DE4444961A1 - Einrichtung zur Kühlung insbesondere der Rückwand des Flammrohrs einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung insbe­ sondere der Rückwand des Flammrohrs einer Brennkammer für Gastur­ binentriebwerke nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Neuzeitliche Brenner gemäß DE-OS 41 10 507, z. B. Fig. 6, bekannter Art arbeiten mit Zuführung von Verbrennungsluft mit Umfangsdrall relativ zum zugeführten Brennstoff so, daß in der Primärzone der Brennkammer Rotationswirbel mit gleichförmig verteilt nebelartig und teilweise verdampfend eingebundenem Brennstoff erzeugt werden. Die Verbrennung beginnt unmittelbar stromab der Rückwand des Flammrohrs, so daß die Rückwand und an dieser enthaltene Teile des Brenners ext­ rem hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt sind. Zwecks Temperaturbe­ ständigkeit muß die Rückwand gekühlt werden. Zur Kühlung der Flamm­ rohrrückwand wurde bereits die Verwendung einer sogenannten "Aufprallkühlung" untersucht. Ferner ist es z. B. bekannt, im Wege fortlaufend relativ zueinander abgestufter Flammrohrsektionen und -öffnungen eine Filmkühlung auszubilden. Im untersuchten Fall (Aufprallkühlung) und im bekannten Fall (Filmkühlung) wird die ver­ brauchte Kühlluft dem Flammrohr zugeführt. Je nach örtlicher Ab­ strömposition der Kühlluft relativ zur Reaktionszone sowie je nach Lastzustand und Temperatur in der Brennkammer nimmt die verbrauchte Kühlluft überwiegend nicht oder nur teilweise an der Verbrennung so teil, daß eine gleichförmige Verbrennung nicht möglich ist. Es kön­ nen örtlich luftreichere oder luftärmere Brennstoff-Luftgemische aus vorhandenen Restteilen an zugeführtem Brennstoff bzw. an zugeführter Kühlluft entstehen, die örtlich und fallweise mitverbrennen. Hier­ durch können örtliche Temperatur-Spitzenbelastungen am Brennkammer­ kopf bzw. an der Rückwand entstehen. Auch sind hierdurch erhöhte Emissionen an Schadstoffen (C, CO, C_xH_y) zu erwarten.

Im Rahmen der erwähnten Gesichtspunkte kann die verbrauchte Kühlluft im wesentlichen nicht für die Verbrennung nutzbar gemacht werden. Im Interesse möglichst homogener Verbrennung versucht man, mit einer möglichst geringen Kühlluftmenge auszukommen, wobei die Kühlluft aus verdichteter Luft gewonnen wird. Derartig geringe Kühlluftmengen reichen für eine hoch-effektive Kühlung oftmals nicht aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Küh­ lung mit Brenner nach eingangs genannter Art zu schaffen, die ohne nennenswerte Prozeßverluste eine hoch-effektive Kühlung der Flamm­ rohrrückwand und von Teilen des Brenners bei stets gleichförmiger und stabiler Verbrennung in der Primärzone ermöglicht.

Die gestellte Aufgabe ist durch Patentanspruch 1 erfindungsgemäß gelöst.

Gemäß der Erfindung sind verhältnismäßig große Kühlluftmengen für eine hoch-effektive Kühlung bereitstellbar. Die Kühlluftmengen sind im wesentlichen oder gänzlich auf den Bedarf an die für die Verbren­ nung zuzuführende Primärluft abstimmbar. Die Kühlung der Rückwand des Flammrohrs bzw. des Brennkammerkopfes verursacht praktisch keine Inhomogenitäten, da die verbrauchte Kühlluft vollständig als Prozeß­ luft für die Verbrennung zur Verfügung steht. Durch die angegebene Art der Kühlung wird der Verbrennungsprozeß im Sinne einer gleich­ förmigen, stabilen Verbrennung optimiert. Dies gilt insbesondere auch für zwei in der Primärzone einstellbare extrem unterschiedliche Ver­ brennungsarten; erstens: Sogenannte "kalte" oder "milde" Ver­ brennungen unter Verwendung eines luftreichen Brennstoff- Luftge­ misches, wobei die Brennkammer im Bereich der sogenannten "Arm-Verlösch-Grenze" betrieben wird und zweitens: "Heiße" Verbren­ nung bei "fetter" Primärzone unter Verwendung eines an Brennstoff reichen aber luftarmen Brennstoff-Luftgemisches für die primäre Ver­ brennung.

