 2 zeigt ausführlicher einen Teil einer Ausführungsform des Brennerflammrohres 12. Das Brennerflammrohr 12 hat mehrere ringförmige Flammrohrabschnitte 44, die eine Begrenzung für die heißen Verbrennungsgase 34 bilden. Die Flammrohrabschnitte 44 sind, neben den Wülsten 36 angeordnet und mit diesen verbunden. Ein hinterer Endbereich 44b des Flammrohrabschnittes 44 ist durch eine Schweißung 44c mit einem vorderen Ende 36a der Wulst 36 verbunden. Ein hinteres Ende 36b der Wulst 36 ist durch eine Schweißung 36c mit einem vorderen Ende 44a eines benachbarten Flammrohrabschnittes 44 verbunden. Die Wulst 36 begrenzt gemeinsam mit einem hintersten Lippenende des Flammrohrabschnittes 44 eine ringförmige Kühlluftkammer 48, die ein insgesamt bogenförmiges Profil hat, und einen Filmkühlschlitz oder ein Auslaßloch 50. Die Wulst 36 hat mehrere Einlaßlöcher 52, die die Kühlluft 38 empfangen und über den Filmkühlschlitz 50 den durchgehenden ringförmigen Kühlfilm 40 erzeugen.
Da die Wülste 36 die Kühlluft 38 empfangen und weiterleiten und den Verbrennungsgasen 34 nicht direkt ausgesetzt sind, arbeiten sie auf relativ niedrigeren Temperaturen als die Flammrohrabschnitte 44, die den Verbren- * nungsgasen 34 direkt zugewandt sind und diese einschliessen. Demgemäß tendieren die Flammrohrabschnitte 44, die relativ höhere Temperaturen als die Wülste 36 annehmen, dazu, sich stärker radial nach außen thermisch auszudehnen als die Wülste 36, wenn sie aus demselben Material hergestellt sind.
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Fig. 2 zeigt einen Flammrohrabschnitt mit einem Nennradius R1 und eine Wulst 36 mit einem Nennradius R2, und zwar jeweils ab der Triebwerksmittellinie 16 gemessen. Da der Flammrohrabschnitt 44 im Triebwerksbetrieb im Mittel heißer ist als die Wulst 36, wird er dazu tendieren, sich mehr auszudehnen als die Wulst 36. Demgemäß wird der Radius R1 bestrebt sein, in der Größe mehr zuzunehmen als der Radius R2, woran er aber durch die ringförmige Wulst 36 teilweise gehindert wird. Diese unterschiedliche Wärmeausdehnungstendenz zwischen den Flammrohrabschnitten 44 und den Wülsten 36 verursacht in dem Brennerflammrohr 12 Wärmespannungen. Weiter besteht die Tendenz, daß die Lippe 46, die ebenfalls relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist, sich radial nach außen ausdehnt und möglicherweise eine dauerhafte Verwindung erfährt, wodurch die Dicke des Filmkühlschlitzes 50 verkleinert werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden diese durch Wärme hervorgerufenen Spannungen und unterschiedlichen Verlagerungen dadurch verringert, daß der relativ heiße Flammrohrabschnitt 44 aus einer Legierung hergestellt wird, die einen ersten linearen Wärmeausdehnungskoeffizient C1 hat, der kleiner ist als der der relativ kühlen Wulst 36. Dagegen wird die Wulst 36 aus einer Legierung hergestellt, die einen zweiten linearen Wärmeausdehnungskoeffizient Cp hat, welcher größer ist als der Koeffizient C1. Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient (z.B. C1 und C2) ist definiert als die Zunahme der Länge in einer Längeneinheit bei einem Temperaturanstieg um 1°.
Dadurch, daß zwei benachbarte Teile, z.B. der Flammrohrabschnitt 44 und die Wulst 36, des Brennerflammrohres 12 mit vorbestimmten unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 bzw. C- versehen werden, kann die radiale
Wärmeausdehnungstendenz dieser Teile einander enger angepaßt oder gleich gemacht werden. Der Grund dafür ist, daß die unbehinderte radiale Wärmeausdehnung zu der Temperaturänderung und zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten direkt proportional ist.
Wenn beispielsweise gilt T1 χ C1 = T2 χ C2, wobei T und T„ mittlere Temperaturanstiege über die kalte Nichtbetriebstemperatur von benachbarten Teilen bezeichnen, die die Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 bzw. C2 haben, dann kommt es zu keiner unterschiedlichen Wärmeausdehnung und es werden keine Spannung und keine Verwindung hervorgerufen. Dadurch, daß relativ heiße und kalte benachbarte Teile des Brennerflammrohres 12 mit relativ kleinen bzw. großen Wärmeausdehnungskoeffizienten versehen werden, um die Wärmeausdehnung eng anzupassen, kann das unterschiedliche radiale thermische Wachstum des Flammrohrabschnittes 44 und der Wulst 36 verringert werden, wodurch durch Wärme hervorgerufene Spannungen und Verwindungen, die sonst vorhanden wären, verringert werden.
