DE3908166B4

DE3908166B4 - Prallgekühltes Gebilde

Info

Publication number: DE3908166B4
Application number: DE3908166A
Authority: DE
Inventors: Robert Lawrence Southport Vogt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2009-03-14
Also published as: SE8900996D0; AU626291B2; JPH01301929A; FR2629134A1; IT1228872B; IL89509A; SE8900996L; GB2216645A; CA1327455C; FR2629134B1; GB8906805D0; DE3908166A1; US4916906A; GB2216645B; JP2783835B2; SE468060B; IL89509A0; AU3162889A; IT8919893A0

Abstract

Prallgekühltes Gebilde enthaltend:
eine lochlose erste Wand (72; 98) mit einer ersten Oberfläche (76) und eine im Abstand davon angeordnete zweite Wand (80), die dazwischen einen umschlossenen Raum (82; 106) bilden,
wobei die zweite Wand (80) mehrere, der ersten Oberfläche (76) zugewandte Einlässe (84; 108) aufweist, durch die hindurch ein Kühlfluid (14) in den Raum (82; 106) hinein leitbar ist, wobei auf der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72; 98) eine Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14) gebildet wird, und
der Raum (82; 106) mehrere Auslässe (86) zum Abgeben des Kühlfluids (14) aufweist,
wobei die Einlässe (84; 108) und Auslässe (86) derart bemessen und angeordnet sind, dass der Impuls des durch die Einlässe (84; 108) strömenden Kühlfluids (14) so groß ist, daß die Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14), die auf der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72; 98) ausgebildet ist, durchbrochen wird,
dadurch...

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Einrichtungen zum Kühlen von Gebilden in einem Gasturbinentriebwerk und betrifft insbesondere eine verbesserte Kühleinrichtung, die bei einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer zum Verringern von deren Abgasemissionen verwendbar ist.
Verkehrsflugzeug-Gasturbinentriebwerke müssen gewisse gesetzliche Forderungen hinsichtlich Rauch und Emissionen erfüllen. Zum Beispiel hat die Bundesluftfahrtverwaltung (FAA) der Vereinigten Staaten eine Bestimmung, welche die Emissionsmenge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen einschließlich Rauch- und Dampfformen derselben begrenzt. Darüber hinaus legt die Internationale Zivil-Luftfahrt-Behörde (ICAO) ebenfalls Grenzwerte für die Emissionen einschließlich unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenmonoxid fest.
Der Stand der Technik umfaßt verschiedene Maßnahmen bzw. Vorrichtungen zum Reduzieren der Abgasemissionen von Gasturbinentriebwerken, zu denen verbesserte Vergaser zum vollständigeren Vermischen 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 Verbrennen von Kohlenwasserstoffen bei Reaktionstemperaturen von mehr als etwa 1093°C (2000°F) erfolgt und Reaktionstemperaturen dazwischen zu veränderlichen Mengen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen führen.
Der Verbrennungsprozeß erzeugt jedoch so hohe Temperaturen in einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer, daß, wenn nicht die Brennkammer selbst ausreichend gekühlt wird, die herkömmlichen metallischen Legierungen, aus denen die Brennkammer hergestellt wird, thermisch stark überbeansprucht werden. Deshalb werden bei herkömmlichen Gasturbinentriebwerken Einrichtungen zur Filmkühlung des Brennkammerflammrohres benutzt, um das Flammrohr vor Verbrennungsgasen hoher Temperatur zu schützen. Das US-Patent 3 978 662 der Anmelderin beschreibt mehrere Maßnahmen zum Erzielen einer wirksamen Filmkühlung eines Brennkammerflammrohres. Das Kühlfluid, das zur Filmkühlung in einem Gasturbinentriebwerk benutzt wird, ist Verdichterauslaßluft, die üblicherweise eine Temperatur von etwa 538°C (1000°F) hat.
Die Verwendung einer Kühlluftgrenzschicht niedriger Temperatur 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 dieser 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 unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid erzeugt.
In Abhängigkeit von dem besonderen Gasturbinentriebwerksmodell können diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe ebenso wie das Kohlenmonoxid die an die Abgasemissionen gestellten 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 Kohlenmonoxid zu reduzieren, damit diese Forderungen erfüllt werden. Da es sich bei dem Triebwerk um ein Triebwerk der laufenden Produktion handelt, war es erwünscht, daß die Änderungen innerhalb der Restriktionen, die durch eine bereits vorhandene Gasturbinentriebwerkskonstruktion auferlegt werden, auf einem Minimum gehalten werden.
In DE 29 44 139 A1 wird vorgeschlagen, die Wände von Gasturbinenbrennkammern in Flugzeugtriebwerken mittels Prallkühlung zu kühlen. Dazu sind Aufpralleinsätze vorgesehen, die entlang der zu kühlenden Oberflächen Kühlkammern bilden, in die Luft aus einer Vorkammer durch eine Vielzahl von Löchern eintritt, um die Wände zu kühlen.