Im ersten Fall ergibt sich u. a. eine verbesserte Brenner- bzw. Düsen­ stabilität bei verringerter Verlöschgefahr dadurch, daß durch die als folge der Wandkühlung erwärmte Druckluft bereits am Flammenfuß (stromauf am Brenneraustritt bzw. an der Rückwand) eine benötigte hohe Verbrennungstemperatur eingehalten werden kann.

Im zweiten Fall können auch vergleichsweise hohe Verbrennungstempe­ raturen einwandfrei beherrscht werden.

In Anwendung geeigneter Kühlverfahren (Konvektions- bzw. Prallkühlung) kann eine gleichförmige Temperaturverteilung an der Rückwand des Flammrohrs bzw. am rückseitigen Kopfende der Brennkammer ermöglicht werden. Gegebenenfalls aus der Verbrennung resultierende, örtlich unterschiedliche Temperaturbelastungen und -verteilungen an der Rückwand können durch örtlich darauf abgestimmte Kanalstrukturen, -verläufe, aerodynamische "Schikanen" oder den Wärmeübergang örtlich erhöhende Noppen, Stege an bzw. innerhalb der Kühlluftführung im Sinne einer gleichförmigen reduzierten Wandtemperatur kompensiert werden. Mit einer Aufprallkühlung können örtlich unterschiedliche Temperaturbelastungen an der Rückwand durch entsprechend über dem Umfang verteilte Abstandsdichte und Anzahl der Prallkühlbohrungen im Sinne einer gleichförmigen reduzierten Wandtemperatur beherrscht werden.

Die zuvor besprochenen Kühlmaßnahmen sind ebenfalls Bestandteil der Erfindung.

Bei der Einrichtung z. B. mit Brennern in der gemäß Anspruch 17 und/oder 18 angegebenen Art ergibt sich u. a. folgendes:
Bei verhältnismäßig großem Kühlluft- und Verbrennungsluft-Bedarf können im wesentlichen zwei axial mit Abstand aufeinander folgende Drallvorrichtungen mit der aus der Kühlluftführung abströmenden Kühl­ luft als Verbrennungsluft versorgt werden.

Bei einem verhältnismäßig geringeren Kühlluftbedarf, z. B. unter An­ wendung einer Aufprallkühlung (Anspruch 5), kann z. B. ausschließlich die dem Brennraum nächstliegende Drallvorrichtung mit der aus der Kühlluftführung abströmenden Kühlluft als Verbrennungsluft versorgt werden, wobei dem Brennraum nächstliegende Teile des Brenners und der "zweiten" Dralleinrichtungen ebenfalls kühlbar sind. Über die strom­ auf erste Dralleinrichtung könnte, je nach Bedarf, und durch ent­ sprechende Regulierung der Drallkanäle, eine zusätzliche Menge an Verbrennungsluft ("kalte" oder "milde" Verbrennung) oder eine im Vergleich dazu geringere Menge an Verbrennungsluft - gegen Null ("heiße" Verbrennung, "fette" Primärzone) eingestellt werden.

Eine derartige Regulierung der Verbrennungsluft über eine Drallvor­ richtung im Interesse einer möglichst schadstoffarmen Verbrennung ist für sich bekannt (DE-OS 41 10 507; DE-OS 42 28 816; DE-OS 42 28 817) und kann in einer der drei bekannten Arten zur Durchführung der vor­ liegenden Erfindung zugrunde gelegt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnungen erläu­ tert, es zeigen:

Fig. 1 die Einrichtung mit Konvektionskühlung der Flammrohrrückwand am Kopfende einer Ringbrennkammer mit Drallvorrichtungen und Brennstoffdüse enthaltendem Brenner, und zwar anhand eines Mittellängsschnitts im wesentlichen der oberen Hälfte eines zuström- und brennraumseitig abgebrochen gezeichneten Brenn­ kammerabschnitts,

