DE3908166A1

DE3908166A1 - Durchbruchkuehlverfahren und durchbruchgekuehltes gebilde

Info

Publication number: DE3908166A1
Application number: DE3908166A
Authority: DE
Inventors: Robert Lawrence Vogt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1989-10-05
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: IL89509A0; IL89509A; GB2216645B; GB8906805D0; JP2783835B2; FR2629134A1; AU3162889A; GB2216645A; AU626291B2; SE8900996L; DE3908166B4; IT8919893A0; SE468060B; US4916906A; IT1228872B; FR2629134B1; SE8900996D0; JPH01301929A; CA1327455C

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Einrichtungen und Verfahren zum Kühlen von Gebilden in einem Gasturbinen triebwerk und betrifft insbsondere ein verbessertes Kühlver fahren und eine verbesserte Kühleinrichtung, die bei einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer zum Verringern von deren Abgasemissionen verwendbar sind.

Verkehrsflugzeug-Gasturbinentriebwerke müssen gewisse ge setzliche Forderungen hinsichtlich Rauch und Emissionen erfüllen. Zum Beispiel hat die Bundesluftfahrtverwaltung (FAA) der Vereinigten Staaten eine Bestimmung, welche die Emissionsmenge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen ein schließlich Rauch- und Dampfformen derselben begrenzt. Da rüber hinaus legt die Internationale Zivil-Luftfahrt-Behörde (ICAO) ebenfalls Grenzwerte für die Emissionen einschließ lich unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenmonoxid fest.

Der Stand der Technik umfaßt verschiedene Maßnahmen zum Reduzieren der Abgasemissionen von Gasturbinentriebwerken, zu denen verbesserte Vergaser zum vollständigeren Ver mischen und Zerstäuben von Brennstoff und Luft zur Erzielung einer vollständigeren Verbrennung gehören. Es ist bekannt, daß sich unverbrannte Kohlenwasserstoffe ergeben, wenn der Verbrennungs- oder Reaktionsprozeß bei weniger als etwa 816°C (1500°F) stattfindet, wogegen ein vollständiges Ver brennen von Kohlenwasserstoffen bei Reaktionstemperaturen von mehr als etwa 1093°C (2000°F) erfolgt und Reaktions temperaturen dazwischen zu veränderlichen Mengen an unver brannten Kohlenwasserstoffen führen.

Der Verbrennungsprozeß erzeugt jedoch so hohe Temperaturen in einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer, daß, wenn nicht die Brennkammer selbst ausreichend gekühlt wird, die her kömmlichen metallischen Legierungen, aus denen die Brenn kammer hergestellt wird, thermisch stark überbeansprucht werden. Deshalb werden bei herkömmlichen Gasturbinentrieb werken Einrichtungen zur Filmkühlung des Brennkammerflamm rohres benutzt, um das Flammrohr vor Verbrennungsgasen hoher Temperatur zu schützen. Das US-Patent 39 78 662 der Anmel derin beschreibt mehrere Maßnahmen zum Erzielen einer wirk samen Filmkühlung eines Brennkammerflammrohres. Das Kühlfluid, das zur Filmkühlung in einem Gasturbinentriebwerk benutzt wird, ist Verdichterauslaßluft, die üblicherweise eine Tem peratur von etwa 538°C (1000°F) hat.

Die Verwendung einer Kühlluftgrenzschicht niedriger Tem peratur oder eines Kühlluftfilms niedriger Temperatur an der gesamten inneren Oberfläche eines Brennkammerflammrohres sorgt für eine wirksame Kühllung des Flammrohres gegenüber den heißen Verbrennungsgasen. Da jedoch die Temperatur die ser Grenzschicht etwa die Temperatur der Kühlluft ist, die wesentlich niedriger als etwa 816°C (1500°F) ist, kommt es während des Betriebes zum Abschrecken oder Abkühlen des Brennstoff/Luft-Gemisches an dieser Grenzschicht. Da die Verbrennung des abgeschreckten Brennstoff/Luft-Gemisches längs der Kühlluftgrenzschicht deshalb bei Temperaturen von weniger als etwa 816°C (1500°F) stattfindet, werden un verbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erzeugt.

In Abhängigkeit von dem besonderen Gasturbinentriebwerks modell können diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe eben so wie das Kohlenmonoxid die an die Abgasemissionen gestell ten Forderungen erfüllen. Bei einem besonderen Modell eines Gasturbinentriebwerks, das gegenwärtig von der Anmelderin hergestellt wird, sind jedoch restriktivere FAA- und ICAO- Emissionsforderungen in Kraft getreten, die eine Änderung in der Konstruktion erforderlich gemacht haben, um die Emissionen an unverbranntem Kohlenwasserstoff und Kohlen monoxid zu reduzieren, damit diese Forderungen erfüllt wer den. Da es sich bei dem Triebwerk um ein Triebwerk der lau fenden Produktion handelt, war es erwünscht, daß die Ände rungen innerhalb der Restriktionen, die durch eine bereits vorhandene Gasturbinentriebwerkskonstruktion auferlegt werden, auf einem Minimum gehalten werden.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine neue und ver besserte Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen.

Weiter soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Brennkammer geschaffen werden, um die Abgasemissionen zu reduzieren.

Ferner soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Brennkammer geschaffen werden, die das Abschrecken des Brennstoff/Luft-Gemisches reduziert.

Außerdem soll durch die Erfindung eine neue und verbesserte Kühleinrichtung zum Kühlen einer Wand geschaffen werden.

Weiter soll durch die Erfindung eine Brennkammer geschaffen werden, die eine neue und verbesserte Einrichtung zum Kühlen eines Flammrohres derselben hat, um eine Erhöhung der Tem peratur der Verbrennungsgase unmittelbar an einer Oberfläche des Flammrohres, welche den Verbrennungsgasen zugewandt ist, zu gestatten.

Schließlich soll durch die Erfindung eine Brennkammer ge schaffen werden, die eine neue und verbesserte Einrichtung zum Kühlen eines Flammrohrteils derselben hat, um das Eliminieren der Filmkühlung dieses Flammrohrteils zu gestat ten und das Abschrecken des Brennstoff/Luft-Gemisches zum Reduzieren der Abgasemissionen zu verringern.

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern der Kühlung einer Wand in einem Gasturbinen triebwerk. Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zur Durchbruchkühlung einer undurchlöcherten Wand, beispiels weise eines Brennkammerflammrohres, um deren Kühlung zu verbessern. Die Durchbruchkühlung erfolgt durch ein Gebil de, das ein Kühlfluid als einen Strahl auf eine äußere Oberfläche der undurchlöcherten Wand richtet, wobei der Strahl einen ausreichenden Impuls hat, um eine Grenzschicht des Kühlfluids, die sich über der äußeren Oberfläche der Wand bildet, zu durchbrechen und dem Strahl zu gestatten, mit der äußeren Oberfläche der Wand in Kontakt zu kommen, damit diese effektiver gekühlt wird.