Im Stand der Technik ist bereits erkannt worden, daß eine Querströmung in einem herkömmlichen prallgekühlten Gebilde die Wirksamkeit der Prallkühlung stark reduziert. Bei der herkömmlichen Prallkühlung, bei der Reihen von gegenseitigen axialen Abstand aufweisenden Prallöchern benutzt werden, bildet die Kühlluft, die aus den stromaufwärtigen Prallkühllöchern strömt, eine Grenzschicht von Kühlluft an der äußeren Oberfläche des Flammrohres, und es wird angenommen, daß die Grenzschicht mit dem Kühlfluid, das über benachbarte Prallöcher und jede folgende Reihe von Prallkühllöchern abgegeben wird, wiederaufgefrischt und/oder in der Dicke vergrößert wird. Infolgedessen wird das effektive Wärmeübertragungsvermögen der Prallkühlung durch das Wärmeübertragungsvermögen der so gebildeten Grenzschicht aus Luft begrenzt.
DE 28 36 539 A1 offenbart ein prallgekühltes Heißgasgehäuse für Gasturbinen. Um zu verhindern, dass abströmende Kühlluft die Zufuhr frischer Kühlluft stört, sind Kühlluftführungen vorhanden, durch die die Kühlluft bis nahe an die zu kühlende Oberfläche herangeführt wird. Nach dem Kühlvorgang kann die Kühlluft zwischen den Kühlluftführungen hindurch abfließen, ohne die Zufuhr frischer Kühlluft zu stören.
US 4 642 024 beschreibt die Anwendung der Prallkühlung zur Kühlung des Statorteils einer Luftdichtung eines Gasturbinentriebwerks. US 4 526 226 offenbart die Anwendung der Prallkühlung an einem Turbinendeckband. In beiden Fällen wird die Kühlluft mehrmals nacheinander zur Kühlung verschiedener Bereiche verwendet, um den Kühlluftbedarf zu verringern und die Effizienz der Turbine zu erhöhen.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkammer für ein Gasturbinentriebwerk zu schaffen, mit der eine Verringerung der Schadstoffemissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, erreicht und die Einhaltung der diesbezüglichen Vorschriften sichergestellt wird. Ferner soll durch die Erfindung eine verbesserte Brennkammer geschaffen werden, die das Abschrecken des Brennstoff/Luft-Gemisches reduziert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Kühleinrichtung zum Kühlen einer Wand zu schaffen. 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 Temperatur der Verbrennungsgase unmittelbar an einer Oberfläche des Flammrohres, welche den Verbrennungsgasen zugewandt ist, zu gestatten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkammer zu schaffen, die eine neue und verbesserte Einrichtung zum Kühlen eines Flammrohrteils derselben hat, um das Eliminieren der Filmkühlung dieses Flammrohrteils zu gestatten und das Abschrecken des Brennstoff/Luft-Gemisches zum Reduzieren der Abgasemissionen zu verringern.
Die Aufgaben werden durch ein prallgekühltes Gebilde, das im Folgenden auch als „durchbruchgekühltes" Gebilde bezeichnet wird, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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 Grenzschicht 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.
Die Erfindung beinhaltet ein Gebilde zur Prallkühlung einer undurchlöcherten Wand, beispielsweise eines Brennkammerflammrohres, um deren Kühlung zu verbessern. Dadurch kann auf eine Filmkühlung der den Verbrennungsgasen zugewandten Oberfläche der Flammrohrwand verzichtet werden, wodurch die Schadstoffemissionen reduziert werden. Im Abstand von der undurchlöcherten Wand weist das Gebilde eine zweite Wand auf, wodurch ein umschlossener Raum entsteht. Die zweite Wand weist mehrere Einlassöffnungen auf, um Kühlfluid durch sie hindurch in den Raum hinein zu leiten. Der Raum weist ferner mehrere Auslassöffnungen auf, durch die das Kühlfluid den Raum verlassen kann. Nach dem Auftreffen auf die undurchlöcherte Wand bildet das Kühlfluid eine Grenzschicht entlang der Oberfläche der undurchlöcherten Wand.