Fig. 2 in sinngemäßer Entsprechung zu Fig. 1 gesehen, im wesentli­ chen die untere Hälfte des zuström- und brennraumseitig ab­ gebrochen gezeichneten Brennkammerabschnitts mit Drallvor­ richtungen und Brennstoffdüse enthaltendem Brenner am Kopf­ ende und mit von Fig. 1 im wesentlichen abweichender Ausbil­ dung der Kühleinrichtung als Aufprallkühleinrichtung und

Fig. 3 die sinngemäße Darstellung der Fig. 2 - untere Hälfte des Brennkammerabschnitts - ebenfalls mit Aufprall-Kühleinrich­ tung, jedoch abweichend von Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß die aus der Kühleinrichtung abströmende Kühlluft am Brenner als ein Verbrennungsluftanteil örtlich gezielt axial gegen die herrschende Rotationswirbelströmung im Flamm­ rohr ausgeblasen wird.

Fig. 1 und 2 veranschaulichen die jeweilige Kühleinrichtung am je­ weils stromaufwärtigen Kopfende einer Ringbrennkammer, die mit Ab­ stand und koaxial zur Längsachse eines Gasturbinentriebwerks ange­ ordnet ist. Eine frontal er Abschlußhaube 1 der Brennkammer bildet am stromaufwärtigen Kopfende einen Ringraum 2 aus, der gegenüber dem axial stromab verkürzt wiedergegebenen Brennraum 3 im Flammrohr 4 durch die Flammrohrrückwand 5 und den Brenner 6 abgeschirmt ist. Überwiegend innerhalb des Ringraums 2 sind bei der Ringbrennkammer mehrere derartige Brenner 6 in gleichmäßigen Abständen über dem Um­ fang verteilt angeordnet und an der ringförmigen Rückwand 5 des Flammrohrs 4 gehaltert.

Die Abschlußhaube 1 setzt sich etwa in Höhe des radial äußeren Teils der Rückwand 5 in axialen Wandteilen 7 (Fig. 1) bzw. 7′ (Fig. 2) des ringförmigen Außengehäuses der Brennkammer fort. Mit den axialen Wandteilen 7 bzw. 7′ werden jeweils gegenüber dem Flammrohr 4 äußere Ringkanäle 8 bzw. 8′ ausgebildet.

Der jeweilige Brenner 6 besteht aus mehreren Ring- bzw. hülsenartigen Bauteilen und schließt hier z. B. zwei axial mit Abstand sowie koaxial zur gemeinsamen Achse A des Brenners 6 und einer Brennstoffdüse 9 angeordnete, ringförmige Drallvorrichtungen 10,11 ein, die fortan als jeweils "erste" und "zweite" Drallvorrichtung 10 bzw. 11 bezeichnet werden. Die erste und die zweite Drallvorrichtung 10 bzw. 11 weisen jeweils Kanäle 12 bzw. 13 für die Zufuhr von Verbrennungsluft (Pfeilfolge F bzw. F′) in die Primärzone P der Brennkammer auf. Die Kanäle 12 bzw. 13 sind in axial versetzten Querebenen zur gemeinsamen Brenner- und Düsenachse A sowie jeweils in gleichmäßigen Umfangsab­ ständen und tangential angeordnet. Die Kanäle 12 bzw. 13 werden jeweils am Ringumfang zwischen keilförmigen oder schaufelartigen Ab­ schnitten an der ringförmigen ersten bzw. zweiten Drallvorrichtung 10 bzw. 11 ausgebildet. Es bilden die erste und zweite Drallvorrichtung 10 bzw. 11 jeweils eine in Umfangsrichtung rotierende Drallströmung für die zunächst in einen zylindrischen Innenkanal 14 bzw. in einen äußeren Ringkanal 15 des Brenners abströmende Verbrennungsluft (Pfeile F bzw. F′) aus. In der Primärzone P der Brennkammer bilden die zuvor beschriebene Drallströmungen, im Wege entsprechend rela­ tiver gegenseitiger Kanalanordnung und- anstellung an der ersten und zweiten Drallvorrichtung 10 bzw. 11, im gleichen Drehsinne oder ein­ ander entgegengereichtet rotierende, mit Brennstoff angereicherte Rotationswirbel W1 bzw. W2 für die Verbrennung aus.