In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung ist die durchbruchgekühlte Wand ein stromaufwärtiger Teil der Gasturbinentriebwerksbrennkammer, und die innere Ober fläche des Brennkammerflammrohres, welche den Verbrennungs gasen zugewandt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Filmkühlungsgrenzschicht von Luft hat, um das Ab schrecken der Verbrennungsgase zwecks Reduzierung der Abgas emissionen zu verringern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Gasturbinentrieb werksbrennkammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 in Draufsicht einen Teil der in Fig. 1 gezeig ten ersten Tafel nach der Linie 2-2,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines vergrößerten Teils einer ersten Flammrohrplatte der in Fig. 1 gezeigten Brennkammer gemäß einer Ausführungs form der Erfindung nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 in einer Endansicht und teilweise im Schnitt die in Fig. 3 dargestellte erste Tafel nach der Linie 4-4,

Fig. 5 schematisch und teilweise im Schnitt eine Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Einlässe, welche einen Strömungsumlenkrand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschau licht, und

Fig. 6 teilweise im Schnitt und teilweise perspek tivisch eine Ansicht einer hohlen Gasturbinen triebwerkslaufschaufel mit einer durchbruch gekühlten konkaven Wand gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer ringförmigen Gas turbinentriebwerksbrennkammer 10 dargestellt, die konzen trisch um eine Triebwerksmittellinie oder axiale Achse 12 angeordnet ist. Stromaufwärts der Brennkammer 10 befindet sich ein herkömmlicher Verdichter (nicht dargestellt), wel cher der Brennkammer 10 verdichtete Luft oder Kühlfluid 14 liefert.

Die Brennkammer 10 hat ein ringförmiges äußeres Flammrohr 16 mit einer äußeren Oberfläche 18, die einem ringförmigen Ge häuse 20 zugewandt und Abstand von diesem hat, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger erster Kanal 22 gebildet ist, der einen Teil des Kühlfluids 14 empfängt. Die Brennkammer 10 hat au ßerdem ein ringförmiges inneres Flammrohr 24 mit einer äuße ren Oberfläche 26, die einem inneren Gehäuse 28 zugewandt und Abstand von diesem hat, so daß zwischen ihnen ein ring förmiger zweiter Kanal 30 gebildet ist, der einen Teil des Kühlfluids 14 empfängt. Das innere Flammrohr 24 hat Ab stand von dem äußeren Flammrohr 16, so daß zwischen ihnen eine Verbrennungszone 32 gebildet ist. Das äußere Flamm rohr 16 und das innere Flammrohr 24 haben in entgegenge setzte Richtungen weisende innere Oberflächen 34 bzw. 36, welche die Verbrennungszone 32 begrenzen. Das innere und das äußere Flammrohr 24, 16 sind aus einem herkömmlichen metallischen Werkstoff, z.B. aus der im Handel erhältlichen Legierung Hastelloy X, hergestellt.

Die Brennkammer 10 hat außerdem eine ringförmige Kuppel 38, die mit den stromaufwärtigen Enden 40 und 42 des äu ßeren Flammrohres 16 bzw. des inneren Flammrohres 24 fest verbunden ist. Die Brennkammer 10 enthält außerdem mehrere in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete Vergaser 44, die in der Kuppel 38 angeordnet sind und jeweils eine her kömmliche Niederdruck-Luftblasbrennstoffeinspritzvorrich tung 46 und einen herkömmlichen gegenläufigen Drallkörper 48 aufweisen. Brennstoff 50 wird aus der Einspritzvorrich tung 46 in den Drallkörper 48 abgegeben und mit der Luft 14 vermischt, um ein Brennstoff/Luft-Gemisch 52 zu erzeugen, welches an einem Auslaß 54 jedes Vergasers 44 in die Ver brennungszone 32 abgegeben wird, um darin zu verbrennen oder zu reagieren und Verbrennungs- oder Abgase 56 zu er zeugen. Die Abgase 56 strömen durch die Brennkammer 10 ins gesamt in Richtung einer Längsachse 58 derselben und wer den an einem Brennkammerauslaß 60 abgegeben, von wo aus sie dann zu einer Turbine (nicht dargestellt) geleitet wer den.

Das äußere und das innere Flammrohr 16, 24 haben jeweils mehrere seriell verbundene Flammrohrplatten, zu denen eine erste Flammrohrplatte 62, die sich von der Kuppel 38 aus stromabwärts erstreckt, eine sich daran anschließende zweite Flammrohrplatte 64 und eine dritte Flammrohrplatte 66 ge hören. An den Schnittstellen der ersten, der zweiten und der dritten Flammrohrplatte 62, 64 und 66 und an dem stromabwärtigen Ende der dritten Flammrohrplatte 66 sind herkömmliche Filmkühlwülste 68 vorgesehen, die jeweils all gemein eine nach hinten weisende, U-förmige Tasche auf weisen, welche ein Loch an ihrem Grund hat, um die Luft 14 abzugeben. Die Kühlwülste 68 leiten die Kühlluft 14 aus den Löchern als einen Grenzschichtfilm 70 über die inneren Oberflächen 34 und 36 der Flammrohre, um eine Filmkühlung derselben zu bewirken.

Da die Filmkühlluft 70 wesentlich kälter ist als die Ver brennungsgase 56, führt das Abschrecken des Brennstoff/Luft gemisches 52 durch die Filmkühlluft 70 zu unverbrannten Kohlenwasserstoffen und zur Bildung von Kohlenmonoxid. Zum Reduzieren dieser Abgasemissionen wurden Modifizierungen an einer herkömmlichen filmgekühlten Brennkammer vorgenom men, um die Temperatur der Grenzschicht an den inneren Oberflächen 34 und 36 der ersten Flammrohrplatte 62 zu er höhen und so das Ausmaß an Abschreckung des Brennstoff/ Luft-Gemisches 52 zur Verringerung der Abgasemissionen zu reduzieren.

Eine Modifizierung wurde so konstruiert und gebaut, daß sich ein reduziertes, minimales Ausmaß an Filmkühlung an der ersten Flammrohrplatte 62 ergab. Testergebnisse zeigten je doch, daß der Kühlfilm zu dünn und unstabil war und daß die Flammrohrtemperaturen auf unzulässig hohe Werte an stiegen. Bei einer anderen Modifizierung, die gebaut und getestet wurde, wurde die Filmkühlung an der ersten Flamm rohrplatte 62 eliminiert und statt ihr wurden zur Kühlung herkömmliche Aufprallkühltechniken benutzt. Die Aufprall kühlung wurde erzielt, indem eine äußere Wand mit Abstand über der ersten Flammrohrplatte 62 angeordnet wurde, wobei diese Wand eine relativ große Anzahl von kleinen herkömm lichen Aufprallkühllöchern aufwies. Testergebnisse von zwei Aufprallkühlkonstruktionsmodifizierungen zeigten jedoch, daß keine von ihnen eine ausreichende Kühlung der ersten Flammrohrplatte 62 ohne die Verwendung der Filmkühlung er möglichte.