Die Einlass- und Auslassöffnungen sind dabei so bemessen und angeordnet, dass das durch die Einlassöffnungen eintretende Kühlfluid einen ausreichend großen Impuls aufweist, dass die Kühlfluidgrenzschicht entlang der Oberfläche der ersten Wand durchbrochen wird. Dabei sind die Einlass- und Auslassöffnungen so bemessen, dass ein an den Einlassöffnungen auftretender erster Druckabfall größer ist als ein an den Auslassöffnungen auftretender zweiter Druckabfall, wobei die Summe des ersten und zweiten Druckabfalls einem vorgegebenen Gesamtdruckabfall entspricht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
1 eine Schnittansicht einer Gasturbinentriebwerksbrennkammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 in Draufsicht einen Teil der in 1 gezeigten ersten Tafel nach der Linie 2-2,
3 eine Schnittansicht eines vergrößerten Teils einer ersten Flammrohrplatte der in 1 gezeigten Brennkammer gemäß einer Ausführungs form der Erfindung nach der Linie 3-3 in 2,
4 in einer Endansicht und teilweise im Schnitt die in 3 dargestellte erste Tafel nach der Linie 4-4,
5 schematisch und teilweise im Schnitt eine Ansicht der in 3 dargestellten Einlässe, welche einen Strömungsumlenkrand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, und
6 teilweise im Schnitt und teilweise perspektivisch eine Ansicht einer hohlen Gasturbinentriebwerkslaufschaufel mit einer durchbruchgekühlten konkaven Wand gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In 1 ist eine Schnittansicht einer ringförmigen Brennkammer 10 eines Gasturbinentriebwerks dargestellt, die konzentrisch um eine Triebwerksmittellinie oder axiale Achse 12 angeordnet ist. Stromaufwärts der Brennkammer 10 befindet sich ein herkömmlicher Verdichter (nicht dargestellt), welcher 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 Gehäuse 20 zugewandt ist 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 außerdem ein ringförmiges inneres Flammrohr 24 mit einer äußeren Oberfläche 26, die einem inneren Gehäuse 28 zugewandt ist und Abstand von diesem hat, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger zweiter Kanal 30 gebildet ist, der einen Teil des Kühlfluids 14 empfängt. Das innere Flammrohr 24 hat Abstand von dem äußeren Flammrohr 16, so daß zwischen ihnen eine Verbrennungszone 32 gebildet ist. Das äußere Flammrohr 16 und das innere Flammrohr 24 haben in entgegengesetzte 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 äusseren 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 herkömmliche Niederdruck-Luftblasbrennstoffeinspritzvorrichtung 46 und einen herkömmlichen gegenläufigen Drallkörper 48 aufweisen. Brennstoff 50 wird aus der Einspritzvorrichtung 46 in den Drallkörper 48 abgegeben und mit der Luft vermischt, um ein Brennstoff/Luft-Gemisch 52 zu erzeugen, welches an einem Auslaß 54 jedes Vergasers 44 in die Verbrennungszone 32 abgegeben wird, um darin zu verbrennen oder zu reagieren und Verbrennungs- oder Abgase 56 zu erzeugen. Die Abgase 56 strömen durch die Brennkammer 10 insgesamt in Richtung einer Längsachse 58 derselben und werden an einem Brennkammerauslaß 60 abgegeben, von wo aus sie dann zu einer Turbine (nicht dargestellt) geleitet werden.
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 gehören. An den Schnittstellen der ersten, der zweiten und der dritten Flaminrohrplatte 62, 64 und 66 und an dem stromabwärtigen Ende der dritten Flammrohrplatte 66 sind herkömmliche Kühlwülste 68 vorgesehen, die jeweils allgemein eine nach hinten weisende, U-förmige Tasche aufweisen, welche ein Loch an ihrem Grund hat, um das Kühlfluid 14 abzugeben. Die Kühlwülste 68 leiten das Kühlfluid 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 wesentlich kälter ist als die Verbrennungsgase 56, führt das Abschrecken des Brennstoff/Luftgemisches 52 durch die Filmkühlluft zu unverbrannten Kohlenwasserstoffen und zur Bildung von Kohlenmonoxid.
Zum Reduzieren dieser Abgasemissionen wurden Modifizierungen an einer herkömmlichen filmgekühlten Brennkammer vorgenommen, um die Temperatur der Grenzschicht an den inneren Oberflächen der ersten Flammrohrplatte 62 zu erhöhen 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 jedoch, daß der Kühlfilm zu dünn und unstabil war und daß die Flammrohrtemperaturen auf unzulässig hohe Werte anstiegen. Bei einer anderen Modifizierung, die gebaut und getestet wurde, wurde die Filmkühlung an der ersten Flammrohrplatte 62 eliminiert und statt ihr wurden zur Kühlung herkömmliche Prallkühltechniken benutzt. Die Prallkühlung wurde erzielt, indem eine äußere Wand mit Abstand über der ersten Flammrohrplatte 62 angeordnet wurde, wobei diese Wand eine relativ große Anzahl von kleinen herkömmlichen Prallkühllöchern aufwies. Testergebnisse von zwei Prallkühlkonstruktionsmodifizierungen zeigten jedoch, daß keine von ihnen eine ausreichende Kühlung der ersten Flammrohrplatte 62 ohne die Verwendung der Filmkühlung ermöglichte.
