DE4142413A1

DE4142413A1 - COMBUSTION CHAMBER HOUSING OF A GAS TURBINE

Info

Publication number: DE4142413A1
Application number: DE19914142413
Authority: DE
Inventors: Achim Schmid
Original assignee: BMW Rolls Royce GmbH
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 1991-11-08
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2011-12-21
Also published as: GB2261281A; GB2261281B; DE4142413C2; GB9123777D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennkammergehäuse einer Gasturbine mit zumindest einer auf der Kammerwand um laufenden Rippe, insbesondere mit einer Rippe, stromab derer auf der kalten Seite ringförmig angeordnete Luft-Einlaßöffnungen vorgesehen sind.The invention relates to a combustion chamber housing Gas turbine with at least one on the chamber wall running rib, especially with a rib, downstream which is arranged in a ring on the cold side Air inlet openings are provided.

Die DE 32 00 972 C2 zeigt beispielsweise ein derartiges Brennkammergehäuse. Über die Luft-Einlaßöffnungen, die auch als Filmkühlungslöcher bezeichnet werden, gelangt ein Teilluftstrom in den Innenraum des Brennkammergehäu ses, um dort einen sog. Kühlluftfilm zu bilden. Die Luft-Einlaßöffnungen können jedoch auch die Funktion von sog. Luft-Zumischlöchern ausüben. Die stromauf der Luft-Ein laßöffnungen vorgesehene(n) Rippe(n) soll(en) den Wärme übergang zwischen der vorbeistreichenden Luftströmung sowie der Kammerwand erhöhen und somit die Kühlung des Brennkammergehäuses verbessern.DE 32 00 972 C2 shows such an example Combustion chamber housing. Via the air inlet openings that also referred to as film cooling holes a partial air flow into the interior of the combustion chamber housing ses to form a so-called cooling air film. The Air inlet openings can, however, also function as so-called. Apply air mixing holes. The upstream of the air-on The rib (s) provided in the openings are intended for the heat transition between the passing air flow and increase the chamber wall and thus the cooling of the Improve the combustion chamber housing.

Durch Untersuchung der Strömungsverhältnisse hat sich gezeigt, daß an der bzw. den Rippe(n) dissipierende Turbulenzballen entstehen, die mit der Grundströmung mitschwimmen. Der Wärmetransport durch Stoffaustausch senkrecht zur Hauptströmungsrichtung bleibt somit auf eine relativ dünne Grenzschicht beschränkt. Lediglich an den Rippen selbst ergeben sich hohe Wärmeübergangskoeffi zienten, wenn diese Rippen mit Übergeschwindigkeit umströmt werden.By examining the flow conditions shown that dissipating at the rib (s) Turbulence balls arise with the basic flow swim along. Heat transfer through mass transfer perpendicular to the main flow direction thus remains open limited a relatively thin boundary layer. Just on the ribs themselves have high heat transfer coefficients if these ribs over speed flow around.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Maßnahmen aufzuzei gen, mit Hilfe derer der Wärmeübergang an der kalten Seite eines Brennkammergehäuses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 verbessert werden kann.The object of the invention is therefore to record measures with the help of which the heat transfer to the cold Side of a combustion chamber housing according to the preamble of Claim 1 can be improved.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß die Rippe zickzackförmig verläuft. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Inhalt des Anspruches 2.To solve this problem it is provided that the rib runs zigzag. An advantageous further education the invention is the content of claim 2.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand mehrerer Prin zipskizzen, wobei Fig. 1 perspektivisch den bisherigen Stand der Technik zeigt, Fig. 2 ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel der Erfindung ebenfalls in einem per spektivischen Ausschnitt darstellt, sowie Fig. 3 eine Aufsicht auf die zickzackförmige Rippe zeigt und der Erläuterung der Wirbelbildung dient.The invention is explained in more detail on the basis of a number of prinic diagrams, FIG. 1 showing the prior art in perspective, FIG. 2 showing a preferred exemplary embodiment of the invention also in a perspective section, and FIG. 3 showing a view of the zigzag-shaped rib and serves to explain the vortex formation.