Im Stand der Technik ist bereits erkannt worden, daß eine Querströmung in einem herkömmlichen aufprallgekühlten Ge bilde die Wirksamkeit der Aufprallkühlung stark reduziert. Bei der herkömmlichen Aufprallkühlung, bei der Reihen von gegenseitigen axialen Abstand aufweisenden Prallöchern benutzt werden, bildet die Kühlluft, die aus den stromauf wärtigen Aufprallkühllöchern strömt, eine Grenzschicht von Kühlluft an der äußeren Oberfläche des Flammrohres, und es wird angenommen, daß die Grenzschicht mit dem Kühl fluid, das über benachbarte Prallöcher und jede folgende Reihe von Aufprallkühllöchern abgegeben wird, wiederaufge frischt und/oder in der Dicke vergrößert wird. Infolgedessen wird das effektive Wärmeübertragungsvermögen der Aufprall kühlung durch das Wärmeübertragungsvermögen der so gebilde ten Grenzschicht aus Luft begrenzt.

Der Erfinder hat herausgefunden, daß statt der Verwendung einer relativ großen Anzahl von relativ kleinen herkömm lichen Prallkühllöchern, d.h. dem Vergrößern der Dichte dieser Löcher, um den Wärmeübertragungskoeffizienten des Kühlfluids zu steigern, die Verwendung einer reduzierten Anzahl von relativ großen Kühllöchern zu einer wesentlichen Steigerung des Wärmeübertragungskoeffizienten zum Kühlen des Flammrohres führen kann.

Der Erfinder hat ein neues Verfahren und ein neues Gebilde zum Kühlen einer Wand zur Erzielung einer Erhöhung der Wärmeübertragung derselben erfunden. Erreicht wird das durch ein Verfahren der "Durchbruch" ("breach")-Kühlung einer undurchlöcherten Wand, wobei ein Kühlfluid als ein Strahl auf die äußere Oberfläche der Wand geleitet wird und wobei der Strahl einen ausreichenden Impuls hat, um die Grenz schicht des Kühlfluids, die über der äußeren Oberfläche der Wand gebildet wird, zu durchbrechen, d.h. zu durchdringen und mit der äußeren Oberfläche der Wand in Kontakt zu kommen. Bei diesem Verfahren berührt der Kühlluftstrahl nicht einfach die Grenzschicht selbst und vermischt sich nicht einfach mit derselben, sondern durchbricht diese Grenzschicht, um in direkten Kontakt mit der äußeren Oberfläche der Wand zu kommen.

Ausführlicher ist in Fig. 3 die erste Flammrohrplatte 62 des äußeren Flammrohres 16 dargestellt, wobei es sich ver steht, daß sich auch eine im wesentlichen gleiche, aber um gekehrte Platte 62 bei dem inneren Flammrohr 24 findet. Die erste Flammrohrplatte 62 ist ein durchbruchgekühltes Gebilde mit einer undurchlöcherten inneren oder ersten Wand 72, die sich von der Kuppel 38 aus an dem stromaufwärtigen Flammrohrende 40 zu der zweiten Flammrohrplatte 64 erstreckt. Die innere Wand 72 weist eine innere Oberfläche 74 auf, die der Verbrennungszone 32 zugewandt ist, und eine entgegen gesetzte äußere oder erste Oberfläche 76. Die erste Flamm rohrplatte 62 hat weiter eine hintere Wand 78, die sich von der inneren Wand 72 aus an einem hinteren Ende derselben nach außen erstreckt. Eine äußere oder zweite Wand 80 ist mit Abstand von der inneren Wand 72 angeordnet und auf ge eignete Weise mit einem hinteren Ende derselben an der hinteren Wand 78 und an einem stromaufwärtigen Ende mit der inneren Wand 72 selbst fest verbunden, um dazwischen einen umschlossenen Raum 82 zu bilden. Die äußere Wand 80 hat mehrere Einlaßlöcher oder einfach Einlässe 84, die der äu ßeren Oberfläche 76 zugewandt sind. Die hintere Wand 78 hat mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Auslaß löcher oder einfach Auslässe 86 zum Abgeben des Kühlfluids 14 aus dem Raum 82.

Die erste Flammrohrplatte 62 hat weiter eine Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids 14 von jedem der Einlässe 84 aus als einen Strahl 88 (d.h. als Strahlen 88 a, 88 b, 88 c) durch den Raum 82, um eine Luftgrenzschicht 90 zu durchbrechen, die sich an der äußeren Oberfläche 76 bildet, und in direkten Kontakt mit der äußeren Oberfläche 76 zu gelangen. Diese Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids umfaßt u.a., daß die Einlässe 84 und die Auslässe 86 so bemessen und positioniert sind, daß der Impuls (Masse×Geschwindigkeit) des Kühl fluidstrahls 88, der durch die Einlässe 84 hindurchgehen kann, ausreicht, um die Grenzschicht 90 zu durchbrechen und mit der äußeren Oberfläche 76 in Kontakt zu kommen.

Zum Unterstützen des Umlenkens des Kühlfluids 14 aus einer insgesamt longitudinalen Richtung über der äußeren Wand 80 in eine Einwärtsrichtung, die schräg zu der äußeren Wand ist, ist ein ringförmiger Strömungsumlenkrand 92 gemäß der Dar stellung in den Fig. 3 und 5 an jedem Einlaß 84 vorgesehen, und zwar vorzugsweise daran befestigt oder angeformt. Der Rand 92 erstreckt sich vorzugsweise unter die äußere Wand 80 um mindestens etwa zwei Wanddicken derselben, um die Kühl luft 14 effektiv umzulenken und die Strahlen 88 zu richten. In einer Ausführungsform der Erfindung, die gebaut und ge testet worden ist, waren die Ränder 92 in der Lage, die Strahlen 88 zu der inneren Wand 72 unter einem zwischen ihnen gemessenen Winkel von etwa 75° zu leiten.

Fig. 3 zeigt, daß während des Betriebes der Brennkammer 10 das Kühlfluid 14 an den Einlässen 84 auf einem statischen Druck P ₁ ist, der den Verdichteraustrittsdruck darstellt. Der statische Druck des Kühlfluids 14 in dem umschlossenen Raum 82 an dem Auslaß 86 hat einen Wert P ₂, und der stati sche Druck des Kühlfluids 14 in den Kühlwülsten 68 stromab wärts des Auslasses 86 hat einen Wert P ₃, welcher den sta tischen Druck am Turbineneinlaß darstellt. Der gesamte Druckabfall, P ₁ minus P ₃, der mit P ₁₃ bezeichnet wird, ist ein bestimmter Wert und wird durch den Triebwerkszyklus ge steuert.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein erster Druckabfall P ₁ minus P ₂, der mit P ₁₂ bezeichnet wird, vorbestimmt größer gemacht als ein zweiter Druckabfall P ₂ minus P ₃, der mit P ₂₃ bezeichnet wird, um die Gewähr leistung, daß die innere Wand 72 durchbruchgekühlt wird, zu unterstützen. Da der gesamte statische Druckabfall P ₁₃ eine gegebene Größe ist, können die Einlässe 84 und die Auslässe 86 so bemessen werden, daß der erste Druckabfall P ₁₂ einen maximalen Wert und der zweite Druckabfall P ₂₃ einen minimalen Wert hat, um zu gewährleisten, daß sämtliche Strahlen 88 die Grenzschicht 90 durchbrechen. Das kann er reicht werden, indem der Strömungsquerschnitt der Auslässe 86 innerhalb der physikalischen Grenzen, die durch die Kühl wülste 68 gesetzt werden, einfach soweit wie möglich ver größert wird, während noch ein effektives Ausmaß an Film kühlung von den Auslässen 86 aus an der inneren Oberfläche 34 der zweiten Flammrohrplatte 64, die stromabwärts der ersten Flammrohrplatte 62 angeordnet ist, erfolgt.