Der Erfinder hat herausgefunden, daß statt der Verwendung einer relativ großen Anzahl von relativ kleinen herkömmlichen 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.
Ausführlicher ist in 3 die erste Flammrohrplatte 62 des äußeren Flammrohres 16 dargestellt, wobei es sich versteht, daß sich auch eine im wesentlichen gleiche, aber umgekehrte Flammrohrplatte 62 bei dem inneren Flammrohr 24 findet. Die erste Flammrohrplatte 62 ist ein durchbruchgekühltes Gebilde mit einer undurchlöcherten ersten oder inneren 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 entgegengesetzte erste oder äußere Oberfläche 76. Die erste Flammrohrplatte 62 hat weiter eine hintere Wand 78, die sich von der inneren Wand 72 aus an einem hinteren Ende derselben nach außen erstreckt. Eine zweite oder äußere Wand 80 ist mit Abstand von der inneren Wand 72 angeordnet und auf geeignete 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 äußeren Oberfläche 76 zugewandt sind. Die hintere Wand 78 hat mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Auslaßlöcher 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 88a, 88b, 88c durch den Raum 82, um eine Grenzschicht 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 14 umfaßt u.a., daß die Einlässe 84 und die Auslässe 86 so bemessen und positioniert sind, daß der Impuls (Masse × Geschwindigkeit) des Strahls 88a, 88b, 88c, 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, die Strömung umlenkender Rand 92 gemäß der Darstellung in den 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 das Kühlfluid 14 effektiv umzulenken und die Strahlen 88a, 88b, 88c zu richten. In einer Ausführungsform der Erfindung, die gebaut und getestet worden ist, waren die Ränder 92 in der Lage, die Strahlen 88a, 88b, 88c zu der inneren Wand 72 unter einem zwischen ihnen gemessenen Winkel von etwa 75° zu leiten.
3 zeigt, daß während des Betriebes der Brennkammer 10 das Kühlfluid 14 an den Einlässen 84 auf einem statischen Druck P₁ ist, der den Verdichteraustrittsdruck darstellt. Der statische Druck des Kühlfluids 14 in dem umschlossenen Raum 82 an dem Auslaß 86 hat einen Wert P₂ und der statische Druck des Kühlfluids 14 in den Kühlwülsten 68 stromabwärts des Auslasses 86 hat einen Wert P₃, welcher den statischen Druck am Turbineneinlaß darstellt. Der gesamte Druckabfall, P₁ minus P₃, der mit P₁₃ bezeichnet wird, ist ein bestimmter Wert und wird durch den Triebwerkszyklus gesteuert.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein erster Druckabfall P₁ minus P₂, der mit P₁₂ bezeichnet wird, vorbestimmt größer gemacht als ein zweiter Druckabfall P₂ minus P₃, der mit P₂₃ bezeichnet wird, um die Gewährleistung, daß die innere Wand 72 durchbruchgekühlt wird, zu unterstützen. Da der gesamte statische Druckabfall P₁₃ eine gegebene Größe ist, können die Einlässe 84 und die Auslässe 86 so bemessen werden, daß der erste Druckabfall P₁₂ einen maximalen Wert und der zweite Druckabfall P₂₃ einen minimalen Wert hat, um zu gewährleisten, daß sämtliche Strahlen 88a, 88b, 88c die Grenzschicht 90 durchbrechen. Das kann erreicht werden, indem der Strömungsquerschnitt der Auslässe 86 innerhalb der physikalischen Grenzen, die durch die Kühlwülste 68 gesetzt werden, einfach soweit wie möglich vergrößert wird, während noch ein effektives Ausmaß an Filmkühlung 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 herkömmlichen prallgekühlten Gebilde der statische Druckabfall an den Prallöchern üblicherweise etwa gleich dem statischen Druckabfall an den Auslaßlöchern, welche herkömmliche Filmkühlwülste speisen, ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den 2 und 3 dargestellt ist, umfassen die Einlässe 84 eine erste, stromaufwärtige Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden ersten Einlässen 84a, eine zweite Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden zweiten Einlässen 84b, welche mit Längsabstand stromabwärts der ersten Einlässe 84a angeordnet sind und an welche sich wiederum eine dritte Reihe von gegenseitigen Umfangsabstand aufweisenden dritten, hinteren Einlässen 84c anschließt. Die Einlässe 84a, 84b, 84c haben jeweils einen Strömungsquerschnitt A₁, A₂ bzw. A₃ und jeweils einen rechtwinkeligen Abstand H₁, H₂ bzw. H₃ von der äußeren Oberfläche 76.