Der Flammrohrabschnitt 44 arbeitet zwar bei mittleren Temperaturen, die relativ höher sind als diejenigen der Wulst 36, die tatsächlichen Temperaturen des Flammrohrabschnittes 44 und der Wulst 36 ändern sich jedoch kontinuierlich von einem Maximum an der Innenoberfläche 42 des Flammrohrabschnittes 44 zu einem Minimum nahe den Einlaßlöchern 52 der Wulst 36. Zum Verringern des Aus- * maßes der Spannungen, denen die Schweißungen 36c und 44c ausgesetzt sind, werden diese Schweißungen vorzugsweise in denjenigen Teilen des Flammrohres 12 angeordnet, die eine Temperatur annehmen, welche etwa in der Mitte zwischen der maximalen und der minimalen Temperatur liegt.
Selbstverständlich sind die Koeffizienten C. und C2 im
Wert nicht konstant, sondern von der Temperatur abhängig. Für das oben beschriebene einfache Beispiel stellen die Koeffizienten C. und C2 jedoch Mittelwerte für den erwarteten Betriebstemperaturbereich dar.
Ein Beispiel einer geeigneten Legierung für die Wulst 36 ist die im Handel erhältliche Legierung A286, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten C_ mit Werten zwischen etwa 5,0 χ 10~6 pro 0C (9.0 χ 10~6 per 0F) bei Raumtemperatur und etwa 5,56 χ 10 pro 0C (10.0 χ 10~6 per 0F) bei 649 0C (1200 0F) hat. Eine geeignete Legierung für den Flammrohrabschnitt 44 ist die im Handel erhältliche Legierung Hastelloy X, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 mit Werten zwischen etwa 4,3 χ
— fi —fi
10 pro 0C (7.7 χ 10 per 0F) bei Raumtemperatur und etwa 4,8 χ 10~6 pro 0C (8.6 χ 10~6 per 0F) bei 649 0C (1200 0F) hat.
Verschiedene alternative Materialien können auch gewählt werden, um von anderen Materialeigenschaften zusätzlich zu den gewünschten Ausdehnungskoeffizienten vorteilhaften Gebrauch zu machen. Beispielsweise bringt die Möglichkeit, ein Brennerflammrohr aus mehreren Materialien herstellen zu können, die zusätzliche Vielseitigkeit mit sich, daß ein Material, das eine bessere Leistungsfähigkeit in eine niedrige Temperatur annehmenden Brennerteilen hat, benutzt werden kann, welches sonst bei einem Brenner aus einem einzigen Material nicht benutzt werden könnte, weil es nicht auch für die eine hohe Temperatur annehmenden Brennerteile geeignet gewesen wäre.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Brennerflammrohres, wie beispielsweise des in Fig. 2 als eine Ausführungsform der Erfindung dargestellten Flammrohres 12, beinhaltet das Herstellen eines ringförmigen Flaxnmrohrabschnit-
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tes 44 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten C1. Ausserdem wird eine ringförmige Wulst 36 mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient C2 hergestellt und mit dem Endbereich 44b des Flammrohrabschnittes 44 geeignet verbunden, beispielsweise durch die Schweißung 44c, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Mehrere Wülste 36 und Flammrohrabschnitte 44 können miteinander verbunden werden, beispielsweise durch die Schweißungen 36c und 44d, um ein vollständiges Brennerflammrohr 12 herzustellen.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Brennerflammrohre 12 oder 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. Fig. 3A zeigt mehrere ebene erste Legierungsstreifen 54, die den ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten C. haben, und einen ebenen, zweiten Legierungsstreifen 56, der den zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten C2 hat. Der zweite Legierungsstreifen 56 ist mit gegenüberliegenden seitlichen Enden 54b und 54a von benachbarten ersten Legierungsstreifen 54 verbunden, beispielsweise durch Schweißen. Mehrere in gegenseitigem Längsabstand und in einer Linie angeordnete Einlaßlöcher 58 werden gemäß Fig. 3A in dem zweiten Legierungsstreifen 56 hergestellt. Die miteinander verbundenen ersten und zweiten Legierungsstreifen 54, 56 werden dann zu einem Ring 60 geformt, der in Fig. 3B gezeigt ist.
.Fig. 3C zeigt einen Querschnitt des Ringes 60 nach Fig. 3B, der einen zusätzlichen Schritt des Verformens des zweiten Legierungsstreifens 56 zum Herstellen einer Kammer 62 mit insgesamt gekrümmtem Profil veranschaulicht.