Am Kopfende wird der Ringraum 2 der Brennkammer mittels aus dem Ver­ dichter des Gasturbinentriebwerk entnommener und über einen nicht weiter dargestellten Axialdiffusor zugeführter Druckluft D beauf­ schlagt. Ein Teil dieser Druckluft D wird gemäß Pfeil D1 sämtlichen Lufteintritten der Kanäle 12 der ersten Drallvorrichtung 10 radial außen als Primär- bzw. Verbrennungsluft zugeführt. Ein übriger Teil D2 der zugeführten Druckluft teilt sich in einen zunächst zur Kühlung der Rückwand 5 verwendeten Luftstrom D3 und in einen Rest- oder Se­ kundärstromanteil D4 auf, wobei letzterer stromab in den betreffenden äußeren Ringkanal 8 bzw. 8′ der Brennkammer abfließt. Der Rest- oder Sekundärstromanteil D4 kann dem Flammrohr z. B. als Mischluft und zu Kühlzwecken bzw. zur Vergleichmäßigung des Temperaturprofiles vor dem Brennkammeraustritt zugeführt werden.

Die Rückwand 5 (Fig. 1) bildet zwischen zwei stegartig axial beab­ standeten Wandteilen T1, T2 eine z. B. ringkanalartige Kühlluftführung 16 aus. Im vorliegenden Fall beginnt die Kühlluftführung 16 an einem radial äußeren in die axiale Richtung umgebogenen Obergangsteil U der Rückwand 5, wobei das betreffende "Luftentnahmemittel" für Kühlluft (Teilstrom D3) aus dem stromaufliegenden Abschnitt des Ringkanals 8 ein Ringschlitz 17 ist, über den, nach Durchströmung einer düsen­ artigen Verengung E, die benötigte Kühlluft gemäß dortiger Pfeil folge die ringkanalartige Kühlluftführung 16 durchströmt. Abströmseitig bzw. auf der radial innen liegenden Seite steht die Kühlluftführung 16 mit den radial äußeren Lufteintritten der Kanäle 13 der zweiten Drallvorrichtung 11 in Verbindung. Abströmseitig wird gemäß Fig. 1, nach vollzogener Kühlung, die Kühlluft über einen axialen Kanal 18 oder gegebenenfalls axial durchströmbare Bohrungen zunächst in einen stromauf der Rückwand 5 sich erstreckenden äußeren Ringraum 19 am Brenner geleitet, der mit sämtlichen Eintritten der Kanäle 13 der zweiten Drallvorrichtung 11 in Verbindung steht. Der Ringraum 19 wird von einem hülsenartigen Aufsetzteil 20 ausgebildet. Gemäß ge­ strichelter Kontur könnte das Aufsetzteil 20, und damit der Ringraum 19 weiter stromauf der Rückwand 5 so axial verlängert werden, daß auch die erste Drallvorrichtung 10 (s.h.: gestrichelter Pfeil) mit einem Teil der aus der Kühlluftführung 16 abströmenden Kühlluft, in Verwendung als Verbrennungsluft, beaufschlagbar wäre. Im zuletzt genannten Fall könnte eine verhältnismäßig große Kühlluftmenge zu­ nächst zur Kühlung und dann, zur Verbrennung, als Primärluft zuge­ führt werden. Hierbei wäre - als Funktion der verlangten Kühleffek­ tivität und des verlangten gesamten Primärluftbedarfs - dafür Sorge zu tragen, daß sämtliche Zu- und Durchströmquerschnitte der kon­ vektiven Kühleinrichtung auf die verhältnismäßig große Kühlluftmenge abgestimmt gestaltet sind.