Ein erster Strahl 88a des Kühlfluids 14 wird durch den ersten Einlaß 84a erzeugt, um mit einem ersten, stromaufwärtigen Teil 76a der äußeren Oberfläche 76 in Kontakt zu kommen, und die Grenzschicht 90 zu bilden, welche einen Impuls und eine Dicke T₁ hat und stromabwärts über einen zweiten Teil 76b der äußeren Oberfläche 76 hinwegleitbar ist, welche dem zweiten Einlaß 84b zugewandt ist. Der Strömungsquerschnitt A₂ des zweiten Einlasses 84b wird zusammen mit dem Impuls eines zweiten Strahls 88b, der durch den zweiten Einlaß 84b erzeugt wird, auf vorbestimmte Weise relativ zu der Dicke T₁ und dem Impuls der Grenzschicht 90 gewählt, daß gewährleistet ist, daß der zweite Strahl 88b die Grenzschicht 90 durchbricht, um mit der äußeren Oberfläche 76 des zweiten Teils 76b in Kontakt zu kommen.
Ebenso werden der Strömungsquerschnitt A₃ des dritten Einlasses 84c und der Impuls eines dritten Strahls 88c, welcher durch den dritten Einlaß 84c erzeugt wird, auf vorbestimmte Weise relativ zu dem Impuls und der Dicke T₂ der Grenzschicht 90, welche über die äußere Oberfläche 76 des dritten Teils 76c strömt, gewählt, daß gewährleistet ist, daß der dritte Strahl 88c 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 Einlässen 84 kumulativ ist. Deshalb ist die Dicke T₃ größer als T₂, die ihrerseits größer als T₁ ist. Die Einlässe 84a, 84b und 84c könnten zwar jeweils maßgeschneidert werden, um eine maximale Durchbruchkühlung mit einem Minimum an Kühlfluid 14 zum Durchbrechen der Dicken der Grenzschicht 90 zu erzielen, zur Vereinfachung der Herstellung können jedoch gleichmäßige Einlässe 84a, 84b und 84c gewählt werden, um ein effektives Ausmaß an Durchbruchkühlung zu erzielen.
Die Zahl der Reihen von Einlässen 84 wird durch die Fähigkeit der Strahlen 88a, 88b, 88c, die Grenzschicht 90 zu durchdringen, begrenzt. Zu viele Reihen von Einlässen 84 werden eine Grenzschicht 90 ergeben, die durch die Strahlen 88a, 88b, 88c nicht durchdrungen werden kann, was das Kühlvermögen und den Wärmeübertragungskoeffizienten des Gebildes wesentlich reduzieren wird. Bei der exemplarischen Gasturbinentriebwerksbrennkammer, 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 84b mit Umfangsabstand zwischen den ersten Einlässen 84a und den dritten Einlässen 84c angeordnet sind, wie es in 2 gezeigt ist.
Da jeder Strahl 88a, 88b, 88c einen Kühlbereich in der äußeren Oberfläche 76 der inneren Wand 72 bewirkt, haben die Einlässe 84 auf vorbestimmte Weise derartigen gegenseitigen Abstand, daß die Kühlbereiche der Strahlen 88a, 88b, 88c einander überlappen, um eine insgesamt gleichmäßige Temperatur der äußeren Oberfläche 76 der inneren Wand 72 zu erzielen.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die tatsächlich gebaut 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 Längsrichtung zwischen den Reihen und von 19,56 mm (0,77 Zoll) in der Umfangsrichtung. Die Höhen H₁, H₂ und H₃ betrugen 6,35 mm (0,25 Zoll), 7,62 mm (0,30 Zoll) bzw. 8,89 mm (0,35 Zol). Der gesamte statische Druckabfall P₁₃ betrug etwa 0,97 bar (14 psi), der erste Druckabfall P₁₂ betrug etwa 0,76 bar (11 psi), und der zweite Druckabfall P₂₃ betrug etwa 0,21 bar (3 psi).
Aus den obigen Angaben können die besonderen Entwurfsparameter zum Erzielen der Durchbruchkühlung auf herkömmliche Weise bestimmt werden. Zum Beispiel können die folgenden Gleichungen benutzt werden: h = Nuk/D (1)wobei h der Wärmeübertragungskoeffizient der äußeren Oberfläche 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 88a, 88b, 88c 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 H₁, H₂ oder H₃ der Einlässe 84 ist.
Die Parameter C und m werden auf herkömmliche Weise aus empirischen Daten bestimmt, die für besondere Verwendungszwecke erzeugt werden und eine Funktion der Dicke und des Impulses der Grenzschicht 90 sind. Re = φVD/μ, (3)wobei der zusätzliche Parameter φ die Dichte des Kühlfluids 14 ist, V die Geschwindigkeit des Strahls 88a, 88b, 88c ist, und μ der absolute Koeffizient der Viskosität des Kühlfluids 14 ist. V = W/φAe (4)wobei der zusätzliche Parameter W der Durchsatz des Kühlfluids 14 in jeder Reihe von Einlässen 84 ist, und A_e der üblicherweise bekannte effektive Querschnitt jeder Reihe der Einlässe 84 ist (z.B. A₁, A₂, A₃). W = (Ae/Aet) Wt (5)wobei der zusätzliche Parameter A_et die Summe des effektiven 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 effektiven Querschnitte der Auslässe 86 ist.