Schließlich werden gemäß der Darstellung in Fig. 3D mehrere Ringe 60 miteinander verbunden, beispielsweise
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durch Hartlöten, um einen Teil eines vollständigen Brenner flairanrohres herzustellen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit drei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten C-, C- und C3. Fig. 4 soll zeigen, daß im Betrieb die Verteilung der Temperaturen der Flammrohrabschnitte 44 und der Wülste 36 ziemlich komplex sein kann und viel mehr unterschiedliche Temperaturen als die beiden mittleren Temperaturen umfaßt, die für das in Fig. 2 dargestellte Flammrohr 12 angegeben sind. Ein Flammrohr 12, das nur zwei verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 und C2 für die Flammrohrabschnitte 44 und die Wülste 36 hat, ergibt jedoch ein verbessertes Gebilde, wie oben beschrieben.
In Fig. 4 ist der Koeffizient C1 kleiner als C~, der seinerseits kleiner als C3 ist. Das soll anzeigen, daß die mittlere Temperatur des Brennerflammrohres 12 in den mit C1 bezeichneten Bereichen größer ist als in den mit C~ bezeichneten Bereichen und in diesen wiederum größer als in den mit C3 bezeichneten Bereichen. Für viele Verwendungszwecke kann es erwünscht sein, ein Brennerflammrohr vorzusehen, das wenigstens drei und vielleicht viel mehr als drei benachbarte Teile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, die den verschiedenen Temperaturen angepaßt sind, welche für diese Teile zu erwarten sind, um durch Wärme verursachte Spannungen und Verwindungen auf oben beschriebene Weise zu reduzieren. Die Verwendung von vielen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in dem Flammrohr 12 gestattet außerdem die Kompensation unterschiedlichen thermischen Wachstums in dessen Wänden, beispielsweise in der Wand des Flammrohrabschnittes 44, der die Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 und C2 aufweist, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Optimal könnte ein Brennerflammrohr mit Wärmeausdehnungskoeffi-
zienten, die sich in dem Flammrohr kontinuierlich verändern, geschaffen werden, um thermisch verursachte Spannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnung wirksam zu minimieren.
Selbstverständlich soll das Konzept, die Wärmeausdehnungskoeffizienten den erwarteten Temperaturen von örtlichen Teilen im wesentlichen anzupassen, die Erfindung in ihrer einfachsten Form veranschaulichen. Tatsächlich sind die Brennerflammrohre 12 und 14 komplexe Gebilde, in denen thermisch verursachte unterschiedliche Ausdehnungen relativ komplexe Spannungsmuster erzeugen. Nach Durchführung einer ausführlichen Spannungsanalyse und auf der Grundlage der hier angegebenen Lehren kann jedoch der Fachmann geeignete Wärmeausdehnungskoeffizienten auswählen und die verschiedenen Bereiche der Brennerflammrohre 12 und 14 genauer festlegen, um eine maximale Reduzierung der thermisch verursachten Spannungen zu erzielen.
Da das Brennerflammrohr 12, welches in Fig. 4 dargestellt ist, komplexer ist als das in Fig. 2 dargestellte, sind geeignete Herstellungsverfahren erforderlich. Beispielsweise kann das in Fig. 4 dargestellte Brennerflammrohr 12 unter Verwendung von Niederdruckplasmaauftrags (Low Pressure Plasma Deposition oder LPPD) -Techniken oder von pulvermetallurgischen Techniken hergestellt werden, die bekannt sind. Diese Techniken gestatten eine kontinuierliche Änderung in den Materialeigenschaften innerhalb der Brennerflammrohre 12 und 14. Weiter gestatten diese Techniken die Auswahl von Materialien, die sonst nicht verwendbar wären, weil sie nicht in Blechform oder als Schmiedestücke verfügbar sind, oder von Materialien, die keine ausreichende Duktilität oder Schweißbarkeit haben.
Eine Niederdruckplasmaauftragstechnik ist in einer US-Pa-
tentanmeldung der Anmelderin, Serial Nr. 292,857, vom 14. August 1981 beschrieben, welche sich auf Plasmaspitzgußteile bezieht.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des mit gestrichelten Linien dargestellten Brennerflammrohres 12 unter Verwendung einer Niederdruckplasmaauftragstechnik. Es wird, vereinfacht ausgedrückt, ein geeigneter ringförmiger Dorn 64 vorgesehen. Eine erste Legierung 66, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten C1 hat, wird dann auf den Dorn 64 gespritzt. Eine zweite Legierung 68, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten C2 hat, wird dann auf die erste Legierung 66 gespritzt. Der Dorn 64 sowie die erste Legierung 66 und die zweite Legierung 68 werden auf vorbestimmte Weise geformt bzw. aufgebracht, damit sich ein Brennerflammrohr 12 ergibt, das nach der spanabhebenden Bearbeitung eine Wulst 36 und einen Flammrohrabschnitt 44 hat, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind. Selbstverständlich könnte auch ein komplizierteres Flammrohr wie das in Fig. 4 dargestellte oder eines, in welchem sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten kontinuierlich verändern, unter Verwendung dieser Technik mit oder ohne zusätzlichen Dorn oder mit oder ohne zusätzlichen Dornteile, je nach Bedarf, hergestellt werden.