Zu Vergleichszwecken sei angegeben, daß bei einem her kömmlichen aufprallgekühlten Gebilde der statische Druck abfall an den Prallöchern üblicherweise etwa gleich dem statischen Druckabfall an den Auslaßlöchern, welche her kömmliche Filmkühlwülste speisen, ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, umfassen die Einlässe 84 eine erste, stromaufwärtige Reihe von gegenseitigen Um fangsabstand aufweisenden ersten Einlaßlöchern 84 a, eine zweite Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden zweiten Einlaßlöchern 84 b, welche mit Längsabstand strom abwärts der ersten Einlässe 84 a angeordnet sind und an wel che sich wiederum eine dritte Reihe von gegenseitigen Um fangsabstand aufweisenden dritten, hinteren Einlaßlöchern 84 c anschließt. Die Einlässe 84 a, 84 b, 84 c haben jeweils einen Strömungsquerschnitt A ₁, A ₂ bzw. A ₃ und jeweils einen rechtwinkeligen Abstand H ₁, H ₂ bzw. H ₃ von der äußeren Oberfläche 76.

Ein erster Strahl 88 a des Kühlfluids 14 wird durch den er sten Einlaß 84 a erzeugt, um mit einem ersten, stromaufwär tigen Teil 76 a der äußeren Oberfläche 76 in Kontakt zu kom men, und die Grenzschicht 90 zu bilden, welche einen Impuls und eine Dicke T ₁ hat und stromabwärts über einen zweiten Teil 76 b der äußeren Oberfläche 76 hinwegleitbar ist, welche dem zweiten Einlaß 84 b zugewandt ist. Der Strömungsquer schnitt A ₂ des zweiten Einlasses 84 b wird zusammen mit dem Impuls eines zweiten Strahls 88 b, der durch den zweiten Einlaß 84 b erzeugt wird, auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke T ₁ und dem Impuls der Grenzschicht 90 gewählt, daß gewährleistet ist, daß der zweite Strahl 88 b die Grenz schicht 90 durchbricht, um mit der äußeren Oberfläche des zweiten Teils 76 b in Kontakt zu kommen.

Ebenso werden der Strömungsquerschnitt A ₃ des dritten Ein lasses 84 c und der Impuls eines dritten Strahls 88 c, welcher durch den dritten Einlaß 84 c erzeugt wird, auf vorbestimmte Weise relativ zu dem Impuls und der Dicke T ₂ der Grenz schicht 90, welche über die äußere Oberfläche des dritten Teils 76 c strömt, gewählt, daß gewährleistet ist, daß der dritte Strahl 88 c die Grenzschicht 90 durchbricht, um mit der äußeren Oberfläche 76 in Kontakt zu kommen.

Die Grenzschicht 90 nimmt in stromabwärtiger Richtung in der Dicke zu, weil die Menge an Kühlfluid 14 aus den Ein lässen 84 kumulativ ist. Deshalb ist die Dicke T ₃ größer als T ₂, die ihrerseits größer als T ₁ ist. Die Einlässe 84 a, 84 b und 84 c könnten zwar jeweils maßgeschneidert werden, um eine maximale Durchbruchkühlung mit einem Minimum an Kühl fluid 14 zum Durchbrechen der Dicken der Grenzschicht 90 zu erzielen, zur Vereinfachung der Herstellung können jedoch gleichmäßige Einlässe 84 a, 84 b und 84 c gewählt werden, um ein effektives Ausmaß an Durchbruchkühlung zu erzielen.

Die Zahl der Reihen von Einlässen 84 wird durch die Fähig keit der Strahlen 88, die Grenzschicht 90 zu durchdringen, begrenzt. Zu viele Reihen von Einlässen 84 werden eine Grenz schicht 90 ergeben, die durch die Strahlen 88 nicht durch drungen werden kann, was das Kühlvermögen und den Wärme übertragungskoeffizienten des Gebildes wesentlich redu zieren wird. Bei der exemplarischen Gasturbinentriebwerks brennkammer, die tatsächlich gebaut und getestet worden ist, hat es sich gezeigt, daß eine optimale Zahl von Reihen von Einlässen 84 auf nicht mehr als drei Reihen begrenzt ist.

Zum Minimieren der Stärke und der Dicke der Grenzschicht 90 und zum gleichmäßigeren Kühlen der inneren Wand 72 wird bevorzugt, daß die zweiten Einlässe 84 b mit Umfangsabstand zwischen den ersten Einlässen 84 a und den dritten Einlässen 84 c angeordnet sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.

Da jeder Strahl 88 einen Kühlbereich in der äußeren Ober fläche 76 der inneren Wand bewirkt, haben die Einlässe 84 auf vorbestimmte Weise derartigen gegenseitigen Abstand, daß die Kühlbereiche der Strahlen 88 einander überlappen, um eine insgesamt gleichmäßige Temperatur der äußeren Ober fläche 76 der inneren Wand zu erzielen.

In einer bevorzugten Ausführungsform, die tatsächlich ge baut und getestet worden ist, hatten die Einlässe 84 einen gleichmäßigen Durchmesser von 2,92 mm (0,115 Zoll) und einen gegenseitigen Abstand von 7,11 mm (0,28 Zoll) in der Längs richtung zwischen den Reihen und von 19,56 mm (0,77 Zoll) in der Umfangsrichtung. Die Höhen H ₁, H ₂ und H ₃ betrugen 6,35 mm (0,25 Zoll), 7,62 mm (0,30 Zoll) bzw. 8,89 mm (0,35 Zoll). Der gesamte statische Druck P ₁₃ betrug etwa 0,97 bar (14 psi), der erste Druckabfall P ₁₂ betrug etwa 0,76 bar (11 psi), und der zweite Druckabfall P ₂₃ betrug etwa 0,21 bar (3 psi).

Aus den obigen Angaben können die besonderen Entwurfs parameter zum Erzielen der Durchbruchkühlung auf herkömm liche Weise bestimmt werden. Zum Beispiel können die fol genden Gleichungen benutzt werden:

h = Nuk/D (1)

wobei h der Wärmeübertragungskoeffizient der äußeren Ober fläche 76 in jeder Reihe von Einlässen 84 ist, Nu die bekannte Nusselt-Zahl ist, die eine Funktion der Größe, des Abstands und der Teilung der Einlässe 84 sowie des Winkels A der Strahlen 88 ist, k die Wärmeleitfähigkeit des Kühlfluids 14 ist, und D der Durchmesser der Einlässe 84 ist.

Nu = CRe ^m Pr ^1/3 (H/D) ^0,091 (2)

wobei der zusätzliche Parameter C eine Konstante ist, m eine Variable ist, Re die bekannte Reynolds-Zahl ist, Pr die bekannte Prandtl-Zahl ist, die für das Kühlfluid 14 bei einer bestimmten Temperatur im wesentlichen konstant ist, und H die Höhe H ₁, H ₂ oder H ₃ der Einlässe 84 ist. Die Parameter C und m werden auf herkömmliche Weise aus empirischen Daten bestimmt, die für besondere Verwendungs zwecke erzeugt werden und eine Funktion der Dicke und des Impulses der Grenzschicht 90 sind.