Gezeigt ist ein Ausschnitt aus der Kammerwand 1 eines Brennkammergehäuses einer Gasturbine. In einem ringförmig umlaufenden Absatz 2 auf der kalten Seite befinden sich eine Vielzahl von Luft-Einlaßöffnungen 3. Auf der kalten sowie auf der heißen Seite der Kammerwand 1 laufen Luft strömungen gemäß den gezeigten Pfeilrichtungen (W_K auf der kalten Seite, W_H auf der heißen Seite). Stromauf der Luft-Einlaßöffnungen 3 sind im bekannten Stand der Tech nik (Fig. 1) drei ringförmig umlaufende Rippen 4 vorge sehen. Diese Rippen sollen den Wärmeübergang zwischen der Kammerwand 1 sowie der Luftströmung W_K erhöhen und somit die Kühlung der Kammerwand 1 verbessern. Jedoch bilden sich an den Rippen 4 rasch dissipierende Turbulenzballen, so daß ein nennenswerter Wärmetransport lediglich im Bereich der ebenfalls in Fig. 1 skizzierten, relativ dünnen Grenzschicht 5 erfolgen kann. Darüber hinaus erhöhen diese Rippen 4 den Fertigungsaufwand am Brenn kammergehäuse. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist es nämlich erforderlich, die Luft-Einlaßöffnungen 3 schräg zur Längsachse 6 zu bohren, um die Rippen 4 durch den erfor derlichen Werkzeugauslauf nicht zu beschädigen. Hierdurch entstehen im Kühlfilm stromab der Luft-Einlaßöffnungen 3 Turbulenzen, die dessen Wirkung erheblich beeinträchti gen. Auch kann es erforderlich sein, vor dem Bohren bzw. Drücken von insbesondere als Zumischlöchern fungierenden Luft-Einlaßöffnungen die Rippen 4 im Bereich dieser Zumischlöcher in aufwendiger Weise abzufräsen.A section of the chamber wall 1 of a combustion chamber housing of a gas turbine is shown. A plurality of air inlet openings 3 are located in a ring-shaped circumferential shoulder 2 on the cold side. On the cold and on the hot side of the chamber wall 1 , air currents run according to the directions of the arrows shown (W _K on the cold side, W _H on the hot side). Upstream of the air inlet openings 3 are seen in the known state of the art technology ( Fig. 1) three annular circumferential ribs 4 . These ribs should increase the heat transfer between the chamber wall 1 and the air flow W _K and thus improve the cooling of the chamber wall 1 . However, rapidly dissipating turbulence bales form on the ribs 4 , so that any heat transfer worth mentioning can only take place in the region of the relatively thin boundary layer 5 , likewise outlined in FIG. 1. In addition, these ribs 4 increase the manufacturing cost of the combustion chamber housing. As shown in Fig. 1, it is namely necessary to drill the air inlet openings 3 obliquely to the longitudinal axis 6 so as not to damage the ribs 4 by the necessary tool outlet. This creates 3 turbulences in the cooling film downstream of the air inlet openings, which considerably impair its effect. Also, it may be necessary to mill off the ribs 4 in the region of these mixing holes in a complex manner before drilling or pressing air inlet openings, which act in particular as mixing holes .

Diese Nachteile werden beim erfindungsgemäßen Brenn kammergehäuse gemäß Fig. 2 vermieden. Hier verläuft die stromauf der Luft-Einlaßöffnungen 3 umlaufende Rippe 4 zickzackförmig. Erzeugt wird diese Rippe 4 bevorzugt durch Auftrags-Schweißen (Rollschweißen) oder Auftrags-Löten (Hartlöten) eines Zackendrahtes beliebigen Quer schnitts, wobei die Verbindung mit der kalten Seite der Kammerwand 1 auf einer relativ breiten Basis lunkerfrei erfolgen sollte, um einen intensiven Wärmeübergang zu gewährleisten.These disadvantages are avoided in the internal combustion chamber housing according to FIG. 2. Here, the rib 4 running upstream of the air inlet openings 3 runs in a zigzag shape. This rib 4 is preferably produced by build-up welding (roll welding) or build-up soldering (hard soldering) of a jagged wire of any cross-section, the connection to the cold side of the chamber wall 1 being carried out on a relatively wide basis without voids in order to intensively transfer heat guarantee.