Sofern die ringkanalartige Kühlluftführung 16 in der Rückwand 5 des Flammrohrs 4 etwa in Höhe der radial äußeren Umfangsebene U′ (gestrichelte Kontur) endet, besteht z. B. die Möglichkeit, im strom­ auf angeordneten Wandteil T1 der Rückwand 5 an Stellen St axiale Durchgänge, Bohrungen oder Schlitze vorzusehen, um die Kühlluftfüh­ rung 16 über den Ringraum 2 mit einem Teil der zugeführten Druckluft D zu versorgen.

Wie ferner in Fig. 1 dargestellt, kann gemäß einer weiteren Alterna­ tive am stromaufwärtigen Ende des Ringkanals 8 der Brennkammer der zugeführten Druckluft D2 ein Teilluftstrom D3′ für Kühlzwecke ent­ nommen und an Stellen St′ über radiale Öffnungen oder Bohrungen der kanalartigen Kühlluftführung 16 zugeführt werden.

Die tangentialen Kanäle 12 bzw. 13 der ersten bzw. zweiten Drallvor­ richtung 10 bzw. 11 sind am Brenner 6 durch eine radiale Wand 20 voneinander getrennt. Zwischen den Abströmöffnungen der Kanäle 12 bzw. 13 setzt sich die Wand 20 auf der Innenseite in Form einer ra­ dial/axial umgebogenen Hülse 21 fort. Stromab der Austrittsöffnungen der Kanäle 12 der ersten Drallvorrichtung 10 bildet die Hülse 21 die Umwandung des zylindrischen Innenkanals 14 in der Art eines Venturi- Rohrs aus; es ergibt sich eine in Richtung der Strömung konver­ gente/divergente Gestaltung der Umwandung des Innenkanals 14. Auf diese von der Hülse 21 ausgebildete Umwandung wird stromauf Brenn­ stoff B fein zerstäubt in Form eines sich stromab fächerartig auf­ weitenden Kegels über die Brennstoffdüse 9 aufgespritzt. Stromab an dieser Umwandung lagert sich der so zugeführte Brennstoff gemäß FB filmartig ab. An der stromabwärtigen Endkante der Hülse 21 reißt der Brennstoff gemäß B′ im Wege einer ausgebildeten Scherströmung ab und es wird somit in die Rotationswirbel W1, W2 Brennstoff nebelartig und teilweise dampfförmig sowie gleichmäßig verteilt eingebunden.

Der Ringkanal 15 des Brenners 6 wird von Teilen der Wand 20 und äu­ ßeren Umfangsflächen der Hülse 21 einerseits und austrittsseitigen Umfangsabschnitten der zweiten Drallvorrichtung 11 sowie konver­ gent/divergent und abgerundet verlaufenden Innenwandabschnitten eines die Kanäle 13 enthaltenden Ringbauteils 22 andererseits ausgebildet. Mit dem Ringbauteil 22 ist der Brenner 6 an einem Innenring der Rück­ wand 5 gehaltert. Der Innenring verschließt die Kühlluftführung 16 radial innen, relativ zum Brenner 6 und bildet hier z. B. eine axial beabstandete Halterung für die beiden Wandteile T1, T2 aus. Die Brennstoffdüse 9 ist an einer Traghülse 23 gehaltert, die ihrerseits mit einem radialen Flansch in einem Umfangsschlitz 24 stromauf am Gehäuse des Brenners 6 verklemmt ist.