Re = ϕ VD/μ (3)

wobei der zusätzliche Parameter ϕ die Dichte des Kühlfluids 14 ist, V die Geschwindigkeit des Strahls 88 ist, und μ der absolute Koeffizient der Viskosität des Kühlfluids 14 ist.

V = W/ϕ A _e (4)

wobei der zusätzliche Parameter W der Durchsatz des Kühl fluids 14 in jeder Reihe von Einlässen 84 ist, und A _e der üblicherweise bekannte effektive Querschnitt jeder Reihe der Einlässe 84 ist (z.B. A ₁, A ₂, A ₃).

W = (A _e/A _et) W _t (5)

wobei der zusätzliche Parameter A _et die Summe des effek tiven Querschnitts von zusätzlichen Einlaßreihen ist und W _t der Gesamtdurchsatz ist.

wobei der zusätzliche Parameter A _eo der gesamte effektive Strömungsquerschnitt der Einlässe 84 und der Auslässe 86 ist.

wobei der zusätzliche Parameter A _ed die Summe der effek tiven Querschnitte der Auslässe 86 ist.

Diese Gleichungen können benutzt werden, um den Wärmeüber tragungskoeffizienten h aufgrund von jeder Reihe der Strahlen 88 auf der Basis der obigen Parameter zu bestimmen. Eine iterative Technik wird benutzt, um die Entwurfspara meter zu verändern und einen Wärmeübertragungskoeffizienten h zu erzielen, der größer ist als der, welcher bei der herkömmlichen Aufprallkühlung erzielt werden würde.

Beispielsweise ist ein Wärmeübertragungskoeffizient h von etwa 633 kJ/h - 0,09 m² - 0,55°C (600 btu/hr-ft²-°F) für die herkömmliche Aufprallkühlung typisch. Im Gegensatz dazu wurde ein Wärmeübertragungskoeffizient h von etwa 950 kJ/h- 0,09 m³-0,55°C (900 btu/hr-ft³-°F) bei der in Fig. 3 dar gestellten bevorzugten Ausführungsform der Durchbruchkühlung erzielt. Das stellt eine Verbesserung von etwa 50% dar. Der beträchtliche Vorteil der Durchbruchkühlung wird noch deutli cher im Vergleich zur herkömmlichen Filmkühlung einer Rück fläche eines undurchlöcherten Flammrohres, die einen typi schen Wärmeübertragungskoeffizienten von etwa nur 317 kJ/h- 0,09 m²-0,55°C (300 btu/hr-ft²-°F) ergibt.

Der Grenzwert für die Anzahl von Reihen der Einlässe 84 kann anhand der folgenden Gleichungen abgeschätzt werden:

h _mitt = K e^-c(N-1) (8)

wobei h_mitt der mittlere Wärmeübertragungskoeffizient auf grund einer besonderen Reihe ist, K und c Konstanten sind, und N die Gesamtzahl der Reihen der Einlässe 84 ist. Bei einer Reihe von Einlässen wäre K gleich dem mittleren Wärme übertragungskoeffizienten für diese Reihe.

h _t = h _mitt (1-c(N-1)) (9)

wobei der zusätzliche Parameter h _t der mittlere Wärmeüber tragungskoeffizient aufgrund von sämtlichen Einlässen 84 ist.

Wenn die Anzahl von Reihen N der Einlässe 84 zunimmt, nimmt demgemäß der mittlere Wärmeübertragungskoeffizient h _t auf grund von sämtlichen Einlässen ab. Die Gleichungen 8 und 9 repräsentieren die Auswirkung der zunehmenden Dicke der Grenzschicht 90. Wenn eine relativ große Anzahl von Reihen N benutzt wird, geht der Durchbruchkühleffekt verloren, was zu einem Gebilde führt, das einem herkömmlichen aufprall gekühlten Gebilde enger angenähert ist. Bei einer Ausführungs form der Erfindung hat es sich gezeigt, wie oben dargelegt, daß drei Reihen der Einlässe 84 effektiv ermöglicht haben, die Durchbruchkühlung zu erzielen.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 hat die innere Wand 72 Abstand von der und überlappt die zweite Flammrohr platte 64, um die Kühlwulst 68 zu bilden, welche ein strom abwärtiges Ende der inneren Wand 72, einen Teil der hinteren Wand 78 einschließlich der Auslässe 86 und einen stromauf wärtigen Teil der zweiten Flammrohrplatte 64 umfaßt. Das Kühlfluid 14 wird aus dem Raum 82 über die Auslässe 86 ab gegeben und durch die Kühlwülste 68 veranlaßt, als der Grenzschichtfilm 70 von Kühlluft über die innere Oberfläche 34 des äußeren Flammrohres 16 auf herkömmliche Weise zu strömen.

Das durchbruchgekühlte Gebilde, d.h. die erste Flammrohr platte 62, wie sie in Fig. 3 im wesentlichen dargestellt ist, wurde getestet, und es hat sich gezeigt, daß sich mit ihr akzeptabel niedrige Temperaturen der inneren Wand 72 durch Wärmeableitung von der inneren Wand 72 erzielen las sen, welche eine Wärmeströmungsgeschwindigkeit von etwa 475×10⁶ J/h-0,09 m² (450 000 btu/hr-ft²) hatte, da keine Filmkühlung auf der Verbrennungsseite der Wand benutzt wur de. Das ist eine beträchtliche Steigerung des Wärmeflusses im Vergleich zu dem Wärmefluß von etwa 158×10⁶ J/h-0,09 m² (150 000 btu/hr-ft²), der üblicherweise bei einem herkömm lichen Flammrohr angetroffen wird, bei welchem die Ober fläche des Flammrohres, welche der Verbrennungszone zuge wandt ist, hauptsächlich filmgekühlt wird.

Da der hohe Wärmefluß über die erste Flammrohrplatte 62 effektiv durch die Durchbruchkühlung abgeleitet wird, kann die Brennkammer 10 ohne Filmkühlung der inneren Oberfläche der ersten Platte 62 betrieben werden, wodurch die Temperatur erhöht wird, welcher das Brennstoff/Luft-Gemisch 52 an der inneren Wand 72 ausgesetzt ist, und geringere Abgasemissionen erzielt werden. In einer getesteten Ausführungsform wurde die innere Oberfläche effektiv auf etwa 816°C (1500°F) betrieben, ohne daß die Filmkühlung derselben notwendig war.

Zum weiteren Reduzieren der Abgasemissionen an unverbranntem Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid enthält eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen Wärmesperrüberzug 94 auf der gesamten inneren Oberfläche 74 der inneren Wand 72. Der Überzug 94 ist herkömmlich, und 8% Yttrium-Zirkondioxid wurden in der bevorzugten Ausführungsform mit einer Dicke von etwa 0,254 µm (10 mils) benutzt. Mit dem Überzug 94 wurde der Wärmefluß durch die innere Wand 72 auf etwa 317×10⁶ J/h-0,09 m² (300 000 btu/hr-ft²) reduziert. Durch die Ver wendung des Überzugs 94 war die Oberfläche des Überzugs 94, welche der Verbrennungszone 32 zugewandt ist, einer Temperatur von etwa 1038°C (1900°F) in der getesteten bevorzugten Aus führungsform ausgesetzt, und bei dieser Temperatur wurden die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid wesentlich reduziert, so daß die Brennkammer 10 in der Lage war, die kürzlich erlassenen strengeren FAA- und ICAO-Emis sionsforderungen zu erfüllen.