Die Erfindung ist zwar für ringförmige Brennerflammrohre beschrieben worden, sie ist jedoch auch bei gekrümmten qnd ebenen Flammrohrteilen irgendeines Brennertyps anwendbar. Weiter kann die Erfindung bei jedem Brennerflammrohr angewandt werden, das unterschiedlich geformte Flammrohrabschnitte und/oder Wülste hat, die unterschiedlicher Wärmeausdehnung ausgesetzt sind.
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Claims (10)

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A. Ansprüche :
1./Brennerflammrohr zur Verwendung zwischen einem Kühlfluid und heißen Verbrennungsgasen, gekennzeichnet durch benachbarte Teile (36, 44) mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (C-, C2f C3) zum Verringern von Spannungen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungstendenz der benachbarten Teile.
2. Brennerflammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten (C1, C3, C3) in dem Flammrohr kontinuierlich verändern.
3. Brennerflammrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Teile (36, 44) ein erster und ein zweiter Teil sind, von denen der erste Teil (44) höheren Temperaturen ausgesetzt ist als der zweite Teil (36) und einen Wärmeausdehnungskoeffizient (C1) hat, der kleiner ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient (C2) zweiten Teils.
4. Brennerflammrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil ein Flammrohrabschnitt (44) ist, der eine Begrenzung für die heißen Verbrennungsgase bildet, und daß der zweite Teil eine Wulst (36) ist, die sich von einem Endbereich (44b) des Flammrohrabschnittes aus erstreckt und mehrere Einlaßlöcher (52) zum Empfang des Kühlfluids hat.
5. Brennerflammrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Endbereich des Flammrohrabschnittes (44) ein hinterstes Lippenende (46) aufweist, das gemeinsam mit der Wulst (36) eine Kühlluftkammer (48) begrenzt, die ein Auslaßloch (50) für Kühlluft (38) zur Filmkühlung eines sich von der Wulst aus erstreckenden zweiten Flammrohrabschnittes (44a) hat.
6. Ringförmiges Brennerflammrohr zur Verwendung zwischen einem Kühlfluid und Verbrennungsgasen in einem Gasturbinentriebwerk, gekennzeichnet durch mehrere koaxiale, ringförmige Flammrohrabschnitte (44; 60), die eine Begrenzung für die heißen Verbrennungsgase bilden, und durch mehrere ringförmige Wülste (36; 56), die benachbarte Flammrohrabschnitte miteinander verbinden und mehrere Einlaßlöcher (52; 58) aufweisen und ringförmige Auslaßlöcher (50) begrenzen, wobei die Flammrohrabschnitte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der kleiner ist als der der Wülste.
7. Brennerflammrohr zur Verwendung zwischen einem Kühlfluid und heißen Verbrennungsgasen, gekennzeichnet durch Teile (36, 44; 54, 56), die unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, so daß Teile, die relativ hohen Temperaturen ausgesetzt sind, relativ niedrige Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, und Teile, die relativ niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, relativ hohe Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
8. Verfahren zum Herstellen eines Brennerflammrohres, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen eines ringförmigen Flammrohrabschnittes mit einem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient;
Herstellen einer ringförmigen Wulst mit einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient, der größer ist als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient; und
Verbinden der Wulst mit einem Endbereich des Flammrohrabschnittes.
9. Verfahren zum Herstellen eines Brennerflammrohres, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellen einer Anzahl erster Legierungsstreifen, die einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizient haben; Herstellen eines zweiten Legierungsstreifens, der einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient hat, welcher größer ist als der der ersten Legierungsstreifen; Verbinden des zweiten Streifens mit gegenüberliegenden Enden von benachbarten ersten Streifen; und Formen der miteinander verbundenen ersten und zweiten Streifen zu einem Ring.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einlaßlöcher in dem zweiten Streifen hergestellt werden und daß der zweite Streifen zu einer Wulst geformt wird, die eine Kammer begrenzt, welche ein insgesamt bogenförmiges Profil hat.
DE19833343652 1982-12-08 1983-12-02 Brennerflammrohr und verfahren zur herstellung desselben Ceased DE3343652A1 (de)

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