Diese Gleichungen können benutzt werden, um den Wärmeübertragungskoeffizienten h aufgrund von jeder Reihe der Strahlen 88a, 88b, 88c auf der Basis der obigen Parameter zu bestimmen. Eine iterative Technik wird benutzt, um die Entwurfsparameter zu verändern und einen Wärmeübertragungskoeffizienten h zu erzielen, der größer ist als der, welcher bei der herkömmlichen Prallkühlung 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 Prallkühlung typisch. Im Gegensatz dazu wurde ein Wärmeübertragungskoeffizient h von etwa 950 kJ/h-0,09 m²-0,55°C (900 btu/hr-ft²-°F) bei der in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Durchbruchkühlung erzielt. Das stellt eine Verbesserung von etwa 50% dar. Der beträchtliche Vorteil der Durchbruchkühlung wird noch deutlicher im Vergleich zur herkömmlichen Filmkühlung einer Rückfläche eines undurchlöcherten Flammrohres, die einen typischen 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: hmitt = Ke–c(N-1) (8)wobei h_mitt der mittlere Wärmeübertragungskoeffizient aufgrund einer besonderen Reihe ist, K und c Konstanten sind, und N die Gesamtzahl der Reihen der Einlässe 84 ist. Bei einer Reihe von Einlässen 84 wäre K gleich dem mittleren Wärmeübertragungskoeffizienten für diese Reihe. ht = hmitt(1-c(N-1)) (9)wobei der zusätzliche Parameter h_t der mittlere Wärmeübertragungskoeffizient aufgrund von sämtlichen Einlässen 84 ist.
Wenn die Anzahl von Reihen N der Einlässe 84 zunimmt, nimmt demgemäß der mittlere Wärmeübertragungskoeffizient h_t aufgrund von sämtlichen Einlässen 84 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 prallgekühlten Gebilde enger angenähert ist. Bei einer Ausführungsform 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 3 und 4 hat die innere Wand 72 Abstand von der und überlappt die zweite Flammrohrplatte 64, um die Kühlwulst 68 zu bilden, welche ein stromabwärtiges Ende der inneren Wand 72, einen Teil der hinteren Wand 78 einschließlich der Auslässe 86 und einen stromaufwärtigen Teil der zweiten Flammrohrplatte 64 umfaßt. Das Kühlfluid 14 wird aus dem Raum 82 über die Auslässe 86 abgegeben und durch die Kühlwülste 68 veranlaßt, als der Grenzschichtfilm 70 von Kühlfluid über die innere Oberfläche 34 des äußeren Flammrohres 16 auf herkömmliche Weise zu strömen.
Das durchbruchgekühlte Gebilde, d.h. die erste Flammrohrplatte 62, wie sie in 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 lassen, welche eine Wärmeströmungsgeschwindigkeit von etwa 475·10⁶ J/h-0,09 m² (450000 btu/hr-ft²) hatte, da keine Filmkühlung auf der Verbrennungsseite der Wand benutzt wurde. Das ist eine beträchtliche Steigerung des Wärmeflusses im Vergleich zu dem Wärmefluß von etwa 158·10⁶ J/h-0,09 m2 (150000 btu/hr-ft²), der üblicherweise bei einem herkömmlichen Flammrohr angetroffen wird, bei welchem die Oberfläche des Flammrohres, welche der Verbrennungszone zugewandt 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 74 der ersten Flammrohrplatte 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 74 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 mm (10 mils) benutzt. Mit dem Überzug 94 wurde der Wärmefluß durch die innere Wand 72 auf etwa 317·10⁶ J/h-0,09 m² (300000 btu/hr-ft²) reduziert. Durch die Verwendung 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 Ausführungsform 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 durchbruchgekühlte Flammrohrplatte 62 einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten hat, ist eine relativ große Temperaturdifferenz von der inneren Oberfläche 74 zu der äußeren Oberfläche 76 vorhanden. Große Temperaturgradienten sind im allgemeinen unerwünscht, weil sie die Lebensdauer eines Gebildes verkürzen können. Da die Verbrennung hauptsächlich in der Verbrennungszone 32 in dem Bereich unmittelbar stromabwärts der Kuppel 38 und insgesamt innerhalb der ersten Flammrohrplatte 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 zweite und die dritte Flammrohrplatte 64 und 66 grundsätzlich gegenüber der ursprünglichen und herkömmlichen Filmkühlkonstruktion ungeändert.