Die Wirkung dieser zickzackförmig umlaufenden Rippe 4 läßt sich am besten anhand von Fig. 3 beschreiben. Aufgrund der Zickzackform erzeugt die Rippe 4 stabile Wirbelfäden 7, wobei einander benachbarte Wirbelfäden von gegensinnigem Drehsinn sind und sich somit in der Erwei terung des Wirbelfeldes unterstützen. Mit zunehmender Lauflänge über den Wirbelfäden 7 wird somit ein immer größeres Strömungsfeld erfaßt, wodurch ein intensiver, senkrecht zur Strömungsrichtung W_K orientierter Stoffaus tausch erfolgt, der hohe Wärmeübergangskoeffizienten an der Kammerwand 1 hervorruft. The effect of this zigzag-like circumferential rib 4 can best be described with reference to FIG. 3. Due to the zigzag shape, the rib 4 produces stable swirl threads 7 , with adjacent swirl threads being in opposite directions of rotation and thus supporting each other in the expansion of the swirl field. With increasing running length over the vortex filaments 7 , an ever larger flow field is thus detected, as a result of which an intensive exchange of material oriented perpendicular to the flow direction W _K takes place, which causes high heat transfer coefficients on the chamber wall 1 .

Neben der Verbesserung des Wärmeüberganges läßt sich die gezeigte Rippe 4 vorteilhafterweise gegenüber dem bekann ten Stand der Technik in vereinfachter Weise herstellen. Auch kann das Drücken und Bohren der Luft-Einlaßöffnun gen 3 vereinfacht erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, die Filmkühlungslöcher bzw. Luft-Einlaßöffnun gen 3 parallel zur Längsachse 6 auszurichten, wodurch der filmerzeugende Schlitz gegenüber dem in Fig. 1 erläuter ten Stand der Technik enger gestaltet werden kann. Dies reduziert die Menge des benötigten Filmkühlungs-Luft massenstromes. Vorteilhafterweise ist das sich mit einer zickzackförmig umlaufenden Rippe gemäß Fig. 2 einstel lende Strömungsfeld und somit auch das Wärmeübergangsfeld durch geometrische und aerodynamische Ähnlichkeitsparame ter gekennzeichnet, was zur Dimensionierung der gewünsch ten Kühlwirkung verwendet werden kann. Dabei ist auch eine vom gezeigten Ausführungsbeispiel abweichende Gestaltung möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.In addition to improving the heat transfer, the rib 4 shown can advantageously be produced in a simplified manner compared to the known prior art. The pressing and drilling of the air inlet openings 3 can also be simplified. In addition, it is possible to align the film cooling holes or air inlet openings 3 parallel to the longitudinal axis 6 , as a result of which the film-generating slot can be made narrower than the prior art illustrated in FIG. 1. This reduces the amount of film cooling air mass flow required. Advantageously, the zigzag-shaped with a circumferential rib according to Fig. 2 in Adjustab loin flow field and thus also the heat transfer field by geometric and aerodynamic Ähnlichkeitsparame ter, which can be used for dimensioning the gewünsch th cooling effect. A design that deviates from the exemplary embodiment shown is also possible without leaving the content of the claims.

Claims

1. Combustion chamber housing of a gas turbine with at least one circumferential rib on the chamber wall, in particular one with a rib, downstream of which annularly arranged air inlet openings ( 3 ) are provided on the cold side, characterized in that the rib ( 4 ) extends in a zigzag shape.

2. Combustion chamber housing according to claim 1, characterized in that the rib ( 4 ) is formed by a prong wire of any cross section.

3. Combustion chamber housing according to claim 1 or 2, characterized in that the rib ( 4 ) is order welded or order soldered.