Die durchbruchgekühlte erste Flammrohrplatte 62 wird aus mehreren Gründen lediglich als das Flammrohr unmittelbar stromabwärts der Kuppel 38 benutzt. Obgleich die durchbruch gekühlte Flammrohrplatte 62 einen hohen Wärmeübertragungs koeffizienten hat, ist eine relativ große Temperaturdiffe renz von der inneren Oberfläche 74 zu der äußeren Oberfläche 76 vorhanden. Große Temperaturgradienten sind im allgemeinen unerwünscht, weil sie die Lebensdauer eines Gebildes ver kürzen können. Da die Verbrennung hauptsächlich in der Verbrennungszone 32 in dem Bereich unmittelbar stromabwärts der Kuppel 38 und insgesamt innerhalb der ersten Flammrohr platte 62 erfolgt, hat sich weiter die Durchbruchkühlung der ersten Flammrohrplatte 62 allein als wirksam erwiesen, die Abgasemissionen ausreichend zu reduzieren, um die FAA- und ICAO-Forderungen zu erfüllen. Demgemäß bleiben die zwei te und die dritte Flammrohrplatte 64 und 66 grundsätzlich gegenüber der ursprünglichen und herkömmlichen Filmkühlkon struktion ungeändert.

Da die erste Flammrohrplatte 62 ohne Filmkühlung der inneren Oberfläche betrieben wird, um die Abgasemissionen zu re duzieren, zeigte es sich, daß die herkömmliche Kühlung einschließlich der Aufprallkühlung nicht ausreichte, um eine undurchlöcherte Flammrohrwand wirksam zu kühlen. Es zeigte sich auch, daß nur die Durchbruchkühlung gemäß der Erfindung in der Lage war, die undurchlöcherte innere Wand 72 aus reichend zu kühlen.

Die Erfindung wurde zwar zum Reduzieren der Abgasemissionen einer Brennkammer konzipiert, es ist jedoch klar, daß die verbesserte Kühlung, die aufgrund des beschriebenen Durch bruchkühlgebildes realisierbar ist, auch bei anderen Ge bilden benutzt werden kann, die eine Kühlung erfordern. Als Beispiel ist in Fig. 6 eine hohle Gasturbinentrieb werkslaufschaufel 96 dargestellt, durch welche das Kühl fluid 14 strömt. Die Laufschaufel 96 hat eine undurch löcherte, konkave äußere oder erste Wand 98 mit einer in neren, ersten Oberfläche 100 und einer äußeren, zweiten Oberfläche 102, über die die Verbrennungsgase strömen. Ein Einsatz oder eine zweite Wand 104 ist in der Schaufel 96 angeordnet und hat Abstand von der inneren Oberfläche 100, um einen Raum 106 zu bilden. Der Einsatz 104 hat drei axialen Abstand aufweisende Reihen, die jeweils mehrere radialen Abstand aufweisende Einlässe 108 aufweisen. Die Schaufel 96 hat mehrere radialen Abstand aufweisende Hin terkantenauslässe 110, welche das Kühlfluid aus dem Raum 106 abgeben. Der Einsatz 104, die konkave Wand 98, die Einlässe 108 und die Auslässe 110 gleichen insgesamt dem in Fig. 2 dargestellten Durchbruchkühlgebilde. Die Einlässe 108 und die Auslässe 110 sind auf vorbestimmte Weise bemessen und gestaltet, um eine Durchbruchkühlung der konkaven Seite 98 der Schaufel 96 zu erzielen.

Hier sind zwar die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, Modifizierungen sind jedoch im Rahmen der Erfindung möglich.

Zum Beispiel, obgleich nur das erste Flammrohr 62 durchbruch gekühlt gezeigt ist, kann jeder Flammrohrteil oder ein ge samtes Brennkammerflammrohr durchbruchgekühlt werden, was von den besonderen Entwurfserfordernissen abhängt. Obgleich eine getestete Ausführungsform ergeben hat, daß drei Reihen von Einlässen 84 eine optimale Kühlung ergeben, wird der tatsächliche Grenzwert für die Zahl von Reihen nur durch die Möglichkeit, den verbesserten Wärmeübertragungskoef fizienten durch die hier beschriebene Durchbruchkühlung zu erzielen, beschränkt.

Claims

1. Verfahren zur Durchbruchkühlung einer undurchlöcherten Wand, gekennzeichnet durch Leiten eines Kühlfluids als einen Strahl auf eine erste Oberfläche der Wand, wobei der Strahl einen ausreichenden Impuls hat, um eine Grenzschicht des Kühlfluids, welche sich über der ersten Oberfläche der Wand bilden kann, zu durchbrechen und in Kontakt mit der ersten Oberfläche der Wand zu gelangen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlfluid als ein erster Strahl auf einen strom aufwärtigen Teil der ersten Oberfläche der Wand und als ein zweiter Strahl auf einen zweiten Teil der ersten Ober fläche der Wand, welcher stromabwärts des ersten Teils an geordnet ist, geleitet wird;
daß der erste Strahl eine Grenzschicht des Kühlfluids längs des zweiten Teils der Wand hervorruft; und
daß der zweite Strahl die Grenzschicht durchbricht, um mit der ersten Oberfläche der Wand des zweiten Teils in Kontakt zu kommen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Oberfläche eine äußere Oberfläche ist und daß das Kühlfluid, nachdem es mit der äußeren Oberfläche der Wand in Kontakt gekommen ist, als ein Kühlfluidfilm strom abwärts über eine innere Oberfläche einer zweiten Wand ge leitet wird, die stromabwärts der durchbruchgekühlten Wand angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kühlfluidstrahl von ersten bzw. zweiten Einlässen in einer zweiten Wand ausgehen, die Ab stand von der durchbruchgekühlten Wand hat, daß das Film kühlfluid über einen Auslaß in einer hinteren Wand aus strömen kann, welche mit der durchbruchgekühlten undurch löcherten Wand verbunden ist, und daß ein erster Druckab fall an den Einlässen und ein zweiter Druckabfall an dem Auslaß erzeugbar ist, wobei der erste Druckabfall größer als der zweite Druckabfall ist.

5. Durchbruchgekühltes Gebilde, gekennzeichnet durch:
eine undurchlöcherte erste Wand (72) mit einer ersten Oberfläche (76);
eine zweite Wand (80), die Abstand von der ersten Wand (72) hat und mit dieser verbunden ist, um einen umschlossenen Raum (82) zu bilden;
wobei die zweite Wand (80) mehrere Einlässe (84) aufweist, die der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) zuge wandt sind, zum Leiten eines Kühlfluids (14) in den Raum (82);
wobei der Raum (82) mehrere Auslässe (86) zum Abgeben des Kühlfluids (14) hat;
eine Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids (14) von jedem der Einlässe (84) aus durch den Raum (82), um eine Grenz schicht (90) des Kühlfluids (14), die sich an der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) bilden kann, zu durch brechen und mit der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) zur Durchbruchkühlung derselben in Kontakt zu kommen.