Da die erste Flammrohrplatte 62 ohne Filmkühlung der inneren Oberfläche 74 betrieben wird, um die Abgasemissionen zu reduzieren, zeigte es sich, daß die herkömmliche Kühlung einschließlich der Prallkühlung 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 ausreichend 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 Durchbruchkühlgebildes realisierbar ist, auch bei anderen Gebilden benutzt werden kann, die eine Kühlung erfordern.
Als Beispiel ist in 6 eine hohle Gasturbinentriebwerkslaufschaufel 96 dargestellt, durch welche das Kühlfluid 14 strömt. Die Gasturbinentriebwerkslaufschaufel 96 hat eine undurchlöcherte, konkave äußere oder erste Wand 98 mit einer inneren, ersten Oberfläche 100 und einer äußeren, zweiten Oberfläche 102, über die die Verbrennungsgase strömen. Ein Einsatz 104 oder eine zweite Wand ist in der Gasturbinentriebwerkslaufschaufel 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 Gasturbinentriebwerkslaufschaufel 96 hat mehrere, radialen Abstand aufweisende Hinterkantenauslässe 110, welche das Kühlfluid aus dem Raum 106 abgeben. Der Einsatz 104, die konkave Wand 98, die Einlässe 108 und die Hinterkantenauslässe 110 gleichen insgesamt dem in 2 dargestellten Durchbruchkühlgebilde. Die Einlässe 108 und die Hinterkantenauslässe 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 Flammrohrteil 62 durch bruchgekühlt gezeigt ist, kann jeder Flammrohrteil oder ein gesamtes Brennkammerflammrohr durchbruchgekühlt werden, was von den besonderen Entwurfserfordernissen abhängt. Obgleich eine getestete Ausführungsform ergeben hat, daß drei Reihen von Einlässen eine optimale Kühlung ergeben, wird der tatsächliche Grenzwert für die Zahl von Reihen nur durch die Möglichkeit, den verbesserten Wärmeübertragungskoeffizienten durch die hier beschriebene Durchbruchkühlung zu erzielen, beschränkt.

Claims

Prallgekühltes Gebilde enthaltend: eine lochlose erste Wand (72; 98) mit einer ersten Oberfläche (76) und eine im Abstand davon angeordnete zweite Wand (80), die dazwischen einen umschlossenen Raum (82; 106) bilden, wobei die zweite Wand (80) mehrere, der ersten Oberfläche (76) zugewandte Einlässe (84; 108) aufweist, durch die hindurch ein Kühlfluid (14) in den Raum (82; 106) hinein leitbar ist, wobei auf der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72; 98) eine Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14) gebildet wird, und der Raum (82; 106) mehrere Auslässe (86) zum Abgeben des Kühlfluids (14) aufweist, wobei die Einlässe (84; 108) und Auslässe (86) derart bemessen und angeordnet sind, dass der Impuls des durch die Einlässe (84; 108) strömenden Kühlfluids (14) so groß ist, daß die Grenzschicht (90) des Kühlfluids (14), die auf der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72; 98) ausgebildet ist, durchbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlässe (84; 108) und Auslässe (86) so bemessen sind, dass an den Einlässen (84; 108) ein erster Druckabfall (P₁₂) und an den Auslässen (86) ein zweiter Druckabfall (P₂₃) erzeugbar ist, wobei die Summe beider Druckabfälle gleich einem vorgegebenen gesamten Druckabfall (P₁₃) ist und der erste Druckabfall (P₁₂) größer als der zweite Druckabfall (P₂₃) ist.
Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (14) durch die Auslässe (86) aus dem Raum (82) abgegeben und durch Kühlwülste (68) dazu veranlasst wird, als ein Grenzschichtfilm (70) von Kühlfluid (14) entlang einer inneren Oberfläche (34, 36) einer Flammrohrplatte (64) zu strömen, die stromabwärts von dem prallgekühlten Gebilde angeordnet ist.
Gebilde nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) eine erste Reihe von einen Umfangsabstand aufweisenden ersten Einlässen (84a) und eine zweite Reihe von einen Umfangsabstand aufweisenden zweiten Einlässen (84b), die mit Längsabstand stromabwärts der ersten Einlässe (84a) angeordnet sind, umfassen, daß ein erster Strahl (88a) von Kühlfluid (14) durch jeden der ersten Einlässe (84a) erzeugt wird, um mit einem ersten Teil (76a) 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 (T₁) hat, und stromabwärts über einen zweiten Teil (76b) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann, der den zweiten Einlässen (84b) zugewandt ist, und daß jeder der zweiten Einlässe (84b) einen Strömungsquerschnitt (A₂) hat und einen zweiten Strahl (88b) erzeugt, welcher einen Impuls hat, wobei der Strömungsquerschnitt (A₂) des zweiten Einlasses (84b) und der Impuls des zweiten Strahls (88b) relativ zu der Dicke (T₁) und dem Moment der Grenzschicht (90) auf vorbestimmte Weise gewählt werden, so daß der zweite Strahl (88b) die Grenzschicht (90) durchbricht, um mit der ersten Oberfläche (76) des zweiten Teils (76b) der ersten Wand (72) in Kontakt zu kommen.