Unter Verwendung im wesentlichen identischer Bauteile und Funktionen (Brennkammer, Brenner, Brennstoffdüse) weicht Fig. 2 von Fig. 1 da­ durch ab, daß zur Kühlung der Rückwand 5 der Brennkammer eine soge­ nannte "Aufprallkühlung" vorgesehen ist. Die Aufprallkühlung wird von einem Luftanteil D5 mit Kühlluft versorgt, der der dem Ringraum 2 der Brennkammer am Kopfende zugeführten Druckluft D entnommen ist. Hierzu weist das stromauf angeordnete eine Wandteil T1 eine axiale Belochung - Löcher L - auf, so daß auf das stromab angeordnete und dem Brennraum 3 nächstliegende Wandteil T2 der Rückwand 5 hoch-energetische Kühl­ luft-Strahlen L′ auftreffen. Auf der radial innen liegenden, den Brenner 6 umgebenden Seite strömt die verbrauchte Kühlluft zum Zwecke der Verbrennung in der Primärzone P (Fig. 1) der Brennkammer aus dem Ringraum 16′ über die axialen Kanäle 18 bzw. Bohrungen oder Schlitze in den radial äußeren Ringraum 19 am Brenner 6 ab. Somit wird die zweite Drallvorrichtung 11 mit Verbrennungsluft versorgt, die (11) austrittsseitig über den Ringkanal 15 des Brenners 6 mit dem Brenn­ raum 3 bzw. der Primärzone P in Verbindung steht. Im Sinne der Fig. 1 kann in Fig. 2 die erste Drallvorrichtung 10 mit einem Teil D1 der dem Ringraum 2 zugeführten Druckluft D als Verbrennungsluft versorgt werden. Auch im Wege der Aufprallkühleinrichtung nach Fig. 2 wäre es möglich, den Ringraum 19 stromauf im Sinne der Fig. 1 axial so zu verlängern, daß die erste und die zweite Drallvorrichtung 10 bzw. 11 mit der aus der Prallkühleinrichtung abströmenden Kühlluft als Ver­ brennungsluft versorgt werden.

Unter Verwendung einer praktisch identischen Aufprallkühlung der Rückwand gemäß Fig. 2 unterscheidet sich Fig. 3 von Fig. 1 und 2 grundsätzlich dadurch, daß die Kühlluft - nach vollzogener Kühlung der Rückwand 5 des Flammrohrs 4 - über gleichmäßig über dem Umfang am "Brennermund" verteilte axiale Öffnungen bzw. Bohrungen 25 als Ver­ brennungsluft in Pfeilrichtung F′′ dem Brennraum 3 im Flammrohr 4 zugeführt wird. Dieser Anteil an Verbrennungsluft F′′ wird axial gegen die herrschende Rotationswirbelströmung W1, W2 aus den Bohrungen 25 so ausgeblasen, daß die "Flammenwurzel" bzw. der Anfang der Brennstrecke axial stromabwärtig gegenüber der Rückwand 5 verschoben wird. Hierdurch wird die Temperaturbelastung der Rückwand 5 und von Teilen des Brenners 6 weiter reduziert.

Die Brennstrecken-Verschiebung resultiert mithin aus einer gegenüber der Rückwand 5 axialen, aerodynamischen Verschiebung der über die erste und/oder zweite Drallvorrichtung 10 bzw. 11 ausgebildeten Rota­ tionswirbel W1 bzw. W2, und damit der Primärzone P für die primäre Verbrennung. In gestrichelter Kontur ist letzteres z. B. in Fig. 3 durch den axial verschobenen Verlauf des Rotationswirbels "W1′ in Relation zu Fig. 1 (W1) verdeutlicht.

Die Anwendung der Bohrungen 25 oder Öffnungen im zweiten Wandteil T2 ist nicht auf die gezeigte axiale Anordnung eingeschränkt. Z.B. in relativ zur Brenner- oder Düsenachse A geneigter und über dem Umfang tangentialer Anordnung können die Bohrungen einen Wirbelgenerator für zuzuführende Verbrennungsluft ausbilden.

Gemäß Fig. 3 erfaßt der Ringraum 16′ der Aufprallkühleinrichtung nebst beiden Wandteilen T1, T2 der Rückwand 5 einen radial äußeren Umfangsabschnitt des Ringbauteils 22 des Brenners 6. Auf der radial innen liegenden Seite ist der Ringraum 16′ durch ein Abstandsstück 26 zwischen beiden Wandteilen T1, T2 verschlossen. Es ist dabei der Bren­ ner 6 über eine radiale/axiale Aussparung des Ringbauteils 22 an der Rückwand 5 festgelegt. Bevor die Kühlluft aus den axialen Bohrungen 25 im zweiten Wandteil T2 abströmt, erfolgt somit eine konvektive Kühlung des die Bohrungen 25 enthaltenden "Brennermundstücks" und des Ringbauteils 22.