6. Gebilde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids die Einlässe (84) und die Auslässe (86) umfaßt, die so bemessen und positioniert sind, daß der Impuls des Kühlfluids (14), welches durch die Einlässe (84) strömen kann, ausreicht, um die Kühlfluid grenzschicht (90) zu durchbrechen, welche sich auf der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) bilden kann.

7. Gebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Druckabfall an den Einlässen (84) und ein zweiter Druckabfall an den Auslässen (86) erzeugbar ist und daß der erste Druckabfall größer als der zweite Druckabfall ist.

8. Gebilde nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Druckabfall gleich einem Gesamt druckabfall sind und daß die Einlässe (84) und die Ausläs se (86) so bemessen sind, daß der erste Druckabfall einen Maximalwert repräsentiert und daß der zweite Druck abfall einen Minimalwert repräsentiert, um die Durchbruch kühlung der ersten Wand (72) zu steigern.

9. Gebilde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) und die Auslässe (86) so bemessen sind, daß eine verstärkte Durchbruchkühlung der ersten Wand (72) er zielt wird, während ein effektives Ausmaß an Filmkühlung von den Auslässen (86) aus an einer inneren Oberfläche einer zweiten Wand, die stromabwärts der durchbruchge kühlten inneren Wand angeordnet ist, vorhanden ist.

10. Gebilde nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) eine erste Reihe von Umfangsabstand aufweisenden ersten Einlässen (84 a) und eine zweite Reihe von Umfangsabstand aufweisenden zwei ten Einlässen (84 b), die mit Längsabstand stromabwärts der ersten Einlässe (84 a) angeordnet sind, umfassen, daß ein erster Strahl (88 a) von Kühlfluid (14) durch jeden der er sten Einlässe (84 a) erzeugbar ist, um mit einem ersten Teil der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) in Kontakt zu kommen und eine Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14) zu bilden, die ein Moment und eine Dicke hat, und strom abwärts über einen zweiten Teil der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann, der den zweiten Ein lässen (84 b) zugewandt ist, und daß jeder der zweiten Ein lässe (84 b) einen Strömungsquerschnitt und einen zweiten Strahl (88 b) hat, welcher einen Impuls hat und von da aus strömen kann, wobei der Querschnitt des zweiten Einlasses und der Impuls des zweiten Strahls relativ zu der Dicke und dem Moment der Grenzschicht (90) auf vorbestimmte Weise gewählt werden, daß gewährleistet ist, daß der zweite Strahl (88 b) die Grenzschicht (90) durchbricht, um mit der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) in Kontakt zu kommen.

11. Gebilde nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine dritte Reihe von mehreren Umfangsabstand aufweisenden dritten Einlässen (84 c), die stromabwärts von der zweiten Reihe angeordnet ist, wobei jeder der dritten Einlässe (84 c) einen Strömungsquerschnitt hat und ein dritter Strahl (88 c), der einen Impuls hat, von das aus zu einem dritten Teil (76 c) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann;
daß der Strömungsquerschnitt des zweiten Einlasses (84 b) und der Impuls des zweiten Strahls (88 b) auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke und dem Impuls der Grenzschicht (90), die über den zweiten Teil (76 b) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann, gewählt werden, daß gewährleistet ist, daß der zweite Strahl (88 b) die Grenz schicht (90) durchbricht, um mit der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) in Kontakt zu kommen; und
daß der Strömungsquerschnitt des dritten Einlasses (84 c) und der Impuls des dritten Strahls (88 c) auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke und dem Impuls der Grenzschicht (90), die über den dritten Teil (76 c) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann, gewählt werden, daß ge währleistet ist, daß der dritte Strahl (88 c) die Grenzschicht (90) durchbricht, um mit der ersten Oberfläche (76) der er sten Wand (72) in Kontakt zu kommen.

12. Gebilde nach Ansrpuch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wand (80) nicht mehr als drei Reihen von Ein lässen (84 a, 84 b, 84 c) aufweist.

13. Gebilde nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß die zweiten Einlässe (84 b) Umfangsabstand sowohl von den ersten als auch von den dritten Einlässen (84 a, 84 c) haben.

14. Gebilde nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) jeweils von einem Rand (92) eingefaßt sind, um das Umlenken des Kühlfluids (14) aus einer insgesamt longitudinalen Stromabwärtsrichtung an einer äußeren Oberfläche der zweiten Wand (80) in eine Einwärtsrichtung, die zu der zweiten Wand (80) schräg ist, für das Durchdringen zu der ersten Wand (72) zu verbessern.

15. Gebilde nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder Strahl (88) auf einen Kühlbereich in der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) ein wirkt und daß die Einlässe (84) vorbestimmten gegenseitigen Abstand haben, so daß die Kühlbereiche der Strahlen (88) einander überlappen, um eine insgesamt gleichmäßige Tempera tur der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) zu er zielen.

16. Gebilde nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß das filmgekühlte Gebilde einen Teil einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer (10) umfaßt, wobei die Brennkammer (10) ein inneres Flammrohr (24) mit Abstand von einem äußeren Flammrohr (16), zwischen denen eine Ver brennungszone (32) gebildet ist, aufweist, wobei das äußere und das innere Flammrohr (16, 24) erste Flammrohrplatten (62) aufweisen, die mit einer ringförmigen Kuppel (38) ver bunden sind, wobei die Kuppel (38) mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Vergaser (44) zum Liefern eines Brennstoff/Luft-Gemisches (52), das in der Verbrennungs zone (32) verbrennbar ist, aufweist, wobei das äußere und das innere Flammrohr (16, 24) weiter zweite Flammrohrplat ten (64) aufweisen, die sich von den ersten Flammrohrplatten (62) aus stromabwärts erstrecken, wobei die ersten Flamm rohrplatten (62) jeweils das filmgekühlte Gebilde umfassen, wobei die erste Wand (72) eine innere Wand und die zweite Wand (80) eine äußere Wand ist und wobei die inneren Wände (72) einen Teil der Verbrennungszone (32) begrenzen und die Auslässe (86) das Kühlfluid (14) als einen Film längs inneren Oberflächen der zweiten Flammrohrplatten (64) zur Filmkühlung derselben abgeben.

17. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 16, da durch gekennzeichnet, daß die inneren Wände (72) innere Oberflächen (74) aufweisen, die der Verbrennungszone (32) zugewandt und Strahlungs- und Konvektionserhitzung von der Verbrennungszone (32) her ausgesetzt sind, und daß die Brennkammer (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie keine Filmkühlung der inneren Oberflächen (74) der inneren Wand (72) hat, um Emissionen unverbrannten Kohlenwasser stoffes und Kohlenmonoxids zu reduzieren.

18. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen (74) der inneren Wand (72) einen Wärmesperrüberzug (94) zum weiteren Reduzieren der Emissionen unverbrannten Kohlenwasserstoffes und Kohlenmonoxids aufweisen.

19. Gebilde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das durchbruchgekühlte Gebilde Teil einer Gasturbinentrieb werkslaufschaufel (96) ist, wobei die undurchlöcherte erste Wand (98) ein Teil einer äußeren Wand der Schaufel (96) und die zweite Wand ein innerhalb der Schaufel (96) angeordneter Einsatz (104) ist.

20. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auslässe des umschlossenen Raums (106) mehrere Auslässe (110) umfassen, die in einer Hinterkante der Schaufel (96) angeordnet sind.

21. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß der Einsatz (104) nicht mehr als drei Reihen der Einlässe aufweist.

22. Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk, gekennzeich net durch:
ein äußeres Flammrohr (16);
ein inneres Flammrohr (24) mit Abstand von dem äußeren Flammrohr (16), zwischen denen sich eine Verbrennungszone (32) befindet;
eine Kuppel (38), die mit den stromaufwärtigen Enden des äußeren und des inneren Flammrohres (16, 24) verbunden ist;
einen Vergaser (44), der in der Kuppel (38) angeordnet ist und eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (46) und einen Drallkörper (48) zum Abgeben eines Brennstoff/Luft-Ge misches (52) über einen Auslaß (54) des Vergasers (44) in die Verbrennungszone (32), um darin verbrannt zu werden, aufweist;
wobei das äußere und das innere Flammrohr (16, 24) jeweils mehrere seriell verbundene Flammrohrplatten (62, 64, 66) aufweisen, zu denen eine erste Flammrohrplatte (62) gehört, die sich von der Kuppel (38) aus stromabwärts erstreckt, wobei die erste Flammrohrplatte (62) aufweist:
eine undurchlöcherte innere Wand (72), die eine äußere Oberfläche (76) hat;
eine hintere Wand (78), die sich von der inneren Wand (72) nach außen erstreckt;
eine äußere Wand (80), die Abstand von der inneren Wand (72) hat und mit der hinteren Wand (78) verbunden ist, um einen umschlossenen Raum (82) zu bilden;
wobei die äußere Wand (80) mehrere Einlässe (84) aufweist, die der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) zuge wandt sind, um ein Kühlfluid (14) in den umschlossenen Raum (82) zu leiten;
wobei die hintere Wand (78) mehrere Auslässe (86) zum Ab geben des Kühlfluids (14) aus dem umschlossenen Raum (82) aufweist;
eine Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids (14) von jedem Einlaß (84) aus durch den umschlossenen Raum (82), um eine Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14), welche sich längs der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) bilden kann, zu durchbrechen, und mit der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) zur Kühlung derselben in Kontakt zu kommen.

23. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Wände (72) innere Oberflächen (74) aufweisen, welche der Verbrennungszone (32) zugewandt und Strahlungs- und Konvektionserhitzung von der Verbrennungszone (32) her ausgesetzt sind, und daß die Brennkammer (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß sie keine Filmkühlung der inneren Oberflächen (74) der in neren Wand (72) hat, um Emissionen von unverbranntem Kohlenwasserstoff und von Kohlenmonoxid zu reduzieren.

24. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 23, da durch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) eine erste Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden ersten Einlässen (84 a) und eine zweite Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden zweiten Einlässen (84 b) mit Längsabstand stromabwärts von den ersten Einlässen (84 a) auf weisen, daß ein erster Strahl (88 a) von Kühlfluid (14) durch jeden ersten Einlaß (84 a) erzeugbar ist, um mit einem ersten Teil (76 a) der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) in Kontakt zu kommen und eine Grenzschicht (90) des Kühl fluids (14) zu bilden, die einen Impuls und eine Dicke hat und stromabwärts über einen zweiten Teil (76 b) der äu ßeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72), welche den zweiten Einlässen (84 b) zugewandt ist, strömen kann, und daß jeder zweite Einlaß (84 b) einen Strömungsquerschnitt hat und ein zweiter Strahl (88 b), der einen Impuls hat, von diesem aus strömen kann, wobei der Querschnitt des zweiten Einlasses (84 b) und der Impuls des zweiten Strahls (88 b) auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke und dem Impuls der Grenzschicht (90) gewählt werden, damit gewährleistet ist, daß der zweite Strahl (88 b) die Grenzschicht (90) durchbricht und mit der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) in Kontakt kommt.

25. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch eine dritte Reihe von mehreren gegen seitigen Umfangsabstand aufweisenden dritten Einlässen (84 c), die stromabwärts von der zweiten Reihe angeordnet ist, wobei jeder dritte Einlaß (84 c) einen Strömungsquer schnitt hat und ein dritter Strahl (88 c), der einen Impuls hat, von da aus zu einem dritten Teil (76 c) der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) strömen kann;
wobei der Strömungsquerschnitt des zweiten Einlasses (84 b) und der Impuls des zweiten Strahls (88 b) auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke und dem Impuls der Grenzschicht (90), die über den zweiten Teil (76 b) der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) strömen kann, gewählt werden, um zu gewährleisten, daß der zweite Strahl (88 b) die Grenz schicht (90) durchbricht und mit der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) in Kontakt kommt; und
wobei der Strömungsquerschnitt des dritten Einlasses (84 c) und der Impuls des dritten Strahls (88 c) auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke und dem Impuls der Grenzschicht (90), die über den dritten Teil (76 c) der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) strömen kann, gewählt werden, um zu gewährleisten, daß der dritte Strahl (88 c) die Grenz schicht (90) durchbricht und mit der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) in Kontakt kommt.

26. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 25, da durch gekennzeichnet, daß die äußere Wand (80) nicht mehr als drei Reihen von Einlässen (84 a, 84 b, 84 c) aufweist.

27. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Einlässe (84 b) Umfangsabstand sowohl von den ersten als auch von den dritten Einlässen (84 a, 84 c) haben.

28. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach einem der An sprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) jeweils von einem Rand (92) eingefaßt sind, um das Umlenken des Kühlfluids (14) aus einer insgesamt longitudi nalen, stromabwärtigen Richtung längs einer äußeren Ober fläche der äußeren Wand (80) in eine einwärtige Richtung, die zu der äußeren Wand (80) geneigt ist, für das Durch dringen zu der inneren Wand (72) zu verbessern.

29. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach einem der An sprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (88) jeweils einen Kühlbereich in einer äußeren Ober fläche (76) der inneren Wand (72) beaufschlagen und daß die Einlässe (84) in vorbestimmtem Abstand voneinander sind, so daß sich die Kühlbereiche der Strahlen (88) gegenseitig überlappen, um eine insgesamt gleichmäßige Temperatur der äußeren Oberfläche (76) der inneren Wand (72) zu erzielen.

30. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach einem der An sprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Druckabfall an den Einlässen (84) und ein zweiter Druckab fall an den Auslässen (86) erzeugbar ist und daß der erste Druckabfall größer als der zweite Druckabfall ist.

31. Gasturbinentriebwerksbrennkammer nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Druckabfall gleich einem Gesamtdruckabfall sind, und daß die Einlässe (84) und die Auslässe (86) so bemessen sind, daß der erste Druckabfall einen Maximalwert und der zweite Druckabfall einen Minimalwert zum Verbessern der Durchbruchkühlung der inneren Wand (72) repräsentiert, während ein effektives Ausmaß an Filmkühlung von den Aus lässen (86) her längs einer inneren Oberfläche einer zweiten Flammrohrplatte (64), die sich von der ersten Flammrohr platte (62) aus stromabwärts erstreckt, bereitgestellt wird.