Gebilde nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine dritte Reihe von mehreren einen Umfangsabstand aufweisenden dritten Einlässen (84c), die stromabwärts von der zweiten Reihe angeordnet ist, wobei jeder der dritten Einlässe (84c) einen Strömungsquerschnitt (A₃) hat und einen dritten Strahl (88c) erzeugt, der einen Impuls hat, wobei der Strömungsquerschnitt (A₃) des dritten Einlasses (84c) und der Impuls des dritten Strahls (88c) auf vorbestimmte Weise relativ zu einer Dicke (T₂) und einem Impuls der Grenzschicht (90), die über den dritten Teil (76c) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) strömen kann, gewählt werden, daß gewährleistet ist, daß der dritte Strahl (88c) die Grenzschicht (90) durchbricht, um mit dem dritten Teil (76c) der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) in Kontakt zu kommen.
Gebilde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wand (80) nicht mehr als drei Reihen von Einlässen (84a, 84b, 84c) aufweist.
Gebilde nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe (84) jeweils von einem Rand (92) eingefaßt sind, wobei sich der Rand (92) von der zweiten Wand (80) um mindestens zwei Wanddicken der zweiten Wand (80) einwärts erstreckt, um das Kühlfluid (14) und die Strahlen (88a, 88b, 88c) zum Durchbrechen zu der ersten Wand (72) hin umzulenken.
Gebilde nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strahl (88a, 88b, 88c) auf einen Kühlbereich in der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) einwirkt und daß die Einlässe (84) vorbestimmten gegenseitigen Abstand haben, so daß die Kühlbereiche der Strahlen (88a, 88b, 88c) einander überlappen, um eine insgesamt gleichmäßige Temperatur der ersten Oberfläche (76) der ersten Wand (72) zu erzielen.
Gebilde nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das prallgekühlte Gebilde Teil einer Brennkammer (10) eines Gasturbinentriebwerks ist, wobei die Brennkammer (10) ein inneres Flammrohr (24) mit Abstand von einem äußeren Flammrohr (16), zwischen denen eine Verbrennungszone (32) gebildet ist, aufweist, wobei das äußere und das innere Flammrohr (16, 24) erste Flammrohrplatten (62) aufweisen, die mit einer ringförmigen Kuppel (38) verbunden sind, wobei die Kuppel (38) mehrere gegenseitigen Umfangsabstand aufweisende Vergaser (44) zum Liefern eines Brennstoff/Luft-Gemisches (52), das in der Verbrennungszone (32) verbrennbar ist, aufweist, wobei das äußere und das innere Flammrohr (16, 24) weiter zweite Flammrohrplatten (64) aufweisen, die sich von den ersten Flammrohrplatten (62) aus stromabwärts erstrecken, wobei die erste Flammrohrplatte (62) das prallgekühlte Gebilde ist, wobei die erste Wand (72) eine innere Wand und die zweite Wand (80) eine äußere Wand ist und wobei die ersten Wände (72) einen Teil der Verbrennungszone (32) begrenzen und die Auslässe (86) das Kühlfluid (14) als einen Grenzschichtfilm (70) längs der inneren Oberflächen der zweiten Flammrohrplatten (64) zur Filmkühlung derselben abgeben.
Gebilde nach Anspruch 8 enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten 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) keine Filmkühlung der inneren Oberflächen (74) der ersten Wand (72) der ersten Flammrohrplatte (62) hat, um Emissionen unverbrannten Kohlenwasserstoffes und Kohlenmonoxids zu reduzieren.
Gebilde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Oberflächen (74) der ersten Wand (72) einen Wärmesperrüberzug (94) zum weiteren Reduzieren der Emissio nen unverbrannten Kohlenwasserstoffes und Kohlenmonoxids aufweisen.
Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das prallgekühlte Gebilde Teil einer Gasturbinentriebwerkslaufschaufel (96) ist, wobei die lochlose erste Wand (98) ein Teil einer äußeren Wand der Gasturbinentriebwerkslaufschaufel (96) und die zweite Wand ein innerhalb der Gasturbinentriebwerkslaufschaufel (96) angeordneter Einsatz (104) ist.
Gebilde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe des umschlossenen Raums (106) mehrere Hinterkantenauslässe (110) umfassen, die in einer Hinterkante der Gasturbinentriebwerksschaufel (96) angeordnet sind.
Gebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (104) nicht mehr als drei Reihen der Einlässe (108) aufweist.