Z.B. im Rahmen der Konvektionskühlung nach Fig. 1 kann die Kühlluft­ führung 16 zwischen beiden Wandteile T1, T2 der Rückwand 5 von über dem Umfang verteilten Kammern oder Kanälen bzw. Kühlkanälen ausge­ bildet sein. Die Kühlkanäle können von an einem der beiden Wandteile T1, T2 angeordneten Abstandsstegen ausgebildet werden. Je nach Bedarf und örtlich vorhandenem Kühlmittelfluß können Zonen mit vergrößerten Wärmeübergangsflächen und/oder Zonen mit örtlich veränderten Kühlmit­ telverweilzeiten geschaffen werden. Örtlich vergrößerte Wärmeüber­ gangsflächen können z. B. durch Oberflächenaufrauhung, Vorsprünge, Stege oder Noppen an den von Kühlluft bespülten Innenflächen, insbe­ sondere des zweiten bzw. stromabwärtigen Wandteils T2 ausgebildet werden. Je nach örtlicher Anhäufung und Abstandsdichte können mit den zuvor genannten Mitteln aber auch die örtlichen Verweilzeiten der Kühlluftströmung beeinflußt und verändert werden. Für den zuletzt genannten Zweck könnten ferner sogenannte "Strömungsschikanen" als Bleche in der Art von "Spoilern" in die betreffende Kühlluftführung eingebaut werden.

Die Erfindung kann auch bei reinen Rohrbrennkammern oder kombinierten Ring-Rohrbrennkammern vorteilhaft eingesetzt werden. In beiden Fällen weist das etwa jeweils zylindrische Flammrohr eine deckel- oder scheibenartige Rückwand auf, an der jeweils ein Brenner der vor­ stehend genannten Art angeordnet sein könnte.

Claims (22)

1. Einrichtung zur Kühlung insbesondere der Rückwand (5) des Flamm­ rohrs (4) einer Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit mindest­ ens einem an der Rückwand (5) angeordneten Brenner (6), der eine Brennstoffdüse (9) und mindestens eine koaxial zur Brennstoffdüse (9) angeordnete Drallvorrichtung (10; 11) für die Zufuhr von Ver­ brennungsluft aufweist, wobei die Rückwand (5) mit aus einem Ver­ dichter entnommener und der Brennkammer am Kopfende zugeführter Druckluft gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwand (5) mindestens eine kanalartige Kühlluftführung (16) für die zur Wandkühlung zugeführte Druckluft ausbildet und daß die Kühlluft­ führung (16) auf ihrer Abströmseite am Brenner (6) mit dem Flammrohr (4) in Verbindung steht, in dem die aus der Kühlluftführung (16) abströmende Druckluft in der Primärzone (P) verbrennt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ luftführung (16; 16′) abströmseitig an die Lufteintritte von Ka­ nälen (12; 13) mindestens einer Drallvorrichtung (10; 11) ange­ schlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftführung (16; 16′) zwischen zwei axial mit Abstand ange­ ordneten Wandteilen (T1, T2) der Rückwand (5) ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlluftführung (16, 16′) ringförmig ausge­ bildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kühlluftführung von mehreren über dem Umfang verteilten Kühlkanälen ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das eine stromaufliegende Wandteil (T1) der Rückwand (5) eine axiale Belochung (L) für auf das stromab und dem Brennraum (3) nächstliegende Wandteil (T2) auftreffende Kühlluft­ strahlen (L′) aufweist, wobei die Belochung (L) mit einem stromauf der Rückwand (5) mit Druckluft (D) beaufschlagten Raum (2) der Brennkammer in Verbindung steht.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl­ luftführung zwischen beiden Wandteilen in über dem Umfang verteil­ te Kammern aufgeteilt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle oder die Kammern der Kühlluftführung zwischen Ab­ standsstegen an einem der beiden Wandteile (T1; T2) der Rückwand (5) ausgebildet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß am radial äußeren Umfang oder an einem radial äußeren axialen Übergangsteil (U) der Rückwand (5) des Flammrohrs über den Raum (2) am Kopfende der Brennkammer mittels Druckluft beaufschlagte Luftentnahmemittel ausgebildet sind, die an die Kühlluftführung (16) angeschlossen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft­ entnahmemittel (17) schlitzförmig oder von einzelnen über dem Umfang verteilten Öffnungen oder Bohrungen in axialer oder ra­ dialer Anordnung (St; St′) ausgebildet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere axiale Übergangsteil (U) der Rückwand (5) eine axiale Verlängerung der Kühlluftführung (16) am Flammrohr (4) ausbildet, die über radial äußere (St′) oder axial hintere Luftentnahmemittel (17) mit dem stromaufwärtigen Ende eines Ringkanals (8) - zwi­ schen dem Außengehäuse (7) und dem Flammrohr (4) der Brennkammer - in Verbindung steht.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Luftentnahmemittel stromauf der Kühlmittel­ führung (16) eine düsenartige Kanalverengung (E) ausbilden.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kühlluftführung (16; 16′) auf der radial innen liegenden Abströmseite über eine Ringraum (19) an die Lufteintritte von Kanälen (13; 12) einer Drallvorrichtung (11; 10) angeschlossen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das stromaufliegende Wandteil (T1) der Rückwand (5) des Flammrohrs (4) auf der radial innen liegenden Seite axiale Kanäle oder einen axialen Ringkanal (18) aufweist, die über den Ringraum (19) mit den Lufteintritten mindestens einer Drallvorrichtung (11; 10) in Verbindung steht, wobei der Ringraum (19) von einem hülsenartige Aufsetzteil (20) am Brenner (6) ausgebildet ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die mindestens eine Drallvorrichtung (10; 11) aus einem Ringkörper besteht, der mehrere gleichmäßig über dem Umfang verteilte, tangentiale Durchströmkanäle (12; 13) für Verbrennungs­ luft aufweist, die am inneren Ringumfang in einen zylindrischen oder ringförmigen Drallraum (14; 15) des Brenners (6) münden.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brenner (6) eine koaxial zur Brenner- oder Düsenachse (A) angeordnete Hülse (21) aufweist, an der axial, vor dem Eintritt in den Brennraum (3), ein Teil des zugeführten Brenn­ stoffes (B) filmartig (FB) aufgetragen wird.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine erste und eine zweite Drallvor­ richtung (10; 11) axial mit Abstand angeordnet sind, wobei die tangentialen Durchströmkanäle (12; 13) der beiden Drallvorrichtun­ gen durch eine Wand (20) voneinander getrennt sind, die sich zwi­ schen den jeweiligen Abströmöffnungen beider Drallvorrichtungen (10; 11) als radial/axial umgebogene Hülse (21) fortsetzt und koa­ xial zur Brenner- oder Düsenachse (A) am Brenner (6) angeordnet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftführung (16; 16′) in der Rückwand (5) des Flammrohrs (4) auf der radial innen liegenden Austrittsseite über den Ring­ raum (19) an die Durchströmkanäle (13) zumindest der zweiten Drallvorrichtung (11) eintrittsseitig angeschlossen ist, die der Rückwand (5) axial nächstliegend am Brenner (6) angeordnet ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ab­ strömseitiger Teil der Kühlluftführung (16′) am Brenner (6) mit gleichmäßig über dem Umfang verteilten Öffnungen (25) unmittelbar mit dem Brennraum (3) in Verbindung steht.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der abströmseitige Teil der Kühlluftführung (16′) mit einer doppel­ wandigen Aufprallkühleinrichtung (L, L′) der Rückwand (5) in Ver­ bindung steht.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der abströmseitige Teil der Kühlluftführung (16′) in eine Ausspa­ rung eines ringförmigen Übergangsteils (22) des Brenners (6) hin­ einragt, wobei die Öffnungen (25) in dem Wandteil (T2) der Rück­ wand (5) am Brenner (6) angeordnet sind, das den Brennraum (3) unmittelbar örtlich eingrenzt.

22. Einrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmquerschnitte der Kanäle (12) der ersten Drallvor­ richtung (10) regulierbar sind.